Bài tập thực nghiệm trong vật lí lớp 12

Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến MỤC LỤC Trang Lời giới thiệu: Tên sáng kiến: Tác giả sáng kiến: Chủ đầu tư tạo sáng kiến: 5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử Mô tả chất sáng kiến: 7.1 Phương pháp thực nghiệm vật lí 7.2 Bài tập thực nghiệm vật lí 7.3 Quy trình làm tập thực nghiệm vật lí 7.4 Các bược xây dựng phưng án thực nghiệm vật lí 14 7.5 Một số ví dụ xây dựng phương án thực nghiệm 14 7.6 Bài tập 21 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: 24 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp 24 dụng sáng kiến: 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử 25 áp dụng sáng kiến lần đầu (nếu có): Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến LỜI GIỚI THIỆU Theo thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 Bộ trưởng Bộ Giáo dục Đào tạo (TT32/2018) có đoạn viết “Chương trình giáo dục phổ thơng bảo đảm phát triển phẩm chất lực người học thông qua nội dung giáo dục với kiến thức, kĩ bản, thiết thực, đại; hài hoà đức, trí, thể, mĩ; trọng thực hành, vận dụng kiến thức, kĩ học để giải vấn đề học tập đời sống; tích hợp cao lớp học dưới, phân hoá dần lớp học trên; thơng qua phương pháp, hình thức tổ chức giáo dục phát huy tính chủ động tiềm học sinh, phương pháp đánh giá phù hợp với mục tiêu giáo dục phương pháp giáo dục để đạt mục tiêu đó.” Để thực mục tiêu chung giáo dục dạy học vật lí, chương trình Vật lí THPT yêu cầu phải cung cấp cho học sinh hiểu biết ban đầu phương pháp nhận thức đặc thù Vật lí học, có phương pháp thực nghiệm Trong việc đổi phương pháp dạy học có nhiều nghiên cứu nói dạy học nhằm bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm Vật lí cho học sinh Nghiên cứu ứng dụng dạy kiến thức cụ thể cho đối tượng học sinh cụ thể tác giả Huỳnh Quốc Lâm – Trường THPT Nguyễn Quang Diệu - Sở Giáo Dục Đào Tạo An Giang trình bày “Các thực hành thí nghiệm Vật lý THPT” Theo TT32/2018 chương trình đặt yêu cầu tập thực nghiệm kĩ thực hành cao Trong thị trường sách tham khảo, sách giáo khoa chưa có tài liệu viết chuyên sâu vấn đề Nhận thức sâu sắc tầm quan trọng tập nghiệm vật lý, mong muốn đề tài có tính mới, hữu ích nên chọn đề tài: Bài tập thực nghiệm vật lí lớp 12 làm nội dung báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến TÊN SÁNG KIẾN: Bài tập thực nghiệm vật lí lớp 12 TÁC GIẢ SÁNG KIẾN: CHỦ ĐẦU TƯ TẠO RA SÁNG KIẾN: Bản thân tác giả sáng kiến đồng thời chủ đầu tư tạo sáng kiến Sáng kiến đồng ý tổ chuyên môn nhà trường cho áp dụng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 12 giảng dạy lớp 12A1 trường LĨNH VỰC ÁP DỤNG SÁNG KIẾN: Sáng kiến áp dụng bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi THPT quốc gia NGÀY SÁNG KIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG LẦN ĐẦU: Sáng kiến áp dụng lần đầu vào tháng 10 năm 2018 tác giả phân giảng dạy lớp 12 trường tham gia dự thi HSG lớp 12 thi THPT Quốc Gia Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến MÔ TẢ BẢN CHẤT CỦA SÁNG KIẾN: BÀI TẬP THỰC NGHIỆM TRONG VẬT LÍ 7.1 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM TRONG VẬT LÍ: Từ Galile với thí nghiệm rơi tự (được coi ơng tổ vật lí thực nghiệm) Takaai Kajita Arthur B McDonald với cơng trình nghiên cứu thực nghiệm hạt neutrino, chứng tỏ hạt có khối lượng (đã trao giải Nobel Vật lý 2015) Thực nghiệm có nhiều thay đổi có cách hiểu khác Ở nước ta, có nhiều viết khác phương pháp thực nghiệm Theo tác giả Phạm Hữu Tòng: Nếu nhà khoa học dựa việc thiết kế (nghĩ ra) phương án thí nghiệm khả thi tiến hành thí nghiệm (thao tác với vật thể, thiết bị dụng cụ, quan sát, đo đạc) để thu thông tin rút câu trả lời cho vấn đề đặt (nó nhận định tính chất, mối liên hệ, ngun lí đó, cho phép đề xuất kết luận xác minh giả thuyết, đoán khoa học đó) phương pháp nhận thức trường hợp gọi phương pháp thực nghiệm Theo tác giả Nguyễn Đức Thâm Nguyễn Ngọc Hưng phân biệt phương pháp thực nghiệm theo nghĩa rộng nghĩa hẹp: Theo nghĩa rộng, phương pháp thực nghiệm bao gồm từ ý tưởng ban đầu nhà khoa học kết luận cuối cùng; Theo nghĩa hẹp, phương pháp thực nghiệm hiểu sau từ lý thuyết biết suy hệ dùng thí nghiệm để kiểm tra hệ Các nhà thực nghiệm khơng thiết tự xây dựng giả thuyết mà giả thuyết có người khác đề chưa kiểm tra Nhiệm vụ nhà vật lí thực nghiệm lúc từ giả thuyết có suy hệ kiểm tra tìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo, tinh vi để quan sát tượng lí thuyết dự đốn thực phép đo xác 7.2 BÀI TẬP THỰC NGHIỆM TRONG VẬT LÍ Bài tập thực nghiệm tập mặt kết thí nghiệm khảo sát Các tập giải cách vận dụng tổng hợp kiến thức lý thuyết thực nghiệm, kỹ hoạt động trí óc thực hành, vốn hiểu biết vật lý, kỹ thuật thực tế đời sống Việc giải tập thực nghiệm địi hỏi học sinh phải tự xây dựng phương án, lựa chọn phương Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến tiện, xác định điều kiện thích hợp, tự thực thí nghiệm theo quy trình, quy tắc để thu thập, xử lý kết nhằm giải cách khoa học, tối ưu toán cụ thể đặt Loại tập có tác dụng tồn diện việc đào tạo, giúp học sinh nắm vững kiến thức, kỹ lý thuyết thực nghiệm môn vật lý Các dạng tập sử dụng với nhiều mục đích, vào thời điểm khác Thông qua tập thí nghiệm, học sinh bồi dưỡng, phát triển lực tư duy, lực thực nghiệm, lực hoạt động tự lực, sáng tạo, bộc lộ rõ khả sở trường, sở thích vật lý Giải tập thực nghiệm hình thức hoạt động nhằm nâng cao chất lượng học tập, tăng cường hứng thú, gắn học với hành, lý luận với thực tế, kích thích tính tích cực tự lực, trí thơng minh, tài sáng tạo, tháo vát… học sinh Dựa theo độ khó giải, cách thức giải yêu cầu điều kiện tập mà tập thực nghiệm chia thành hai nhóm tập thực nghiệm định tính tập thực nghiệm định lượng: Bài tập thực nghiệm vật lý Bài tập thực nghiệm định tính Thí nghiệm, quan sát, giải thích Thiết kế phương án thí nghiệm Bài tập thực nghiệm định lượng Đo lường đại lượng vật lý Thiết lập, minh họa định luật Sơ đồ Phân loại hệ thống tập thực nghiệm vật lý - Bài tập thực nghiệm định tính tập khơng có phép đo đạc, tính tốn định lượng, cơng cụ để giải suy luận logic sở định luật, khái niệm Vật lí quan sát định tính + Bài tập thí nghiệm, quan sát giải thích tượng tập yêu cầu học sinh: làm thí nghiệm theo dẫn, quan sát theo mục tiêu sẵn, mô tả tượng kiến thức có Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến + Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm: loại tập phổ biến tập thực nghiệm trường phổ thơng thí nghiệm tiến hành tư duy, phù hợp với điều kiện thiếu thốn trang thiết bị trường phổ thông Nội dung loại tập là: học sinh vào yêu cầu toán, vận dụng định luật cách hợp lý, thiết kế phương án thí nghiệm để đo đạc đại lượng vật lí đó, xác định phụ thuộc thơng số vật lí - Bài tập thực nghiệm định lượng hững tập yêu cầu học sinh đo đạc đại lượng Vật lí với thiết bị đó, tìm quy luật mối liên hệ phụ thuộc đại lượng vật lí (với thiết bị định) + Bài tập đo lường đại lượng vật lý: cho thiết bị, hướng dẫn cách làm thí nghiệm học sinh thiết kế phương án thí nghiệm, làm thí nghiệm tìm quy luật đo đạc yêu cầu học sinh làm thí nghiệm tìm quy luật, đo đạc đại lượng + Bài tập Thiết lập, minh họa định luật: Yêu cầu học sinh tự lựa chọn thiết bị, thiết kế phương án thí nghiệm, làm nghiệm đo đạc tìm quy luật 7.3 QUY TRÌNH LÀM BÀI TẬP THỰC NGHIỆM TRONG VẬT LÍ Bài tập thực nghiệm vừa tập vừa thí nghiệm việc giải có hiệu cao cho phát triển tư học sinh, Bài tập thực nghiệm khó đa dạng cách làm phương án thực nghiệm song theo để đơn giản cho học sinh đưa quy trình chung sau: 7.3.1 Tìm hiểu đề bài: Đọc đề bài, hiểu rõ câu hỏi tốn, phân tích chất vật lý tốn Tìm hiểu dụng cụ đề cho sử dụng Tìm hiểu định luật, tượng liên quan tới đại lượng cần đo… 7.3.2 Xây dựng phương án thí nghiệm: Là khâu quan trọng tập thực nghiệm, định chất lượng thực nghiệm bước khó người thường có phương án khác Ngay đáp án đề thi nhiều chưa tối ưu Là phần mà đề thi học sinh giỏi thường yêu cầu Các bước xây dựng phương án thí nghiệm trình bày mục 7.4 xây dựng phương án thực nghiệm 7.3.3 Tiến hành thí nghiệm ghi kết Là khâu tốn thời gian vi phải làm nhiều lần phải sử dụng tới nhiều kĩ để “bắt được” thông số thời điểm, hạn chế tối đa yếu tốt ảnh hưởng tới sai số phép đo (Như Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Albert Michelson thừa nhận với học trị ơng phải làm nghìn lần có lần đúng) Muốn làm tốt giai đoạn đòi hỏi người làm thực nghiệm cần hiểu rõ thao tác, sử dụng thành thạo dụng cụ, thiết bị thí nghiệm Các thiết bị thí nghiệm đặc tính cách sử dụng tác giả Huỳnh Quốc Lâm – Trường THPT Nguyễn Quang Diệu - Sở Giáo Dục Đào Tạo An trình bày tài liệu “Các thực hành thí nghiệm Vật lý THPT” đầy đủ Tìm hiểu đề Xây dựng phưng án thực nghiệm Tiến hành thí nhiệm Ghi kết Tính giá trị đại lượng cần đo ước lượng sai số So sánh, nhận xét Kết phép đo, quy luật Sơ đồ: Quy trình làm tập thực nghiệm tất thiết bị sử dụng dạy học thực nghiện trường phổ thơng 7.3.4 Tính giá trị đại lượng cần đo ước lượng sai số: Yêu cầu tính giá trị đại lượng cần đo Vẽ đồ thị thể quy luật phụ thuộc, biến đổi đại lượng Tìm quy luật chứng minh quy luật… Ước lượng sai số phép đo Cách làm cụ thể tác giả Lê Quốc Hưng trường THPT Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Yên Lạc trình bày báo cao chuyên đề “Xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra kỹ thực hành vật lý 12” Năm 2015 (trang 18): Cách tính sai số phép đo trực tiếp: - Giá trị trung bình Khi đo n lần đại lượng A, ta nhận giá trị khác nhau: A 1, A2, An Trung bình số học đại lượng đo giá trị gần giá trị thực A: A= A1 + A2 + + A2 (1) n Số lần đo n lớn, giá trị A tiến gần đến giá trị thực A - Sai số tuyệt đối lần đo trị tuyệt đối hiệu số: A − Ak = ∆Ak (2) với k = 1, 2, 3, ……n - Sai số tuyệt đối trung bình n lần coi sai số ngẫu nhiên: ∆A = ∆A1 + ∆A2 + + ∆An n (3) Trong trường hợp không cho phép thực phép đo nhiều lần (n < 5) người ta không lấy sai số ngẫu nhiên cách lấy trung bình (3), mà chọn giá trị cực đại ΔAMax số giá trị sai số tuyệt đối thu làm sai số ngẫu nhiên Sai số tuyệt đối phép đo tổng sai số ngẫu nhiên sai số dụng cụ (sai số hệ thống): ∆A = ∆A + ∆A' Cách tính sai số phép đo gián tiếp ghi kết đo lường: Giả sử đại lượng cần đo A phụ thuộc vào đại lượng x, y, z theo hàm số A = f ( x, y, z ) Trong x, y, z đại lượng đo trực tiếp có giá trị x = x ± ∆x y = y ± ∆y z = z ± ∆z * Giá trị trung bình A xác định cách thay giá trị trung bình x, y, z vào hàm trên, nghĩa A = f ( x , y , z ) * Cách xác định cụ thể sai số 10 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Sai số ∆A tính phương pháp vi phân theo hai cách sau: Cách Cách sử dụng thuận tiện hàm f ( x, y, z ) tổng hay hiệu (không thể lấy logarit dễ dàng) Cách gồm bước sau: Bước 1: Tính vi phân tồn phần hàm A = f ( x, y, x) , sau gộp số hạng có chứa vi phân biến số Bước 2: Lấy giá trị tuyệt đối biểu thức đứng trước dấu vi phân d thay dấu vi phân d dấu ∆ Ta thu ∆A Bước 3: Tính sai số tỉ đối (nếu cần) Ví dụ: Một vật ném xiên góc α có độ cao h = v0 sin αt − gt Trong đó: v0 = 39, ± 0, 2m / s α = 30 ± 10 t = 2,0 ± 0,2 s g = 9,8m / s 2 Ta có: h = 39,2.sin 300.2 − 9,8 = 19,6m dh = v sin α dt + v cos α dα + sin α t.dv − g.t.dt 0 ( ) = v sin α − gt dt + v t cosα dα + sin α t.dv 0 ∆h = v0 sin - gt ∆t + v t.cos ∆α + sin α t ∆v0 2π = 39,2.sin 300 − 9.8.2 0,2 + 39,2.2.cos300 360 + sin 300.2 0,2 = 1,38m Sử dụng quy ước viết kết ta có: h = 19,6 ± 1,4m Cách Sử dụng thuận tiện hàm f ( x, y, z ) dạng tích, thương, lũy thừa Cách cho phép tính sai số tỉ đối, gồm bước: Bước 1: Lấy logarit số e hàm A = f ( x, y, z ) Bước 2: Tính vi phân toàn phần hàm ln A = ln f ( x, y, z ) , sau gộp số hạng có chưa vi phân biến số 11 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Bước 3: Lấy giá trị tuyệt đối biểu thức đứng trước dấu vi phân d chuyển dấu d thành ∆ ta có δ = ∆A A Bước 4: Tính ∆A = A δ 4π l Ví dụ : Gia tốc trọng trường xác định biểu thức: g = T đây: l = 500 ± 1mm T = 1,45 ± 0,05s g = 9,78 ± 0,20m / s Khi đó: ln g = ln ( π l ) – ln( T ) dg dg dT d (4π l ) d (T ) d (4π ) 4π dl ⇔ + = = g g T 4π 2l 4π l 4π l T2 ⇔ ∆g ∆l ∆T  ∆l 2∆T  ⇒ ∆g = g  + +2  = g T  l T  l 7.3.5 So sánh nhận xét: Thường có ba lựa chọn sau so sánh với “kì vọng” đại lượng, quy luật cần tìm: + Nếu kết sai số giới hạn cho phép đến kết luận kết thúc thực nghiệm + Nếu kết chưa phù hợp mà sai số phần làm thí nghiệm quay lai khâu làm thí nghiệm (Thường dùng việc đo “thơ” nhanh đại lượng cần tìm để điều chỉnh cách thức làm thí nghiệm) + Nếu kết chưa phù hợp sai số nhiều phải điều chỉnh lại phương án thực nghiệm 7.4 CÁC BƯỚC XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THỰC NGHIỆM TRONG VẬT LÍ Với tập thực nghiệm khác trình bày khác Đối với u cầu đo đại lượng vật lí phép đo gián tiếp xây dựng phương án thực nghiệm theo bước sau Bước Nêu cách làm thực nghiệm - Chỉ cách thức xếp, lắp đặt dụng cụ thí nghiệm đề cho theo trật tự định 12 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến - Nêu thao tác làm thí nghiệm để đo giá trị đại lượng trung gian cần thiết - Để đơn giản ta nói bước tạo đề tập, tạo đại lượng, tượng vật lí để dùng bước Đây bước khó tập thực nghiệm Nếu đề tập tạo tối ưu làm phần sau có nhiều thuận lợi ngược lại gặp nhiều khó khăn cần dành cho bước thời gian xứng đáng Theo kinh nghiệm tơi xây dựng vài phương án sau chọn phương án tối ưu để làm Bước 2: Tìm mối liên hệ giá trị đại lượng đo với đại lượng cần đo, cần tìm quy luật (Cơ sở lí thuyết) - Sử dụng định luật, tính chất vật lí để thiết lập phương trình có đại lượng cần đo, cần tìm quy luật đại lượng có bước Đơn giản ta coi bước giải tập Bước 3: Xây dựng bảng ghi giá trị dùng vẽ đồ thị (Tuyến tính hóa đại lượng cần đo) - Sử dụng phép biến đổi tốn học (thơng qua việc lấy Ln hai vế, phép đổi biến, phép lấy gần ) để biến đổi phương trình tìm bước thành phương trình bậc theo biến mới: y = a.x + b hệ số a có đại lượng cần đo cịn y x số tính thơng qua đại lượng đo bước y x - Tuyến tính hóa hàm mũ Ví dụ Cho hàm số: y = ae± kx Lấy ln hai vế biểu thức: lny = lna ± kx Khi đồ thị với trục tung chia theo lny, trục hoành chia theo x đồ thị trở thành đường thẳng x t - Tuyến tính hóa hàm bậc Ví dụ Cho hàm số: x = gt + v0t Đặt Y = , ta Y = gt + v0 , hàm bậc - Có thể tuyến tính hóa gần đúng: Thí dụ cho hàm số thể liên hệ cường độ dòng điện hiệu điện hai đầu ốt là: I = I S (eα U − 1) (*) 13 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến αV Ta thấy eαV tăng nhanh theo V, V đủ lớn thì: I ≈ I S e Lấy ln hai vế phương trình (*) ta y = LnI = LnIS + α U Bước 4: Vẽ đồ thị - Sử dụng bảng giá trị bước vẽ đồ thị y - Vẽ đường thẳng gần với điểm Để phép tính xác hơn, người ta xác định hệ số a b đường thẳng y = a.x + b phương pháp toán học yi a= n∑ xi yi − ∑ xi ∑ yi n∑ xi2 − (∑ xi )2 y0 - Sử dụng đồ thị tính hệ số góc đường thẳng a = tan α , từ tính giá O x xi trị đại lượng cần đo Nhận xét: Với tập thực nghiệm định tính không cần làm bước bước Với tập xác định quy luật tùy theo quy luật biến đổi đại lượng vật lí mà bước xây dựng bảng giá trị cho phù hợp Một số tập lại yêu cầu làm bước sở lí thuyết trước tiến hành bố trí thực nghiệm 7.5 MỘT SỐ VÍ DỤ XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN THỰC NGHIỆM Ví dụ 1: Cho dụng cụ sau: Dây treo, giá đỡ, đồng hồ bấm giây, cân, thước đo 300 mm Hãy xây dựng phương án thực nghiệm đo gia tốc trọng trường Bài làm Bước Dùng dây treo đầu nối vào cân, đầu cố định vào giá đỡ tạo thành lắc đơn hình vẽ Bước Con lắc đơn dao động điều hịa với chu kì T = 2π C α l g M 14 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Bước Từ biểu thức chu kì ta có l= T2 g 4π Bước Đo giá trị l T ghi vào bảng giá trị sau T2 4π … … … … l l1 l2 l3 l4 Bước Vẽ đồ thị Đo hệ số góc đường thẳng ta T2 4π g = tan α α O l li Ví dụ 2: Cho hộp điện trở mẫu (nhiều điện trở có giá trị biết), ampe kế có điện trở nhỏ khơng đáng kể, dây nối nguồn điện Trình bày phương án xác định điện trở nguồn điện Bài làm Mắc sơ đồ mạch điện hình vẽ E,r Ta có I.Rm = E – Ir Rm A Thay đổi Rm ghi lại giá trị vào bảng sau: I.Rm I.Rm I Vẽ đồ thị (IRm; I) hình vẽ đo góc α ta α I tính điện trở nguồn điện r = tanα 15 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Ví dụ 3: ( Bài đề thi chọn HSG lớp 12 mơn Vật lí tỉnh Vĩnh Phúc năm học 2015 – 2016) Để đo gia tốc rơi tự g nơi mặt đất, người ta dùng lắc đơn có chiều dài l thay đổi Các phép đo chu kì T phụ thuộc vào chiều dài l theo bảng sau: Lần đo l ( m) 1,01 1,21 0,99 0,81 0,66 0,75 T ( s) 2,015 2,206 1,996 1,806 1,633 1,739 Căn vào số liệu bảng trên, xác định gia tốc rơi tự nơi làm thí nghiệm phương pháp tuyến tính hóa đồ thị Hướng dẫn chấm Ta có T = 2π l 4π 4π ⇒ T2 = l Đặt y = T ; a = ⇒ y = al g g g Căn số liệu đề, lập bảng: Lần đo l ( m) 0,66 0,75 0,81 0,99 1,01 1,21 y ( s2 ) 2,667 3,024 3,262 3,984 4,060 4,866 Vẽ đồ thị thể đường thẳng thực nghiệm y = al Từ đồ thị tính được: a = tan α ≈ 4,028 4π ≈ 9,791m / s => g = a Lưu ý: + Các bước tính a, g chưa trùng với kết thể bước cho điểm tối đa + Học sinh tính g cách lấy giá trị trung bình lần đo khơng cho điểm 16 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Nhận xét: Bài tập yêu cầu làm công đoạn tính tuyến tính hóa tính kết phép đo Khơng u cầu tính sai số phép đo Kết g khác có nhiều cách tuyến tính hóa cách vẽ đường thẳng gần với điểm 17 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Ví dụ 4: (Ảnh chụp trang 736 TT32/2018) Với yêu cầu cần đạt chương trình giáo dục phổ thơng ta đưa ví dụ sau: Một thí nghiệm vễ đồ thị đồ thị tọa độ x theo thời gian t chất điểm chuyển động trục Ox hình vẽ a Từ đồ thị tính vận tốc trung bình vật khoảng thời gian từ 0,25s đến 0,25s; 0,75s đến 1,25s; 1,75s đến 2,25s; … Và ghi kết vào Bảng_VD_4 t (s) 10 11 12 v (cm/s) Bảng_DV_4 b Vẽ đồ thị vận tốc theo thời gian chất điểm Nhận xét: Với kiến thức học sinh đầu lớp 11 học sinh biết kiến thức hàm điều hòa chưa học đạo hàm khơng thể tìm vận tốc cách tính đạo hàm mà phải tính vận tốc cách khác (theo ví dụ dùng đồ thị) 18 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Bài làm: a Dùng thước đo ∆x thay vào cơng thức tính vận tốc trung bình v = ∆x ta ∆t bảng giá trị t (s) 10 11 12 v (cm/s) 5,6 - 5,6 -8 - 5,6 5,6 5,6 - 5,6 -8 b Từ bảng số vẽ đồ thị vận tốc theo thời gian Với hai đồ thị học sinh viết phương trình dao động phương trình vận tốc vật dao động điều hịa ma khơng cần dùng tới kiến thức đạo hàm Tương tự theo cách làm hóc sinh viết phương trình gia tốc vật dao động điều hịa Ví dụ 5: 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 Bài làm - 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 - Cân để đo khối lượng m1 điện cực trước mắc vào mạch, sau đo khối lượng m2 điện cực sau cho dịng điện qua chất điện phân tính khối lượng: m = m2 - m1 - Gọi n hóa trị chất Số nguyên tử xuất điện cực: 19 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến N= q I∆t m − m1 = = NA ne ne A A.I ∆t = e.n.N A (m2 − m1 ) Đo thông số ghi vào bảng A.I.∆t n.NA(m2-m1) Vẽ đồ thị A.I.∆t - Từ đồ thị tính điện tích nguyên tố e = tan α α O n.NA(m2-m1) Ví dụ 6: ( Câu Đề thi học sinh giỏi Nghệ An năm học 2008 - 2009) Xác định hệ số ma sát nhớt µ dầu Cho dụng cụ: Một ống hình trụ (kích thước chiều cao đủ lớn), can lớn đựng đầy dầu nhớt, viên bi xe đạp nhỏ, thước kẹp (Panme), thước dài, đồng hồ bấm giây, vòng dây đàn hồi Biết khối lượng riêng thép ρ dầu nhớt ρ0 , gia tốc rơi tự g Lực cản lên bi tính biểu thức f C = 6p µ Rv đó: µ hệ số ma sát nhớt, R bán kính viên bi, v vận tốc viên bi Yêu cầu xây dựng phương án thí nghiệm: Trình bày sở lý thuyết; Cách bố trí thí nghiệm; Cách tiến hành thí nghiệm xử lý kết Bài làm Cơ sở lí thuyết +Áp dụng định luật II Niutơn ta có phương trình chuyển động viên bi: ma = Vg(ρ - ρo) - 6p µ Rv +Khi v đạt giá trị đủ lớn thì: Vg (ρ - ρo) - 6p µ Rv ≈ → Bi chuyển động +Vậy ta cần đo v lúc suy được: 20 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến µ = Vg ( ρ − ρ0 ) = R g ( ρ − ρ ) 6π Rv v +Nếu dùng phép tính chi tiết ta có kết rõ ràng hơn: m dv = Vg(ρ - ρo) - 6p µ Rv dt ⇔ d (Vg ( ρ − ρ0 ) − 6πµ Rv) dt dv dt = ⇒ = Vg ( ρ − ρ0 ) − 6πµ Rv m 6πµ R Vg ( ρ − ρ ) − 6πµ Rv m 6πµ R − t Vg ( ρ − ρ ) (1 − e m ) ⇔v = 6πµ R +Khi t đủ lớn e -at Vg ( ρ − ρ0 ) R g ( ρ − ρ0 ) = →0 ⇒ v = 6πµ R µ Vg ( ρ − ρ0 ) R g ( ρ − ρ0 ) µ ⇔ = = 6π Rv v Bố trí thí nghiệm – cách tiến hành: Dựng ống thẳng đứng Đổ dầu nhớt vào gần đầy ống Dùng vòng dây lồng vào phần phần ống Bước 1: Dùng thước kẹp đo đường kính viên bi số lần, suy bán kính viên bi Ghi lại kết đo Bước 2: - Thả thử viên bi để xác định tương đối vị trí bắt đầu chuyển động đều, vịng dây vị trí (vạch số 1) Vạch gần đáy (cách khoảng - 10cm), vạch số Đo khoảng cách D1D2= l, ghi lại kết Vạch số Vạch số Bấm đồng hồ bi qua vạch số ta khoảng thời gian chuyển động bi t, ghi lại kết Thay đổi vị trí D1 xuống gần D2 hơn, thả bi đo lại l t Thay đổi D1 số lần tiến hành trước Sau lần đo ta ghi tất kết tương ứng vào giấy Xử lý số liệu Ta thay giá trị tương ứng lần đo vào công thức 21 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến 2 µ = R g ( ρ − ρ ) = R g ( ρ − ρ )t v l Đánh giá sai số nhận xét +Sau lần thay đổi l, t, ta lại tìm giá trị µ +Tính µ sai số D µ +Kết luận hệ số ma sát nhớt : µ = µ + D µ +Sai số : Đo kích thước bi, xác định vị trí vạch số chưa xác, bấm đồng hồ đo thời gian không kịp thời Nhận xét: Ở tập ta chọn phương án vẽ đồ thị để tính giá trị phép đo hệ số ma sát từ cơng thức tính hệ số ma sát biến đổi thành [2 R g ( ρ − ρ0 )]t = µ (9.l ) để tuyến tính hóa 7.6 BÀI TẬP Bài 1: Cho lực kế với độ đo lực lớn 2N, sợi dây, thước chia vạch đến milimet sắt giá thí nghiệm Hãy xác định trọng lượng viên gạch với mức xác cao cho phép Bài 2: Có hộp đen, hộp có chứa linh kiện Trong hộp trình bày xác định linh kiện nêu cách tính thơng số nó? Cho phép dùng dòng điện xoay chiều chiều, đồng hồ vạn năng? Bài 3: Trên bàn có ba thấu kính, nhỏ có hình chữ thập, tất gắn vào đế, đoạn dây thép gắn đứng thẳng vào đế thước nhỏ Chi dùng dụng cụ trên: xác định tiêu cự cho biết thấu kính hội tụ hay phân kỳ Hãy đề xuất phương án đo tiêu cự Vẽ sơ đồ thí nghiệm, giải thích lý thuyết nêu cơng thức tính f Bài 4: Cho nguồn điện có suất điện động không đổi, ampe kế, vôn kế biến trở Hãy lắp dụng cụ theo sơ đồ cho phép ta xác định đồ thị phụ thuộc cơng suất có ích P vào cường độ dòng i Từ đồ thị vẽ xác định: a Điện trở nguồn điện b Suất điện động nguồn điện c Vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc hiệu suất vào điện trở 22 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Bài 5: Cho: Hai hình trụ có dạng bên đồng làm chất; hai thước (một có vạch mm); Một chậu đựng nước Biết hình trụ đồng chất, đặc, cịn hình trụ có phần rỗng hình trụ, có trục song song với trục trụ chiều dài coi chiều dài trụ (hai đầu phần rỗng bịt vật liệu mổng, nhẹ) Hãy xác định thực nghiệm giải thích lý thuyết? a Tỉ trọng chất làm hai hình trụ, lấy tỉ trọng nước chậu làm đơn vị b Bán kính phần rỗng hình trụ thứ hai c Khoảng cách hai trục hình trụ phần rỗng Bài 6: Cho dụng cụ vật liệu: Bảng gỗ,thước đo chiều dài, mẩu gỗ Hãy thiết kế phương án thí nghiệm xác định gần hệ số ma sát trượt mẩu gỗ bảng gỗ? Bài 7: Cho nguồn điện chiều(có điện trở trong), vôn kế hộp điện trở a Xác định suất điện động nguồn số tối thiểu mạch điện dùng vơn kế, khơng dùng hộp điện trở b Tìm hai phương trình tuyến tính ứng với hai mạch dùng vôn kế định hộp điện trở, nhằm xác định suất điện động, điện trở nguồn điện trở vôn kế dùng Lắp hai mạch đó, đo vẽ hai đồ thị ứng với hai phương trình Từ tính suất điện động hai điện trở nói c Nêu nguyên nhân dẫn đến sai số hai câu trên, nguyên nhân ảnh hưởng nhiều Bài 8: Tìm chiết suất lăng kính chất nước Bỏ qua tán sắc Dụng cụ: hai lăng kính giống hệt nhau, có góc 30 0, 600, 900 , chất nước, đĩa, bàn trịn, giấy kẻ li, bút chì đèn a Tìm chiết suất n1 lăng kính hai phương pháp thực nghiệm khác (một lăng kính) Vẽ hình nêu hệ thức cần thiết để tính n1 b Dùng hai lăng kính giống hệt để tìm chiết suất n2 chất lỏng, n2 < n1 Bài 9: Có dụng cụ: Một cân (khơng có cân), nhiệt lượng điện kế có que khuấy, nhiệt kế, nguồn điện, khóa K, dây dẫn điện, cốc, nước, dầu hỏa, cát 23 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến để làm bì đĩa cân đồng hồ bấm giây Hãy xác định nhiệt dung riêng dầu hỏa Biết nhiệt dung riêng nước 4200J/kg.độ, nhiệt dung riêng nhiệt lượng kế 380J/kg.độ Bỏ qua mát nhiệt lượng q trình nung nóng Bài 10: Cho ống nghiệm tiết diện khoảng tính từ miệng ống đến vạch đánh dấu Một cốc to thủy tinh, có thước Một can nước có khối lượng riêng ρ0 = 1g/cm2 Một chai dầu có khối lượng riêng ρ Bằng dụng cụ thiết kế phương án đo khối lượng riêng dầu Không phép đổ nước dầu lẫn vào Xác định khối lượng riêng dầu Bài 11: Trong tay em có dụng cụ thí nghiệm sau đây: Một phích để đựng nước nóng thuỷ tinh miệng rộng, khối lượng 100gam, chứa 0,500 lít nước Phích khơng hồn tồn cách nhiệt; Một cân điện tử (đặt vật lên đĩa cân đọc khối lượng) Khối lượng lớn cân 600gam, sai số ± 10mg; Một cuộn dây điện trở kích thước nhỏ, điện trở 30 ơm, chịu dịng điện tối đa 3,00 ampe Dây đẫn điện dây mềm, đồng thời dùng để treo cuộn dây vào giá cách điện; Một ampe kế chịu dòng điện tối đa ampe, sai số tuyệt đối 0.05ampe; Một vôn kế chịu hiệu điện tối đa 75 vôn, sai số tuyệt đối 0,5 vơn; Hai nguồn có suất điện động ổn định Giá trị tương ứng suất điện động vào khoảng 30 vơn 80 vơn Dịng tối đa cung cấp ampe; Một đồng hồ bấm giây sai số tuyệt đối 0,2 giây; Một đảo điện kép dây nối cần thiết; Một lít nước cất có độ dẫn điện khơng đáng kể a Đề xuất phương án thí nghiệm cho phép ta xác định nhiệt hoá L nước 100 độ C dụng cụ nói Vẽ sơ đồ bố trí thí nghiệm giải thích nguyên lý thí nghiệm b Đưa cách tiến hành thí nghiệm cách cụ thể ( với giá trị số) để xác định nhiệt hố L nước với sai số tỷ đối nhỏ 10% Biết giá trị gần L 2200KJ/kg 24 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến CÁC ĐIỀU KIỆN CẦN THIẾT ĐỂ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN Với cá nhân có điều kiện tốt để áp dụng sáng kiến tập thực nghiệm vật lí như: + Được phân công giảng dạy học sinh lớp 12A1, trường năm liên tục từ lớp 10 lên lớp 12 Như làm cho giáo viên hiểu rõ hoàn cảnh học lực học sinh Các học sinh lớp 12A1 học sinh ngoan ham học hỏi có điểm trung bình cao trường kì thi khảo sát chất lượng trường tỉnh + Được nhà trường tin tưởng phân công bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi trường để tham dự kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh nhiều năm liên tục Vì việc tìm hiều đề thi học sinh giỏi tập thực nghiệm vật lí ý tới nhiều ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH THU ĐƯỢC HOẶC DỰ KIẾN CĨ THỂ THU ĐƯỢC DO ÁP DỤNG SÁNG KIẾN - Sau áp dụng sáng kiến cho đối tượng đội tuyển học sinh giỏi học sinh lớp 12A1 trường THPT Yên Lạc đạt số kết tốt: + Đội tuyển thi học sinh giỏi cấp tỉnh trường đạt 01 giải (Phùng Linh Linh lớp 12A1), 01 giải ba (Nguyễn Phúc Hưng lớp 12A1) 01 giải khuyến khích (Đỗ Văn Trí lớp 12A1) + Các học sinh biết cách xây dựng phương án thực nghiệm theo hướng dẫn + Học sinh biết quy trình làm tập thực nghiệm chuẩn bị tốt biểu bảng, sở lí thuyết tốt trước lên thực hành phịng mơn tiết thực hành 25 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến 10 DANH SÁCH NHỮNG TỔ CHỨC/CÁ NHÂN ĐÃ THAM GIA ÁP DỤNG SÁNG KIẾN LẦN ĐẦU Số TT Tên tổ chức/cá nhân Địa Phạm vi/Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Đội tuyển học sinh giỏi lớpTrường THPT 12 trường năm học 2018Yên Lạc - 2019 Bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tỉnh năm học 2018- 2019 Học sinh lớp 10A1, củaTrường THPT trường năm học 2019 - 2020 Yên Lạc Dạy học chuyên đề năm học 2019 – 2020 Yên lạc, ngày… tháng năm 2016 Yên lạc, ngày 24 tháng năm 2020 Thủ trưởng đơn vị/ Tác giả sáng kiến (Ký tên, đóng dấu) (Ký, ghi rõ họ tên) Trần Thanh Thọ 26 Báo cáo kết nghiên cứu, ứng dụng sáng kiến Phụ lục1 : TÀI LIỆU THAM KHẢO: Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 Bộ trưởng Bộ Giáo dục Đào tạo Vật lí 11 Nguyễn Phúc Thuần (Chủ biên) – NXB Giáo dục, năm 2014 Vật lý 12 Vũ Thanh Khiết (Chủ biên) – NXB Giáo dục, năm 2008 Đề thi học sinh giỏi môn vật lý tỉnh Vĩnh Phúc, Nghệ An Những tập hay nghiệm vật lí V Langue – NXB Giáo dục, năm 2006 Tuyển tập đề thi Olimpic 30 tháng (Đinh Ngọc Bảo – Đinh Văn Vang) NXB Đại Học Sư Phạm, năm 2012 Giải toán vật lý lớp 12 Bùi Quang Hân – NXB Giáo Dục, năm 2010 Kiến thức nâng cao Vật lí THPT tập 1, tập 2, tập Vũ Thanh Khiết (Chủ biên) – NXB Hà Nội, năm 2013 Bài tập sáng tạo vật lí trung học phổ thơng Nguyễn Đình Thước (Chủ biên) – NXB Đại học quốc gia Hà Nội, năm 2010 10 http://thuvienvatly.com/ 11 Báo cáo chuyên đề ôn thi THPT QG môn vật lí Lê Quốc Hưng trường THPT Yên Lạc, năm 2015 27 ... tập thực nghiệm định tính tập thực nghiệm định lượng: Bài tập thực nghiệm vật lý Bài tập thực nghiệm định tính Thí nghiệm, quan sát, giải thích Thiết kế phương án thí nghiệm Bài tập thực nghiệm. .. thí nghiệm, làm nghiệm đo đạc tìm quy luật 7.3 QUY TRÌNH LÀM BÀI TẬP THỰC NGHIỆM TRONG VẬT LÍ Bài tập thực nghiệm vừa tập vừa thí nghiệm việc giải có hiệu cao cho phát triển tư học sinh, Bài tập. .. lí thực nghiệm lúc từ giả thuyết có suy hệ kiểm tra tìm cách bố trí thí nghiệm khéo léo, tinh vi để quan sát tượng lí thuyết dự đốn thực phép đo xác 7.2 BÀI TẬP THỰC NGHIỆM TRONG VẬT LÍ Bài tập