Thiết Kế Bộ Thí Nghiệm Phương Pháp Giảng Dạy Vật Lý Phổ Thông

Thiết Kế Bộ Thí Nghiệm Phương Pháp Giảng Dạy Vật Lý Phổ Thông.

AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC (CẤP TRƯỜNG) Thiết kế số thí nghiệm phương pháp giảng dạy vật lý phổ thông Chủ nhiệm đề tài: GIANG VĂN PHÚC -2002- THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HOÏC MỤC LỤC Phần Đặt vấn đề Phần Mục đích Phần Lược khảo tài liệu Phần Thực Con lắc đơn lắc lị xo Sóng dừng Mâm quang Trục quang Bảng thí nghiệm điện chiều Ray chuyển động Trụ rơi tự Thanh quay ly tâm Đĩa mômen Các ứng dụng khác Phần 5: Kết luận đề nghị THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG trang 01 trang 03 trang 05 trang 11 trang 13 trang 16 trang 19 trang 21 trang 23 trang 25 trang 27 trang 29 trang 31 trang 33 trang 34 AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HOÏC PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ Vật lý khoa học thực nghiệm Việc giảng dạy vật lý có dùng thí nghiệm nhà trường phổ thơng điều cần thiết Ở nước tiên tiến, trường trung học có hệ thống thí nghiệm riêng cho môn giáo viên trung học tự soạn thảo, thông qua duyệt hội đồng khoa học ban giám hiệu nhà trường áp dụng vào giảng dạy Vì vậy, hiệu giảng dạy trường khác dẫn đến uy tín trường khác trở thành niềm tự hào giáo viên trường Ở nước ta nay, việc giảng dạy vật lý thực nghiệm trường phổ thơng cịn hạn chế nhiều ngun nhân: • Nhiều thí nghiệm sách giáo khoa khơng thực thiếu phương tiện • Phương tiện thí nghiệm trang bị thiếu thốn, lạc hậu xác Khơng cập nhật thường xuyên Đây tình trạng chung trường phổ thông trung học, trường xa thành phố • Nhiều thí nghiệm khơng đủ thời gian thực tiết dạy qui định yếu tố phụ giới thiệu dụng cụ, đo đạc, xử lý kết • Sinh viên chưa quan tâm mức vấn đề học tập, rèn luyện nhằm hoàn thiện nâng cao khả tổ chức dạy vật lý thí nghiệm • Các thí nghiệm vật lý mà sinh viên học tập, rèn luyện (nếu có) trường đại học chưa thật xác đáng với vấn đề cần truyền đạt, nhiều thí nghiệm cịn xa vời, mơ hồ • Đầu tư kinh phí cho phương diện trường phổ thơng cịn hạn chế, khiêm tốn Từ nhận định trên, ta thấy cần phải bước khắc phục nguyên nhân để việc giảng dạy có hiệu Loại trừ nguyên nhân khách quan, vấn đề mang tính chủ quan đặc thù chuyên môn cần phân tích đề nghị hướng khắc phục Song song đó, xu chung thể qua hai kỳ thi tú tài đại học gần nhất, yêu cầu hiểu biết xác ứng dụng hiệu kiến thức học học sinh thiết yếu Vì vậy, việc nâng cao hiệu giảng dạy với thí nghiệm giáo viên vật lý trường phổ thông giáo sinh tốt nghiệp vấn đề đặt trước nhà trường đại học sư phạm THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 3 Cuối cùng, việc xây dựng thí nghiệm vật lý riêng trường ĐHAG để phục vụ cho công tác đào tạo sinh viên sư phạm đáng quan tâm thực thi PHẦN 2: MỤC ĐÍCH Mục đích: Theo kinh nghiệm, hầu hết giáo sinh tốt nghiệp đại học ngành sư phạm vật lý hạn chế việc sử dụng phương pháp dạy học thực nghiệm kỹ giảng dạy với dụng cụ thí nghiệm Do đó, mục đích đề tài nghiên cứu thiết kế số dụng cụ thí nghiệm, dùng cho giáo sinh tập sử dụng thành thạo để giảng dạy tốt sau tốt nghiệp gợi mở khả sáng tạo để tự tái tạo lại dụng cụ cần tự thiết kế dụng cụ Dựa chương trình vật lý phổ thông trung học cấp lớp 10, 11, 12 kết hợp với lý luận dạy học tâm lý giáo dục dụng cụ thí nghiệm phương pháp giảng dạy vật lý phổ thông cần phải đạt yêu cầu sau: - Lột tả tri thức cần truyền đạt - Sát thực với chương trình đào tạo vật lý phổ thơng - Có tính truyền thống hình thức đại phương tiện tiến hành - Không phức tạp để sinh viên dễ tiếp cận sử dụng giảng dạy có hiệu - Chuẩn bị cho việc kế thừa, thiết kế tương thích để sẵn sàng kết nối với phương tiện nghe nhìn đại TV, máy vi tính, máy phóng ảnh, over head,… Các thí nghiệm đề nghị xây dựng: (in nghiêng) Các thí nghiệm vật lý trình bày thí nghiệm thực để dạy học biên soạn để sinh viên tham khảo Tuy nhiện điều kiện thực tế chưa thể xây dựng đầy đủ nên chọn thí nghiệm tiêu biểu để thực Các thí nghiệm in nghiêng nghiên cứu chế tạo Các thí nghiệm cịn lại cho sinh viên học thực làm đề tài tốt nghiệp tự thực sau trường công tác PHẦN CƠ HỌC: 2.1 Chuyển động thẳng đều, vận tốc: 2.2 Chuyển động tròn đều: 2.3 Gia tốc chuyển động thẳng biến đổi đều: 2.4 Quảng đường chuyển động thẳng biến đổi đều: 2.5 Sự rơi tự – ống Newton: 2.6 Đo gia tốc rơi tự do: THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.7 Chuyển động tròn – gia tốc hướng tâm: 2.8 Tương tác trực tiếp gián tiếp: 2.9 Sự cân lực: 2.10 Định luật I Newton Quán tính vật : 2.11 Định luật II Newton: 2.12 Định luật III Newton: 2.13 Lực đàn hồi – lực kế: 2.14 Lực ma sát nghỉ ma sát trượt: 2.15 Chuyển động mặt phẳng nghiêng: 2.16 Chuyển động vật ném ngang: 2.17 Lực tác dụng chuyển động trịn đều: 2.18 Định luật bảo tồn động lượng: 2.19 Sự cân vật: 2.20 Hợp lực đồng qui: 2.21 Hợp lực song song: 2.22 Mômen lực – qui tắc mômen: 2.23 Các dạng cân 2.24 Dao động điều hồ: 2.25 Giao thoa sóng – Sóng dừng: PHẦN NHIỆT HỌC 2.26 Định luật Boy – Mariotte: 2.27 Định luật Charles: 2.28 Phương trình trạng thái khí: PHẦN ĐIỆN HỌC 2.29 Định luật Ohm đoạn mạch: 2.30 Định luật Ohm toàn mạch: 2.31 Định luật cảm ứng từ: 2.32 Hiện tượng cảm ứng điện từ: 2.33 Định luật Lenz: PHẦN QUANG HỌC 2.34 Định luật phản xạ ánh sáng: 2.35 Định luật phản xạ toàn phần: 2.36 Định luật khúc xạ ánh sáng: 2.37 Thấu kính hội tụ: 2.38 Thấu kính phân kỳ: 2.39 Sự phân cực ánh sáng: 2.40 Hiệu ứng quang điện: PHẦN 3: THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THƠNG: Mở đầu: Các thí nghiệm vật lý phổ thơng bối cảnh có hai loại: thí nghiệm lớp thí nghiệm ngoại khố Thí nghiệm lớp theo mục đích chia làm hai nhóm: thí nghiệm khảo sát thí nghiệm minh hoạ Thí nghiệm ngoại khố đối tượng học sinh bình thường thí nghiệm kiểm chứng, thí nghiệm thực hành Rất trường hợp cá biệt học sinh thực thí nghiệm khảo sát – học sinh giỏi Xét riêng thí nghiệm tiến hành lớp, sâu vào loại tác dụng lớn trình dạy học vật lý Tình hình chung vấn đề dụng cụ thí nghiệm: Nhìn chung nay, dụng cụ thí nghiệm dề nghị có nhiều vấn đề cần khắc phục Nổi bật mối mâu thuẫn cần thiết phổ biến giá thành Thứ đến tính linh hoạt động trực quan, đủ độ xác Ngồi ra, vấn đề thời lượng việc giảng dạy phải tính đến phân bố chương trình Qua tham khảo, tham quan kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy trường phổ thơng, thấy có số điểm cụ thể trình bày sau 3.1 Đối với dụng cụ giảng dạy tượng Chuyển động thẳng trường đại học ĐH KHTN, ĐH Cần Thơ sử dụng đệm khí để khử trọng lực ma sát, tạo trạng thái tự cho vật chuyển động, dụng cụ kỹ thuật cao đại Tuy nhiên, áp dụng thực tế trường phổ thông ttrung học vấn đề lơn giá thành cao, kích thước cồng kềnh nặng nề, khơng thể di chuyển nên thích hợp phịng cố định, lớp học sinh không phục vụ đồng thời cho nhiều lớp học đề tài Giải vấn đề tính động giá thành, Bộ thí nghiệm học lớp 10 PTTH ( Phạm Đình Cương THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG r P AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC – Paul Verhagen) Viện khoa học giáo dục VN phát hành sử dụng chuyển động thẳng đứng động tử ống chất lỏng Ở đây, trọng lực khử lực ma sát nhớt Vấn đề cịn lại tính thuyết phục số liệu đo thời gian thực thí nghiệm Ở số trường ĐHSP khác, thí nghiệm thực đường ray, ma sát khử đối trọng qua ròng rọc, với động tử có mang lưng băng giấy thước gỗ Thời gian đánh dấu lắc với cọ vẽ lên thước gỗ Dụng cụ rườm rà mang lên lớp học triển khai thời gian cho phép, mặt khác khả thực thành công thấp Để hồn thiện dụng cụ thí nghiệm cho đề tài này, giải pháp đề xuất sử dụng động tử chạy đường ray thẳng, ngắn gọn, ma sát khử độ nghiêng đối trọng theo bố trí cổ điển đồng thời, để có số đo tin cậy khoảng dịch chuyển ngắn, số liệu thời gian ghi nhận cảm biến quang đồng hồ kỹ thuật số Cảm biến dùng loại hồng ngoại để thí nghiệm khơng bị ảnh hưởng môi trường 3.2 Với đề tài Gia tốc chuyển động thẳng biến đổi Quảng đường chuyển động thẳng biến đổi đều, Đây vấn đề khó khăn Trịng thí nghiệm học lớp 10 PTTH ( Phạm Đình Cương – Paul Verhagen), tác giả sử dụng máy atwood, máy cấu tạo phức tạp đòi hỏi nhiều công sức chuẩn bị trước dạy nên hạn chế lớn, vấn đề thời gian Ở số trường đại học sư phạm, đề tài sử dụng đường ray nghiêng với cảm biến học, nhằm xác định tỉ lệ đường di theo cấp số nguyên lẻ, kiểm chứng công thức s = at2/2 Các cảm biến khí tỏ khiếm khuyết THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đường ray nghiêng với cảm biến học Do đó, ĐHAG, nhờ dùng cảm biến quang hồng ngoại, độ xác nâng cao cho phép xác định khoảng dich chuyển giây để so sánh với qua làm rõ vận tốc tăng lượng sau giây dịch chuyển điều cần truyền đạt chuyển động thẳng biến đổi 3.3 Đề tài chuyển động trịn qn tính ly tâm Dụng cụ truyền thống nội dung gồm hai vơ lăng gang đũc giá đở, truyền động dây đai, nặng nề Chuyển động quay tạo tay quay người sử dụng thực Đối tượng chuyển động nặng ly tâm liên kết với trục lò xo đàn hối tốt Mâm quay ly tâm Khó khăn gặp phải sử dụng dụng cụ cồng kềnh, giáo viên phải quay nên giảm tập trung vào truyền đạt thuyết phục vấn đề vận tốc quay khơng đo Để khắc phục khó khăn nêu trên, cảit iến cần thực dụng cụ gọn nhẹ, quay động đủ chậm để trực quan tốc độ quay đo Ở phạm vi đề tài nghiên cứu này, dụng cụ điện tử điều tốc, máy đo tần số đâ giúp thực mong muốn 3.4 Đề tài Sự rơi tự do: Dụng cụ truyền thống nội dung ống Newton để truyền đạt định luật rơi cách định tính Để truyền đạt kiến thức gia tốc rơi, bộ thí nghiệm học Viện khoa học giáo dục VN dùng vật rơi thẳng đứng với băng giấy đánh dấu bảng rung 100 Hz Dụng cụ thể tốt tính nhanh dần kết cho thấy chấp nhận đươc Tuy nhiên, nhiều trường chưa trang bị THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HOÏC Để nâng cao hiệu quả, với cấu trúc thế, nhà cung cấp Công ty Thắng Lợi có thiết kế thêm hệ thống đồng hồ tự ghi điện tử Tuy nhiên dụng cụ lại thuộc thí nghiệm Vật lý đại cương nên giá thánh cao không nằm diện cung cấp cho trường phổ thơng trung học Khắc phục tính trạng trên, ĐHAG tích hợp tất ưu điểm thiết bị gồm hệ tự ghi điện tử cảm biến vị trí quang học, nâng độ cao làm thí nghiệm lên 1,50m bố trí cho thí nghiệm tiến hành nhanh để tiết kiệm thời gian 3.5 Đĩa mơmen thiết kế với hình thức truyền thống trước đây, nhiên kích thước đươc chế tạo lớn để tăng độ trực quan Trong vấn đề tạo cân phiếm định bảo đảm linh động trục quay quan tâm khắc phục 3.6 Dao động tự dụng cụ nhiều người quan tâm Thông thường thiết kế cho thí nghiệm vật lý đại cương Dụng cụ truyền thống gồm lắc đồng hồ bấm giây cầm tay Tuy nhiên, để sử dụng vào giảng dạy phổ tthơng, hạn chế chỗ độ trực quan thấp kích thước nhỏ, sai số lớn hiển thị kết đo với kích cở nhỏ (đồng hồ tay).Mặt khác, việc thực nhiều thời gian dạy nên khó triển khai gần khơng khả thi Nhằm đại hóa gia tăng độ trực quan, giảm thời gian thực dạy vấn đề quản lý số chu kỳ dao động giới hạn sai số đo thời gian mức 0.01 giây thực tự động kết hợp tất lên hệ thống để giảm số thao tác thí nghiệm 3.7 Sự tổng hợp sóng – sóng dừng, THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Dụng cụ trường ĐH sư phạm Ở nội dung này, thí nghiệm dùng dịng điện xoay chiều tần số 50 Hz điều khiển bảng rung truyền dao động dây đàn hồi, Yếu điểm có tần số dao động Gần đây, trường phổ thơng, giáo viên có sáng kiến sử dụng máy phát âm tần kết hợp với máy đo tần bảng rung dùng nam châm điện Đó thành cơng lớn, có hạn chế chỗ thiết bị giá thành cao, đồng thời kết nối rườm rà Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, dụng cụ tạo sóng dừng thiết kế với giá thành chấp nhận (khoản 500 000đ tạo dao động học) kết hợp với máy đo tần số kỹ thuật số Tất liên kết sẵn gọn, nhẹ dễ sử dụng 3.8 Định luật khúc xạ phản xạ dùng dụng cụ Mâm quang có kích thước nhỏ dùng nguồn sáng cổ điển Yếu điểm nguồn sáng loại khó tạo thành chùm sáng mỏng (hình tượng tia sáng) Ở đây, mâm cải tiến với ưu điểm: thẳng đứng, trực quan dùng nguồn sáng laser 3.9 Các định luật quang hình dùng trục quang học Dụng cụ này, yếu tố quan trọng vật sáng phải phát chùm phân kỳ đủ mạnh để đến hứng Trong CÁC CẢI TIẾN NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ TÍNH XÁC THỰC CỦA CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG: Thiết bị đo lường: Hiện nay, hầu hết trường ĐH sư phạm trường PTTH mà biết, thiết bị đo lường thí nghiệm đại cương phương pháp cịn hạn chế độ xác, đại kích thước hiển thị nhỏ, thiếu trực quan số đông học sinh Một số tham số đo khơng thực trực tiếp làm thí nghiệm chưa lột tả nội dung khoa học THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 25 V Sản phẩm: BẢNG THÍ NGHIỆM ĐIỆN MỘT CHIỀU Công dụng: Dụng cụ dùng để dạy định luật Ohm định luật quang trọng chương trình vật lý 11 Bảng cịn dùng để dạy ghép linh kiện điện tụ điện, điện trở dạng song song nối tiếp Mô tả: Dụng cụ gồm bảng phẳng, bảng có kẻ sẳn sơ đồ khuyết đa để thực nhiều sơ đồ thí nghiệm điện khác Hai máy đo kỹ thuật số: vôn kế Ampe kế với số thị có kích thước lớn Kích thước: Dài: cm Rộng:60 cm Cao:40 cm Thiết kế lắp ráp: 3.1 Linh kiện cần dùng: – Bảng đa – Nguồn 12vDC ổn áp – Ampe kế, vôn kế hiển thị số 3.2 Thiết kế: Dụng cụ có tất trường phổ thông trung học Với bảng lắp đặt điện kế cổ điển kích cở nhỏ, thích hợp cho học sinh thực hành ngọai khóa Để vận dụng vào giảng dạy lớp, bảng thiết kế mới, lớn với máy đo điện kỹ thuật số chế tạo từ vi mạch chuyên dùng đo lường Tuy nhiên khó khăn khác phát sinh kích thước hiển thị kết đo dạng tinh thể lỏng (LCD) nhỏ (cở 8mmm không phát sáng) Qua nghiên cứu, kết lắp đặt máy đo hiệu điện dịng điện xác có số hiển thị phát sáng với kích thước đủ lớn để học sinh quan sát từ xa Một cải tiến khác linh kiện thiết kế với qui cách thơng dụng để người dùng tự chế tạo thêm tùy ý 3.3 Lắp ráp: Vơn kế Ampe kế 0.000 THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG 0.000 AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VI Sản phẩm: 26 RAY CHUYỂN ĐỘNG Công dụng: Dùng để dạy nội dung thuộc chương trình vật lý lớp 10 Đây kiến thức sở quan trọng đóng vai trị khai tâm học sinh: Các dạng chuyển động thẳng Các định luật Newton Chuyển động máng nghiêng trọng trường Mô tả: Dụng cụ gồm đường ray thẳng nhẵn nhôm nhẹ, có độ nghiêng chỉnh nam châm điện để khởi tạo chuyển động, xe ma sát thấp, mắt thần đánh dấu vị trí, máy đo thời gian điện tử Kích thước: Dài: 150cm Rộng:10 cm Cao:30 cm Thiết kế lắp ráp: 3.1 Linh kiện cần dùng: – Một đường ray nhôm nhẹ – Bàn Okan – Các xe (động tử) – Mắt thần đánh dấu vị trí – Máy đo thời gian hiển thị số – Nam châm điện 3.2 Thiết kế Đây thí nghiệm kinh điển học Trước thí nghiệm thực khó thành công chuyển động diễn khoảng đường ngắn, thời gian nhỏ, sai số đo máy đo thời gian lớn giáo viên bấm tay Để thực cần cho động tử chuyển động đoạn đường dài Giải khó khăn trên, nhằm thu ngắn khoảng dịch chuyển phạm vi lớp học, phải xác hố q trình ghi nhận thời gian chuyển động Chỉ có cách đánh dấu vị trí điều khiển máy đo thời gian mắt thần điện tử để giảm sai số đo đủ cho số liệu thuyết phục Máy đo thời gian dùng loại kỹ thuật số (trong thí nghiệm lắc) thiết lập quan hệ tự động hóa điều khiển, rút ngắn thời gian tiến hành, đạt độ xác tỉ lệ thành cơng cao Ngồi ra, để thể vận tốc động tử, máy đo vận tốc quan tâm đầu tư chế tạo chưa thành cơng Thay vào đó, giáo viên coa thể sử dụng thủ thuật sau: THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 27 Thử nghiệm trước khoảng cách cho chuyển động cần khoảng thời gian gần 1giây, giây, giây Sau tái thí nghiệm khoảng cách này, ngoại suy thống kê vận tốc chất điểm 3.3 Lắp đặt: Máy đo thời gian Mắt thần Động tử Mắt thần Nam châm 88 : 88 : 88 Áp dụng tập: Cho xe chuyển động đường ray điều kiện tuỳ theo mục tiêu truyền đạt Nhờ mắt thần tự động khởi động dừng trình đo thời gian cần thiết Ghi số đo lên bảng hướng dẫn học sinh xử lý, suy luận để tìm tri thức Nhận xét: 5.1 Ưu điểm: • Các động tử có ma sát cực thấp • Kích thước lớn trực quan • Dùng mắt thần điện tử nên q trình đo đạt xác khoảng chuyển động ngắn • Các máy đo số phát sáng có kích cở đáng kể để tất học sinh quan sát tốt • Hệ đo dùng thí nghiệm định luật bảo tồn động lượng 5.2 Khuyết điểm: • Mặc dù động tử có độ ma sát cực thấp, chế tạo thủ công nên công nghệ hố độ ma sát cịn thấp bảo đảm kết thí nghiệm thuyết phục THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HOÏC 28 RAY CHUYỂN ĐỘNG VII Sản phẩm: TRỤ RƠI TỰ DO Công dụng: Dùng để dạy nội dung Sự rơi tự do, qua nêu bật vai trị gia tốc trọng trường, tính chất chuyển động nhanh dần tác dụng lực cản mơi trường theo hình dạng vật rơi lên chuyển động Mô tả: Dụng cụ gồm trụ thẳng đứng, có nam châm điện có độ cao chỉnh để giữ nặng Một công tắc bấm để khởi tạo chuyển động rơi tự kích động máy đo thời gian số nguồn DC ni nam châm Ở có ống nhận vật rơi lắp đặt mắt thần điện tử để dừng q trình đo thời gian Kích thước: Dài: 60cm Rộng:40 cm Cao:150 cm 3.Thiết kế lắp ráp: 3.1 Linh kiện cần dùng: – Một trụ cao 150 cm – Cơ cấu treo nặng nam châm trụ chỉnh độ cao – Nguồn 12 vDC – Ống nhận vật rơi có cảm biến quang – Máy đo thời gian hiển thị số 3.2 Thiết kế: Đây thí nghiệm kinh điển học Trước thí nghiệm khơng thực lớp học chuyển động phải diễn độ cao đủ lớn khoảng 5m, thời gian ngắn, sai số đo máy đo thời gian lớn so với khoảng thời gian đo giáo viên bấm tay theo cảm giác mắt Để cải thiện tình trạng trên, thiết bị dùng máy đo thời gian kỹ thuật số điều khiển tự động mắt thần điện tử Do mắt hoạt động hồng ngoại nên không bị ảnh hưởng bới ánh sáng mơi trường, rút ngắn độ cao làm thí nghiệm cịn nhỏ 1,5m Mặt khác máy đo thời gian cho phép đo khoảng thời gian nhỏ giây nên phù hợp với phòng học tỉ lệ thành cơng cao 3.3 Lắp ráp: (như hình vẽ trang sau) THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 29 Áp dụng tập: Điều chỉnh độ cao giá treo Đặt vật rơi lên giá treo, từ tính tự động dán chặt vật Xố máy đo thời gian zero Bấm phím khởi tạo, máy đo thời gian khởi động đồng thời với trình rơi Nhờ mắt thần tự động dừng trình đo thời gian vật rơi đến đich lưu trữ Ghi số đo lên bảng, tiếp tục thực lại hướng dẫn học sinh xử lý, suy luận để tìm tri thức tuỳ theo mục tiêu giảng dạy Khoảng thời gian thực thí nghiệm ngắn nên giáo viên cần ý đánh dấu mức thử nghiệm ứng với thời khoảng định trước để tiên hành lớp thuận lợi Có thể che bớt số lẻ máy đo để tránh hoài nghi học sinh Nam châm Bi rơi 00 : 00 : 00 Máy đo thời gian Mắt thần Nhận xét: Trụ rơi tự 5.1.Ưu điểm: • Điều chỉnh độ cao nhanh • Kích thước lớn trực quan • Thao tác lần bấm phím • Dùng mắt thần điện tử nên q trình đo đạt xác khoảng chuyển động ngắn • Các máy đo số phát sáng có kích cở đáng kể để tất học sinh quan sát tốt 5.2 Khuyết điểm: • Việc chế tạo vật rơi có kích thước nhau, hình dạng gặp nhiều khó khăn điều kiện thủ cơng • Vật rơi đến đích bị đàn hồi nên giáo viên cần ý khắc phục tiến hành thí nghiệm THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG 30 AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 31 Trục rơi tự VIII Sản phẩm THANH QUAY LY TÂM THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 32 Cơng dụng: Dùng để dạy nội dung Chuyển động tròn – gia tốc hướng tâm Lực tác dụng chuyển động trịn đều, qn tính ly tâm Trong nội dung trên, nêu bật vai trò lực hướng tâm định tính chất chuyển động trịn Liên hệ với thực tiển xa mặt trăng chuyển động quanh trái đất thực tiển gần điều tốc ly tâm, máy tách hổn hợp ly tâm, xiếc mơtơ bay Dụng cụ cịn giới hạn mức độ định tính Mơ tả: Dụng cụ gồm động chỉnh tốc liên tục, tthanh quay có lắp hai nặng liên kết với trục hai lò xo đàn hồi tốt Một cảm biến vị trí để cung cấp cho máy đo vận tốc quay kỹ thuật số Kích thước: Dài:100cm Rộng:30 cm Cao:30 cm Thiết kế lắp ráp: 3.1 Linh kiện cần dùng: – – – – Động pha Bộ điều chỉnh tốc điện tử Cảm biến vị trí Máy đo tần số hiển thị số – Thanh quay với nặng ly tâm 3.2 Thiết kế: Dụng cụ trường đại học sư phạm phổ thơng có đúc gang, nặng nề quay tay, quay không không kiểm soát tốc độ dù dùng giảng dạy định tính nên hầu hết giáo viên khơng thích dùng Thiết kế lại với cải tiến gọn nhẹ dùng động pha kết hợp với điều tốc điện tử máy đo vận tốc vòng quay làm tăng hiệu truyền đạt tri thức 3.3 Lắp ráp: Quả nặng ly tâm Lò xo 888 AC 220v Máy điều tốc Áp dụng tập: THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG Động chậm Máy đo tần số AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 33 Cho học sinh quan sát hệ chưa chuyển động Khởi động động cơ, đặt vận tốc quay thấp Cho học sinh quan sát nhận xét vị trí nặng, gợi ý tìm nguyên nhân Giới thiệu đại lượng đặc trưng chuyển động quay vận tốc,vận tốc góc Tăng dần vận tốc quay thị máy đo số Hướng dẫn học sinh quan sát, vẽ lại tình lên bảng, phân tích đưa vào khái niệm lực hướng tâm, gia tốc hương tâm để rút kết luận Chú ý: Thanh quay có tầm rộng (1,2 m) nên cần ý an toàn thao tác Vấn đề ứng dụng dụng cụ cách định lượng đầu tư với ý tưởng sử dụng cảm biến từ để đo bán kính quỹ đạo quay nặng Nhận xét: 5.1 Ưu điểm: • Kích thước lớn trực quan để tất học sinh quan sát tốt • Thao tác đơn giản 5.2 Khuyết điểm: • Máy đo vận tốc quay hiển thị với kích thước chưa đủ lớn, hiển thị lớn chế tạo chưa thành công Dụng cụ THANH QUAY LY TÂM THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC IX Sản phẩm 34 ĐĨA MƠMEN Cơng dụng: Dùng để dạy nội dung Mômen lực – qui tắc mômen Sự cân vật rắn Mô tả: Dụng cụ gồm trụ thẳng đứng, có đĩa mơmen mica kích thước lớn có chia sẵn vịng trịn đồng tâm có bán kính tăng tuyến tính Đĩa có trục quay nhạy xác Các nặng có trọng lượng xác định Kích thước: Dài: 60cm Rộng:40 cm Cao:80 cm Thiết kế lắp ráp: 3.1 Linh kiện cần dùng: – Đĩa Mômen – Các nặng 3.2 Thiết kế: Đây thí nghiệm kinh điển học Hầu tất giáo sinh sư phạm học khai thác thiết bị chúng có khắp nơi Tuy nhiên, vào dạy thực tế, dụng cụ sử dụng khơng hiệu lý do: kích cở nhỏ (bán kinh khoảng 25 cm) thiếu trực quan Mặt khác ma sát trục đáng kể việc láp nặng rườm rà Nay dụng cụ đầu tư chế tạo lại theo hướng tăng kích thước tới kích cở vừa phải phù hợp với phịng học số đơng học sinh (bán kính 50 cm) Ổ trục cải tiến giảm ma sát đến mức cách sử dụng ổ trục trống từ video cassette Cơ cấu lắp nặng đơn giản nhanh chóng 3.3 Lắp ráp: THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 35 Áp dụng tập: Treo nặng cho vectơ lực trọng trường không qua tâm quay đĩa, cho học sinh quan sát Khi đĩa quay đến vị trí cân bằng, cho học sinh nhận xét Hướng dẫn suy luận tác dụng quay lực lên vật rắn Lần lượt đặt nặng lên đĩa bán kính khác nhau, ghi nhận tình cân khơng cân Đưa vào khái niệm cánh tay địn, hướng dẫn học sinh suy luận để tìm tri thức qui tắc mơmen, kiểm chứng qn tính hồi phục hệ tự cân Đúc kết qui tắc mơ men Nhận xét: 5.1 Ưu điểm: • Kích thước lớn trực quan để tất học sinh quan sát tốt 5.1 Khuyết điểm: • Việc chế tạo đĩa có kích thước lớn đạt độ cân phiếm định khó khăn điều kiện thủ cơng, nên thực chế tác tỉ lệ phế phẩm cao ĐĨA MƠMEN THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 36 X CÁC ỨNG DỤNG KHÁC Ngoài ứng dụng nêu, dụng cụ chế tạo cịn kết hợp để ứng dụng vào thí nghiệm khác Các gợi ý liệt kê ngắn gọn sau: Dùng hệ thống mắt thần máy đo thời gian kỹ thuật số vào khảo sát chuyển động ném ngang Dùng hệ thống mắt thần máy đo thời gian kỹ thuật số vào thí nghiệm định luật bảo toàn động lượng Dùng đếm chu kỳ để minh hoạ ứng dụng tế bào quang điện Dùng máy đo tần số để thực thí nghiệm cộng hưởng RLC Dùng dao động lắc đơn đo gia tốc trọng trường Dùng hệ đo lắc đơn ứng dụng vào lắc vật lý Dùng sóng dừng kết hợp với ròng rọc ống cát để đo vận tốc truyền sóng dây đàn hồi Nhiều ứng dụng khác tuỳ theo sáng tạo người sử dụng… THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 37 PHẦN KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Sau thời gian tiến hành theo qui định, đề tài hoàn thành đạt mục tiêu đề Tuy nhiên, sản phẩm cần phải cọ xát thực tế cải tiến để ngày hồn thiện Qua q trình thực nhiều kinh nghiệm ghi nhận phát sinh nhiều hướng phát triển ý tưởng A Thành cơng: Bổ sung thí nghiệm quan trọng cần thiết cho chương trình giảng dạy vật lý trường phổ thông nhằm trang bị cho giáo sinh sư phạm Cải tiến mẫu thí nghiệm cũ chưa thực phạm vi không gian hẹp thời gian ngắn Các dụng cụ thực với ý tưởng sáng tạo mẻ ứng dụng thành tựu kỹ thuật số có dự kiến liên kết với PC tương lai Giá thành thấp sản phẩm loại (đã có) nước thấp ngoại nhập B Kinh nghiệm: Ý tưởng chế tạo xe phát tín hiệu để đo trực tiếp vận tốc chưa thành công Nguyên nhân ý tưởng ban đầu xe phát tín hiệu hồng ngoại Tuy nhiên hướng giải tương lai sử dụng Wireless Mouse (phát tín hiệu vơ tuyến) cải tiến để thực kết hợp với computer, đưa thẳng thí nghiệm lên hình máy tính THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 38 Các máy đo tần số hiển thị số kích thước chưa đủ lớn cần quan tâm đầu tư chế tạo thêm Thí nghiệm lắc lò xo cần thêm mắt thần quản lý vị trí cân để tự động hố q trình Trong điều kiện chế tạo thủ cơng, tô điểm, sản phẩm có ngoại hình chưa thật hấp dẫn Trong dụng cụ cần thêm máy phát dao động âm tần, tác giả đầu tư nghiên cứu chế tạo C Đề xuất: Kết hợp thiết bị cũ để tạo thành bộ, dùng cho sinh viên sư phạm học tập, khai thác cải tiến Xây dựng thành mơn học thí nghiệm vật lý phổ thông Trong tương lai, điều kiện xã hội cho phép, cơng nghệ hố dụng cụ cho thâm nhập vào môi trường giáo dục phổ thông để phục vụ giảng dạy Về hạng mục tồn ý tưởng phát sinh mới, xin xây dựng thành đề tài hướng dẫn cho sinh viên Một lần tác giả xin chân thành cảm tạ Ban Giám Hiệu Hội đồng Khoa học trường Đại học An Giang Đại Học An Giang, ngày 25 tháng 08 năm 2002 Th.sĩ Giang Văn Phúc Tổ Vật lý Khoa Sư Phạm trường ĐHAG Hết THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 39 Tài liệu tham khảo: Giáo trình thực hành thí nghiệm vật lý phổ thông - Khoa Sư Phạm ĐHCT Hướng dẫn sử dụng Bộ thí nghiệm học lớp 10 PTTH Phạm Đình Cương – Paul Verhagen Viện khoa học giáo dục VN Sách giáo khoa vật lý cấp II vật lý cấp III - Bộ giáo dục đào tạo Giáo trình thực hành thí nghiệm vật lý đại cương - Sách Đại Học Sư Phạm nhà xuất bảnGiáo dục Các tài liệu kỹ thuật số, điện điện tử THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG Các tác giả khác ... THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THƠNG: Mở đầu: Các thí nghiệm vật lý phổ thơng bối cảnh có hai loại: thí nghiệm lớp thí. .. sinh thiết yếu Vì vậy, việc nâng cao hiệu giảng dạy với thí nghiệm giáo viên vật lý trường phổ thông giáo sinh tốt nghiệp vấn đề đặt trước nhà trường đại học sư phạm THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG... học ngành sư phạm vật lý hạn chế việc sử dụng phương pháp dạy học thực nghiệm kỹ giảng dạy với dụng cụ thí nghiệm Do đó, mục đích đề tài nghiên cứu thiết kế số dụng cụ thí nghiệm, dùng cho giáo