Chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí – vật lí 10

2 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ NGUYỄN VĂN CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ - VẬT LÍ 10 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÝ NGUYỄN VĂN CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ - VẬT LÍ 10 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Chun ngành : Sƣ phạm Vật lý Khóa học : 2015 - 2019 Ngƣời hƣớng dẫn : TS Phùng Việt Hải Đà Nẵng, năm 2019 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đề tài khóa luận tốt nghiệp, hướng dẫn tận tình GV hướng dẫn phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi, tơi có q trình nghiên cứu, tìm hiểu học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài Kết thu không nỗ lực riêng cá nhân tơi mà cịn giúp đỡ q thầy cơ, gia đình bạn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Quý thầy cô khoa Vật Lý – Trường ĐHSP – ĐHĐN tận tình dạy dỗ, gúp tơi trang bị kiến thức cân thiết quý báu người giáo viên để bước vào đời T.S Phùng Việt Hải – người thầy tận tình hướng dẫn, bảo tơi suốt thời gian qua để tơi hồn thành khóa luận Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè động viên, ủng hộ giúp đỡ tháng ngày học tập trường Sư phạm thời gian tơi hồn thành khóa luận Mặc dù tơi cố gắng phạm vi cho phép để hồn thành khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận thơng cảm góp ý tận tình q thầy bạn bè Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà nẵng, tháng năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Văn i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu .2 Nhiệm vụ nghiên cứu .2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Phƣơng pháp nghiên cứu .3 Tổng quan vấn đề nghiên cứu .3 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƢỜNG PHỔ THÔNG 1.1 Đặc điểm môn Vật lý trƣờng phổ thông 1.2 Nhiệm vụ dạy học Vật lý trƣờng phổ thông 1.3 Thí nghiệm vật lý trƣờng phổ thông 1.3.1 Thí nghiệm Vật lý 1.3.3 Vai trị thí nghiệm dạy học Vật lý 1.3.4 Các chức thí nghiệm dạy học Vật lý THPT 11 1.3.5 Các loại thí nghiệm dạy học Vật lý 17 1.3.6 Các yêu cầu thí nghiệm Vật lý 27 1.4 Thiết bị thí nghiệm trƣờng phổ thông 31 1.4.1 Giá trị đặc biệt thiết bị thí nghiệm dạy học Vật lý 31 1.4.2 Yêu cầu thiết bị thí nghiệm 31 1.5 Yêu cầu cải tiến, chế tạo thiết bị thí nghiệm 32 CHƢƠNG CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ – CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ 10” 34 2.1 Mục tiêu cần đạt đƣợc thí nghiệm học 34 2.1.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 34 2.1.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát định luật Sac – lơ 34 2.1.3 Thí nghiệm 3: Minh họa phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng 35 2.1.4 Thí nghiệm 4: Khảo sát định luật Gay –lussac 35 2.2 Chế tạo thí nghiệm “Khảo sát định luật chất khí” 35 2.2.1 Thiết bị hỗ trợ gia cơng, lắp ráp, chế tạo thí nghiệm 35 2.2.2 Quy trình chế tạo thí nghiệm 36 2.2.3 Nguyên lý hoạt động thí nghiệm nguyên tắc đo đại lƣợng 41 2.2.4 Những ý tiến hành chế tạo thí nghiệm 41 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA BỘ THÍ NGHIỆM 42 3.1 Khảo sát, đánh giá kết 42 3.1.1 Khảo sát thí nghiệm chứng minh định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt 42 3.1.2 Khảo sát thí nghiệm chứng minh định luật Sac-lơ 46 3.1.3 Khảo sát thí nghiệm chứng minh định luật Gay-lussac 50 3.1.4 Khảo sát thí nghiệm minh hoạ phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng 54 3.2 Những ý tiến hành thí nghiệm 58 3.3 Soạn thảo tiến trình dạy học sử dụng thí nghiệm 58 3.3.1 Bài 29: Quá trình đẳng nhiệt Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt 58 3.3.2 Bài 30: Q trình đẳng tích định luật Sac-lơ – Chƣơng trình Vật Lí 10 65 3.3.3 Bài 37: Phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng – Chƣơng trình vật lí 10 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87 Kết luận 87 Kiến nghị 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 89 DANH MỤC VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CB Cơ GDPT Giáo dục phổ thông GV Giáo viên HS Học sinh KLT Khí lí tưởng KN Kĩ NL Năng lực THCS Trung học sở THPT Trung học phổ thông 10 SGK Sách giáo khoa 11 TN Thí nghiệm ii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Tên hình ảnh STT Trang Hình 2.1 Kìm 36 Hình 2.2 Kìm mỏ nhọn, kìm bấm, tua vít 36 Hình 2.3.Đinh, ốc, vít 36 Hình 2.4.Kéo 36 Hình 2.5.Dao rọc giấy 36 Hình 2.6.Khoan 36 Hình 2.7.Súng bắn keo 36 Hình 2.8.Cưa tay 36 Hình 2.9.Mũi khoan hay mũi bắt vít 36 10 Hình 2.10.Thước cuộn 36 11 Hình 2.11.Bộ ổ cắm điện 36 12 Hình 2.12.Bật lửa 36 13 Hình 2.13 Nhiệt kế 37 14 Hình 2.14.Lon nước (lon sữa, nước yến…) 37 15 Hình 2.15.Ống dây 37 16 Hình 2.16.Các gỗ 38 17 Hình 2.17.Keo Apollo silicon 38 18 Hình 2.18.Ấm đun siêu tốc 38 19 Hình 2.19.Giấy mơ hình 38 20 Hình 2.20.Bút chuyên dùng viết nhựa, gỗ, thủy tinh 38 21 Hình 2.21 Bộ thí nghiệm hồn chỉnh 41 22 Hình 3.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát định luật Bơi-lơ - Ma-ri-ốt 43 23 Hình 3.2a Bộ thí nghiêm khảo sát định luật Sac-lơ 48 24 Hình 3.2b Đồ thị minh họa định luật Sac-lơ 51 25 Hình 3.3 Bộ thí nghiệm khảo sát định luật Gay-lussac 52 iii 26 27 Hình 3.3.b Đồ thị minh hoạt định luật Gay-lussac Hình 3.4 Bố trí thí nghiệm minh hoạt phương trình trạng thái khí lí tưởng 56 57 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Tên bảng Trang Bảng 2.1 Thiết bị, dụng cụ để chế tạo thí nghiệm 30 Bảng 2.2: Thiết bị thí nghiệm 31 Bảng 2.3 Các bước lắp ráp thí nghiệm 32 Bảng 3.1a Khảo sát định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt tăng áp suất 38 Bảng 3.1b Xử lí số liệu định luật Bơi-lơ - Ma-ri-ốt tăng áp suất Bảng 3.1c Khảo sát định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt giảm áp suất Bảng 3.1d Xử lí số liệu định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt giảm áp suất 38 39 39 Bảng 3.2a Bảng số liệu khảo sát định luật Sac-lơ 42 Bảng 3.2b Bảng xử lí số liệu khảo sát định luật Sac-lơ 43 10 Bảng 3.3a Bảng số liệu khảo sát định luật Gay-lussac 46 11 Bảng 3.3b Xử lí số liệu khảo sát định luật Gay-lussac 46 12 13 Bảng 3.4a Bảng số liệu khảo sát phương trình trạng thái khí lí tưởng Bảng 3.4b Bảng xử lí số liệu khảo sát phương trình trạng thái khí lí tưởng iv 50 50 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Những năm gần đây, ngành giáo dục nước ta không ngừng đổi nội dung, chương trình, sách giáo khoa, sách tham khảo trọng đẩy mạnh phong trào đổi phương pháp dạy học cấp, bậc học Do yêu cầu đổi phương pháp dạy học, việc trang bị đầy đủ phương tiện dạy học trường phổ thông trở nên cấp thiết, tùy mơn mà có phương tiện dạy học riêng phù hợp với việc đổi phương pháp dạy học Vật lý môn khoa học thực nghiệm Tư tưởng chủ đạo sách giáo khoa Vật lý trung học phổ thơng nội dung kiến thức hình thành phần lớn thơng qua thí nghiệm thực hành, điều khơng tích cực hố việc học tập học sinh mà rèn luyện kỹ sử dụng thiết bị, đồ dùng sống, rèn luyện thái độ, đức tính kiên trì, tác phong làm việc người làm khoa học Vì thế, phương tiện thí nghiệm Vật lý đóng vai trị quan trọng việc đổi phương pháp dạy học Vật lý Thực tế dạy học Vật lý cho thấy chất lượng thiết bị, thời gian thí nghiệm, thói quen sử dụng thí nghiệm q trình dạy học cịn nhiều mặt hạn chế, gây nhiều lúng túng cho giáo viên học sinh Mặt khác, chương trình Vật lý trung học phổ thơng, ngồi thí nghiệm định tối thiểu có thiết bị kèm, nhiều nội dung thí nghiệm khác sách giáo khoa chưa có dụng cụ thí nghiệm Điều địi hỏi sáng tạo, tích cực giáo viên học sinh để tạo dụng cụ phục vụ nội dung học Việc giáo viên học sinh tự thiết kế, chế tạo sử dụng dụng cụ thí nghiệm đơn giản để tiến hành thí nghiệm Vật lý hoạt động nhiều ý nghĩa có nhiều tác dụng: tăng cường tính trực quan, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh hội nắm vững kiến thức, phát triển lực tư duy, độc lập sáng tạo học sinh Việc tiến hành thí nghiệm, giải thích tiên đốn kết thí nghiệm địi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức nhiều nội dung khác cách linh hoạt Do đó, kiến thức mà học sinh lĩnh hội củng cố, đào sâu, mở rộng hệ thống hoá Việc sử dụng dụng cụ thí nghiệm tự làm dạy học Vật lý cần thiết nhiều trường hợp, chi tiết thiết bị thí nghiệm đại che lấp chất Vật lý tượng xảy thí nghiệm mà học sinh cần phải quan sát Đồng thời, để kích thích tính tích cực, độc lập phát huy khả tư sáng tạo học sinh học tập, giáo viên cá thể hố q trình học tập học sinh cách giao cho học sinh chế tạo dụng cụ thí nghiệm tự làm, hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm với mức độ khó, dễ khác Các dụng cụ thí nghiệm tự làm phần lớn đáp ứng việc thực hành đồng loạt học sinh Nó giải phần khó khăn thiết bị, tạo điều kiện cho em tự lực làm việc nhiều Nó khơng đòi hỏi khả thao tác tay chân cách đơn mà phát triển lực hoạt động trí tuệ, kinh nghiệm thực tiễn kĩ hợp tác học sinh Hiện dạy học vật lí cịn sử dụng nhiều thí nghiệm ảo, dùng thí nghiệm ảo giáo viên xây dựng kiến thức vật lí, thí nghiệm ảo xét điều kiện lí tưởng, nên học sinh khơng thể nhìn khó khăn việc làm thí nghiệm Cũng khơng thể phát huy sáng tạo thụ động tiếp thu kiến thức Như chương trình vật lí 10 chương chất khí trường THPT có thí nghiệm khảo sát định luật Bơi-lơ – Ma ri ơt, cịn định luật Sac – lơ có số trường có thí nghiệm khảo sát Về định luật Gaylussac chưa có trường có thí nghiệm chuẩn để đưa vào sử dụng phổ biến, có số thí nghiệm chế tạo đề tài nghiên cứu Tuy nhiên độ xác, độ bền, tính ổn định thí nghiệm chưa cao Chính lí trên, mạnh dạn chọn đề tài: “Chế tạo sử dụng thí nghiệm khảo sát định luật chất khí – Vật lí 10” Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo thí nghiệm khảo sát định luật chất khí vật lí 10 đảm bảo độ xác, tính ổn định thẩm mĩ - Thiết kế tiến trình dạy học chương “Chất khí” – Vật lí 10 có sử dụng thí nghiệm xây dựng Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận phương tiện dạy học thí nghiệm dạy học Vật lý trường trung học phổ thơng - Một số ví dụ trình đẳng áp - Phiếu học tập - Bộ thí nghiệm khảo sát định luật Gay-lussac - Nội dung ghi bảng Bài 31 PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƢỞNG (Tiết 2) I Khí thực khí lí tƣởng II Phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng III Q trình đẳng áp Q trình đẳng áp Quá trình biến đổi trạng thái áp suất khơng đổi gọi q trình đẳng áp + Trạng thái 1: p, V1,T1 + Trạng thái 2: p, V2,T2 Liên hệ thể tích nhiệt độ tuyệt đối trình đẳng áp V1 V2 V    const T1 T2 T Trong trình đẳng áp lượng khí định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Đƣờng đẳng áp - Đường biểu diễn biến thiên thể tích theo nhiệt độ áp suất khơng đổi gọi đường đẳng áp p1 V p1 < p2 p2 V0 O T1 T2 81 T Vì V1=V2=V0 T1 p1