Phát triển tư duy học sinh khá giỏi qua bài toán thực hành vật lí

“Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong bối cảnh nay, chất lượng giáo dục vấn đề toàn xã hội quan tâm Giáo dục Việt Nam nỗ lực đổi nhằm phát huy tính tích cực, chủ động học tập học sinh, tạo nên hệ người có khả hiểu biết sâu sắc lí luận từ vận dụng linh hoạt lí luận vào thực tế Để đạt mục tiêu cấp T.H.P.T, Vật lí mơn học đóng vai trò quan trọng Ngoài việc cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thơng bản, có hệ thống ngành, rèn luyện cho học sinh kỹ như: Kỹ quan sát, kỹ dự đoán, kỹ phân tích, tổng hợp, kỹ ứng dụng… Tuy nhiên, thực tế tồn hạn chế dạy học nhà trường, dừng lại chỗThầy cô cho học sinh thuộc công thức để làm số tập dạng phổ biến sách đề thi kiểu lí thuyết xng mà thiếu tư sáng tạo, kinh nghiệm để phân tích, giải quyết, tốn thực hành Khơng chiều lòng Thầy trò đề thi từ THPT Quốc gia đến thi học sinh giỏi cấp lại có xu hướng quan tâm đến tốn thực hành dẫn chứng ln dành 20% điểm số cho câu thực hành, tài liệu viết riêng thực hành trường phổ thơng lại khơng có nhiều Đây khó khăn mà đội ngũ thầy trực tiếp giảng dạy học sinh giỏi gặp phải Nhận thức tầm quan trọng phần kiến thức này, xuất phát từ thực tế học, thi mơn Vật lí, qua q trình giảng dạy, luyện thi đại học, bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi môn Vật lí trường T.H.P.T Bỉm Sơn, tơi đúc kết vài kinh nghiệm để giải vấn đề Vì tơi mạnh dạn trình bày sáng kiến kinh nghiệm việc: “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” nhằm giúp em học sinh số đồng nghiệp có thêm tài liệu tham khảo để học phục vụ công tác giảng dạy.Với ý thức cầu thị, tơi mong muốn nhận góp ý chân thành từ đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nhằm giúp đồng nghiệp học sinh giỏi có thêm tài liệu tham khảo giúp giải câu liên quan đến thực hành để kết thi học sinh giỏi , thi THPT Quốc gia đạt kết cao 1.3 ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Bài tốn tìm tọa độ trọng tâm mơ men qn tính vật rắn Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp khối A, khối A gồm 10C4; 10C6; 10C8; 12A2; 12A4; 12A7 năm học 2015 - 2016; học sinh lớp 11B4; 11B6; 11B8 năm học 2016 - 2017, học sinh lớp 12A4; 12A5; 12A6 năm học 2017 - 2018 trường THPT Bỉm Sơn, thị xã Bỉm Sơn 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp quan sát sư phạm - Phương pháp nêu vấn đề giảng dạy - Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh 1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM - Trình bày khái niệm, định nghĩa, công thức vấn đề liên quan cách ngắn gọn, dễ hiểu có ví dụ minh họa - Phân loại dạng toán thực hành, cách giải - Cung cấp hệ thống ví dụ phong phú đầy đủ phần tạo nên nguồn tài liệu quan trọng thầy cô làm đề ôn luyện chuẩn bị cho kì thi Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI - Xây dựng hệ thống kiến thức lý thuyết đầy đủ, gọn gàng, sâu sắc - Các tốn mang tính phổ biến, tổng qt , có tính khả thi xếp từ dễ đến khó - Trong q trình giảng dạy nên coi trọng việc phát triển tư cho học sinh từ vấn đề đơn giản đến vấn đề phức tạp để tập kĩ khái quát, phân tích, tổng hợp vấn đề - Chỉ liên hệ ứng dụng lí thuyết vào thực tế sống 2.2 THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI * Đặc điểm tình hình nhà trường: Trường THPT Bỉm Sơn trường có bề dày kinh nghiệm, thành tích công tác giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp tỉnh, quốc gia ôn thi đại học với mạnh mơn tự nhiên Trường có đội ngũ giáo viên giỏi, nhiệt tình, tâm huyết với công tác chuyên môn, em học sinh đa phần ngoan, chịu khó, thơng minh với khả tư tốt * Thực trạng vấn đề: “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” trường THPT Bỉm Sơn là: - Về kiến thức: Học sinh chưa nắm vững định nghĩa phép đo, chữ số có nghĩa, sai số, cách viết kết mà dừng lại mức độ thuộc vẹt số công thức đơn giản - Về kỹ năng: Học sinh chưa biết cách phân tích để đưa sở lí thuyết cho thực hành cho có tính khả thi , phù hợp với dụng cụ đưa để giải vấn đề - Trong đơn vị lớp có nhiều đối tượng học sinh với khả nhận thức, tư khác nên cho học sinh thảo luận để phát huy tối đa tính tích cực, chủ động học tập em nhằm phát triển tư cho em - Thực tế, kết khảo sát chất lượng vật lí 12 đầu năm lớp khối A; A1 trường T.H.P.T Bỉm sơn năm 2015 phần thực hành Số kiểm tra SL % SL % SL % SL % SL 12A3 42 0 10 23,8 20 47,7 19 9,5 12A4 44 2,3 13 29,5 18 38,7 10 22,7 6,8 12A7 45 8,9 18 40 20 44,4 6,7 0 Lớp Giỏi Khá Trung bình Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn Yếu Kém % “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” 2.3 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 2.3.1 Trình bày sở lí thuyết vấn đề nghiên cứu 2.3.1.1 Phép đo đại lượng Vật Ly [1] a Định nghĩa: - Phép đo đại lượng vật lý phép so sánh với đại lượng cùng loại quy ước làm đơn vị b Phân loại: - Phép so sánh trực tiếp nhờ dụng cụ đo gọi phép đo trực tiếp - Phép xác định đại lượng vật lý thông qua công thức liên hệ với đại lượng đo trực tiếp gọi phép đo gián tiếp 2.3.1.2 Sai số phép đo: a Sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên: [ ] - Sai số hệ thống loại sai số có tính quy luật ổn định VD: dùng thước có độ chia nhỏ mm có sai số dụng cụ 0,5 mm (vì đo vật có độ dài thực 12,7 mm chẳn hạn khơng thể đọc phần lẻ thước đo) - Sai số ngẫu nhiên loại sai số tác động ngẫu nhiên gây nên VD: người bấm đồng hồ để đo thời gian sớm hay muộn tí gây nên sai số b Giá trị trung bình: [ ] - Giá trị TB đo nhiều lần đại lượng A cho công thức: A= A1 + A + + A n coi giá trị gần với giá trị thực đại lượng A n c Cách xác định sai số phép đo: [ ] * Sai số tuyệt đối ứng với lần đo: ΔA1 = | A – A1| ; ΔA2 = | A – A2| …; ΔAn = | A – An| * Sai số ngẫu nhiên (cũng sai số tuyệt đối trung bình n lần đo): ∆A = ∆A1 + ∆A + + ∆A n n * Sai số dụng cụ ΔA’: - Có thể lấy nửa độ chia nhỏ dụng cụ - Trường hợp công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp dụng cụ đo có độ xác cao (đồng hồ thời gian, ampe kế số…) bỏ qua sai số dụng cụ d Sai số tỉ đối: [ ] Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” - Là tỉ số sai số tuyệt đối giá trị TB Sai số tỉ đối nhỏ phép đo xác Cơng thức: δA = ∆A 100% A e Cách xác định sai số phép đo gián tiếp: [ ] - Giả sử A đại lượng đo gián tiếp thông qua đại lượng X, Y ,Z đo trực tiếp thì: ▪ A = X + Y – Z → ΔA = ΔX + ΔY +ΔZ ▪A= X.Y → Z δA = δX + δY + δZ hoặc ε A = ε X + ε Y + ε Z ▪ A = Xn → δA = n.δX ▪ A=nX → δA = δX n 2.3.1.3 Chữ sớ có nghĩa: [ ] Định nghĩa: Chữ số có nghĩa chữ số (kể chữ số 0) tính từ trái sang phải kể từ chữ số khác khơng đầu tiên Ví dụ : Giả sử sai số tuyệt đối hoặc tương đối đại lượng A nhận giá trị sau: + 2,015: tức có chữ số có nghĩa (phải tính chữ số đằng sau) + 0,0669: tức có chữ số có nghĩa (chữ số lặp lại phải tính) 2.3.1.4 Cách viết kết quả đo: [ ] - Kết đo đại lượng A viết dạng: A = A ± ∆A Trong đó: ∆A = ∆A + ∆A ' gọi sai số tuyệt đối phép đo A lấy tối đa đến hai chữ số có nghĩa - A viết đến bậc thập phân tương ứng với ΔA Ví dụ: Một phép đo độ dài quãng đường s cho giá trị trung bình s = 1,36832 m với sai số phép đo tính ∆s = 0, 0031 m kết đo viết (với ∆s lấy đến chữ số có nghĩa) là: s = 1,368 ± 0,003 (m) 2.3.2 Các dạng toán thực hành 2.3.2.1 Dạng 1: Bài toán sai số cách tính sai số Phương pháp : - Sử dụng cơng thức tính: Giá trị trung bình, sai số truyệt đối, sai số ti đối, sai số ngẫu nhiên - Viết kết quả Ví dụ 1: [ ] Dùng đồng hồ đo thời gian có độ chia nhỏ 0,001s để đo n lần thời gian rơi tự vật bắt đầu rơi từ A đến B, ta bảng kết bên: Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” n t 0,398 0,400 0,408 0,410 0,406 ∆ti ∆t ' Trung bình Hãy tính thời gian rơi TB, sai số ngẫu nhiên, sai số dụng cụ sai số phép đo thời gian? Viết kết đo thời gian? Phép đo trực tiếp hay gián tiếp? Nếu đo lần kết đo bao nhiêu? Dùng thước đo có độ chia nhỏ mm để đo lần khoảng cách hai điểm A B nói cho kết s = 789 mm Tính sai số phép đo viết kết đo? Biết CT tính vận tốc B CT tính gia tốc rơi tự là: v = 2s 2s g = t t Dựa vào kết đo quy tắc tính sai số đại lượng đo gián tiếp, tính viết kết cuối cùng v, g? Hướng dẫn : Ý nghĩa kí hiệu: ▪ n: lần đo ▪ t: thời gian đo ▪ Δti: sai số tuyệt đối ứng với lần đo n TB t (s) 0,398 0,400 0,408 0,410 0,406 0,404 Δti 0,003 0,005 0,004 0,006 0,002 0,004 Δt’ ▪ Δt’: sai số dụng cụ Ta có: ▪ Thời gian rơi TB: t = 0, 404 s ▪ Sai số ngẫu nhiên: ∆t = 0, 004 s ▪ Sai số dụng cụ: Δt’ = 0,0005 s 0,0005 ▪ Sai số phép đo thời gian: ∆t = ∆t + ∆t ' = 0, 0045 s ▪ KQ đo thời gian: t = t ± ∆t = 0, 404 ± 0, 0045 s ▪ Đây phép đo trực tiếp từ dụng cụ (đồng hồ) *Chú ý : Nếu đo lần (n = → 3) kết đo phải lấy sai số cực đại (của n = → 3): t = 0,404 ± 0,006 Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” Cả lần đo (lớn nên coi tương đối xác) có cùng kết sai số phép đo đánh giá sai số dụng cụ (Δs= 0,5 mm) Do đó, kết đo là: s = 789 ± 0,5 mm Từ CT: v =  2s t suy ra: ▪ δv = δs + δt ∆v ∆s ∆t 0,5 0, 0045 = + = + = 0, 012 789 0, 404 v s t δv = Mặt khác, từ CT: ∆v v suy ra: ∆v = v.δv = 3,95.0, 012 = 0, 05 m/s 2s suy ra: t2 ▪ δg = δs + 2δt ∆g ∆s ∆t 0,5 0, 0045 = +2 = +2 = 0, 023 0, 404 g s t 789  Mặt khác, từ CT: δg = 2s 2.0, 789 = = 3,95 m/s 0, 404 t v = v ± ∆v = 3,95 ± 0, 05 m/s Vậy: Tương tự, từ CT: g = ▪ v= ∆g g Vậy: suy ra: ▪ g= 2s ( t) = 2.0, 789 = 9, 67 m/s2 0, 4042 ∆g = g.δg = 9, 67.0, 023 = 0, 22 g = g ± ∆g = 9, 67 ± 0, 22 m/s2 Ví dụ 2: [ ] Dùng đồng hồ bấm giây có thang chia nhỏ 0,01s để đo chu kỳ (T) dao động lắc Kết lần đo thời gian dao động toàn phần sau: 3,00s; 3,20s; 3,00s; 3,20s; 3,00s (Ta có bảng sau) Lần đo T (s) 3,00 3,20 3,00 3,20 3,00 Tìm chu kì T ? Hướng dẫn : Giá trị trung bình: T = 3.3, 00 + 2.3, 20 = 3, 08( s) ∆T1 = 3,00 − 3,08 = 0,08s  × ∆T1 + × ∆T2 = 0,096s  ⇒ ∆T = ∆T2 = 3, 20 − 3,08 = 0,12 s  Sai số tuyệt đối: ∆T = ∆T + ∆Tdc = 0, 096 + 0, 005 = 0,101( s) Kết quả: T = 3,08 ± 0,101(s) *Chú ý: Lỗi em hay mắc phải quên cộng sai số dụng cụ ∆Tdc Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” Ví dụ 3: [ ] Một học sinh đo gia tốc trọng trường vị trí địa lí nơi trường đặt địa điểm 4π 2l thực nghiệm theo công thức g = Trong thí nghiệm học sinh T 500 ± 1)mm đo chu kì T = (1, 45 ± 0, 05) s dùng lắc có độ dài l = ( Hãy tính gia tốc trọng trường g = ( g + ∆g ) Hướng dẫn : Từ công thức g= ∆g ∆l 2∆T ∆l 2∆T 4π 2l 4π l = + ⇒ ∆g = g ( + ) ⇒ g = Và 2 g l T l T T T Thay số ta được: g= 4π 0,5 10−3 2.0, 05 = 9,3885( m / s ) ∆ g = 9,3885( + ) = 0, 6663( m / s ) ; 1, 45 0,5 1, 45 Vậy g = 9,3885 ± 0, 6663( m / s ) 2.3.2.2 Dạng 2: Bài toán thiết kế phương án thí nghiệm Phương pháp: - Tìm hiểu tác dụng của từng dụng cụ từ đấy đưa sở lí thuyết phù hợp - Thiết kế thí nghiệm mang tính thực tế - Nêu bước tiến hành thí nghiệm và làm lần( nếu làm thật) - Xử lí sớ liệu - Tính sai sớ và viết kết quả Ví dụ : [ ] Cho dụng cụ sau:Một mặt phẳng nghiêng, mẫu gỗ có khối lượng m biết, thước đo có độ chia tới mm, động hồ bấm giây Hãy đề xuất phương án để xác định nhiệt lượng tỏa khối gỗ trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng Yêu cầu: - Nêu sở lí thuyết xây dựng công thức cần thiết - Vẽ sơ đồ bố trí thí nghiệm, trình bày bước tiến hành, đo đac tính tốn Hướng dẫn : Cơ sở lí thuyết để tiến hành : - Nhiệt lượng tỏa phần vật trượt đến chân mặt nghiêng Gọi h chiều cao mặt nghiêng, l chiều dài mặt nghiêng Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” Chọn mốc chân mặt nghiêng Vận tốc ban đầu Vận tốc chân mặt nghiêng v Q = mgh − 2 mv at 2l ⇒ Q = m( gh − ) Với v = 2al , l = 2 t h l Cách tiến hành: - Thả cho vật trượt xuống không vận tốc đầu từ đỉnh mặt nghiêng đến chân mặt nghiêng Đồng thời bấm đồng hồ đo thời gian t vật chuyển động từ đỉnh tới chân mặt phẳng nghiêng - Đo chiều cao h mặt phẳng nghiêng - Đo chiều dài l mặt phẳng nghiêng Thay vào công thức xác định Q Ví dụ 2: [ ] Thiết kế phương án thí nghiệm để xác định khối lượng viên bi Cho dụng cụ sau đây: Hai viên bi( hai viên biết khối lượng), bột dẻo, giá thí nghiệm, thước đo độ, hai sợi dây cùng chiều dài Hướng dẫn: - Buộc viên bi có khối lượng m vào sợi dây dài l , kéo lệch góc α1 đo thước đo góc bng Tại điểm thấp quỹ đạo chuyển động viên bi m1 treo viên bi chưa biết khối lượng m2 có gắn mẩu bột dẻo khối lượng ∆m nhỏ - Khi chuyển động viên bi khối lượng m va chạm vào viên bi khối lượng m2 có bột dẻo nên va cham viên bi va chạm mềm, sau chúng dính vào nghiêng góc α theo định luật bảo tồn động lượng: m1v1 = ( m1 + m2 + ∆m ) v2 (1) - Ta tìm vận tốc v1 viên bi biết khối lượng vào lúc va chạm từ định luật bảo toàn mgh1 = m1 v1 ⇒ v1 = gh1 = gl (1 − cosα1 ) - Vì khối lượng ∆m nhỏ nên bỏ qua Tương tự ta tìm v2 v2 = gh2 = gl (1 − cosα ) Thay v1 v2 vào (1) ta tìm được: α1    − cosα1   sin ÷ m2 = m1  − 1÷ ⇒ m = m −  ÷ ÷ α  − cosα   sin ÷   Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” Ví dụ 3: [ ] Cho dụng cụ sau: Một ống thủy tinh hình chữ U, thước có độ chia nhỏ đến mm, lọ nước (Đã biết trước khối lượng riêng nước), lọ dầu Hãy trình bày giải thích phương án thí nghiệm để xác định gần khối lượng riêng dầu Hướng dẫn: - Để ống chữ U thẳng đứng Đổ nước vào ống chữ U - Đổ thêm dầu vào nhánh chữ U Mặt thoáng hai nhánh chênh lệch, bên dầu có mặt thống cao - Lập biểu thức tính áp suất thủy tĩnh: + Tại điểm A(mặt phân cách dầu nước): p A = p0 + ρd ghd + Tại điểm B (cùng độ cao nhánh bên ): pB = p0 + ρ n ghn h n - Vì p A = pB suy ρd = ρn h Đo hn , hd biết ρn tính khối lượng riêng d dầu ρd 2.3.2.3 Các toán thí nghiệm minh họa Bài 1: [ ] Cho số dụng cụ: Bộ dụng cụ điện phân, nguồn điện, cân có cân, ampe kế, đồng hồ bấm giây, dây nối có điện trở khơng đáng kể Hãy thiết lập cách bố trí thí nghiệm, trình bày phương án tiến hành thí nghiệm tìm cơng thức để xác định độ lớn điện tích nguyên tố Hướng dẫn: Thiết lập mạch điện, phương án tiến hành thí nghiệm: - Mắc mạch điện theo sơ đồ thông thường mạch kín bao gồm: Nguồn điện - Ampe kế - Bình điện phân - Dùng Ampe kế xác định dòng điện I chạy qua dung dịch điện phân - Dùng đồng hồ đếm thời gian để xác định thời gian Δt mà dòng điện qua - Xác định khối lượng m chất bám vào điện cực: Bằng cách dùng cân để đo khối lượng m điện cực trước mắc vào mạch, sau đo khối lượng m2 điện cực sau cho dòng điện qua chất điện phân tính khối lượng: m = m2 - m1 (1) Lập công thức xác định độ lớn e điện tích nguyên tố: - Gọi n hóa trị chất Số nguyên tử xuất điện cực: N= q I∆t = (2) ne ne - Mặt khác: Gọi NA số Avogadro, A khối lượng mol chất ta có: Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 10 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” m (3) A A I ∆t A I ∆t = - Từ (2) (3) ta tìm được: e = (4) n m.N A n (m2 − m1 ).N A Số nguyên tử là: N = N A Bài 2: [ ] Để xác định chiết suất lăng kính P có tiết diện thẳng tam giác ABC người ta chiếu vào mặt bên AB tia sáng đơn sắc nằm mặt phẳng tiết diện thẳng lăng kính cho tia khúc xạ tới mặt bên AC ló khỏi lăng kính mặt bên AC Người ta đo góc chiết quang A góc lệch cực tiểu Dm tia sáng đơn sắc đó, kết đo sau: A = 600 ± 10 Dm = 300 ± 10 Tính chiết suất n lăng kính ánh sáng đơn sắc sai số tương đối ∆n phép đo chiết suất n Hướng dẫn Khi có góc lệch cực tiểu Dmin : n = Dm + A (1) A sin sin + Với A = 600 , Dm = 300 ⇒ n = ≈= 1, 414 + Lấy vi phân (1) ta có: dn = + Lấy (2) chia (1) ta được: + Sai số tương đối: Thay số ta được: cos Dm + A Dm + A D +A A d( ) sin( m )cos 2 2 (2) − A A sin sin 2 D +A dn 1 A = cot g m d ( Dm + A) − cot g dA n 2 2 D +A D +A A ∆n ∆Dm + cot g m − cot g ∆A = cot g m 2 2 n ∆n = 15.10−3 Vậy n = n ± ∆n ≈ 1, 414 ± 0, 021 n Bài 3: [ ] Để đo gia tốc trọng trường vị trí mặt đất với dụng cụ gồm: lò xo nhẹ, thước đo chiều dài, đồng hồ bấm giây, số vật nhỏ a Trình bày sở lý thuyết cách đo; b Nêu sơ lược bước thực Hướng dẫn: a Cơ sở lý thuyết : - Ở lắc lò xo treo thẳng đứng T = 2π m k Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn (1) 11 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” - Khi cân lò xo dãn ∆l = - Từ (1) (2) suy T = 2π mg k (2) ∆l 4π ∆l ⇒g= g T2 (3) b Đo chiều dài tự nhiên lò xo thước mét - Treo lò xo thẳng đứng vào điểm cố định, vật m dưới, m cân dùng thước mét đo độ dài lò xo, tính độ dãn ∆l - Kích thích cho vật m dao động theo phương thẳng đứng, dùng đồng hồ bấm giây đo chu kì dao động T (đo thời gian thực số nguyên lần dao động tính T) - Lặp lại bước nhiều lần với nhiều vật lấy giá trị trung bình ∆l vàT Thay vào cơng thức (3) tính g - Tính sai số viết kết phép đo Bài 4: [ ] Cho dụng cụ gồm:Một hình trụ rỗng có khối lượng bán kính chưa biết, mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng thay đổi được, nối tiếp với mặt phẳng ngang, đồng hồ, thước chia độ,ống thăng bằng, thước kẹp Yêu cầu: Xác định 1) Hệ số ma sát lăn hình trụ 2) Bán kính hình trụ cách cho lăn hai mặt phẳng Hướng dẫn: VA = A h s1 VB α B VC = s2 C Thả cho hình trụ bắt đầu lăn xuống từ đỉnh A mặt phẳng nghiêng, hình trụ lăn xuống B tiếp tục mặt ngang dừng lại C Ta có: WA = mgh; WC = WA – WC = Ams= µ.mg(s1+s2) ( góc α đủ nhỏ ⇒ cosα ≈ 1) h mgh = µ.mg(s1+s2) ⇒ µ = s + s (1) Chọn mốc mặt phẳng ngang Cơ B có giá trị công lực ma sát đoạn đường BC: 1 mV B2 + I ω B2 = µ mg.s 2 Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 12 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” Có ω B = ( ) VB I = m R + r R Với: R: bán kính ngồi hình trụ r: bán kính hình trụ ⇔ µ g.s R V2 1 m − 3R mV B2 + R + r B2 = µ mg.s ⇒ r = V 2 R B ( ) Mặt khác đoạn đường s1 ta có: Từ (1), (2) (3): r = R s1 = at1 ; (2) v B = at1 ⇒ v B = s1 (3) 2t1 g h.t12 s2 ⋅ −3 ( s1 + s ) s1 Bài 5: [ ] Cho dây nối, bóng đèn dây tóc có hiệu điện định mức 12V, bình acquy có suất điện động 12V điện trở bé, ôm kế, vôn kế, ampekế nhiệt kế Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để xác định nhiệt độ dây tóc bóng đèn sáng bình thường Hệ số nhiệt độ điện trở vơnfam làm dây tóc biết Hướng dẫn: Cơ sở lí thuyết: Điện trở vật dẫn kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ theo quy luật: R = R (1 + αt) (1) Như xác định điện trở dây tóc nhiệt độ đèn làm việc bình thường nhiệt độ suy nhiệt độ sáng bình thường Giả sử nhiệt độ phòng (ứng với nhiệt độ t1) điện trở dây tóc là: R1 = R (1 + αt1 ) ⇒ R = R1 + αt (2) Khi đèn sáng bình thường, giả sử hiệu điện cường độ dòng điện qua đèn tương ứng U I điện trở bóng đèn là: R2 = U I (3) Thay biểu thức (2) (3) vào (1), ta nhận được: R2 =  R1 1 U (1 + αt ) ⇒ t =  (1 + αt1 ) − 1 (4) + α t1 α  IR1  Từ đưa phương án thí nghiệm theo trình tự sau: + Đọc nhiệt kế để nhận nhiệt độ phòng t1 Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 13 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” + Dùng ôm kế để đo điện trở dây tóc bóng đèn đèn chưa thắp sáng để nhận điện trở R1 Khi dùng ơm kế có dòng nhỏ qua dây tóc thay đổi nhiệt độ dây tóc khơng đáng kể + Mắc mạch điện cho đèn sáng bình thường, ampe kế mắc nối tiếp vôn kế mắc song song với bóng đèn + Đọc số vơn kế ampe kế để nhận U I + Thay số liệu nhận vào công thức (4) để tính nhiệt độ dây tóc Bài 6: [ ] Cho dụng cụ: ăcquy chưa biết suất điện động điện trở nó, ampe kế, điện trở R biết giá trị, điện trở R x chưa biết giá trị, dây dẫn Bỏ qua điện trở ampe kế dây dẫn Trình bày phương án xác định giá trị điện trở Rx Hướng dẫn: - Gọi E, r lần lượt suất điện động điện trở nguồn điện - Lần thứ nhất, mắc mạch điện nối tiếp gồm ăcquy, ampe kế điện trở R0 E Dòng điện chạy qua mạch I1: I1 = R + r (1) - Lần thứ hai, thay điện trở R x vào vị trí R0 mạch điện Dòng điện E qua mạch trường hợp : I2 = R + r (2) x - Để xác định đại lượng E, r, R x ta cần ba phương trình Do cần phải có thêm phương trình Lần thứ ba, ta mắc R Rx nối tiếp vào mạch điện đo cường độ dòng điện I3 mạch : E R0 + Rx + r I3 = (3) I (I - I ) - Giải hệ phương trình (1), (2) (3) ta có : R x = I (I - I ) R Chú ý: trình bày cách mắc R0 // Rx mắc vào mạch lần mắc thứ ba Khi đó, cường độ dòng điện mạch : I4 = E R 0R x +r R0 + Rx - Giải hệ pt (1), (2) (3’) ta có: R x = (3’) I1 (I4 - I2 ) R0 I (I - I1 ) Bài 7: Trình bày phương án thực nghiệm xác định giá trị hai điện trở R R2 với dụng cụ sau đây: nguồn điện có hiệu điện chưa biết ; điện trở có Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 14 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” giá trị R0 biết ; ampe kế có điện trở chưa biết ; điện trở cần đo: R1 R2 ;một số dây dẫn có điện trở khơng đáng kể U Chú ý: Để không làm hỏng dụng cụ đo, không mắc ampe kế song song với điện trở I0 R0 Hướng dẫn: Làm thí nghiệm A Hình a) Mắc nối tiếp R0 với ampe kế điện trở R A nối với cực nguồn có hiệu điện U ampe kế I0 U Ta có: R + R A = I (1) b) Thay R0 R1: R1 + R A = Thay R1 R2: R + R A = U I2 U I1 (2) U U I 1  U U Lấy (4) trừ (3): R1 = - = U  - ÷ I I2  I I2  1  Lấy (4) trừ (2): R = U  - ÷  I I1  U U Lấy (1) trừ (2): R - R1 = I0 I Thay R2 R1 + R2: R1 + R + R A = U (5) I2 R2 (6) 1 1 1  + - - ÷ R  I0 I I1 I  = Chia (7) cho (5): R1 1   - ÷  I I2  1   - ÷  I I2  1 1 1  + - - ÷  I0 I I1 I  Cùng chia (7) cho (6) tính tương tự ta được: Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn A Hình (4) A Hình U I 1 1 1 U U R = - + R = U  + - - ÷ (7) I0 I1  I0 I I1 I  Vậy R1 = R I1 R1 (3) R1 R2 A Hình + A K1 U R0 K2 Rb 15 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” 1   - ÷  I I1  R2 = R0 1 1 1  + - - ÷  I0 I I1 I  Bài 8: Cho dụng cụ: ống thủy tinh giống hình trụ, ống cao su (có tiết diện lỗ phù hợp với tiết diện ống thủy tinh), nút bấc, phễu, giá đỡ, thước kẻ chia đến milimét, cốc, nước (coi biết khối lượng riêng nước) Hãy xây dựng phương án đo áp suất khí dùng dụng cụ cho Hướng dẫn: - Làm ống hình chữ U ống thủy tinh cao su - Dùng phễu rót nước vào ống đo chiều cao l1 cột không khí ống - Dùng nút bấc bịt kín miệng bên ống (gọi ống A) nâng ống lên (gọi ống B) hoặc rót thêm nước vào ống B, đo giá trị l cột khơng khí độ chệnh lệch h mực nước ống - Áp dụng định luật Bơilơ – Mariốt cho thể tích khí bị giam ống A p0l1 = ( p0 + ρ gh)l2 Với: ρ khối lượng riêng nước p0 áp suất khí g gia tốc trọng trường ρ ghl Từ suy áp suất khí quyển: p0 = l − l Bài 9: [ ] A ? Nêu cách đo hệ số ma sát trượt vật A mặt phẳng nghiêng mà dùng lực kế Biết mặt phẳng nghiêng khơng làm vật tự trượt Từ suy µ Hướng dẫn: Chọn chiều dương chiều chuyển động Chiếu lên chiều dương - Kéo vật lên thẳng đều: Fl = µ P cos α + P sin α (1) - Kéo vật xuống thẳng đều: Fx = µ P cos α − P sin α (2) Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 16 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” sin α = Fl − Fx 2P cosα = Fl + Fx 2µ P 2 Từ (1)(2) suy ra: sin α + cos α = Fl − Fx ) ( (Fl + Fx ) ⇒ + =1 4P2 4µ P Fl + Fx ⇒µ= P − ( Fl − Fx ) Dùng lực kế kéo vật trượt lên xác định Fl - Kéo vật trượt xuống xác định Fx - Móc vật xác định P 2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Thông qua tiến hành nghiên cứu lớp 10; 11; 12 khối A ; A1 ba năm liên tục với đề tài: “Phát triển tư học sinh giỏi qua tốn thực hành Vật lí ” Tơi thu số kết sau: Nhiều đồng nghiệp học sinh Nêu phân tích vai trò thí nghiệm thực hành , làm bài tập thí nghiệm thực hành dạy học Nêu lý thuyết chung liên quan tới thí nghiệm thực hành trường THPT Nêu dạng thí nghiệm, phương án thí nghiệm thực hành bậc học Giải thành cơng khâu q trình giải tốn thí nghiệm thực hành vật lý Đưa tập điển hình có lược giải, số bái tập bổ sung nhằm giúp đồng nghiệp em có điều kiện áp dụng mà sáng kiến đề Hiểu chất vấn đề vận dụng linh hoạt kiến thức từ lí thuyết vào thực hành gặp phải đề thi tuyển sinh, học sinh giỏi cấp Để chứng minh xin đưa minh chứng sau: Kết khảo sát chất lượng vật lí 12 đầu năm ba lớp khối A trường T.H.P.T Bỉm Sơn năm 2015 phần thực hành sau Trung bình Số kiểm tra SL % SL % SL % SL % SL 12A3 42 0 10 23,8 20 47,7 19 9,5 12A4 44 2,3 13 29,5 18 38,7 10 22,7 6,8 12A7 45 8,9 18 40 20 44,4 6,7 0 Lớp Giỏi Khá Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn Yếu Kém % 17 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” Kết khảo sát chất lượng vật lí 12 đầu năm ba lớp khối A trường T.H.P.T Bỉm Sơn năm 2018 phần thực hành Trung bình Số kiểm tra SL % SL % SL % SL % SL 12A4 40 10 12 30 19 47,5 12,5 0 12A5 45 13,3 17 37,8 16 35,6 13,3 0 12A6 48 16,7 21 43,8 17 35,4 4,1 0 Lớp Giỏi Khá Yếu Kém % Đối chứng kết kiểm tra cùng kì hai năm học liên tiếp với chất lượng lớp gần tương đương thực hai cách dạy khác Năm 2015 dạy theo cách thừa nhận công thức SGK, năm 2017 dạy theo cách hiểu chất cách thành lập cơng thức tính thấy kết có chiều hướng tốt thể tỉ lệ học sinh đạt điểm khá, giỏi tăng mạnh, tỉ lệ yếu kém giảm đáng kể Điều khẳng định tính phù hợp sáng kiến kinh nghiệm việc làm tài liệu tham khảo cho Thầy Cô giảng dạy em học sinh giỏi Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 18 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI 3.1 KẾT LUẬN: Thơng qua tìm hiểu phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí ” số năm, đặc biệt phạm vi rộng hai năm học 2015-2016 2017-2018 tự nhận thấy - Đối với giáo viên, sáng kiến kinh nghiệm tài liệu quan trọng công tác giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp phần vật rắn góp phần giải triệt để câu hỏi chốt đề thi phần vật rắn - Đối với học sinh khá, giỏi, sáng kiến kinh nghiệm giúp cho em kỹ tư duy, suy luận lơgíc để chủ động, tự tin vào thân việc giải tập hay tượng vật lý khác mà em gặp sống Từ kết nghiên cứu, thân rút học kinh nghiệm sau: - Đối với giáo viên, dạy lớp học sinh có lực phải khơng ngừng tìm tòi, sáng tạo để nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ sư phạm cho thân, phải ý việc phát triển tư cho học sinh thông qua giảng lí thuyết, thơng qua giải tập từ đơn giản đến phức tạp Từ tập cho em cách phân tích, tổng hợp, xử lí thông tin để hiểu sâu hơn, ham mê môn học ứng dụng môn học vào sống Tất nhiên cần lựa chọn đối tượng để áp dụng cho hợp lí, tránh ơm đồm - Đối với học sinh muốn trở thành học sinh giỏi thật ngồi khả thân cần phải ý giảng tưởng đơn giản Thầy Bởi cách giúp em nghe để làm, để phát triển, để học cách phân tích, xử lí tình khác, nghĩa học để làm mười 3.2 KIẾN NGHI: Nhằm giúp đỡ Thầy cô nâng cao kinh nghiệm, tay nghề việc dạy học, giúp em học sinh biết cách tư lơgíc, phân tích, tổng hợp, xử lí thơng tin Theo tơi, hàng năm phòng trung học phổ thơng thuộc Sở giáo dục đào tạo cần lựa chọn cung cấp cho trường phổ thơng số sáng kiến, viết có chất lượng, có khả vận dụng cao để Thầy có hội học hỏi thêm đồng nghiệp, có hội phát triển thêm sáng kiến để tự người tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với mình, phù hợp với đối tượng học sinh Đây hội để sáng kiến phát Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 19 “Phát triển tư học sinh giỏi qua tốn thực hành Vật lí” huy tính khả thi theo tên gọi nó, hội để Thầy giao lưu với mặt kiến thức, phương pháp giảng dạy để cùng đưa giáo dục tỉnh nhà lên tầm cao Trên số kinh nghiệm suy nghĩ thân tơi, khiếm khuyết Rất mong hội đồng khoa học, đồng nghiệp nghiên cứu, bổ sung góp ý để đề tài hồn thiện hơn, để kinh nghiệm tơi thực có ý nghĩa có tính khả thi Tơi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA Thanh Hóa, ngày 20 tháng 05 năm 2019 THỦ TRƯỞNG ĐƠN VI Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết sáng kiến Phạm Thị Hiền Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 20 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” MỤC LỤC Mở đầu Trang Nội dung sáng kiến kinh nghiệm Trang 3 Kết luận kiến nghị Trang 18 Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 21 “Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí” TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa vật lí nâng cao 10, 11, 12 Sách tập vật lí nâng cao 10, 11, 12 Tuyệt đỉnh bồi dưỡng học sinh giỏi qua kì thi Olympic 10 tập 1, tập 2, tập - Lê Văn Vinh – Nhà xuất tổng hợp thành phố Hồ Chí Minh Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí 11 tập 1, tập - Nguyễn Phù Đổng – Nhà xuất tổng hợp thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp tư sáng tạo giải nhanh bồi dưỡng học sinh giỏi 11 tập 1, tập - Trịnh Minh Hiệp – Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội Tuyển tập 20 năm đề thi Olympic 30/4 vật lí 10, 11 Giáo trình vật lí đại cương tập phần nhiệt- Nguyễn Xuân Chi- NXB Bách khoa Hà Nội Giáo trình vật lý - Ngơ Quốc Quýnh-NXB Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 22 ... Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI 3.1 KẾT LUẬN: Thơng qua tìm hiểu phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm Phát triển tư học sinh giỏi. .. Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp khối A, khối A gồm 10C4; 10C6; 10C8; 12A2; 12A4; 12A7 năm học 2015 - 2016; học sinh lớp... chịu khó, thơng minh với khả tư tốt * Thực trạng vấn đề: Phát triển tư học sinh giỏi qua toán thực hành Vật lí trường THPT Bỉm Sơn là: - Về kiến thức: Học sinh chưa nắm vững định nghĩa