Để kiểm tra các yêu cầu đối với bộ thí nghiệm được cải tiến, chúng tôi đã triển khai thực nghiệm bộ thí nghiệm này ở một số trường phổ thông, trường đại học đã nói ở tr[r]
Trang 1CẢI TIẾN BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT MOMEN LỰC ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT RẮN CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH” TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
Vương Thị Kim Yến *
Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên
TÓM TẮT
Bài báo trình bày cách lắp ráp và cải tiến bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định”, nhằm góp phần làm phong phú thêm các bộ thí nghiệm trên với cách bố trí khác nhau và đáp ứng được nhu cầu cần nhiều bộ thí nghiệm; triển khai nghiên cứu theo yêu cầu dạy học mới hiện nay ở trường THPT Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy, bộ thí nghiệm cải tiến có tính chính xác cao, dễ quan sát, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng hiệu quả ở trường THPT cũng như trong đào tạo và bồi dưỡng giáo viên ở trường Đại học Sư phạm
Từ khóa: Bộ thí nghiệm momen lực, vật rắn, trục quay cố định, cân bằng.
MỞ ĐẦU*
Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, trong đó
thí nghiệm vật lý có vai trò rất quan trọng và
không thể thiếu được trong quá trình nghiên
cứu, học tập và giảng dạy Vật lý[1], [2],[3]
Bởi vì thí nghiệm vật lý không đơn thuần chỉ
kiểm chứng tính đúng đắn của lý thuyết mà
còn giúp chúng ta khảo sát các hiện tượng
cũng như các đại lượng vật lý, giải thích hoặc
tiên đoán kết quả thí nghiệm Đồng thời các
thí nghiệm vật lý còn tăng cường tính trực
quan, tính khoa học, góp phần nâng cao chất
lượng lĩnh hội, nắm vững kiến thức, phát triển
năng lực tư duy độc lập, sáng tạo, kiên trì, cẩn
thận và phong cách của nhà nghiên cứu khoa
học cho người học[1] Thông qua thí nghiệm
còn giúp giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học
sinh (HS) Mặt khác, theo yêu cầu đổi mới
giáo dục hiện nay ở trường phổ thông là dạy
học theo nhóm, tức là HS được chia nhỏ
thành nhiều nhóm tự dùng thí nghiệm để tìm
tòi, nghiên cứu nên cần phải có nhiều bộ thí
nghiệm cùng loại cho HS làm, sau đó các
nhóm thảo luận, phản biện lẫn nhau rồi đưa ra
kiến thức, còn giáo viên (GV) sẽ đóng vai trò
định hướng, quan sát và khẳng định sự đúng
đắn của kiến thức.Với phương pháp dạy học
mới này, cần nhiều bộ thí nghiệm nhưng lại
*
Tel: 0977 599218, Email: yenquangsp@gmail.com
được cấp lại quá ít Bởi vậy để đáp ứng được yêu cầu trên, việc nghiên cứu cải tiến các bộ thí nghiệm luôn là vấn đề cấp thiết và có tính thời sự [4], nên chúng tôi đã nghiên cứu cải tiến và lắp ráp thành công 05 bộ thí nghiệm
“Khảo sát momen lực Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định”
KIẾN THỨC CHUẨN BỊ
Đối tượng nghiên cứu: bộ thí nghiệm
Momen của lực Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định
Phương pháp nghiên cứu: Phối hợp phương
pháp nghiên cứu lí luận, phương pháp điều tra, phương pháp lấy ý kiến chuyên gia và phương pháp thực nghiệm
Cơ sở lý thuyết
Momen lực: Giả sử có một đĩa tròn A quay quanh trục cố định, nếu ta bố trí lực F và
1
F như (hình 1), khi đó đĩa tròn A cân bằng,
ta thấy rằng:
1 1
(1)
Nếu chỉ riêng lực F tác dụng lên đĩa A thì đĩa quay theo chiều kim đồng hồ, còn nếu chỉ riêng lực F1tác dụng lên đĩa A thì đĩa quay theo chiều ngược lại Nếu cả hai lực
F vàF1tác dụng đồng thời lên đĩa A thì đĩa cân bằng Khi đó tác dụng làm quay của hai lực bằng nhau và ngược chiều nhau
Trang 2Hình 1 Nguyên lý hoạt động của thí nghiệm
momen lực Điều kiện cân bằng của vật rắn có
trục quay cố định
Nếu thay lực F1 bằng lực F2khác có khuynh
hướng làm cho đĩa quay ngược chiều kim
đồng hồ và có tay đòn d2 thì ta cũng thấy:
F d2 2 Fd (2)
Qua nhiều lần thực hiện thí nghiệm như vậy,
có thể kết luận rằng đại lượng Fd đặc trưng
cho tác dụng làm quay đĩa A của lực F và
gọi là momen của lực, kí hiệu là M
M = Fd (3)
d: cánh tay đòn
Đơn vị của momen lực trong hệ SI là Niuton
mét, kí hiệu N.m
Từ thí nghiệm trên suy ra: Muốn cho một vật
rắn có trục quay cố định nằm cân bằng thì tổng
momen của các lực có khuynh hướng làm cho
vật quay theo một chiều phải bằng tổng momen
của các lực có khuynh hướng làm vật quay theo
chiều ngược lại
Nếu ta qui ước momen lực làm vật quay
ngược chiều kim đồng hồ có giá trị dương,
cùng chiều kim đồng hồ có giá trị âm, thì ta
có thể viết điều kiện trên dưới dạng đại số:
M1 + M2 + = 0
Trong đó M1, M2 là momen của tất cả các
lực đặt lên vật
Đánh giá của GV về bộ thí nghiệm “Khảo sát momen lực Điều kiện cân bằng của một
vật rắn có trục quay cố định” (hình 2) hiện đang sử dụng dụng rộng rãi ở các trường THPT và ở trường Đại học [3], [4]
Hình 2 Bộ thí nghiệm momen lực Điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định hiện có
Để nắm được thực trạng trang bị số bộ thí nghiệm và tình hình sử dụng bộ thí nghiệm trên của GV, HS ở Trường phổ thông, nhóm nghiên cứu đã tiến hành điều tra thực tế tại trường THPT Vùng cao Việt Bắc, Trường THPT Thái nguyên và Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm Thái nguyên Thời gian điều tra từ ngày 20/5 đến ngày 30/5/2018 Có
12 giáo viên được khảo sát Các câu hỏi
hướng tới việc tìm hiểu bộ thí nghiệm “Khảo sát momen lực Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định” có dễ sử dụng
không? Kết quả chính xác không? Số lượng bộ thí nghiệm này được trang bị tại trường như thế nào? Kết quả điều tra được trình bày trong bảng 1.
Bảng 1.
Đánh giá của GV Số bộ thí
nghiệm
Dễ sử dụng
Chính xác
Không Chính xác
1
bộ 2 bộ
Kết quả điều tra cho thấy, bộ thí nghiệm trên
dễ sử dụng, độ chính xác khá cao, song với phương pháp dạy học mới thì đòi hỏi phải có nhiều bộ thí nghiệm cùng loại để cho các nhóm HS làm thí nghiệm đồng loạt lại không
A
1
F
d1
D
1
d
D
Trang 3đáp ứng vì số bộ thí nghiệm được cung cấp
quá ít, hầu hết GV đều cho rằng cần thiết phải
cải tiến bộ thí nghiệm mới Trong khi đó, số
bảng từ trắng nhỏ để làm thí nghiệm “Tổng
hợp lực đồng qui và tổng hợp lực song song”
lại có khá nhiều Vậy ta có thể tận dụng lắp ráp,
cải tiến kết hợp để làm thí nghiệm “Khảo sát
momen lực Điều kiện cân bằng của một vật rắn
có trục quay cố định” mà không hề ảnh hưởng
khi sử dụng cho hai thí nghiệm kia
Hình 3 Đánh giá của GV về sự cần thiết phải cải
tiến bộ TN mới (mức độ 1 là mức độ thấp nhất)
Vậy để phần nào đáp ứng được yêu cầu trên,
chúng tôi đã cải tiến và lắp ráp thành công 05
bộ thí nghiệm cùng loại mới
KẾT QUẢ
Bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực Điều
kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố
định” cải tiến
- Dụng cụ gồm:
1) Bảng từ
2) Giá đỡ chân đế hình sao
3) Đĩa momen
4) Thước nhựa 20cm
5) Các quả gia trọng
6) Lực kế
- Những điểm cải tiến:
+ Như đã trình bày ở mục 2.4, nhóm nghiên
cứu sử dụng kết hợp bảng từ ở các bài thí
nghiệm khác, trên đầu bảng từ thiết kế một trục
quay để lắp đĩa momen (hình 4), đĩa này được
tận dụng từ những thiết bị thí nghiệm cũ
+ Để xác định được cánh tay đòn d, chúng tôi gắn một nam châm vào thước nhựa Thước này có thể tháo ra được khi không sử dụng, còn khi sử dụng bảng từ này cho các thí nghiệm tổng hợp lực đồng qui, song song thì không bị ảnh hưởng
Các bộ thí nghiệm cải tiến được lắp đặt tại phòng thí nghiệm phương pháp giảng dạy Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên và hiện nay đang được GV
và sinh viên Khoa Vật lý của trường sử dụng
Kết quả thực nghiệm sư phạm
Để kiểm tra các yêu cầu đối với bộ thí nghiệm được cải tiến, chúng tôi đã triển khai thực nghiệm bộ thí nghiệm này ở một số trường phổ thông, trường đại học đã nói ở trên và lấy ý kiến đánh giá của một số GV ở các trường đó
Hình 4 Bộ thí nghiệm momen lực Điều kiện cân
bằng của vật rắn có trục quay cố định cải tiến
1) Bảng từ
2) Giá đỡ chân đế hình sao
3) Đĩa momen
4) Thước nhựa 20cm
5) Các quả gia trọng
6) Lực kế
3
1
2
4
5
6
Trang 4Bảng 2 Tổng hợp ý kiến đánh giá của GV
Đánh giá của GV
Dễ
thực
hiện
Chính
xác
Không chính xác
Đạt yêu cầu
Không đạt yêu cầu 100% 83,3% 16,6% 100% 0%
Từ số liệu bảng 2 cho thấy, 100% GV được
điều tra đều nhận định bộ thí nghiệm này dễ
thực hiện Có 83% GV cho rằng, thí nghiệm
cho kết quả chính xác Có 100% GV đánh giá
bộ thí nghiệm đạt yêu cầu Với kết quả đánh
giá thu được, có thể nhận xét bộ thí nghiệm
cải tiến đạt được các yêu cầu của một bộ thiết
bị thí nghiệm để phục vụ trong quá trình dạy
và học môn vật lý cũng như trong quá trình
nghiên cứu các hiện tượng vật lý Có thể sử
dụng rộng rãi bộ thí nghiệm này tại các
trường THPT, các trường đại học
KẾT LUẬN
Bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực Điều
kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay
cố định” cải tiến đáp ứng đầy đủ yêu cầu của
một bộ thí nghiệm vật lý về tính khoa học,
tính sư phạm, tính trực quan và tính bền vững
Do đó, bộ thí nghiệm này có thể sử dụng rộng
rãi trong quá trình dạy và học ở các trường
THPT, các trường đại học Không những vậy,
việc chế tạo bộ thí nghiệm đó rất dễ, tiết kiệm
nên các GV và HS đều có khả năng lắp ráp, cải tiến tạo ra các bộ thí nghiệm để phục vụ cho mình trong việc dạy và học môn vật lý, bằng cách tận dụng bảng từ có sẵn của bộ thí nghiệm tổng hợp lực đồng qui và tổng hợp hai lực song song cùng chiều Đĩa momen có thể tự tạo từ các vật liệu tận dụng phù hợp trong cuộc sống Để tăng độ chính xác của thiết bị chúng tôi cố gắng giảm thiểu tối đa
sự không cân bằng của đĩa, bằng cách tăng độ khít của ổ trục với trục quay
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2005), Phát triển năng lực thông qua phương pháp và phương tiện dạy học mới, Hội thảo tập huấn, Hà Nội
2 Bộ Giáo dục và Đào tạo (2009), Những vấn đề
cơ bản về công tác thiết bị dạy học, lắp đặt, sử dụng, bảo quản, bảo dưỡng các thiết bị dùng chung (quyển 1), Tài liệu bồi dưỡng nghiệp vụ cho
viên chức làm công tác thiết bị dạy học ở cơ sở
giáo dục phổ thông, Giáo dục Việt Nam Hà Nội
3 Bộ Giáo dục và Đào tạo (2015), Vật lý lớp 10
nâng cao, Giáo dục Việt Nam Hà Nội
4 Bộ môn phương pháp giảng dạy, Sử dụng thiết
bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông, Tài liệu lưu hành nội bộ (2016), Khoa vật
lý - Trường ĐHSP - Đại học Thái Nguyên
5 Nguyễn Đức Thâm (2002) Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông), Đại học Sư phạm
Hà Nội
SUMMARY
RENOVATING THE SETUP OF “TORQUE EVALUATION AND
EQUILIBRIUM OF A RIGID BODY IN FIXED AXIS ROTATION” IN
TEACHING PHYSICS AT HIGH SCHOOLS
Vuong Thi Kim Yen *
University of Education - TNU
In this article, we present the assembly of the newly-renovated experimental setup “Torque evaluation and Equilibrium of a rigid body in fixed axis rotation” in order to enrich Physics experimental setups and to meet the need of new Physics equipment in high schools; to deploy research activities according to the new requirements of the Education Ministry The initial result
of this paper has proved that this setup is highly accurate, easy to observe, and applicable in not only high schools but also in the universities of Education f or training purposes.
Keywords: Torque experiment setup, equilibrium, rigid body, fixed axis rotation
Ngày nhận bài: 17/8/2018; Ngày phản biện: 17/9/2018; Ngày duyệt đăng: 12/10/2018
*
Tel: 0977 599218, Email: yenquangsp@gmail.com