Thiết kế một số phương án thực hành đo hệ số ma sát dùng cho HS lớp 10

S GIO DC V O TO THANH HO TRNG THPT HM RNG - SNG KIN KINH NGHIM THIT K MT S PHNG N THC HNH O H S MA ST DNG CHO HC SINH LP 10 Ngi thc hin: To Th Hnh Chc v: Giỏo viờn SKKN thuc lnh vc mụn: Vt lý THANH HO NM 2016 MC LC Trang Mở đầu 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.2 Một số tập lập phơng án thực hành 2.3 Thực trạng vấn đề trớc áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 10 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân đồng nghiệp nhà trờng 10 Kết luận kiến nghị 10 Tài liệu tham khảo 11 THIT K MT S phơng án thực hành đo hệ số ma sát DùNG CHO học sinh lớp 10 1- m u Vt lý l mt mụn khoa hc thc nghim, mi nh lut hin tng u c rỳt t thc nghim hoc c kim chng bng thc nghim Vy nhng quỏ trỡnh dy hc bn thõn tụi cũn gp nhiu khú khn dy cỏc tit thc hnh hoc dy cỏc tit hc cú cỏc nh lut hin tng c rỳt t thớ nghim Cú nhiu nguyờn nhõn dn n khú khn trờn nh: Cỏc b thớ nghim phũng thớ nghim ca nh trng cũn cha m bo v s lng cng nh cht lng Mi lp thng khong 45 hc sinh nhng mi bi thc hnh ch khong 3,4 b cú th dựng c, vy nờn rt nhiu hc sinh dự rt mun trc tip lm thớ nghim nhng khụng c lm m ch cú th ng quan sỏt cỏc bn lm; Mt khú khn na l thi gian dnh cho vic lm thớ nghim mt tit hc l rt ngn Nu l thớ nghim biu din thỡ ch giỏo viờn hoc mt vi bn cựng lm, c lp qua sỏt ghi s liu rỳt nh lut hin tngThi gian lm thớ nghim ngn vỡ ch mt tit hc va phi lm thớ nghim, va phi x lớ s liu rỳt cỏc kt lun Hc sinh ch c quan sỏt m nhng bn ngi bn di thỡ khú m quan sỏt c Hiện nay, xu hng i mi v phng phỏp dy hc trng ph thụng l tích cực hoá trình hoạt động nhận thức học sinh Đối với môn Vật lý, xu hớng đợc thể rõ nhiều mặt, có việc tăng cờng hoạt đng thực nghiệm học sinh không học khoá mà học ngoại khoá kể nhà Việc bồi dỡng cho em có kĩ thực nghiệm xây dựng phơng pháp thí nghiệm riêng từ toán thí nghiệm giúp em hiểu chất môn Vật Lý từ em yêu thích môn vật lý tích cực vận dụng kiến thức vật lý vào sáng tạo kĩ thuật đời sống Việc bồi dỡng cho em kĩ thực nghiệm đòi hỏi giáo viên nhiều công sức: tìm tòi tài liệu, tổ chức cho em thực hành Một điều khó phải suy nghĩ tìm tòi cách dạy cho học sinh ham mê thí nghiệm, em làm tập định sẵn mà phải tự sáng tạo tập thực nghiệm, phơng pháp riêng Theo hớng đó,qua thực tế soạn đợc số thực nghiệm dành cho em học sinh phổ thông thấy chúng giúp ích nhiều việc nâng cao niềm đam mê học sinh môn học Vật lý Sau xin trình bày số phơng án thực hành đo hệ số ma sát dùng cho học sinh lớp 10 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm giải pháp áp dụng để giải vấn đề Phơng án 1: Đo hệ số ma sát nghỉ cách thay đổi khối lợng vật dùng cân để xác định khối lợng từ xác định đợc hệ số ma sát nghỉ a,Cơ sở lí thuyết M Fms Cho hệ nh hình vẽ M T - khối lợng vật m nhỏ hệ cha chuyển động lực ma sát T nghỉ Fms vật M mặt phẳng ngang m bằngvới trọng lực P vật m - Tăng dần khối lợng vật m đến P M bắt đầu trợt lực ma sát nghỉ đạt giá trị cực đại Fms = Mg = mg Từ tính đợc hệ số ma sát nghỉ = m g (1) b, Tiến hành thí nghiệm Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, ban đầu để khối lợng vật m nhỏ để hệ không chuyển động Tăng dần khối lợng m đến hệ bắt đầu chuyển động dừng lại Cân khối lợng M m, thay vào công thức (1) tính đợc hệ số ma sát nghỉ *) Nhận xét : Trong phơng án này, thay hệ dây x xích Khi vật bắt đầu tự trợt = x Lx x L tỉ lệ với số mắt đếm đợc c, Kết đo theo phơng án 1: Lần đo m m M M 25g 50g 80g *) Sai số: 1g 1g 1g 1g 1g 1g 0,250 0,250 0,267 = 0.256 = à( Kết 100g 200g 300g m M + ) = 0.01 m M = 0.26 0.01 Phơng án 2: Đo hệ số ma sát trợt cách cho vật chuyển động chậm dần M a,Cơ sở lí thuyết Chọn hai vật có khối lợng m = m M Thả cho rơi từ độ cao h Sau m tới đất, M thêm h đoạn s Ta có: -Lúc đầu thả cho m từ độ cao h hai vật chuyển động với gia tốc a= mg Mg mg mg g = = (1 ) m+M m+m - Vận tốc hệ trớc m chạm đất v = 2ah = gh ( ) (2.1) - Khi m chạm đất vật M đI thêm đợc đoạn đờng s dừng lại áp dụng định luật bảo toàn lợng cho vật M đoạn đờng s ta có : Mv = Mg s v = gs (2.2) à= Từ (2.1) (2.2) tìm đợc : h h + 2s Gọi L quãng đợng tổng cộng mà M đợc L = h + s s = L h Vậy = h 2L h (3.2) b, Tiến hành thí nghiệm Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, chọn vật có khối lợng nh Ban đầu giữ hệ cho vật m cách mặt đất độ cao h -Đo độ cao h đánh dấu vị trí ban đầu vật M -Thả cho m chuyển động đến M dừng lại đánh dấu vị trí M - Đo tổng quãng đờng L=h+s mà M *Thay giá trị đo đợc vào biểu thức (3.2) để tính Ưu điểm phơng pháp nàylà cách bố trí tiến hành thí nghiệm đơn giản loại bỏ đợc sai số chủ quan Kết đo theophơng án 2: Lần đo Trung h (m) 0,30 0,30 0,30 h = 0,30 h 0,01 0,01 0,01 h = 0,01 L (m) 0,73 0,75 0,74 L = 0,74 L 0,01 0,01 0,00 L = 0,01 bình *) h = 0,30 0,01 L = 0,74 0,01 h à= Sai số: = 0,254 2L h = ( Kết quả: h 2L h + + ) = 0,05 h 2L h 2L h = 0,25 0,05 Phơng án : Đo hệ số ma sát trợt cách cho vật trợt từ mặt phẳng nghiêng xuống mặt phẳng nằn ngang a,Cơ sở lí thuyết Mặt phẳng nghiêng mặt ngang hệ số ma sát Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ A h m B D C Cho vật trợt từ A không vận tốc ban đầu Vật trợt xuống mặt phẳng nghiêng dừng lại D mặt phẳng ngang áp dụng định luật bảo toàn lợng ta có : mg.AB = mgcos.AC + mg.CD Với AC.cos = BC ta tìm đợc : = AB h = BC + CD l (4.1) ( Với l = BD ) b, Tiến hành thí nghiệm Bớc 1: Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ Lu ý sử dụng vật kích thớc nhỏ mặt nghẳng AC, CD phải dài, góc nhỏ để khắc phục va chạm vật với mặt phẳng ngang C Bớc 2: Đánh dấu điểm A mặt phẳng nghiêng,đo độ cao điểm A: h=AB Bớc 3: Thả cho vật trợt không vận tốc ban đầu từ điểm A Vật trợt xuống mặt phẳng nghiêng dừng lại D mặt phẳng ngang Đo khoảng cách l=BD * Thay giá trị h l đo đợc vao (4.1) để tìm Kết đo theo phơng án 3: Lần đo Trung h 0,01 0,01 0,01 h = 0,01 h (m) 0,15 0,15 0,15 h = 0,15 bình h = 0,15 0,01 h *) Sai số : = = 0,262 l l (m) 0,575 0,562 0,580 l = 0,572 l 0,003 0,010 0,008 l = 0,007 l = 0,572 0,007 h l = + ữ = 0,021 h l = 0,26 0,02 Kết Phơng án 4: Đo hệ số ma sát trợt cách dùng vật lò xo đàn hồi a,Cơ sở lí thuyết l0 *Treo vật khối lợng m vào đầu lò xo ( hình ) l l Khi vật vị trí cân lò xo giãn đoạn l l = l l0 = mg k (3.1) *Gắn chặt đầu lò xo vào giá đỡ ( hình 2) Đặt cho vật tiếp xúc lò xo ( không gắn với lò xo ) A O B đánh dấu vị trí O vật Đa vật tới điểm A cho lò xo bị nén đoạn l thả nhẹ vật chuyển động đợc đoạn đờng s đến B dừng lại áp dụng định luật bảo toàn lợng ta có: mgs k l = mgs l = 2 k Từ (3.1) (3.2) ta có : (3.2) l l l0 = 2s 2s à= (3.3) b, Tiến hành thí nghiệm Bớc1 Dùng thớc đo chiều dài tự nhiên l0 lò xo chiều dài l lò xo vật nằm cân Bớc : Gắn chặt đầu lò xo vào giá đỡ (hình 2) Đặt cho vật tiếp xúc lò xo ( không gắn với lò xo ), đánh dấu vị trí O vật Bớc 3: Trên mặt phẳng ngang, lấyđiểm A với OA = l Bớc 4: Đa vật đến vị trí A, lò xo nén đoạn l Thả vật tự do, vật đến vị trí B dừng lại Đo khoảng cách AB = s * Thay giá trị l, l0, s đo đợc vào (3.3) ta tìm đợc Phơng án : Đo hệ số ma sát nghỉ cách kéo cho vật đổ a,Cơ sở lí thuyết áp dụng với khối có kích thớc lớn Lúc đầu tác dụng F M gần A cho vật bắt đầu trợt: F =à mg r P Nâng dần điểm đặt M lên cao r F M h đến vị trí N vật bắt đầu quay quanh A Vậy mg l = F.h = à.mgh à= l 2h (5.1) B l A 10 b, Tiến hành thí nghiệm r Bớc 1: bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, ban dầu tác dụng lực F vào điểm M cho vật trợt mặt phẳng nằm ngang r Bớc 2: Nâng dần điểm đặt lực tác dụng F đến vị trí N vật bắt đầu quay quanh A Đo h = AN, l = AB * Thay giá trị h, l đo đợc vào (5.1) ta tính đợc Ưu điểm: không cần biết F nên ta tránh đợc sai số Phơng án 3: sử dụng mặt phẳng nghiêng Lần đo Trung h (m) 0,15 0,15 0,15 h = 0,15 bình h 0,01 0,01 0,01 h = 0,01 h = 0,15 0,01 h *) Sai số : = = 0,262 l l (m) 0,575 0,562 0,580 l = 0,572 l 0,003 0,010 0,008 l = 0,007 l = 0,572 0,007 h l = + ữ = 0,021 l h Kết = 0,26 0,02 2.2 Một số tập lập phơng án thực hành Bài tập 1: Giả sử có ván gỗ, loại gỗ thớc Hãy đa phơng pháp đo hệ số ma sát giữ gỗ gỗ Bài tập 2: Làm xác định hệ số ma sát mặt phẳng nghiêng mà dùng lực kế Biết độ 11 nghiêng mặt phẳng không đổi không đủ lớn tự trợt Bài tập 3: Cho dây xích gồm nhiều mắt xích nhỏ giống Tìm cách xác định hệ số ma sát dây xích mặt bàn mà không dùng thêm dụng cụ Bài tập : Lập phơng án xác định hệ số ma sát trợt khối gỗ hình hộp mặt cong 2.3 Thực trạng vấn đề trớc áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trớc áp dụng sáng kiến nhận thấy học sinh cha thực hiểu chất vai trò môn vật lý Học sinh học vật lý chủ yếu học thuộc lí thuyết giải toán Vật lý thuộc đủ loại phức tạp khác nhau, không cần hiểu để làm gặp đâu đời ngoại trừ trờng hợp gặp lúc thi Chính mà học sinh cha thực say mê với môn học cha vận dụng đợc kiến thức học vào cuốc sống 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trờng Khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm vào trình dạy học nhận thấy học sinh hiểu đầy đủ hay, đẹp môn Vật lý Vật lý phơng trình số mà tất toán phức tạp giúp đo đặc tìm đợc thông số cần thiết để ứng dụng vào khoa học kĩ thuật Khi dạy cho học sinh thiết kế phơng án thực hành, học sinh thực say mê với môn học hơn, say mê giải toán Vật lý thiết 12 kế phơng án thực hành đơn giản từ kết toán Vật lý phức tạp Học sinh không tích cực, chủ động, sáng tạo học lớp mà say mê học, tìm tòi tự làm thực nghiệm lúc nhà Việc thiết kế phơng án thực nghiệm giúp học sinh hiểu đầy đủ ý nghĩa môn học, học sinh không tích cực học mà biết vận dụng tốt kiến thức môn học vào sống khoa học sáng tạo kĩ thuật Kết luận kiến nghị Qua thực tế giảng dạy, thấy việc dạy cho em thiết kế phơng án thực hành làm cho học sinh thực hứng thú say mê với môn học Học sinh xác định đắn mục đích học tập Học sinh không say sa học tập mà em có sáng kiến khoa học kĩ thuật, góp phần vào tiến khoa học công nghệ Tài liệu tham khảo 1- V LANGUé - Những tập hay thí nghiệm Vật Lí Ngời dịch : Nguyễn văn thiều NXBGD 2- Nguyễn tú anh, vũ nh ngọc, vũ ngọc hồng, nguyễn khôi, nguyễn trọng hải, lê hơng quỳnh Thực hành vật lí đại cơng tập I NXBGD Nguyễn thợng chung-Thí nghiệm thực hành Vật lí chọn lọc.NXBGD 4- GS Dơng trọng bái, TS Cao ngọc viễn - Các thi quốc gia chọn học sinh giỏi THPT NXB ĐHQGHN 13 XC NHN CA TH TRNG Thanh Hoỏ, ngy 12 thỏng 03 nm 2016 N V Tụi xin cam oan õy l SKKN ca mỡnh vit, khụng chộp ni dung ca ngi khỏc To Th Hnh 14 ... bày số phơng án thực hành đo hệ số ma sát dùng cho học sinh lớp 10 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm giải pháp áp dụng để giải vấn đề Phơng án 1: Đo hệ số ma. .. sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân đồng nghiệp nhà trờng 10 Kết luận kiến nghị 10 Tài liệu tham khảo 11 THIT K MT S phơng án thực hành đo hệ số ma sát DùNG CHO học sinh lớp 10. .. 0, 010 0,008 l = 0,007 l = 0,572 0,007 h l = + ữ = 0,021 l h Kết = 0,26 0,02 2.2 Một số tập lập phơng án thực hành Bài tập 1: Giả sử có ván gỗ, loại gỗ thớc Hãy đa phơng pháp đo hệ số ma sát