Giúp học sinh tìm hiểu về hệ thống đo lường quốc tế được sử dụng trong bộ môn vật lý ở trường phổ thông

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT BA ĐÌNH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM GIÚP HỌC SINH TÌM HIỀU VỀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG QUỐC TẾ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG BỘ MÔN VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG Người thực hiện: Phan Hoàng Dũng Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lý THANH HÓA NĂM 2020 MỤC LỤC 1 Mở đầu 1.1 Lí do chọn đề tài 1.2 Cơ sở lí luận của đề tài TRANG 1 1 1 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1 1 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3 Kết luận, kiến nghị 2 3 20 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị 20 20 1 Mở đầu 1.1 Lí do chọn đề tài Xã hội loài người muốn tồn tại phải sản xuất ra của cải vật chất, muốn sản xuất phải có kiến thức khoa học kỹ thuật cho dù là ở trình độ sơ đẳng nhất, những kiến thức đó giúp con người tính toán được hiệu quả kinh tế của công việc mình làm và đề ra những kế hoạch cho sản xuất, thu hoạch, tiêu thụ, Những tính toán đó tiến hành với những biểu thị về “độ lớn” của các đại lượng đặc trưng cho từng công việc, cho các hiện tượng, sự vật liên quan tới công việc, kế hoạch đang tiến hành Những con số, kết quả tính toán đó có được là nhờ con người ta tiến hành đo lường với những dụng cụ đo lường ghi khắc theo những đơn vị đo lường đã được quy định Trong lịch sử nền văn minh của loài người, mỗi nơi, mỗi địa phương, mỗi dân tộc đều có những đại lượng, đơn vị đo lường riêng của mình Khi nền sản xuất phát triển, khi sự giao lưu văn hóa, kinh tế, trong mọi lĩnh vực của các vùng miền, dân tộc, quốc gia được mở rộng thì nhu cầu phải có một hệ thống đo lường quốc tế khoa học và hiện đại để đáp ứng nhu cầu trên của xã hội là bức thiết và phải có, chính vì những lí do trên tôi chọn đề tài “Giúp học sinh tìm hiểu về hệ thống đo lường quốc tế được sử dụng trong bộ môn vật lý ở trường phổ thông” 1.2 Mục đích nghiên cứu Trong giảng dạy và học tập bộ môn vật lý nói riêng và các bộ môn khoa học khác nói chung thì chúng tôi nhận thấy rằng: Việc học tập, giảng dạy và nghiên cứu bộ môn vật lý không thể thiếu hiểu biết về các đại lượng, đơn vị, đặc biệt là các đại lượng, đơn vị, hằng số vật lý giúp cho người giảng dạy cũng như học sinh học tập được thuận lợi và có hiệu quả cao hơn 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Phương pháp dạy học và bài tập Vật lí ở trường trung học phổ thông - Những yêu cầu nâng cao chất lượng dạy và học Vật lí ở trường trung học phổ thông - Học sinh lớp cấp trung học phổ thông 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1 - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: + Nghiên cứu các tài liệu lý luận dạy học để làm sáng tỏ về mặt lý luận các vấn đề có liên quan đến đề tài + Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách bài tập, các tài liệu tham khảo để phân tích cấu trúc logic, nội dung của các kiến thức liên quan đến đơn vị Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm: Kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm - Thời cổ đại + Ở AI CẬP Cách ta 6000 năm đã sử dụng các đơn vị độ dài như thước “nhà vua” (Giá trị vào khoảng nửa mét) Đơn vị diện tích ruộng đất như “Arua” (Diện tích hình vuông có cạnh 100 thước nhà vua, vào cỡ 2756 m 2) Đơn vị đo dung tích là “Khô tiên” bằng một nửa “thước khối” nhà vua Và đơn vị đo khối lượng là “Tiên” vào khoảng 91 gam + Ở BABYLON Cách đây hơn 4000 năm, người ta sử dụng một hệ khá hoàn chỉnh về đơn vị độ dài, dung tích, khối lượng, thời gian Tại hệ này đơn vị thời gian lần đầu tiên trong lịch sử loài người được quy định chặt chẽ từ năm xuống giây 1 năm = 12 tháng và 5 ngày 1tháng = 30 ngày 1 ngày = 24 giờ 1 giờ = 60 phút 1 phút = 60 giây + Ở TRUNG QUỐC Từ mấy ngàn năm trước Công nguyên, người ta đã hình thành một hệ tương đối hoàn chỉnh Về độ dài: Thước (cỡ 0,36 mét) 2 Về dung tích: Đấu (vào cỡ 10 lít) Về khối lượng: cân (1 cân cỡ 600 gam) + Ở VIỆT NAM Thời kỳ phong kiến Trung Quốc liên hệ về hệ đo lường cổ của hai nền văn hoá Trung Quốc và Ấn Độ, các đơn vị đo lường dùng trong xã hội Việt Nam ta có ảnh hưởng nhất định từ hai nền văn hoá này Ví dụ, thời vua Lê Huyền Tông (năm 1664) quy định đơn vị đo dung tích theo đề nghị của Phạm Công Trứ: Ông lấy trong ống Hoàng Truy chứa được 1200 hạt thóc làm một thược, rồi cứ thế tính lên: 10 thược làm 1 cáp 10 cáp làm 1 thăng 10 thăng làm 1 đấu 10 đấu làm 1 hộc 2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trong quá trình giảng dạy chúng tôi thấy: Trong dạy học người giáo viên chúng tôi cần hiểu thêm một số hệ đơn vị đo lường đặc biệt là hệ đơn vị SI, là một hệ đơn vị hợp pháp của nước ta Đối với học sinh cũng cần có được các thông tin chính xác về các đơn vị, đại lượng, thông số, hằng số vật lý để từ đó các em vận dụng trong việc giải các bài toán vật lý nhanh chóng, thuận tiện và chính xác hơn Thực thế cho thấy học sinh phổ thông khi làm toán rất lúng túng trong việc sử dụng và quyết định các đơn vị đo của một đại lượng vật lý nào đó Ví dụ: Đại lượng áp suất, khi các em làm ra đáp số bài toán, cũng như đọc đề toán của một số bài toán vật lý nào đó, khi thì thấy đơn vị tính bằng “N/m 2”, khi thì “Pa”, lúc lại “mmHg”, lúc lại “atm” hay “at” Liệu là viết cái gì cho đúng, gọi tên thế nào là hợp lí và chuyển đổi giữa chúng ra sao Và còn nhiều các đại lượng vật lý khác đang cần chúng ta đưa ra một cách có hệ thống và chuẩn xác để các em học sinh theo đó hiểu sâu sắc về các đơn vị, đại lượng hay hằng số chuẩn mực cấp quốc tế, từ đó các em học tốt hơn gây cho hoc sinh có một mức độ tin tưởng cao và cảm giác hứng thú hơn đối với bộ môn vật lý này 3 sinh có trong tay một căn cứ pháp lý về hệ đo lường thông dụng mà chúng ta sẽ dùng trong học tâp và đời sống I LỊCH SỬ HÌNH THÀNH HỆ CÁC ĐƠN VỊ MÉT VÀ KILÔGAM 1.HỆ MÉT: *Mét: Năm 1790 quốc hội Pháp quyết định xây dựng một hệ đo lường hợp pháp, thống nhất cho cả nước, trên cơ sở một kích thước tự nhiên có thể tạo lại được chính xác mỗi khi cần Một uỷ ban gồm các nhà bác học Pháp nổi tiếng thời bấy giờ như: Lagrănggiơ, Laplát, Côngđoocxê, được thành lập để thực thi đề án của quốc hội Pháp: Là thành lập một hệ thống đo lường, trong đó có việc phải đưa ra một chuẩn mực tự nhiên về chiều dài, đó là mét Người ta đã tiến hành đo đạc từ 1792 đến 1799: Tiến hành việc đo cung của kinh tuyến đi qua Pari: Từ Doongkéc đến Bacxơlôn Người ta đã tính độ dài của mét từ cung đó Hai thước giống nhau đã được sản xuất ra, bằng chất Platin, để thể hiện mét Tên mét lấy từ chữ HyLạp: Mêtrôn (Kích thước) 4 mm 25 mm Sơ đồ thước mét của viện đo lường quốc tế tại Pari cộng hoà Pháp *Kilôgam: Tiếng Pháp là Kilôgramme, chữ “gramme” lấy từ chữ latinh “gramma” chỉ một quả cân thông dụng thời bấy giờ (cuối thế kỷ 18) ở Pháp, có khối lượng bằng khối hượng 1,13 cm3 nước Người ta định nghĩa: Kilôgam là khối lượng của một đêximét khối nước tinh khiết ở nhiệt độ xấp xỉ 4 0C, kilôgam cũng được thể hiện bằng hai khối hình trụ giống nhau làm bằng Platin 4 Cũng từ đó thể tích của một kilôgam nước tinh khiết ở nhiệt độ xấp xỉ 4 0C được gọi là “lít” (Từ chữ Litron của một đơn vị dung tích cũ) Sau này vật lý hiện đại đã xác định các định nghĩa và chuẩn kể trên là không được chính xác do nhiều nguyên nhân, ví dụ Trái đất không phải bất biến, môi trường, nhiệt độ, làm cho các đại lượng và vật chuẩn trong thực tế không khớp với định nghĩa Nhu cầu phải có đơn vị chuẩn có tính khoa học và giao lưu quốc tế nên vào năm 1870 một “Uỷ ban quốc tế về mét” được thành lập và năm 1872 uỷ ban này đã quyết định bỏ các định nghĩa đầu tiên của mét và kilôgam Sản xuất ra chuẩn mới, tốt hơn, của mét và kilôgam dựa trên mét và kilôgam của viện lưu trữ làm chuẩn tương lai của hệ mét Năm 1875 một “Hội nghị ngoại giao quốc tế về mét” tiến hành tại Pari, gồm có đại biểu 18 nước Ngày 20/05/1875 hội nghị đã thông qua “Công ước về mét” thành lập một uỷ ban gồm có 12 thành viên đại diện cho 12 quốc gia khác nhau Nhiệm vụ của uỷ ban là giữ các chuẩn quốc tế về mét và kilôgam và sản xuất ra các “chuẩn sao” (copies) chính xác hơn, so sánh các chuẩn của hệ mét với các chuẩn của hệ khác Hệ mét là một hệ đo lường rất thực dụng và khoa học, vì vậy tới nay nó là một hệ đo lường có số nước tham gia sử dụng lớn nhất II CÁC HỆ ĐO LƯỜNG HÌNH THÀNH SAU HỆ MÉT 1 Hệ đơn vị từ trường của Gauxơ (Mang tên nhà bác học người Đức Gauss) Do nhà bác học Gauxơ đề xướng vào năm 1832 tại một hội nghị khoa học tại “Hội khoa học Gớttinhghen” (một thành phố của Đức có nhiều trường đại học và hội khoa học nổi tiếng) Trong đó Gauxơ chứng minh rằng sự giải các bài lý thuyết và thực nghiệm của từ học sẽ đơn giản đi nhiều, nếu ta dùng những đơn vị chọn lần lượt theo những nguyên lý nhất định nào đó, và tập hợp những đơn vị đó được gọi là một hệ đơn vị đo lường về từ học 2 Hệ CGS Gauxơ Do Vêbe nhà bác học người Đức Vào năm 1863 ông đã bổ sung vào hệ đơn vị đo Gauxơ đã nêu ở trên về một số đơn vị trong các lĩnh vực: cơ, nhiệt, quang,… 5 3 Các hệ CGSe và CGSm Đây là hệ các đơn vị chỉ xuất phát từ tĩnh điện học CGSe (chữ “e” xuất phát từ chữ Electrostatie: tĩnh điện), hoặc chỉ xuất phát từ từ học CGSm (chữ “m” xuất phát từ chữ Electromagnetic) 4 Ngoài ra còn nhiều hệ thực dụng khác như: hệ Gioocgi, hệ MKglS, hệ MTS, hệ MKS, 5 Hệ SI Các hệ đo lường kể trên đây ít nhiều đều có hạn chế và không phải là một hệ vạn năng Nhu cầu khoa học, sản xuất phát triển như vũ bão đòi hỏi phải có 1 hệ vạn năng, khoa học và thống nhất trên toàn thế giới Vào năm 1954 đại hội “Cân đo quốc tế” lần thứ 10 thông qua kiến nghị: Uỷ nhiệm cho một tiểu ban nghiên cứu một hệ vạn năng dựa trên 6 đơn vị cơ bản là: Mét, kilôgam, giây, ampe, độ Kenvin và Canđela Uỷ ban này đã làm việc trong sáu năm và sau đó đã trình lên Đại hội “Cân đo quốc tế” lần thứ 11 (tháng 10/1960) thông qua “Hệ quốc tế về đơn vị”, Đại hội này đã đặt cho nó tên SI (Chữ Pháp: Système International: Hệ quốc tế) Đại hội đã duyệt các định nghĩa mới của mét, dựa trên sự bức xạ trong chân không của nguyên tử Krypton 86, của giây, dựa trên năm Trôpíc(Trôpíc: lấy từ chữ Hylạp Trôpikos: Nó quay) có liên hệ với sự quay của trái đất quanh mặt trời, của độ Kenvin, dựa trên tính ổn định của điểm ba của nước, còn kilôgam giữ định nghĩa cũ từ 1889, Ampe được định nghĩa từ đơn vị cơ, như đã đề nghị từ 1935 và Canđêla giữ định nghĩa từ đại hội lần thứ 9 (1948) đã thông qua Hệ SI về cơ học là một hệ MKS, về điện từ học là một hệ GioocgiMKSA hợp lý hoá, về nhiệt học là một hệ MKS 0K (0K độ Kenvin), về quang học là một hệ MKSCd(Cd:Cađenla) Ngoài 6 đơn vị cơ bản hệ SI còn bao gồm 2 đơn vị “phụ thêm”là Radian và Stêradian và 27 đơn vị dẫn xuất quan trọng Đại hội lần thức 11 kể trên đây còn ghi là hệ SI có thể tiếp tục được mở rộng thêm để bao gồm nhiều đại lượng và lĩnh vực đo lường khác và còn duyệt dánh sách các tiếp đầu ngữ để lập ước và bội của các đơn vị chính 6 Hệ SI là con đẻ cuối cùng và xuất sắc nhất của hệ mét, Ưu điểm của nó so với các hệ khác có phần vượt trội, và khuyết điểm được khắc phục nhiều Sau khi hệ SI ra đời, nhiều nước trên thế giới đã lần lượt sửa chữa luật pháp về đơn vị đo lường của mình, đưa ít hay nhiều các tiến bộ của hệ SI vào pháp luật của họ Hệ Mét được quốc hội Pháp trân trọng đề tặng “Cho tất cả các thời đại, cho tất cả các dân tộc” và các hệ con đẻ của hệ mét trong đó có hệ SI đã đang và sẽ tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của khoa học kỹ thuật, căn bản vì cỡ thực dụng của các đơn vị của nó, vì tính chất thập phân đơn giản mà thần tình của nó và vì sự hợp tác quốc tế đã được phát huy cao độ trong việc xây dựng lên nó Mét, kilôgam, giây, ampe, độ Kenvin, Cađela - mà ta lấy làm cơ sở cho đơn vị Việt Nam, vẫn sẽ tiếp tục đóng vai trò tích cực trong sự phát triển khoa học, kỹ thuật của các nước, cũng như của nước Việt Nam Xã hội chủ nghĩa III CÔNG ƯỚC QUỐC TẾ VỀ MÉT Đại hội cân đo đầu tiên họp ở Pari(1889) đã duyệt y các chuẩn quốc tế của mét và kilôgam Đại hội lần thứ 11(1960) đã thông qua hệ SI Qua các kỳ Đại hội người ta đã ký các “Công ước về mét” Nhưng cũng rất nhiều nước không tham gia ký mà vẫn sử dụng hệ mét (Ví dụ như nước Việt Nam), và có những nước ký nhưng không đưa hệ mét vào đo lường hợp pháp của nước mình (Ví dụ như: Anh, Mỹ, ) Các hội nghị quốc tế về đo lường thường xuyên được tổ chức trên thế giới, nhiều tổ chức về đo lường được thành lập nhằm duy trì, phát triển và chuẩn mực hoá về đo lường Trong đó xã hội Việt Nam thời mở cửa này thường hay nghe quảng bá sản phẩm hàng hoá bằng những ký hiệu ISO 9000 hay ISO 9001 Vậy ISO là gì ? ISO là chữ viết tắt của “Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế”( International Standardisation Orgonisation) IV GIỚI THIỆU VỀ HỆ SI (SI: đọc là Etxơ-i hay đọc theo thói quen là Ét-i) 7 1 Ưu điểm - Là một hệ vạn năng, đã và có thể mở rộng cho nhiều lĩnh vực - Là một hệ nhất quán - Là một hệ thực dụng - Là một hệ dựa trên các đơn vị quen thuộc - Là một hệ đã được nhiều nước trên thế giới thử nghiệm và sử dụng rộng rãi - Là một hệ thập phân với nhiều tiếp đầu ngữ mới và tiện dụng - Là một hệ rất tiện dụng cho khoa học - Là một hệ có các định nghĩa, các đơn vị cơ bản phản ánh những thành tựu khoa học hiện đại (Tính tới năm 1960) của khoa học kỹ thuật đo lường 2 Nhược điểm - Một số đơn vị có cỡ rất bé hoặc rất lớn so với thực tế (Ví dụ: N/m 2, kg/m3, Culông, ) - Tên gọi có những đại lượng không khoa học và dài (Ví dụ: kilôgam(kg) ngay đơn vị mà đã đọc là kilô) - Đơn vị khối lượng không quy được về một chuẩn tự nhiên, do đó làm ảnh hưởng lớn tới các đơn vị khác (Trừ giây) - Về đại lượng góc phẳng và thời gian, hệ SI chỉ đưa ra các đơn vị chính là radian và giây Nhưng không phải trong một tương lai gần mà ta có thể bỏ được độ, cũng như ngày, giờ, phút 3 Nhận xét Tuy là có nhược điểm nhưng hệ SI vẫn là một hệ vạn năng, tốt nhất, chính xác và hiện đại nhất hiện nay Lấy hệ SI làm cơ sở hợp pháp cho quốc gia là một quyết định đúng đắn của Đảng và nhà nước Việt Nam Hệ đo lường SI hiện nay trên thế giới là một phương tiện giao lưu không thể, không có ai là không biết đến Nước ta từ năm 1964 đã công nhận nó làm hệ đo lường duy nhất hợp pháp cho mọi lĩnh vực khoa học và đời sống Các đơn vị đo lường dùng trong hệ SI cũng là một nét hiện đại hoá các đơn vị đo lường ở nước ta 8 Chính phủ của nước Việt Nam dân chủ cộng hoà đã ban hành nghị định số 186 - CP ngày 26/12/1964 về đơn vị đo lường hợp pháp của nước Việt Nam dân chủ cộng hoà V ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG HỢP PHÁP HIỆN NAY CỦA VIỆT NAM Các tiêu chuẩn Việt Nam về đơn vị của nước ta Vào cuối những năm 1980 để phù hợp với sự thay đổi và phát triển của hệ SI trên thế giới, đồng thời để đáp ứng những yêu cầu mới về đo lường ở nước ta chính phủ Việt Nam đã cho xây dựng và ban hành các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) về đại lương và đơn vị của các đại lượng đó Các TCVN này được xây dựng trên cơ sở kế thừa và phát huy những ưu việt, tinh thần khoa học, tinh thần hội nhập quốc tế của bảng đơn vị 1964 và trên cơ sở Bộ tiêu chuẩn quốc tế ISO 31 công bố năm 1982 Các TCVN đó là: TCVN 4520 - 88, TCVN 4521 - 88, TCVN 4522 - 88, cho đến nay có TCVN 5560 - 91 Vào năm 1992 Bộ tiêu chuẩn quốc tế ISo 31 về đơn vị và đại lượng đã lại được “Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế” rà soát và công bố lần thứ 3(lần thứ nhất là năm 1964, lần thứ 2 vào năm 1982), theo đó có một số thay đổi dưới đây: - Hệ SI có thêm đơn vị thứ bảy là mol - Tên và ký hiệu một vài đơn vị đã có sự thay đổi, như: Độ Kenvin( 0K) thành Renvin(K) ; Niutơn trên mét vuông(N/m2) thành Pascan(Pa) - Bảng đơn vị hợp pháp đã quy định gần 400 đơn vị cho khoảng 300 đại lượng thuộc 10 lĩnh vực khác nhau - Các tiếp đầu ngữ để lập đơn vị ước và bội đã từ 14 tăng lên 16(vào năm 1982) và 20 (vào năm 1992) Đó là: Hệ số 1024 1021 1018 1015 Tiếp đầu ngữ Tên Ký hiệu yotta Y zetta Z exa E peta P Hệ số 10-1 10-2 10-3 10-6 Tiếp đầu ngữ Tên Ký hiệu Deci d Centi c Mili m µ micro 9 1012 tara T 10-9 Nano 109 giga G 10-12 Pico 106 mega M 10-15 femto 103 kilo k 10-18 Atto 102 hecto h 10-21 zepto -24 10 deca da 10 yocto VI ĐỊNH NGHĨA CÁC ĐƠN VỊ CƠ BẢN CỦA HỆ SI n p f a z y 1 Đơn vị độ dài: (mét, ký hiệu là: m) Mét là độ dài quãng đường ánh sáng đi được trong chân không trong khoảng thời gian bằng 1 giây 299.792.458 (Định nghĩa này được đại hội cân đo quốc tế (CGPM) lần thứ XVII năm 1983 đưa ra) Định nghĩa này có độ chính xác cao hơn nhiều định nghĩa cũ và đặc biệt đã nêu lên được mối liên hệ giữa vận tốc ánh sáng trong chân không và mét là c = 299.792.458 (m/s) Định nghĩa này dễ dàng cho việc bảo quản và tái tạo lại chuẩn mét ở bất cứ nơi nào, quốc gia nào 2 Đơn vị khối lượng: (Kilôgam, ký hiệu là: kg) Các quả Kilôgam chuẩn được chế tạo như sau: Người ta làm một hộp hình lập phương có mỗi cạnh dài là 1 decimet và khối lượng nước tinh khiết được đổ vào đầy hộp ấy ở nhiệt độ 4 0C (đúng là 3,990C) gọi là 1 kilôgam bằng 1000gam Đơn vị khối lượng “kilôgam” được chế tạo theo một hình trụ tròn, thẳng, bằng platin với chiều cao và đường kính đều bằng 39mm, nặng bằng khối lượng nước kể trên Vào năm 1884 người ta chế tạo 2 quả Platin 39 mm 39 mm 10 Sau khi kiểm tra kỹ càng thì một quả được lưu giữ ở “Viện lưu trữ Pháp” và gọi tên là “kilôgam của viện lưu trữ’’ còn quả kia đưa đến phòng vĩ độ (Bureau des longitudes), các kilôgam chuẩn bằng platin có khối lượng thay đổi thất thường do nhiều nguyên nhân: nhiệt độ, do lau chùi, làm sạch v.v Vào năm 1889 tại “Viện cân đo quốc tế” đã chế tạo ra 40 chuẩn kilôgam nữa bằng Platin - Iridi (90% là Platin và 10% là Iridi) những quả kilôgam này hoàn toàn giống nhau Sau khi so sánh, đong đo kỹ lưỡng người ta đã phân phối những quả kilôgam này cho các nước bằng cách rút thăm Liên Xô (cũ) nhận hai quả số 26 và số 12, Đức nhận quả số 22, v v Cho đến ngày nay, khi hệ số SI ra đời, định nghĩa của kilôgam so với trước cũng không có gì thay đổi: kilôgam vẫn là khối lượng của chuẩn gốc quốc tế của kilôgam chế tạo từ 90% Platin và 10% Iridi kể trên Những sự nghiên cứu kéo dài nhiều năm cho thấy khối lượng chuẩn quốc tế kilôgam kể trên ở tất cả các quả chuẩn quốc tế và quốc gia đều có sự biến đổi về mặt khối lượng, do nhiều nguyên nhân gây ra: Đây là một nhược điểm quan trọng về khối lượng mà cho đến ngày nay chưa có cách khắc phục Tuy nhiên sai số là không nhiều lắm nên người ta vẫn phải bằng lòng sử dụng nó Trong khi các nhà bác học vẫn tích cực đi tìm giải pháp mới Ví dụ: Khi theo dõi khối lượng chuẩn thì thấy thông thường khối lượng tăng nhiều hơn khoảng 1µg/tháng vào tháng thứ 3 từ sau khi làm sạch Tiếp đó giảm xuống trung bình cỡ 1 µg/năm với những chu kỳ quan sát dài 3 Đơn vị thời gian: (giây: ký hiệu là s) Đại hội cân đo quốc tế lần thứ XIII năm 1967 đã công nhận định nghĩa mới của giây dựa trên cơ sở bức xạ của các nguyên tử Xêsi 133 thay vì định nghĩa dựa trên độ dài của năm trôpic Theo đó định nghĩa giây như sau: Giây là khoảng thời gian bằng 9.192631770 chu kỳ bức xạ ứng với sự chuyển giữa hai mức siêu tinh tế (F = 4; mF = 0; và (F = 3; mF = 0) của nguyên tử Xêsi 133 khi không bị nhiễu loạn bởi trường ngoài 11 Việc thể hiện định nghĩa trên đây được tiến hành bằng cách sử dụng chuẩn tần số Xêsi trong phòng thí nghiệm Độ chính xác vào khoảng 3.10-14 4 Đơn vị cường độ dòng điện: (Ampe: ký hiệu là A) Ampe là cường độ của một dòng điện không đổi theo thời gian khi chạy qua hai dây dẫn thẳng, song song, dài vô hạn, có tiết diện nhỏ không đáng kể, đặt trong chân không cách nhau 1 mét thì gây nên mỗi mét dài của mỗi dây dẫn một lực bằng 2.10-7 Niutơn 5 Đơn vị nhiệt độ (Kenvin: ký hiệu là K) Đại hội “cân đo quốc tế” lần thứ XIII năm 1967 đã quyết định dùng tên “Kenvin” ký hiệu là K cho đơn vị đo nhiệt động lực thay vì tên “độ Kenvin” ký hiệu là 0K trước đây Đại hội quyết định diễn đạt định nghĩa đơn vị Kenvin như sau: “Kenvin, đơn vị nhiệt động lực, bằng 1 nhiệt độ nhiệt động lực tại 237,16 điểm ba của nước” Việc đo nhiệt độ trên thế giới hiện nay đạt được độ chính xác vài miliKenvin theo đó có thể sử dụng được Tuy nhiên người ta vẫn đang tích cực tìm kiếm chuẩn nhiệt độ mới có độ chính xác cao hơn 6 Đơn vị đo cường độ ánh sáng (Candela: ký hiệu là Cd) Đại hội cân đo quốc tế lần thứ XVI năm 1979 đã quyết định định nghĩa mới của Candela như sau: “Candela là cường độ ánh sáng, theo một phương xác định của một nguồn phát ra bức xạ đơn sắc có tần số 540.10 12Hec và có cường độ điểm phát theo phương đó là 1 oát trên Steradian” 683 Định nghĩa Candela trên đây là một định nghĩa có tính khoa học và chính xác dựa trên tiến bộ khoa học về lĩnh vực đo công suất quang học dựa trên cơ sở máy tách sóng 7 Đơn vị lượng chất (Mol: ký hiệu là mol) Đại hội “Cân đo quốc tế” lần thứ XIV năm 1971 đã công nhận đơn vị lượng chất “mol” là đơn vị cơ bản thứ 7 của hệ SI và định nghĩa như sau: 12 “Mol là lượng chất của một hệ chứa số thực thể nguyên tố đúng bằng số nguyên tử trong 0,012 kg nguyên tử Cacbon12 Khi dùng mol phải chỉ rõ thực thể nguyên tố, chúng có thể là nguyên tử, phân tử, ion, điện tử và các hạt hoặc các nhóm đặc trưng của các hạt” Định nghĩa trên đây về “mol” là duy nhất trong số các định nghĩa đơn vị cơ bản của SI mà trong đó vừa xác định đơn vị vừa đồng thời xác định bản chất của đại lượng có đơn vị đang được định nghĩa Tóm lại: Kể từ sau năm 1971 hệ đơn vị đo lường quốc tế SI được quy định lấy bảy đơn vị cơ bản: Mét, Kilôgam, Giây, Ampe, Kenvin, Candela và Mol để làm chuẩn mực VII CÁC TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ VỀ ĐƠN VỊ TRONG HỆ SI Tổ chức “Tiêu chuẩn hoá quốc tế” (ISO) đã xây dựng và ban hành bộ tiêu chuẩn về “Đại lượng và đơn vị”, bộ tiêu chuẩn này mang số hiệu ISO 31 được công bố lần đầu tiên năm 1974 Tiếp đó được rà soát xét và công bố lần thứ hai vào năm 1982 và lần thứ 3 vào năm 1992 Bộ tiêu chuẩn ISO 31 năm 1992 gồm các tiêu chuẩn sau: ISO 31 - 0: Nguyên tắc chung ISO 31 - 1: Không gian và thời gian ISO 31 - 2: Hiện tượng tuần hoàn và cơ liên quan ISO 31 - 3: Cơ ISO 31 - 4: Nhiệt ISO 31 - 5: Từ và điện; Tiêu chuẩn ISO 31 này quy định cho nhiều đại lượng và lĩnh vực vật lý khác nhau Hệ SI Tên đại lượng Đơn vị cơ bản 1 Độ dài 2 Khối lượng 3 Thời gian 4 Cường độ dòng điện Tên đơn vị mét kilôgam giây Ampe Ký hiệu đơn vị m kg s A 13 5 Nhiệt độ nhiệt động lực 6 Cường độ sáng 7 Mol Đơn vị phụ thêm 1 Góc phẳng 2 Góc khối Đơn vị dẫn xuất 1 Diện tích 2 Thể tích 3 Tần số 4 Khối lượng riêng 5 Vận tốc 6 Vận tốc góc 7 Gia tốc 8 Gia tốc góc 9 Lực 10 áp suất (ứng suất cơ học) 11 Độ nhớt động lực 12 Độ nhớt động 13 Công, năng lượng, nhiệt lượng 14 Công suất 15 Điện lượng 16 Suất căng điện, hiệu điện thế, suất điện động 17 Cường độ điện trường 18 Điện trở 19 Điện dung 20 Thông lượng cảm ứng từ 21 Hệ số cảm ứng 22 Cảm ứng từ 23 Cường độ từ trường 24 Suất từ động 25 Quang thông 26 Độ chói 27 Độ rọi Độ Kenvin Candela Mol K cd mol rađian stêrađian rad sr mét vuông mét khối héc kilôgam trên mét khối mét trên giây rađian trên giây mét trên giây bình phương rađian trên giây bình phương Niutơn niutơn trên mét vuông niutơn giây trên mét vuông mét vuông trên giây Jun oát culông vôn vôn trên mét ôm Fara vêbe Henry Tesla ampe trên mét Ampe Lumen cadenla trên mét vuông Lux m2 m3 Hz kg/m3 m/s rad/s m/s2 rad/s2 N N/m2 Ns/m2 m2/s J W C V V/m Ω F Wb H T A/m A lm cd/m2 lx VIII.GIÁ TRỊ ĐƠN VỊ CÁC HỆ KHÁC(CGSe, CGSm, CGS GAUXƠ, MKSAK) TÍNH THEO ĐƠN VỊ CHÍNH CỦA BẢNG ĐƠN VỊ VIỆT NAM (Tên và ký hiệu lấy theo tên và ký hiệu thường dùng hiện nay trong các trường học của ta) 1 Đơn vị cơ: Các hệ CGSe, CGSm, CGS Gauxơ có những đơn vị cơ như nhau, ta gọi chúng là các hệ CGS Hệ MKSA k (là hệ MKSA không hợp lý hoá) 14 có những đơn vị chính về cơ học như bảng đơn vị Việt Nam nên không ghi ở đây Thứ tự 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Đơn vị các hệ CGS Ký hiệu Đại lượng đơn vị Việt Tên Nam Ký hiệu Giá trị Độ dài m centimét cm 10-2 Diện tích m2 centimét vuông cm2 10-4 Thể tích m3 centimét khối cm3 10-6 Góc phẳng rad rađian rad 1 Góc khối sr stêradian sr 1 Thời gian s giây s 1 Tần số Hz héc Hz 1 Vận tốc m/s centimét trên giây cm/s 10-2 Gia tốc m/s2 centimét trên giây bình phương cm/s2 10-2 Vận tốc góc rad/s rađian trên giây rad/s 1 Gia tốc góc rad/s2 rađian trên giây bình phương rad/s2 1 Khối lượng kg Gam g 10-3 Lực N Dyn dyn 10-5 15 14 15 16 17 18 19 Trọng lượng riêng N/m3 dyn trên centimét khối dyn/cm3 10 Áp suất N/m2 bar(dyn trên centimét vuông) bar 10-1 Độ nhớt động lực Ns/m2 poazơ P 10-1 Độ nhớt động m2/s stôc St 10-4 Công, năng lượng J éc éc 10-7 Công suất W éc trên giây éc/s 10-7 16 (Trong các biểu thức sau, c bằng trị số vận tốc ánh sáng trong chân không tính theo hệ CGS, c ≈ 3.1010 cm/s) 2 Đơn vị điện và từ Thứ tự 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Đại lượng Cường độ dòng điện Điện thế Điện trở Điện dẫn Điện tích Thông lượng cảm ứng điện Cảm ứng điện Cường độ điện trường Điện dung Công,năng lượng Thông lượng cảm ứng từ 12 Cảm ứng từ 13 Cường độ từ trường 14 Hệ số tự cảm, hỗ cảm 15 Suất từ động 16 17 18 Công suất tác dụng Côngsuất biểu kiến Côngsuất kháng Ký hiệu đơn vị Việt Nam A V Ω S C Đơn vị hệ CGSe Đơn vị hệ CGSm Đơn vị hệ MKSAk Tên Thứ nguyên Franklin cm3/2g1/2s-2 cm1/2g1/2s-1 cm-1s cm s-1 cm3/2g1/2s-1 CGSe(I) CGSe(U) CGSe(R) CGSe(Co) CGSe(Q) 10/c c 10-8 c210-9 109c-2 10/c - cm-1/2g1/2s-1 cm3/2g1/2s-2 cm s-1 cm s cm1/2g1/2 CGSm(I) CGSm(U) CGSm(R) CGSm(Co) CGSm(Q) 10 10-8 10-9 109 10 C - cm3/2g1/2s-1 CGSe(ψ ) 10/4 π c - cm1/2g1/2 CGSm(ψ ) C/m2 - cm-1/2g1/2s-1 CGSe(C) 105/4 π c - cm-3/2g1/2 V/m - cm-1/2g1/2s-1 CGSe(E) c 10-6 - F J, Ws Éc cm cm2s-2 CGSe(E) éc 109/c2 10-7 Ký hiệu Giá trị Tên Thứ nguyên Ký hiệu Giá trị Tên Ký hiệu Giá trị ampe vôn ôm simen culông A V Ω S C 1 1 1 1 1 10/4 π culông C 1/4 π CGSm(D) 105/4 π culông trên mét vuông C/m2 1/4 π cm1/2s-1/2 CGSm(E) 10-6 vôn trên mét V/m 1 éc cm-1s2 cm2gs-2 CGSm(C) éc 109 10-7 fara Jun F J 1 1 vêbe Wb 1 Wb/m2 1 A/m (Avg/m) 1/4 π Wb - cm1/2s-1/2 CGSe( φ ) 10-8 - cm3/2g1/2s-1 măcxuen 10-8 T - cm-3/2g1/2 CGSe(B) 10-4 - cm-1/2g1/2s-1 gauxơ 10-4 - cm1/2g1/2s-2 CGSe(H) 103/4 π - cm-1/2g1/2s-1 ớctét 103/4 π - cm-1s2 CGSe(L)(M) 10-9 - Cm CGSm(L)(M) 10-9 vêbe trên mét vuông ampe trên mét (ampevòng trên mét) henry - cm3/2g1/2s-2 CGSe(F) 10/4 π - cm1/2g1/2s-1 CGSm(F) 10 ampe, ampe vòng A,Avg 1/4 π A/m (Avg/m ) H A, Avg 1 W éc trên giây cm2gs-3 éc/s 10-7 éc trên giây cm2gs-3 éc/s 10-7 oát W 1 VA - cm2gs-3 éc/s 10-7 - cm2gs-3 éc/s 10-7 vôn ampe VA 1 VAr - cm2gs-3 éc/s 10-7 - cm2gs-3 éc/s 10-7 Var 1 17 3 Đơn vị nhiệt Th Đơn vị các hệ CGS Ký hiệu ứ Đại lượng đơn vị tự Tên Việt Nam Giá Ký hiệu trị 1 Nhiệt độ nhiệt động lực 0 K độ Kenvin 0 K 1 2 Nhiệt lượng J éc éc 10-7 3 Nhiệt lượng riêng J/kg éc trên gam éc/g 10-4 4 Nhiệt dung J/độ éc trên độ éc/độ 10-7 5 Nhiệt dung riêng J/kg độ éc trên gam độ éc/gđộ 10-4 6 Građiên nhiệt độ độ/m độ trên centimét độ/cm 102 7 Thông lượng nhiệt W éc trên giây éc/s 10-7 W/m2 éc trên giây centimét vuông éc/cm2s 10-3 W/m2 độ éc trên giây centimét vuông độ éc/cm2sđộ 10-3 10 Hệ số dẫn nhiệt W/m độ éc trên giây độ éc/sđộ 10-7 11 Hệ số dẫn nhiệt độ m2/s centimét vuông trên giây cm2/s 10-4 Mật độ mặt thông lượng 8 nhiệt 9 Hệ số trao đổi nhiệt 4 Đơn vị quang Thứ tự Đơn vị các hệ CGS Ký hiệu Đại lượng đơn vị Tên Việt Nam Ký hiệu Giá trị 1 Cường độ sáng cd canđela cd 1 2 Quang thông lm Lumen lm 1 3 Quang năng lm s lumen giây lm s 1 4 Độ sáng lm/m2 lumen trên centimét vuông lm/cm2 104 5 Lượng sáng cd s cađela giây cd s 1 2 stilb hoặc cađela trên cd/cm2 104 6 Độ chói cd/m 7 Độ rọi lx Phốt ph 104 8 Lượng rọi lx s phốt giây ph s 104 9 Tụ số các hệ quang học dp đơn vị CGS đv CGS 102 (sb) centimét vuông 18 5 Đơn vị âm Ký hiệu Thứ Đại lượng tự Đơn vị các hệ CGS đơn vị Việt Tên Ký hiệu Nam 1 2 3 4 5 6 8 9 trị Áp suất âm thanh N/m2 đyn trên centimét vuông đyn/cm2 10-1 Vận tốc thể tích m3/s centimét khối trên giây cm3/s 10-6 Sức cản âm học Ns/m5 ôm CGS âm học đyns/cm5 105 Sức cản cơ học Ns/m ôm CGS cơ học đyns/cm 10-3 Cường độ âm thanh W/m2 éc trên giây centimét vuông éc/cm2s 10-3 J/m3 đyn trên centimét vuông dyn/cm2 10-2 Mức áp suất âm thanh dB đêxiben dB 1 Mức độ to fôn fôn fôn 1 Quãng tần số ôcta ôcta octa 1 Mật độ năng lượng âm thanh 7 Giá 6 Đơn vị phóng xạ Ký hiệu Thứ tự Đại lượng Đơn vị các hệ CGS đơn vị Việt Tên Ký hiệu Giá trị Nam 1 2 3 Liều lượng bức xạ C/kg rơnghen R 2,579 76.10-4 Suất liều lượng C/kgs rơnghen trên giây R/s 2,579 76.10-4 J/kg rađ rd 10-2 Liều lượng hấp thụ bức xạ 19 4 5 Độ phóng xạ Đương lượng gamma rađi 6 Cường độ bức xạ pr/s mgđlRa v/m2 Curi miligam đương lượng rađi éc trên giây centimét vuông Ci 3,7.1010 mgđlRa 1 éc/cm2s 10-3 20 IX VÀI HẰNG SỐ VẬT LÝ QUAN TRỌNG (Giá trị tính theo đơn vị hợp pháp Việt Nam) Hằng số hấp dẫn G = 6,670 10-11 m3/kgs2 Điện tích của êlectron e = 1,602 02 10-19 C Khối lượng êlectron tĩnh m0 = 9,108.3 10-31 kg Khối lượng proton tĩnh mp = 1,672 39 10-27 kg Khối lượng nơtron tĩnh mn = 1,674 70 10-27 kg Khối lượng hạt α mα = 6,644 10-27 kg Vận tốc ánh sáng trong chân không c = 2,997 925 108 m/s Hằng số Plăng h Hằng số điện môi ε0 = 8,854 16 10-12 F/m Hằng số từ thẩm µ0 = 12,566 37 10-7 H/m Hằng số Bônxman k = 1,380 44 10-23 J/K Hằng số khí vũ trụ R = 8,316 96 103 J/kmol độ Số Avôgađrô N0 = 6,024 86 1026 kmol-1 = 6,625 17 10-34 J/s Thể tích của một kilômol khí lý tưởng trong điều kiện chuẩn V0 = 22,420 7 m3 Số Farađây F = 9,648 57 107 C/kg Hằng số Stêfan - Bônxman σ = 5,668 7 10-8 J/m2s độ4 Hằng số Vin b = 2,9 10-3 m độ Hằng số Rítbéc R = 1,097373 107 m-1 Hệ số dãn của khí lý tưởng α = 0,003 66 độ-1 Số Lôsmit n0 = 2,687 1025m-3 trong nguyên tử Hiđrô a1 = 0,529 172 10-10 m Manhêton của Bo µB = 9,273 1 10-24 J/T Bán kính quỹ đạo đầu theo Bo 21 3 Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Chính vì những suy nghĩ và các lí do đã nêu trên đây mà tôi mạnh dạn nghiên cứu, chắt lọc một số tài liệu nói về hệ đơn vị đo, các hằng số vật lý, đại lượng vật lý rồi sau đó biên soạn thành nội dung bài viết này, nhằm phần nào giúp cho các em học tốt hơn đối với môn vật lý Đề tài của tôi đã được áp dụng trong thực tế và nhiều năm nay khi tôi chú ý nhiều đến cách dạy đơn vị trong hệ SI cho các em học sinh, đã thấy các em có sự tiến bộ rõ rệt về cách giải bài toán vật lý, cách tư duy và đặc biệt các em học sinh có thể dùng đơn vị để kiểm tra tính đúng sai của một bài toán vật lý 3.2 Đề xuất Bộ giáo dục, các sở giáo dục tiếp tục nghiên cứu chương trình sách giáo khoa để học sinh các cấp có được bộ sách giáo khoa chuẩn, dùng trong một thời gian dài mà không lo bị lỗi thời, không bị “ cũ” về mặt kiến thức, nội dung cũng như hình thức Trên cơ sở của đề tài, tôi cũng muốn kiến nghị với bộ giáo dục, các sở giáo dục cần nghiên cứu, cập nhật, bổ sung một số hệ đơn vị của Việt Nam một cách kịp thời, chính xác làm sao cho phù hợp với hệ đơn vị của thế giới, trong thời đại hội nhập kinh tế thế giới đó là điều vô cùng cần thiết XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 07 tháng 07 năm 2020 Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác Phan Hoàng Dũng 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Mộng Lân: Câu chuyện các hằng số vật lý cơ bản [2] A.N.Malitxkii, Maxcơva 1963: Đơn vị đo các đại lượng điện và từ [3] Dương Trọng Bái, Lương Duyên Bình, Mai Thế Sơn, Lê Tâm, Nguyễn Thuyết, Nguyễn Đình Tứ, Tống Công Nhị Ngụy Như Con Tum: Sách giải thích đơn vị đo lường hợp pháp của Việt Nam [4] N.I.Kôskin, M.G.Sirkêvich: Sổ tay vật lý cơ sở [5] David Halliday- Robert Resnick- Jearl Walker (Hoàng Hữu Thư dịch): Cơ sở Vật lý (Tập 2) NXBGD- 1996 [6] Nguyễn Văn Đồng: Phương pháp giảng dạy Vật lý ở trường phổ thông NXBGD Hà Nội- 1980 [7] Phạm Thượng Hàn: Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý [8] Tài liệu bồi dưỡng thường xuyên giáo viên THPT (Chu kỳ 3: 20042007)- Viện nghiên cứu sư phạm- 2005 DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ và tên tác giả: Phan Hoàng Dũng Chức vụ và Đơn vị công tác: Giáo viên trường THPT Ba Đình – Nga sơn TT Tên đề tài Cấp đánh Kết quả đánh Năm đánh SKKN giá xếp loại( giá xếp loại giá xếp loại Phòng, Sở, ( A, B, hoặc C) Tỉnh…) 1 Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập thí nghiệm trong dạy học chương động lực học chất điểm lớp 10 Sở Giáo dục Thanh Hóa C Năm 2011 ... chọn đề tài ? ?Giúp học sinh tìm hiểu hệ thống đo lường quốc tế sử dụng môn vật lý trường phổ thông? ?? 1.2 Mục đích nghiên cứu Trong giảng dạy học tập mơn vật lý nói riêng mơn khoa học khác nói chung... cứu - Phương pháp dạy học tập Vật lí trường trung học phổ thơng - Những yêu cầu nâng cao chất lượng dạy học Vật lí trường trung học phổ thơng - Học sinh lớp cấp trung học phổ thông 1.4 Phương pháp... em học sinh theo hiểu sâu sắc đơn vị, đại lượng hay số chuẩn mực cấp quốc tế, từ em học tốt gây cho hoc sinh có mức độ tin tưởng cao cảm giác hứng thú mơn vật lý sinh có tay pháp lý hệ đo lường