Xây dựng bài thí nghiệm về lực ma sát nhằm phát huy năng lực sáng tạo trong dạy học chủ đề lực ma sát vật lý 10

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HOẰNG HÓA 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM VỀ LỰC MA SÁT NHẰM PHÁT HUY NĂNG LỰC SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ LỰC MA SÁT – VẬT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT HOẰNG HÓA 3

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

XÂY DỰNG BÀI THÍ NGHIỆM VỀ LỰC MA SÁT NHẰM PHÁT HUY NĂNG LỰC SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ LỰC MA SÁT – VẬT LÍ 10

Người thực hiện: Đỗ Thị Dương Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Vật lí

THANH HOÁ NĂM 2021

I MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 3

1 Thực trạng, kết quả, hiện quả vấn đê nghiên cứu 3

1.1 Thực trạng 3

1.2 Nguyên nhân của những tồn tại, hạn chế 4

1.3 Phân tích, đánh giá và chỉ ra tính cấp thiết của sáng kiến 4

2 Giải pháp để thực hiện sáng kiến 5

2.1 Nội dung kiến thức trọng tâm về lực ma sát 5

2.1.1 Giới thiệu hiện tượng ma sát 5

2.1.2 Phân loại lực ma sát 5

2.1.3.Ứng dụng của ma sát 7

2.1.4.Các biện pháp làm giảm ma sát 7

2.2 Hệ thống bài thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng ma sát 7

2.2.1 Công việc chuẩn bị 7

2.2.2 Hệ thống bài thí nghiệm 9

2.2.2.1 Đo hệ số ma sát theo phương ngang bằng lực kế 9

2.2.2.2 Đo hệ số ma sát nghỉ bằng vật trượt trên mặt phẳng nghiêng 9

2.2.2.3 Xác định hệ số ma sát trượt thông qua gia tốc trượt và góc nghiêng 9

2.2.2.4 Đề xuất một số phương án xác định hệ số ma sát 9

2.3 Tóm tắt lí thuyết sai số 9

2.3.1 Phép đo các đại lượng vật lí 9

2.3.2 Sai số phép đo 9

2.4 Thực hành các bài thí nghiệm 10

2.4.1 Đo hệ số ma sát theo phương ngang bằng lực kế 10

2.4.1.1.Sử dụng lực kế kéo đều vật theo phương ngang 10

2.4.1.2.Xác định lực ma sát trượt khi vật trượt đều 14

2.4.2 Đo hệ số ma sát nghỉ bằng vật trượt trên mặt phẳng nghiêng 14

2.4.2.1 Đo góc nghiêng của tấm ván trượt để tính hệ số ma sát nghỉ cực đại 14

2.4.2.2 Xác định góc nghiêng của tấm ván trượt bằng vật kê 15

2.4.3 Xác định hệ số ma sát trượt thông qua gia tốc trượt và góc nghiêng .16

2.4.3.1 Dùng bộ thí nghiệm chuẩn 16

2.4.3.2 Thay đổi bề mặt tiếp xúc của mặt phẳng nghiêng 19

2.4.4 Đề xuất một số phương án xác định hệ số ma sát 20

2.4.4.1 Thay lực kế bằng khối lượng kéo vật trượt 20

2.4.4.2 Dùng năng lượng đàn hồi (lò xo, dây chun) 21

3 Kết quả và khả năng áp dụng, nhân rộng 21

3.1 Đánh giá kết quả sau thử nghiệm 21

3.2 Dự kiến đóng góp của đề tài 22

4 Giải pháp tổ chức thực hiện 22

III KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 23

1 Kết luận 23

2 Đề xuất và kiến nghị 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

I MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trước sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật trên thế giới và nhữngyêu cầu hội nhập Quốc tế Đòi hỏi nền giáo dục Việt Nam cần phải đào tạo ranhững người lao động thích ứng được với yêu cầu của thời đại, có tri thức khoahọc công nghệ tiên tiến, có kiến thức chuyên môn sâu, đồng thời có năng lựchành động, năng lực cộng tác làm việc, khả năng giải quyết những vấn đề phứchợp trong những tình huống thay đổi, khả năng học tập suốt đời, sử dụng ngoạingữ trong giao tiếp và làm việc, có tính tự lực và trách nhiệm cao

Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triểntoàn diện năng lực và phẩm chất người học Học đi đôi với hành; lý luận gắn vớithực tiễn; giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội”.Trong đó có mục tiêu cụ thể là: “Đối với giáo dục phổ thông, tập trung phát triển trítuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năngkhiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh Nâng cao chất lượng giáo dục toàndiện, chú trọng giáo dục lý tưởng, truyền thống, đạo đức, lối sống, ngoại ngữ, tinhọc, năng lực và kĩ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn Phát triển khảnăng sáng tạo, tự học, khuyến khích học tập suốt đời”

Nằm trong chương trình giáo dục phổ thông, vật lí là bộ môn khoa học thựcnghiệm có vai trò trung tâm, gắn liền với sự phát triển của một số ngành khoa họcnhư tin học, vật liệu mới, môi trường, y tế, Sử dụng thí nghiệm hay bài tập thínghiệm trong dạy học vật lý hết sức quan trọng, nó không chỉ tăng tính hấp dẫn chomôn học, gây hứng thú, tò mò, kích thích sự ham hiểu biết, mà còn giúp hiểu biết sâusắc các kiến thức lý thuyết đã học, các hiện tượng vật lí Mặt khác, thông qua tiếnhành thí nghiệm rèn kĩ năng, kĩ xảo góp phần vào giáo dục kĩ thuật cho học sinh, rènluyện những phẩm chất của người lao động mới, như: đức tính cẩn thận, kiên trì,trung thực, có năng lực sáng tạo ứng dụng kiến thức khoa học vào thực tiễn sản xuất,đời sống Thí nghiệm vật lí góp phần đơn giản hoá hiện tượng, làm nổi bật nhữngkhía cạnh cần nghiên cứu, tạo trực quan sinh động nhằm hỗ trợ cho tư duy trừutượng của học sinh, giúp học sinh dễ quan sát, dễ theo dõi và dễ tiếp thu bài Để cóđược năng khiếu, trực giác về vật lý, học sinh phổ thông cần rèn luyện thông quathực nghiệm, trong thực nghiệm bản chất của hiện tượng tự nhiên được bộc lộ đểchúng ta tìm tòi, quan sát, phát hiện

Thực tiễn cho thấy kiến thức về chủ đề ma sát gắn liền với thực tiễn, có nhiềuứng dụng trong đời sống và được giảng dạy trong chương trình của các cấp học vìvậy có thể tổ chức nhiều thí nghiệm để phát triển năng lực học sinh Với những lí do

trên tôi nghiên cứu đề tài “Xây dựng bài thí nghiệm về lực ma sát nhằm phát

huy năng lực sáng tạo trong dạy học chủ đề lực ma sát vật lí lớp 10”.

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về vai trò của thí nghiệm trong phát triển, rènluyện năng lực thực nghiệm của học sinh

- Gợi mở cho học sinh xây dựng và tiến hành đo đạc, tìm hiểu ý nghĩa vật

lý các bài tập thí nghiệm chủ đề lực ma sát nhằm phát triển năng lực thựcnghiệm của học sinh

3 Đối tượng nghiên cứu

- Đề tài nghiên cứu là các thí nghiệm về lực ma sát và xây dựng các bàitập liên quan

- Học sinh lớp 10 trường THPT Hoằng Hóa 3

- Giáo viên dạy bộ môn Vật lí của trường

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Tìm hiểu, phân tích, tổng hợp các tàiliệu về giáo dục học, phương pháp nghiên cứu khoa học, lí luận dạy học vật lý.Năng lực thực nghiệm của học sinh

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: tiến hành xây dựng các bài thínghiệm, đề xuất các phương án thí nghiệm, các kết quả thực nghiệm làm sáng tỏ

cơ sở lí thuyết

II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

1 Thực trạng, kết quả, hiện quả vấn đê nghiên cứu

1.1 Thực trạng

Vật lí là môn khoa học ứng dụng, hầu hết các kiến thức Vật lí đều được rút ra

từ việc quan sát các kết quả thí nghiệm hoặc dùng thí nghiệm để kiểm chứng lại líthuyết và dùng kiến thức đó để giải thích các hiện tượng tự nhiên xảy ra trong cuộcsống Vì vậy vận dụng kiến thức trong cuộc sống giữ vai trò rất quan trọng tronggiảng dạy Vật lí ở chương trình phổ thông, giáo viên cần khơi gợi được học sinh khảnăng áp dụng các kiến thức vật lí đã học ứng dụng vào trong cuộc sống

Hầu hết giáo viên chú trọng đến truyền đạt kiến thức Vật lí cho học sinh

mà ít quan tâm đến việc rèn luyện, bồi dưỡng năng lực cho học sinh Ví dụ vềnăng lực thực nghiệm, năng lực giao tiếp, năng lực đánh giá, phản biện, bác bỏmột nhận định, một quan điểm

Việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học và rèn luyện năng lực thực nghiệmcho học sinh còn hạn chế Do các nguyên nhân sau:

+ Nội dung kiến thức của một tiết học tương đối nhiều, thời gian để tiến hànhcác thí nghiệm theo các nhóm rất hạn chế nên giáo viên ngại làm thí nghiệm

+ Cơ sở vật chất môn học Vật lí còn hạn chế như thiếu thiết bị, các bài thínghiệm chưa chuyên nghiệp như lắp ráp bài thí nghiệm mất nhiều thời gian hoặc

độ chuẩn xác của kết quả đo thấp dẫn Việc thực hiện các thí nghiệm gặp nhiềukhó khăn nên học sinh ít có điều kiện tiếp xúc với thí nghiệm thực hành

Giáo viên sử dụng bộ thí nghiệm theo quy định của bộ giáo dục Đối vớithí nghiệm thực hành, chủ yếu giáo viên tiến hành thí nghiệm, học sinh quan sátthực hiện lại hoặc học sinh thực hiện theo sự hướng dẫn của sách giáo khoa Cácthí nghiệm ít được thực hiện trong giờ chính khóa, nếu có thường mang tính chấtminh họa kiến thức, không kèm với nhiệm vụ nhận thức, không dùng thí nghiệm

để rút ra kết luận hoặc kiến thức cần xây dựng, không có thí nghiệm kiểm tratính đứng đắn của giả thuyết Việc bổ xung bài tập thí nghiệm ngoài sách giáokhoa là rất hiếm Giáo viên chưa hướng dẫn cho học sinh tự chế tạo cũng nhưtiến hành các thí nghiệm đơn giản Nguyên nhân chủ yếu là do quỹ thời gian hạnhẹp Việc chuẩn bị thí nghiệm cho một tiết dạy mất nhiều thời gian

Hầu hết học sinh học theo cách học thuộc kiến thức, biết cách giải bài tập,chưa chú trọng đến việc nghiên cứu để giải quyết một vấn đề bằng các thínghiệm hay để phát triển năng lực trong học tập bộ môn Do phương pháp dạyhọc định hướng kiến thức vẫn là phương pháp dạy học chủ yếu và do mục tiêucủa đa số học sinh là học để đáp ứng cho việc thi vào các trường Đại học, màchưa đặt mục đích học kiến thức, kĩ năng vận dụng vào thực tiễn

Học sinh ít hoặc chưa được tham gia các phương pháp dạy học tích cựchọc theo nhóm, phương pháp dạy học dự án, ngoại khóa Học sinh ít được hoạtđộng, ít động não, không chủ động và tích cực lĩnh hội kiến thức Học sinh cònlúng túng khi phải giải quyết những vấn đề gắn với thực tiễn

Trong giờ học trên lớp có ít buổi được thực hành thí nghiệm Học sinh chỉlàm thí nghiệm trong giờ thực hành cuối chương, chủ yếu để hoàn thành bài thínghiệm theo hướng dẫn của sách giáo khoa và thu thập báo cáo kết quả Học

sinh chưa biết đề xuất một phương án thí nghiệm và hình dung các thiết bị cần

có để lắp ráp cho bài thí nghiệm đó

Khi học kiến thức về ma sát Kiến thức được đưa ra do giáo viên phân tíchtrên cơ sở lí thuyết của các thí nghiệm được trình bày trong sách Khi học về phầnnày học sinh thường nhầm lẫn về độ lớn lực ma sát nghỉ và độ lớn lực ma sát nghỉcực đại, nhầm lẫn trong biểu diễn véc tơ lực ma sát nghỉ tác dụng lên vật Các em chỉghi nhận kiến thức sao cho có thể áp dụng để hoàn thành các bài tập trong sách Họcsinh ít quan tâm đến vai trò của ma sát, không hiểu biết những ứng dụng của ma sátmặc dù phần kiến thức này khá gần gũi và nhiều ứng dụng trong thực tế

1.2 Nguyên nhân của những tồn tại, hạn chế [1]

Vật lý là một trong những môn học khó trong trường phổ thông, nếukhông có bài giảng, phương pháp phù hợp, dễ làm cho học sinh thụ động tiếpthu Đã có hiện tượng một số bộ phận học sinh không muốn học vật lí, ngàycàng lạnh nhạt với giá trị thực tiễn của vật lí

Nguyên nhân đầu tiên là do chương trình hiện nay vẫn còn nặng về mặt

kiến thức Trong một tiết học, với nội dung kiến thức tương đối nhiều, giáo viên

cố gắng để chuyển tải kiến thức cho học sinh, nên thời gian để liên hệ thực tếhoặc mở rộng, thực hiện các thí nghiệm, nâng cao kiến thức là rất hạn chế

Hơn nữa, cơ sở vật chất dành cho phòng học bộ môn Vật lí ở nhiều trườngcòn hạn chế nên thực hiện các thí nghiệm cũng gặp nhiều khó khăn; học sinh ít cóđiều kiện tiếp xúc với thí nghiệm thực hành để hiểu hơn về các hiện tượng thực tếcủa bài học Đó là chưa kể đến việc xét tổ hợp bộ môn vào Đại học, Cao đẳng một sốngành học không có môn Vật lí nên học sinh ít đầu tư vào môn học này

Nguyên nhân thứ hai là từ những người trực tiếp giảng dạy môn học.

Còn giáo viên chưa quan tâm đúng mức tới đối tượng giáo dục; chưa đặt ra chomình nhiệm vụ và trách nhiệm nghiên cứu, hiện tượng dùng đồng loạt cùng mộtcách dạy, một bài giảng cho nhiều lớp, nhiều thế hệ học trò là không ít

Giáo viên dạy “chay” nhiều, mô tả hiện tượng Vật lí bằng các thuật ngữ khoahọc trừu tượng và khó hiểu với học sinh Giáo viên dạy Vật lí mà xa rời kiến thứcthực tế trong khi đó Vật lí lại là môn học gắn liền với thực nghiệm và thực tế

Nguyên nhân thứ ba là cách ra đề kiểm tra đánh giá học sinh theo một

lối mòn đã rất cũ là hỏi lí thuyết học thuộc từ sách giáo khoa; bài tập dùng đểkiểm tra đánh giá phần lớn chỉ áp dụng công thức để tính toán đơn thuần; đềkiểm tra chưa gắn liền kiến thức với thực tiễn và thí nghiệm thực hành; điều đókhiến học sinh học theo xu hướng ra đề của giáo viên

1.3 Phân tích, đánh giá và chỉ ra tính cấp thiết của sáng kiến.

Nêu ra ba nguyên nhân tồn tại trên, để khơi dậy niềm đam mê của học sinh

với môn Vật lí, chúng ta phải thay đổi có thể khơi dậy niềm đam mê môn Vật lí:

Thứ nhất, phải thay đổi phương pháp dạy của giáo viên, phải có tư duy

đổi mới gắn kiến thức Vật lí với thực tế và thí nghiệm thực hành

Thứ hai, phải tích cực đổi mới cách ra đề kiểm tra đánh giá học sinh theo

định hướng đề có lồng ghép kiến thức thực tế làm cho học sinh phải thay đổiphương pháp học cho phù hợp

Dạy học Vật lí phải đổi mới phương pháp dạy học đã và đang thực sự làyếu tố quyết định hiệu quả giờ dạy, một trong những yếu tố để đạt giờ dạy có

cũ nhưng mà vẫn có tính chất cập nhật và mới mẻ, đảm bảo tính khoa học - hiệnđại, cơ bản; tính thực tiễn và giáo dục kỹ thuật tổng hợp; tính hệ thống sư phạm.

Việc xây dựng, phát triển thêm các bài thí nghiệm Vật lí để triển khai tớicác nhóm học sinh là một sự cố gắng rất lớn của các giáo viên và học sinh trongnhà trường Vì sự nghiệp đổi mới giáo dục, lấy học sinh làm trung tâm, hướngtới sự tăng cường kiến thức của học sinh, học đi đôi với hành nên việc phát triểnthêm các thiết bị thí nghiệm dành cho môn Vật lí là công việc hữu ích cho việcthực hiện dạy học định hướng phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh Do

đó tôi mạnh dạn đưa ra sáng kiến kinh nghiệm “Xây dựng bài thí nghiệm về lực

ma sát nhằm phát huy năng lực sáng tạo trong dạy học chủ đề lực ma sát vật lí lớp 10”.

2 Giải pháp để thực hiện sáng kiến

2.1 Nội dung kiến thức trọng tâm về lực ma sát

2.1.1 Giới thiệu hiện tượng ma sát

Trong vật lí học, ma sát là một loại lực cản xuất hiện giữa các bề mặt vậtchất, chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt Ma sát tồn tạikhắp nơi quanh ta, nó gần gũi đến mức chẳng mấy khi chúng ta để ý đến vai tròcủa ma sát Một số ví dụ như:

Tay người có thể dễ dàng cầm một vật nhờ có ma sát

Các cầu thủ U 23 Việt Nam trong trận chung kết giải vô địch bóng đáU23 châu Á 2018 tại Thường Châu Trung Quốc không thể chạy bằng giầy bìnhthường trên sân mưa tuyết mà phải thay bằng giầy có đinh sắt dài hơn để tăng

2.1.2 Phân loại lực ma sát [2]

Hình 2.1.1 mô tả một vật đứng yên tiếp xúc với mặt phẳng ngang của mộtvật khác Nếu tác dụng một lực kéo F, theo

định luật II Niutown vật sẽ có gia tốc và

chuyển từ trạng thái đứng yên sang trạng thái

chuyển động Xong thí nghiệm cho thấy,

mặc dù có lực kéo tác dụng lên vật nặng

nhưng vật vẫn đứng yên Giải thích tại sao? Hình 2.1.1 Biểu diễn hiện tượng ma sát

Chỉ có thể giải thích rằng có một lực xuất hiện chống lại ngoại lực giữ

cho vật không chuyển động Lực đó được gọi là lực ma sát nghỉ.

Lực ma sát nghỉ xuất hiện khi vật chịu tác dụng của ngoại lực nó có xu

hướng chống lại ngoại lực làm cho vật đứng yên

- Độ lớn của lực ma sát nghỉ

Lực ma sát nghỉ luôn cân bằng với ngoại lực Fmsn=F

- Đặc điểm của lực ma sát nghỉ:

+ Điểm đặt: Trên vật tại chỗ tiếp xúc giữa vật và bề mặt

+ Phương: Tiếp tuyến với mặt tiếp xúc

+ Chiều: ngược chiều với chiều ngoại lực tác dụng làm

vật có xu hướng trượt

Lực kéo tăng, lực ma sát nghỉ cũng tăng tương

ứng, khi vật bắt đầu chuyển động lực ma sát nghỉ

đạt giá trị cực đại: F msn(max)  n N

+ n là hệ số ma sát nghỉ

Khi vật trượt, lúc này lực ma sát nghỉ được thay bằng lực ma sát trượt

* Lực ma sát trượt

- Lực ma sát trượt xuất hiện khi một vật trượt trên mặt một vật khác và có

tác dụng ngăn cản chuyển động trượt của vật

- Đặc điểm của lực ma sát trượt:

+ Điểm đặt: Trên vật chuyển động trượt

tại vị trí tiếp xúc

+ Phương: tiếp tuyến với mặt tiếp xúc

+ Chiều: Ngược chiều với vận tốc tương đối của vật đối với vật tiếp xúc

+ Độ lớn: tỉ lệ với áp lực ở mặt tiếp xúc N: F mst  t N

-t: Hệ số ma sát trượt : Không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc và vận

tốc chuyển động của vật, phụ thuộc vào bản chất và tình trạng mặt tiếp xúc

* Cơ sở lí thuyết:

Để có cơ sở đề xuất các phương án

thí nghiệm xác định các thông số trong hiện

tượng ma sát chúng tôi trình bày cácbiểu

thức tính đối với vật trượt trên mặt phẳng

nghiêng (Hình 2.4)

Viết phương trình chuyển động:

Hình 2.1.2 Biểu diễn các lực tác dụng lên vật sinh ra lực ma sát nghỉ

Hình 2.1.3 Biểu diễn hiện tượng sinh

ra lực ma sát trượt

Hình 2.1.4 Biểu diễn các lực lên vật trượt lên phía trên mặt phẳng nghiêng

* Lực ma sát lăn

- Lực ma sát lăn xuất hiện ở chỗ tiếp xúc giữa hai vật khi có chuyển động lăn củamột vật trên bề mặt một vật khác và có tác dụng ngăn cản chuyển động lăn của vật

- Đặc điểm của lực ma sát lăn

+ Điểm đặt: Trên vật chuyển động lăn tại vị trí

tiếp xúc

+ Phương: tiếp tuyến với mặt tiếp xúc

+ Chiều: Chống lại chuyển động lăn

- Lực ma sát cản trở chuyển động nên nó được dùng để hãm tốc độ các phương tiện giao thông trên Trái Đất và chuyển năng lượng chuyển động thành năng lượng nhiệt

- Nhiệt năng sinh ra bởi lực ma sát được ứng dụng trong các bộ đánh lửa dùng đá lửa Theo truyền thuyết, người tiền sử đã tạo ra lửa từ ma sát các dụng

cụ đánh lửa như đá, cành cây…

2.1.4.Các biện pháp làm giảm ma sát[2]

Các giải pháp giảm ma sát thông thường như sau:

- Thay ma sát trượt bằng ma sát lăn

2.2 Hệ thống bài thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng ma sát

2.2.1 Công việc chuẩn bị [4]

* Về kiến thức cơ sở

- Nghiên cứu tài liệu liên quan đến chủ đề ma sát, như bài tập, thí nghiệm có trongsách giáo khoa và các tài liệu tham khảo, nguồn thông tin trên mạng internet

- Xây dựng một số phương án khác nhau để đo hệ số ma sát

- Chuẩn bị thiết bị thí nghiệm để tiến hành thao tác các bài thí nghiệm

- Yêu cầu học sinh ôn lại kiến thức đã biết về ma sát và nghiên cứu các tài liệutham khảo để tham gia xây dựng, tiến hành các bài thí nghiệm

- Thông qua giờ học thực hành học sinh có hiểu biết cụ thể hơn về khái niệm

“năng lực thực nghiệm”, tìm hiểu quy trình giải quyết nhiệm vụ thực tiễn từ cáckiến thức đã được học tập

* Chuẩn bị cơ sở vất chất

Để thực hiện các buổi học thực hành cần phải có một số thiết bị thí nghiệm

để lắp ráp bộ thí nghiệm phục vụ cho các phương án thí nghiệm đưa ra Theochương trình giáo dục hiện hành, để tiến hành các bài thí nghiệm tìm hiểu vềhiện tượng ma sát trong phòng thí nghiệm của bộ môn tối thiểu phải được trang

bị các dụng cụ thống kê trong bảng dưới đây

* Các thiết bị thí nghiệm dùng trong các bài thí nghiệm chủ đề ma sát

ngang 40x14x1,5(cm), phần giá kích thước 5x14x1,5(cm) Vật

liệu gỗ 2 thanh sắt cao 37cm gắn vào máng ngang tại vị trí cách

giá 15 (cm) Con lắc gồm quả nặng: hình cầu hoặc hình trụ,

bằng thép, khối lượng 200g Được treo nhờ 2 dây

1

trong lòng), có giá đỡ lực kế làm bằng nhôm có thể mở ra nhờ bản

lể, đế kích thước 70x14x2(cm), khoảng cách máng và đế 8cm

1

15 Móc treo bằng nhôm gắn được vào máng gỗ 2

16 Vật kê chữ L cao lần lượt 9,1cm và 10,7 cm, rộng10cm, dài 4cm 2

Các

vật

dụng

khác

Thước kẻ có độ chia nhỏ nhất 1mm, dây dù không giãn, lò xo,

cân chính xác, các gia trọng khối lượng khác nhau Đồng hồ

bấm giây,thước kẹp, ống nhỏ giọt Ống hình trụ trong suốt cao

80-100 cm, đường kính trong 3,6 mm, đường kính ngoài 4mm

2.2.2 Hệ thống bài thí nghiệm

Do cơ sở vật chất còn thiếu thốn nên không đáp ứng được với các phương

án thí nghiệm đề xuất nên số lượng bộ thí nghiệm được xây dựng còn ít, sai sốcác phép đo còn lớn Nguyên tắc chung cho việc xây dựng các bài thí nghiệm làđơn giản, dễ thực hiện Ngoài các thiết bị dụng cụ của phòng thí nghiệm, giáoviên và học sinh có thể sử dụng vật liệu đa dạng, dễ kiếm như vật liệu gỗ, nhôm,sắt, nhựa, phim dán gỗ, dán kính để tự chế tạo các bài thí nghiệm dễ sử dụngđóng góp thêm Đồng thời với thiết bi đơn giản có thể tự làm được thì các bàithí nghiệm chủ đề ma sát phải có tính khả thi khi áp dụng

Tôi tiến hành xây dựng hệ thống thí nghiệm ma sát bao gồm các hệ thốngthí nghiệm sau:

2.2.2.1 Đo hệ số ma sát theo phương ngang bằng lực kế

Mục đích: + Xác định lực ma sát nghỉ cực đại

+ xác định hệ số ma sát bằng lực kế

+ Kiểm tra hệ số ma sát phụ thuộc khối lượng, trạng thái bề mặt

+ So sánh Fmsnmax và Fmst khi chuyển động trượt đều

2.2.2.2 Đo hệ số ma sát nghỉ bằng vật trượt trên mặt phẳng nghiêng

Mục đích: + Xác định lực ma sát nghỉ cực đại và hệ số ma sát nghỉ

+ Góc nghiêng xác định bằng tay nâng

+ Góc nghiêng xác định bằng vật kê

2.2.2.3 Xác định hệ số ma sát trượt thông qua gia tốc trượt và góc nghiêng

Mục đích: + Xác định hệ số ma sát trượt với các thí nghiệm khác nhau

+ Xác định với bộ thí nghiệm chuẩn

+ Thay đổi trạng thái bề mặt tiếp xúc

2.2.2.4 Đề xuất một số phương án xác định hệ số ma sát

a Thay lực kế bằng khối lượng kéo vật trượt

b Dùng năng lượng đàn hồi (lò xo)

c Dùng định luật bảo toàn cơ năng (con lắc)

2.3 Tóm tắt lí thuyết sai số [3]

2.3.1 Phép đo các đại lượng vật lí

- Phép đo một đại lượng vật lí là phép so sánh nó với đại lượng cùng loạiđược quy ước làm đơn vị

- Phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi là phép đo trực tiếp

- Phép xác định một đại lượng vật lí thông qua một công thức liên hệ với cácđại lượng đo trực tiếp gọi là phép đo gián tiếp

AA1A2 A n n

Đây là giá trị gần đúng nhất với giá trị thực của đại lượng A

- Cách xác định sai số của phép đo

a) Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo là trị tuyệt đối của hiệu giữa giá trịtrung bình và giá trị của mỗi lần đo:

n

n A A A

A A A A A A A A

A A A'

Trong đó sai số dụng cụ ∆A' có thể lấy bằng nửa hoặc một độ chia nhỏnhất trên dụng cụ

b Cách viết kết quả đo

Kết quả đo đại lượng A được viết dưới dạng AA A, trong đó ∆A được lấytối đa đến hai chữ số có nghĩa còn A được viết đến bậc thập phân tương ứng

c Sai số tỉ đối •A của phép đo là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bìnhcủa đại lượng đo, tính bằng phần trăm A .100%

+ Kiểm tra hệ số ma sát phụ thuộc khối lượng, trạng thái bề mặt

+ So sánh Fmsnmax và Fmst khi chuyển động trượt đều

2.4.1.1.Sử dụng lực kế kéo đều vật theo phương ngang.

- Hiệu chỉnh lực kế.

a Đo lực ma sát nghỉ cực đại.

+ Bố trí thí nghiệm: Đặt khối gỗ lên tấm ván gỗ nằm ngang, móc lực kế vàokhối gỗ thông qua một sợi dây Tăng lực kéo để khối gỗ từ đứng yên tới chuyểnđộng đều và ghi lại số chỉ của lực kế theo thời gian kéo

Hình 2.4.1 Bố trí thí nghiệm đo lực ma sát nghỉ Bảng 2.4.1 Số liệu đo lực ma sát nghỉ

T

(giây)

Hình 2.4.1 cho thấy tổng hợp lực tác dụng lên khối gỗ đứng yên là:

Chiếu trên phương và chiều của lực kéo:

Nếu vật đứng yên:

Khi ta tăng lực kéo từ F = 0, lực ma sát nghỉ tăng theo và đạt cực đại tại:

F = 1,5N Vật bắt đầu chuyển động sẽ có gia tốc a > 0:

+ Vật trượt m = 400g, g = 9,8 m/s2, hệ số ma sát nghỉ cực đại: max = 0,389

Hình 2.4.2 Đồ thị quan sát lực ma sát nghỉ và lực ma sát trượt

Nhận xét: + Khi tăng lực kéo tới giá trị lực ma sát nghỉ Fmsn tăng cực đại thì

+ Độ lớn của lực ma sát trượt: F mst  t N

b Đo lực ma sát trượt phụ thuộc các thông số:

+ Bố trí thí nghiệm: Sử dụng 2 khối gỗ và 2 tấm ván gỗ tương đương nhau để sosánh, móc lực kế vào khối gỗ thông qua một sợi dây Điều khiển lực kéo khôngđổi để khối gỗ chuyển động đều

Hình 2.4.3 Thí nghiệm quan sát lực ma sát trượt phụ thuộc vận tốc

- Vận tốc chuyển động đều (Hình 2.4.3): kéo hai khối gỗ với vận tốc khácnhau v1 và v2, số chỉ của hai lực kế như nhau và bằng 1,5 N Như vậy, hệ số masát trượt không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của vật

Hình 2.4.4 Thí nghiệm quan sát lực ma sát trượt phụ thuộc diện tích tiếp xúc

- Diện tích tiếp xúc hai bề mặt (Hình2.4.4): Một khối gỗ trượt trên bề mặttiếp xúc lớn, một khối gỗ trượt trên bề mặt cạnh bên diện tích tiếp xúc nhỏ hơn

Số chỉ của hai lực kế không đổi và bằng 1,5 N Lực ma sát trượt không phụthuộc vào diện tích mặt tiếp xúc

- Áp lực trên bề mặt tiếp xúc (Hình 2.4.5): Áp lực của vật trượt trên tấm

gỗ được thay đổi bằng cách đặt thêm một khối gỗ nữa Kết quả cho số chỉ củalực kế kéo khối gỗ thêm quả cân có giá trị 3 N Lực ma sát tỉ lệ với áp lực N nênlực ma sát tỉ lệ với khối lượng của vật trượt

Hình 2.4.5 Thí nghiệm quan sát lực ma sát trượt phụ thuộc áp lực

- Trạng thái bề mặt tiếp xúc (Hình 2.4.6): Khi thay thế tấm ván gỗ bằngvật liệu khác có nghĩa rằng bề mặt tiếp xúc của hai vật trượt trên nhau thay đổi