Xây dựng một số bài thí nghiệm cơ học thuộc chương trình vật lý thpt với thiết bị cảm biến addestation

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG …………… KHOA ………… TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ ĐỀ CƯƠNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI:…… Sinh viên: Khóa học:… NGUYỄN HOÀNG TÚ TRINH Đà Nẵng, tháng/năm XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM CƠ HỌC THUỘC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT VỚI THIẾT BỊ CẢM BIẾN ADDESTATION KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG …………… KHOA ………… TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ ĐỀ CƯƠNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI:…… Sinh viên: Khóa học:… NGUYỄN HỒNG TÚ TRINH Đà Nẵng, tháng/năm XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM CƠ HỌC THUỘC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ THPT VỚI THIẾT BỊ CẢM BIẾN ADDESTATION KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành : Sƣ phạm Vật lý Khóa học : 2013 – 2017 Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Nhật Quang Đà Nẵng, 2017 LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực khóa luận, em ln nhận đƣợc quan tâm giúp đỡ lớn từ q Thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến: ThS Nguyễn Nhật Quang – ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn mặt chuyên môn, tận tâm dạy, truyền đạt kinh nghiệm giúp đỡ em vƣợt qua khó khăn suốt q trình thực đề tài Quý thầy cô giáo khoa Vật Lý, cán nhà trƣờng giảng dạy giúp đỡ em suốt bốn năm học gia đình, bạn bè động viên tạo điều kiện để em hồn thành khóa luận Dù cố gắng nhƣng khóa luận khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận đƣợc góp ý, đề xuất từ q từ thầy bạn để em hồn thiện đề tài Đà Nẵng, tháng năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Hoàng Tú Trinh i MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Tổng quan vấn đề nghiên cứu NỘI DUNG .5 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ CẢM BIẾN ADDESTATION 1.1 Sơ lƣợc thiết bị cảm biến Addestation .5 1.1.1 Cảm biến gì? .5 1.1.2 Thiết bị cảm biến Addestation 1.2 Bộ giải pháp Addestation thí nghiệm Vật lý THPT 1.2.1 Thiết bị xử lí liệu .7 1.2.2 Các cảm biến 10 1.2.3 Các dụng cụ thí nghiệm 12 1.3 Kết luận chƣơng .13 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VẬT LÝ TIÊU BIỂU SỬ DỤNG THIẾT BỊ CẢM BIẾN ADDESTATION .15 2.1 Khảo sát thực nghiệm chuyển động thẳng 15 2.1.1 Mục đích thí nghiệm .15 2.1.2 Cơ sở lý thuyết 15 2.1.3 Dụng cụ thí nghiệm 16 2.1.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 17 2.1.5 Kết thí nghiệm xử lý 20 2.1.6 Kết luận 24 ii 2.2 Xác định vận tốc gia tốc rơi tự 25 2.2.1 Mục đích thí nghiệm .25 2.2.2 Cơ sở lý thuyết 25 2.2.3 Dụng cụ thí nghiệm 25 2.2.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 26 2.2.5 Kết thí nghiệm xử lý 28 2.2.6 Kết luận 31 2.3 Định luật II Newton 31 2.3.1 Mục đích thí nghiệm .31 2.3.2 Cơ sở lý thuyết 31 2.3.3 Dụng cụ thí nghiệm 31 2.3.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 33 2.3.5 Kết thí nghiệm xử lý 36 2.3.6 Kết luận 40 2.4 Định luật Hooke 40 2.4.1 Mục đích thí nghiệm .40 2.4.2 Cơ sở lý thuyết 40 2.4.3 Dụng cụ thí nghiệm 41 2.4.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 42 2.4.5 Kết thí nghiệm xử lý 43 2.4.6 Kết luận 46 2.5 Định luật bảo toàn 47 2.5.1 Mục đích thí nghiệm .47 2.5.2 Cơ sở lý thuyết 47 2.5.3 Dụng cụ thí nghiệm 48 2.5.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 48 2.5.5 Kết thí nghiệm xử lý 51 2.5.6 Kết luận 54 2.6 Khảo sát dao động điều hòa lắc lò xo thẳng đứng 54 2.6.1 Mục đích thí nghiệm .54 2.6.2 Cơ sở lý thuyết 55 2.6.3 Dụng cụ thí nghiệm 56 2.6.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 57 iii 2.6.5 Kết thí nghiệm xử lý 59 2.6.6 Kết luận 63 2.7 Khảo sát chu kì dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trƣờng .63 2.7.1 Mục đích thí nghiệm .63 2.7.2 Cơ sở lý thuyết 63 2.7.3 Dụng cụ thí nghiệm 64 2.7.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 66 2.7.5 Kết thí nghiệm xử lý 67 2.7.6 Kết luận 72 2.8 Xác định tốc độ truyền âm 73 2.8.1 Mục đích thí nghiệm .73 2.8.2 Cơ sở lý thuyết 73 2.8.3 Dụng cụ thí nghiệm 74 2.8.4 Lắp đặt tiến hành thí nghiệm 74 2.8.5 Kết thí nghiệm xử lý 77 2.8.6 Kết luận 80 2.9 Kết luận chƣơng .80 CHƢƠNG XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH TỔ CHỨC DẠY HỌC BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH: KHẢO SÁT CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ ĐO GIA TỐC TRỌNG TRƢỜNG 81 3.1 Cơ sở lí thuyết việc tổ chức dạy học thí nghiệm thực hành Vật lý 81 3.1.1 Phân loại thí nghiệm Vật lý trƣờng phổ thơng 81 3.1.2 Thí nghiệm thực hành Vật lý 81 3.2 Xây dựng tiến trình tổ chức dạy học thí nghiệm thực hành: Khảo sát chu kì dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trƣờng 84 3.2.1 Mục tiêu 84 3.2.2 Chuẩn bị 85 3.2.3 Thiết kế hoạt động dạy học 85 3.2.4 Nhận xét 89 3.3 Kết luận chƣơng .89 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC…………………………………………………………………… ….…PL1 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ GV Giáo viên HS Học sinh CNTT Công nghệ thông tin SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thơng v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Trang Hình 1.1 Sơ đồ làm việc cảm biến Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị thí nghiệm Addestation Hình 1.3 Các phận bên ngồi aMixer MGA .7 Hình 1.4 Màn hình aMixer MGA Hình 1.5 Chức biểu tƣợng hình aMixer MGA Hình 1.6 Cách cắm lẫy cảm biến vào Kênh aMixer MGA Hình 1.7 Sử dụng bút cảm ứng để thu thập kết từ aMixer MGA Hình 1.8 Amixer MGA mini giao diện phần mềm Addestation v6.0 10 Hình 1.9 Cảm biến chuyển động 10 Hình 1.10 Cổng quang điện 10 Hình 1.11 Cảm biến lực 11 Hình 1.12 Cảm biến chuyển động quay .11 Hình 1.13 Cảm biến âm 12 Hình 1.14 Cảm biến nhiệt độ 12 Hình 1.15 Bộ thí nghiệm học – động lực học 12 Hình 1.16 Bộ thí nghiệm học – động học 13 Hình 1.17 Bộ thí nghiệm rơi tự .13 Hình 1.18 Bộ thí nghiệm sóng âm 13 Hình 2.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng .17 Hình 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng biến đổi 19 Hình 2.3 Bố trí thí nghiệm xác định vận tốc gia tốc rơi tự 26 Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm Định luật II Newton 34 Hình 2.5 Bố trí thí nghiệm Định luật Hooke 42 Hình 2.6 Bố trí thí nghiệm Định luật bảo toàn .48 Hình 2.7 Con lắc lị xo thẳng đứng .55 Hình 2.8 Bố trí thí nghiệm khảo sát dao động lắc lị xo thẳng đứng 57 Hình 2.9 Con lắc đơn 64 Hình 2.10 Bố trí thí nghiệm khảo sát chu kì dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trƣờng 66 vi Hình 2.11 Bố trí thí nghiệm xác định tốc độ truyền âm .75 Đồ thị 2.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giá trị lực F gia tốc a .37 Đồ thị 2.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giá trị lực F d0 – d 44 Đồ thị 2.3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giá trị gia tốc a d0 – d 60 Đồ thị 2.4 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chu kì T vào chiều dài l .69 Đồ thị 2.5 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc bình phƣơng chu kì dao động vào chiều dài l 70 Bảng 2.1 Khảo sát chuyển động thẳng 20 Bảng 2.2 Khảo sát chuyển động thẳng biến đổi 22 Bảng 2.3 Thời gian vận tốc rơi tự .28 Bảng 2.4 Thời gian lực chuyển động xe trƣợt 36 Bảng 2.5 Vận tốc gia tốc chuyển động xe trƣợt 37 Bảng 2.6 Định luật Hooke 43 Bảng 2.7 Giá trị độ cứng lò xo .44 Bảng 2.8 Khảo sát vị trí cao sau lần nảy thứ 51 Bảng 2.9 Khảo sát vị trí sau nảy trƣớc chạm đế 51 Bảng 2.10 Khảo sát vị trí .52 Bảng 2.11 Khảo sát dao động lắc lò xo thẳng đứng 59 Bảng 2.12 Khảo sát ảnh hƣởng biên độ góc lên chu kì dao động lắc đơn .68 Bảng 2.13 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng lên chu kì dao động lắc đơn .68 Bảng 2.14 Khảo sát ảnh hƣởng chiều dài lên chu kì dao động lắc đơn 69 Bảng 2.15 Xác định tốc độ truyền âm 77 Bảng 2.16 Tốc độ truyền âm khơng khí số nhiệt độ định 78 vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ở nƣớc ta, giáo dục đƣợc xem quốc sách hàng đầu Trong năm trở lại đây, “Đổi giáo dục – Nâng cao chất lƣợng dạy học ” trở thành hiệu mà tất ngƣời biết đến Bởi lẽ ta tiếp tục trì giáo dục nặng nề lý thuyết nguy tụt hậu so với nƣớc tiên tiến khác tất yếu Các nhà lãnh đạo trăn trở để đƣa giải pháp đổi toàn diện nội dung, phƣơng pháp dạy học quy chế kiểm tra đánh giá, nhằm đào tạo hệ ngƣời lao động đáp ứng đƣợc yêu cầu thời đại – thời đại hội nhập toàn cầu Trong phạm vi môn khoa học tự nhiên nhƣ Vật lý, thí nghiệm có vai trị quan trọng việc giúp cho học sinh hình thành kiến thức theo đƣờng thực nghiệm; từ hình thành cho em giới quan khoa học, đắn tƣợng tự nhiên, tạo hứng thú tìm tịi khám phá, đam mê khoa học Tuy vậy, tình trạng nhiều thiết bị xuống cấp, gây sai số nhiều trƣờng nhƣ làm cho hiệu thí nghiệm khơng đƣợc đánh giá cao Việc ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT) vào dạy học thí nghiệm Vật lý cho phép ta nâng cao tính hiệu tính xác thí nghiệm Nhƣng ứng dụng CNTT nhƣ vào thí nghiệm thách thức giảng dạy Trong thí nghiệm phổ thơng, ứng dụng CNTT thƣờng đƣợc thực cách dùng phần mềm để thiết kế thí nghiệm ảo nhƣ Violet, Crocodile, Working Model,v.v… sử dụng video thí nghiệm mẫu thu thập đƣợc mạng Các thí nghiệm ảo thực phần mềm có ƣu điểm giống nhƣ giảng điện tử, giúp cho học sinh dễ hình dung tƣợng xảy Tuy nhiên, với tiêu chí “ Bạn nghe, bạn quên – Bạn thấy, bạn nhớ – Bạn làm, bạn hiểu” thí nghiệm ảo khơng thể thay đƣợc trải nghiệm, kĩ thực tế sinh động nhƣ thực thí nghiệm thật Và thiết bị thí nghiệm dùng cảm biến có lẽ chìa khóa mở triển vọng cho việc ứng dụng CNTT dạy học thí nghiệm Để hiểu rõ tính ƣu việt thiết bị cảm biến rèn luyện thao tác thí nghiệm thành thạo, tơi tiến hành nghiên cứu làm thí nghiệm, từ xây dựng tài liệu hƣớng dẫn thực hành số thí nghiệm tiêu biểu chƣơng trình Vật lý THPT thiết bị cảm biến Addestation Đó lý tơi chọn đề tài hồn chỉnh, phức tạp so với thí nghiệm trực diện Thí nghiệm loại yêu cầu học sinh tự lực thực giai đoạn q trình thí nghiệm, thực nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép đo, xử lí nhiều số liệu định lƣợng rút kết luận cần thiết Thí nghiêm thực hành đƣợc tổ chức dƣới hai hình thức: thí nghiệm thực hành đồng loạt thí nghiệm thực hành cá thể 3.1.2.2 Các yêu cầu thí nghiệm thực hành a) Đối với giáo viên - Tìm hiểu kĩ nội dung thí nghiệm thực hành sách giáo khoa để xác định rõ ràng nhiệm vụ giao cho học sinh cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực nhiệm vụ - Chuẩn bị đầy đủ kiểm tra chất lƣợng dụng cụ cần thiết cho nhóm học sinh - Làm thử tất thí nghiệm thực hành để dự kiến khó khăn, cách thức hƣớng dẫn học sinh vƣợt qua khó khăn - Có thể điều chỉnh nội dung, yêu cầu thí nghiệm thực hành sách giáo khoa cho phù hợp với điều kiện thiết bị trƣờng b) Đối với học sinh Để học sinh thực thí nghiệm thực hành có ý thức hiệu quả, giáo viên phải yêu cầu học sinh chuẩn bị nhà cơng việc sau: Nghiên cứu nội dung thí nghiệm thực hành sách giáo khoa chuẩn bị sẵn sàng báo cáo thí nghiệm mẫu sách giáo khoa c) Về thiết bị: phải phức tạp hơn, sai số nhỏ so với loại thí nghiệm khác 3.1.2.3 Hƣớng dẫn học sinh thí nghiệm thực hành - Chia nhóm học sinh: Để phát huy khả hợp tác, rèn luyện phƣơng pháp làm việc tập thể, giáo viên chia học sinh lớp thành nhóm từ đến em Nên bố trí bàn thí nghiệm thành hình vịng cung, hình chữ U bố trí ghép bàn song song để học sinh làm việc theo nhóm - Vào đầu buổi thí nghiệm thực hành, giáo viên cần tiến hành công việc sau: kiểm tra chuẩn bị nhà học sinh thông qua câu hỏi, hƣớng dẫn cách sử dụng dụng cụ mà học sinh chƣa đƣợc làm quen, dụng cụ phức tạp, dễ 82 hỏng, gây nguy hiểm nhƣ dụng cụ đo điện, nguồn điện, nguồn sáng,v.v… toàn lớp thảo luận, giải đáp thắc mắc học sinh - Trong lúc nhóm học sinh thực cơng việc, giáo viên cần theo dõi, giúp đỡ kịp thời học sinh gặp khó khăn, mắc sai sót để học sinh sử dụng qui tắc dụng cụ, ghi lại đầy đủ, xác, trung thực tƣợng quan sát đƣợc, kết đo đạc, trình bày kết dƣới dạng biểu bảng, đồ thị, câu kết luận cách ngắn gọn, rõ ràng theo nội dung mẫu báo cáo chuẩn bị sẵn - Sau học sinh làm xong thí nghiệm, yêu cầu học sinh tháo rời chi tiết lắp ráp, xếp dụng cụ gọn gàng nhƣ lúc ban đầu Tùy theo nội dung thí nghiệm thực hành việc hồn thành cơng việc học sinh, giáo viên yêu cầu học sinh nộp báo cáo thí nghiệm lớp cho nhà hồn chỉnh tiếp, nộp sau 3.1.2.4 Hƣớng dẫn báo cáo thí nghiệm Có thể hƣớng dẫn học sinh báo cáo kết thí nghiệm theo trình tự sau: - Mục đích thí nghiệm - Cơ sở lí thuyết (nêu nội dung kiến thức học vận dụng thí nghiệm) - Dụng cụ thí nghiệm (dụng cụ cần sử dụng, giới thiệu nguyên tắc hoạt động cách sử dụng chúng) - Bố trí thí nghiệm (cách lắp ráp dụng cụ có sơ đồ kèm theo, trình tự thao tác thí nghiệm) - Tiến hành thí nghiệm (thực phép đo, lấy số liệu) - Xử lí kết thí nghiệm (bao gồm tính sai số phép đo) - Rút kết luận (nhận xét kết có đáp ứng mục tiêu đặt hay không?; trả lời câu hỏi nhằm đào sâu, mở rộng nội dung thí nghiệm thực hành, nêu nguyên nhân sai số cách khắc phục) 3.1.2.5 Cấu trúc học thực hành thí nghiệm a) Mục đích học - Rèn luyện kĩ sử dụng số thiết bị bản, thực phép đo - Rèn luyện kĩ sử dụng thí nghiệm để nghiên cứu tính chất hay mối quan hệ vật, tƣợng b) Lơgic q trình rèn luyện kĩ thực hành thí nghiệm 83 - Xác định mục đích thí nghiệm: tính chất, mối quan hệ cần nghiên cứu - Xác định đối tƣợng cần quan sát, phép đo cần thực - Lựa chọn bố trí dụng cụ thí nghiệm - Giáo viên thao tác mẫu dụng cụ, thiết bị học sinh gặp lần đầu - Học sinh tiến hành thí nghiệm để thu thập thơng tin (quan sát, đo lƣờng) - Xử lí thơng tin thu thập đƣợc - Kết luận Nhƣ vậy, thực hành thí nghiệm khơng phải đơn rèn luyện kĩ sử dụng dụng cụ thiết bị thí nghiệm, thao tác chân tay dụng cụ mà điều quan trọng phải biết cách lựa chọn, bố trí dụng cụ, thiết bị nhằm thu thập thơng tin xử lí thơng tin để rút kết luận khái qt, đáng tin cậy Bài thực hành thí nghiệm thƣờng đƣợc thực dƣới dạng học chuyên biệt để rèn luyện số kĩ sử dụng thiết bị, dụng cụ, tiến hành số phép đo xác địi hỏi nhiều thời gian Do tính chất đặc thù nên thực hành thí nghiệm giáo viên cần ý thêm: - Trong phần tổ chức, ổn định lớp, việc tổ chức lớp thực hành gồm việc sau: + Chia nhóm học sinh theo số dụng cụ thí nghiệm + Phân chia dụng cụ cho nhóm Mỗi nhóm cử đại diện nhận, cuối học thu dọn để lại chỗ cũ - Trong phần kiểm tra cũ: Giáo viên kiểm tra phần chuẩn bị nhà học sinh kiến thức cần thiết sử dụng đến thực hành, kiến thức lí thuyết định luật, qui tắc cần đƣợc kiểm nghiệm thực hành 3.2 Xây dựng tiến trình tổ chức dạy học thí nghiệm thực hành: Khảo sát chu kì dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trƣờng 3.2.1 Mục tiêu Qua thí nghiệm này, học sinh đạt đƣợc: a) Về kiến thức - Đề xuất đƣợc phƣơng án thí nghiệm để khảo sát phụ thuộc chu kì dao động T lắc đơn vào biên độ góc, khối lƣợng vật nặng chiều dài dây treo xác định gia tốc trọng trƣờng 84 - Củng cố kiến thức dao động lắc đơn b) Về kỹ - Rèn luyện cách bố trí thí nghiệm, thao tác thả lắc cách thành thạo, đảm bảo dao động mặt phẳng - Rèn luyện cho học sinh kĩ sử dụng dụng cụ đo: thƣớc dây, thiết bị thu thập xử lí liệu aMixer MGA - Rèn luyện cho học sinh kĩ thu thập xử lí số liệu: thu thập thơng số từ đồ thị aMixer MGA tính tốn giá trị, nhận xét kết đo 3.2.2 Chuẩn bị a) Giáo viên - Làm trƣớc thí nghiệm, dự kiến khó khăn, lỗi HS dễ mắc phải - Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm cho nhóm - Tài liệu giới thiệu cảm biến chuyển động quay thiết bị thu thập xử lí liệu aMixer MGA (đi kèm với dụng cụ) ( in cho nhóm nhà tìm hiểu trƣớc) b) Học sinh - Ơn lại kiến thức dao động điều hịa lắc đơn - Đọc trƣớc thực hành tài liệu giới thiệu dụng cụ 3.2.3 Thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động học sinh Trợ giúp giáo viên Hoạt động Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát Đề xuất vấn đề - Nêu cấu tạo lắc đơn Điều kiện - Trả lời cá nhân để lắc đơn dao động điều hịa gì? - Sử dụng định luật vạn vật hấp dẫn - Chu kì dao động gì? Nêu cách tìm chu định luật II Newton để viết phƣơng trình kì dao động lắc đơn học dao động lắc từ suy trƣớc nghiệm x  A cos( t   ) Ta kết luận GV: Đó đƣờng tìm chu kì dao đƣợc lắc đơn dao động điều hịa động theo lí thuyết Hôm tƣơng tự công thức tính chu kì lắc dùng thực nghiệm để tìm định luật dao lị xo rút đƣợc T  2 động lắc Nghĩa ta làm l Sau thí nghiệm để khảo sát phụ thuộc g dùng thí nghiệm để kiểm chứng lại chu kì dao động vào yếu tố nhƣ biên HS ghi nhận độ góc, khối lƣợng, chiều dài lắc, nơi 85 làm thí nghiệm, nhiệt độ môi trƣờng,v.v … rút kết luận từ số liệu phân tích đƣợc Hoạt động Thiết kế phƣơng án thí nghiệm khảo sát chu kì dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trƣờng - Cá nhân HS dự đoán - Trong thí nghiệm ta xét lắc đơn dao động nhỏ (α0 < 100) Theo em, chu kì dao động lắc phụ thuộc vào biên độ góc, khối lƣợng, chiều dài lắc nhƣ nào? - Có Thực đo chu kì T - Chu kì dao động có phụ thuộc vào gia tốc trọng trƣờng không? Làm để kiểm lắc nhiều vị trí khác chứng điều này? GV: Vì ta thực thí nghiệm đƣợc nơi nên khảo sát T theo g đƣợc, mà thay vào đó, ta tìm cách tính gia tốc trọng trƣờng phịng thí nghiệm dựa vào số liệu thí nghiệm thu đƣợc - HS ( sau tìm hiểu cách sử dụng - GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm cảm biến chuyển động aMixer MGA đƣa phƣơng án thí nghiệm để kiểm tra nhà) thảo luận nhóm đƣa phƣơng án dự đốn đo gia tốc trọng trƣờng tiến hành thí nghiệm Dự kiến phƣơng án: Phương án 1: (Phƣơng án SGK) Sử dụng đồng hồ bấm đồng hồ đo thời gian số có cổng quang điện + Đo thời gian thực n dao động lắc có chiều dài l khối lƣợng m cố định ứng với biên độ A khác nhau, suy biên độ góc α0 chu kì T Từ nhận xét phụ thuộc T vào α0 + Tƣơng tự đo chu kì T ứng với 86 lắc có khối lƣợng khác nhƣng có chiều dài biên độ góc Từ rút nhận xét + Đo chu kì T lắc có khối lƣợng nhƣng khác chiều dài Từ khảo sát phụ thuộc T l đồ thị + Kết luận định luật dao động lắc đơn Tính gia tốc trọng trƣờng từ số liệu đồ thị Phương án 2: Sử dụng thiết bị cảm biến Các bƣớc tƣơng tự phƣơng án 1, khác không đo thời gian trực tiếp lắc dao động, mà thu thập đồ thị dao động lắc, từ làm việc đồ thị để xác định biên độ góc chu kì T - HS thảo luận định phƣơng án theo - GV cho HS thảo luận để thống định hƣớng GV Dự doán HS chọn phƣơng án phƣơng án Định hƣớng GV: + Phƣơng án gây sai số nhiều + Phƣơng án giúp HS thu đƣợc đồ thị dao động cách xác, từ dễ dàng xác định α0 T - Nhắc lại bƣớc tiến hành thí nghiệm - Sau thống đƣợc phƣơng án, GV yêu cầu HS nhắc lại bƣớc thí nghiệm ghi ngắn gọn lên bảng để lƣu ý cho nhóm - HS thảo luận nhóm trả lời - GV hƣớng dẫn để HS thấy đƣợc điểm ý bƣớc thực hành cách đặt câu hỏi yêu cầu HS trả lời - Cần sử dụng lắc có khối lƣợng nhƣ 87 nào? - Chiều dài lắc nhƣ cho thích hợp? Cách đo chiều dài lắc? Hoạt động Tiến hành thí nghiệm - HS quan sát GV hƣớng dẫn cách thao - GV làm mẫu cách sử dụng cảm biến tác thí nghiệm thiết bị aMixer MGA (Kết nối MGA với máy tính, sử dụng máy chiếu trình chiếu kết cho lớp quan sát) HS trả lời cá nhân dựa vào kiến thức học dao động Khi đồ thị li độ góc – thời gian xuất hình, GV yêu cầu HS nêu cách xác định biên độ góc chu kì - Các thành viên triển khai cơng việc theo - GV cho nhóm trƣởng lên nhận dụng cụ phân cơng nhóm trƣởng Tiến hành thí nghiệm mẫu báo cáo thí nghiệm đo ghi số liệu (Phụ lục) cho nhóm Sau tiến hành xong, HS thu dọn dụng Trong q trình nhóm thí nghiệm, GV cụ Nhóm trƣởng có nhiệm vụ kiểm tra tới nhóm để giúp đỡ, đinh hƣớng HS gặp khó khăn bàn giao lại dụng cụ cho GV Hoạt động Xử lí số liệu viết báo cáo thí nghiệm - HS nhớ lại cách tính sai số tuyệt đối: T  - GV yêu cầu HS nhắc lại cách tính sai số Tmax  Tmin ∆T GV cho HS số liệu ∆l = 0,001m Các nhóm thảo luận để xử lí số liệu GV thu báo cáo thí nghiệm (Nếu khơng viết báo cáo thí nghiệm ( đủ thời đủ thời gian, phần việc tính tốn sai số gian) viết báo cáo thí nghiệm để HS làm nhà nộp cho GV vào đầu học tiếp theo) Hoạt động Củng cố học Chú ý nghe GV nhận xét GV nhận xét, đánh giá thực hành Nhắc HS nhà hoàn thiện báo cáo chuẩn bị cho học Câu hỏi thảo luận: Các nhóm thảo luận đề xuất phƣơng Hãy tìm cách tính thời gian ăn hết 88 pháp đo bánh Hamburger mà sử dụng lắc đơn ( không sử dụng đồng hồ hay MGA) 3.2.4 Nhận xét - Bài thí nghiệm tƣơng đối dài, nên tổ chức dạy học, cần phân bố thời gian hợp lí vào tiết học liên tiếp để thuận tiện - Nếu trƣờng phổ thông đƣợc trang bị thiết bị cảm biến Addestation HS đƣợc làm quen từ đầu, GV giới thiệu sơ qua thao tác với thiết bị cảm biến Còn HS chƣa có hội đƣợc tiếp xúc trƣớc GV nên phát tài liệu hƣớng dẫn sử dụng cho HS tìm hiểu trƣớc để lên lớp dễ theo dõi - Tuy thiết bị nhỏ gọn, an tồn nhƣng tƣơng đối nhạy, hình có cảm ứng nên GV cần theo dõi nhắc nhở để HS sử dụng cẩn thận, khơng tị mị, khám phá ngồi mục đích thí nghiệm gây hƣ hỏng thiết bị 3.3 Kết luận chƣơng Qua nghiên cứu sở lí thuyết việc tổ chức dạy học thí nghiệm thực hành Vật lý nghiên cứu thí nghiệm “ Khảo sát chu kì dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trƣờng” , xây dựng tiến trình tổ chức dạy học thí nghiệm thực hành: Khảo sát chu kì dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trường sử dụng thiết bị cảm biến Addestation Với tiến trình tổ chức dạy học này, HS đƣợc tự thiết kế phƣơng án thí nghiệm dƣới định hƣớng GV, tự thực thu thập liệu theo phƣơng án thống dựa vào mẫu báo cáo thí nghiệm để xử lí số liệu Hiện nay, thiết bị cảm biến Addestation chƣa đƣợc trang bị phịng thí nghiệm trƣờng phổ thông địa bàn TP Đà Nẵng, số lƣợng cảm biến thiết bị xử lí liệu trƣờng Đại học Sƣ phạm – Đại học Đà Nẵng đủ để thực việc nghiên cứu nên chƣa thể tiến hành thực nghiệm sƣ phạm để đánh giá tính hiệu thí nghiệm nhƣ tiến trình tổ chức dạy học cách khách quan đƣợc Tuy nhiên, với ƣu điểm vƣợt trội thiết bị cảm biến Addestation, tơi tin thí nghiệm thực hành đạt hiệu nhƣ mong muốn 89 KẾT LUẬN Quá trình nghiên cứu đề tài “Thiết kế số thí nghiệm học thuộc chƣơng trình Vật lý THPT với thiết bị cảm biến Addestation” kết thu đƣợc, đối chiếu với mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu ban đầu đề tài đƣa ra, đạt đƣợc số kết sau đây: - Biên soạn đƣợc hƣớng dẫn sử dụng số thiết bị thí nghiệm Addestation sử dụng đề tài - Các hƣớng dẫn thí nghiệm Vật lý nội dung chƣơng trình THPT với thiết bị cảm biến Addestation + Bài 1: Khảo sát thực nghiệm chuyển động thẳng + Bài 2: Xác định vận tốc gia tốc rơi tự + Bài 3: Định luật II Newton + Bài 4: Định luật Hooke + Bài 5: Định luật bảo toàn + Bài 6: Khảo sát dao động điều hòa lắc lò xo thẳng đứng + Bài 7: Khảo sát chu kỳ dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trƣờng + Bài 8: Xác định tốc độ truyền âm - Các kết thí nghiệm mẫu, số nhận xét, kinh nghiệm rút trình thực thí nghiệm - Tiến trình tổ chức dạy học thí nghiệm thực hành: Khảo sát chu kì dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trƣờng Khóa luận tài liệu tham khảo bổ ích, thiết thực cho giáo viên, sinh viên chuyên ngành sƣ phạm Vật lý Ngoài ra, học sinh tham khảo q trình tự nghiên cứu, tự tìm tịi sáng tạo Trong điều kiền hạn chế mặt thời gian, khóa luận đóng góp đƣợc thí nghiệm tiêu biểu phần Cơ học 90 Một số kiến nghị Qua trình thực đề tài, đặc biệt q trình thực thí nghiệm, tơi có số đề xuất: Muốn cho q trình dạy học thí nghiệm Vật lý có sử dụng thiết bị cảm biến Addestation diễn cách hiệu quả: Đối với giáo viên: - Sử dụng thiết bị cảm biến Addestation cách thành thạo - Cần hƣớng dẫn, nhắc nhở cho HS lƣu ý sử dụng thiết bị, dụng cụ trƣớc HS bắt đầu đo để tránh trục trặc, thời gian trình đo đạc - Nên yêu cầu HS lƣu kết thí nghiệm vào thẻ nhớ để kiểm tra, đối chiếu với kết báo cáo Cơ sở vật chất: Trang bị đầy đủ sở vật chất, thiết bị dạy học; đặc biệt phòng học phải có máy chiếu Hƣớng phát triển đề tài Trong thời gian tới, có thể, tơi tiến hành mở rộng phạm vi nghiên cứu cảm biến thí nghiệm liên quan đến phần Quang học, Nhiệt học, Điện từ học để tạo nên tài liệu hƣớng dẫn hoàn chỉnh Xa nữa, thiết bị thí nghiệm cảm biến Addestation dần trở nên phổ biến trƣờng phổ thông, tài liệu sở để giáo viên xây dựng, tổ chức giảng dạy thí nghiệm thực hành giảng có sử dụng thí nghiệm, từ tơi khảo sát đƣợc tính hiệu thí nghiệm 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), (2010), Sách giáo khoa vật lý lớp 10, 11, 12, NXB GD Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), (2010), Sách giáo khoa vật lý lớp 10, 11, 12 nâng cao, NXB GD Phùng Việt Hải, (2012), Bài giảng lí luận dạy học Vật lí trường trung học phổ thông, Đắk Lắk Addest Technovation Ple Ltd, http://www.addest.com/ Bách khoa toàn thƣ mở Wikipedia, https://vi.wikipedia.org/wiki/Trang_Ch%C3%ADnh Thiết bị thí nghiệm cảm biến Addestation, https://tbthinghiem.wordpress.com/ 92 PHỤ LỤC BÁO CÁO THỰC HÀNH KHẢO SÁT CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ ĐO GIA TỐC TRỌNG TRƢỜNG Họ tên: ………………………………………….Lớp:…………… Nhóm:………………………Ngày thực hành:……………………… I MỤC ĐÍCH THỰC HÀNH ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… II CƠ SỞ LÍ THUYẾT Nêu cấu tạo lắc đơn Điều kiện để lắc đơn dao động điều hịa gì? Làm để phát phụ thuộc chu kì dao động T lắc đơn có biên độ nhỏ vào đại lƣợng biên độ dao động, khối lƣợng chiều dài lắc? III KẾT QUẢ Khảo sát ảnh hƣởng biên độ góc lên chu kì dao động lắc đơn Phác họa đồ thị - Nhận xét dạng đồ thị PL1 Bảng m = 20 g , l = 40cm Biên độ góc α0 Chu kì T (s) ( 0) T1 T2 T3 T     - Kết luận ảnh hƣởng biên độ góc đến chu kì lắc đơn dao động với biên độ góc nhỏ Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng lên chu kì dao động lắc đơn Bảng l = 40cm, α0 < 100 Khối lƣợng m Chu kì T (s) (g) T1 T2 T3 T     - Kết luận ảnh hƣởng khối lƣợng đến chu kì lắc đơn dao động với biên độ góc nhỏ Khảo sát ảnh hƣởng chiều dài lên chu kì dao động lắc đơn Bảng m = 20g, α0 < 100 Chiều dài l (m) Chu kì T (s) T1 T2 T3 T2 T          PL2    - Vẽ đồ thị T phụ thuộc l - Vẽ đồ thị T2 phụ thuộc l - Nhận xét đồ thị - Kết luận ảnh hƣởng chiều dài đến chu kì lắc đơn dao động với biên độ góc nhỏ - Tính gia tốc trọng trƣờng g từ kết đồ thị Nhận xét kết * Câu hỏi kiểm tra Chu kì dao động có phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trƣờng nơi làm thí nghiệm khơng? Làm để kiểm chứng điều đó? Có thể đo chu kì lắc đơn có chiều dài l < 10 cm đƣợc không? Dùng lắc dài hay ngắn cho kết xác xác định gia tốc trọng trƣờng nơi làm thí nghiệm? PL3 Ý KIẾN CỦA NGƢỜI HƢỚNG DẪN Nhận xét: (Về chất lƣợng Khóa luận cần) Ý kiến: Đánh dấu (X) vào ô lựa chọn Đồng ý thông qua báo cáo Không đồng ý thông qua báo cáo ., ngày tháng … năm NGƢỜI HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) ... nghiệm tiêu biểu chƣơng trình Vật lý THPT thiết bị cảm biến Addestation Đó lý tơi chọn đề tài ? ?Xây dựng số thí nghiệm học thuộc chương trình Vật lý THPT với thiết bị cảm biến Addestation? ?? để nghiên... tài thí nghiệm Vật lý chƣơng trình THPT có hỗ trợ thiết bị cảm biến Addestation - Phạm vi nghiên cứu đề tài là: + Phần thí nghiệm học chƣơng trình Vật lý THPT + Bộ thiết bị thí nghiệm cảm biến Addestation. .. sử cho thiết bị thí nghiệm cảm biến Addestation - Xây dựng đƣợc thí nghiệm tiêu biểu chƣơng trình Vật lý THPT có sử dụng thiết bị cảm biến Addestation - Tiến hành thí nghiệm đƣa kết thí nghiệm