VI. Nhiệm vụ nghiên cứu
3.4. Nội dung thực nghiệm
3.4.1. Công tác chuẩn bị
Chúng tôi đã trao đổi với Ban giám hiệu trờng THPT Nguyễn Trãi và thầy giáo giảng dạy lớp 10A9, 10A10 về mục đích thực nghiệm của mình. Đợc sự đồng ý của Ban giám hiệu và thầy giáo Nguyễn Duy Quang, chúng tôi đã triển khai việc thực nghiệm s phạm của mình.
Các giáo án thực nghiệm và thí nghiệm đợc chuẩn bị đều thông qua thầy giáo Nguyễn Duy Quang. Trớc khi tiến hành công việc chúng tôi đã dự một số giờ để học sinh quen với sự có mặt của chúng tôi ở lớp.
3.4.2. Tiến hành thực nghiệm
3.4.2.1.Giáo án thực nghiệm 1: Bài tập về đo hệ số ma sát. (Dùng trong tiết 44
theo phân phối chơng trình )
I) Mục đích, yêu cầu: 1. Mục đích:
- Củng cố các kiến thức: chuyển động của vật trên mặt phẳng nghiêng, chuyển động tròn, ...
- Bồi dỡng khả năng lập phơng án gián tiếp đo hệ số ma sát, khả năng xử lý số liệu, ...
2. Yêu cầu:
Học sinh chuẩn bị trớc bài tập 1 và bài tập 2.44 Sách Bài tập Vật lý 10.
II) Chuẩn bị dụng cụ:
-Bảng gỗ 40cm x 50cm
-Thớc 50 cm có chia đến mm
-Khối gỗ hình hộp: 4cm x 5cm x 3cm
-Mô-tơ, dây điện.
-Bảng gỗ hình tròn, bán kính 20cm
α a b P ms F 1 F 2 F
III) Nội dung bài học: 1. Kiểm tra bài cũ:
GV gọi 1 HS khá lên bảng làm bài tập sau: Dùng 1 lực kế hãy xác định hệ số ma sát giữa khối gỗ hình hộp và mặt bàn.
GV xem xét cách làm của HS, nhận xét và cho điểm.
2. Bài mới:
Đặt vấn đề: Việc xác định hệ số ma sát k là một đề tài thú vị. Có rất nhiều cách để xác định hệ số ma sát k, chúng ta vừa biết một trong những cách đó. Bây giờ thầy giới thiệu tiếp 2 cách khác nữa.
Bài tập 1: Hãy xác định hệ số ma sát giữa khối gỗ và bảng gỗ. Dụng cụ
dùng là một chiếc thớc chia đến mm.
Câu hỏi định hớng học sinh xây dựng phơng án thí nghiệm:
GV: Đặt khối gỗ lên bảng gỗ, nghiêng dần bảng gỗ. Khi bảng gỗ nghiêng góc α bé, tại sao mẩu gỗ nằm yên? Em hãychỉ ra các lực tác dụng tên khối gỗ.
HS: (Phân tích lực)
Khi α bé Fmsn =F1 = P.sinα
GV: Khi tăng dần góc α thì lực ma sát nghỉ thay đổi nh thế nào? HS: Lực ma sát nghỉ tăng.
GV: Khi nào vật bắt đầu trợt trên mặt phẳng nằm nghiêng ? (Liệu lực ma
sát nghỉ có tăng mãi không?).
HS: Lực ma sát nghỉ không thể tăng mãi mà có giá trị giới hạn đó là Fmsn max = Fmst = k.P.cosα. khi α tăng đến giá trị sao cho P.sinα0 =Fmsn max = k.P.sinα0 thì vật trợt trên mặt phẳng nghiêng.
GV: Nh vậy hệ số ma sát đợc tính nh thế nào ? Và từ đó em hãy rút ra cách làm thí nghiệm.
HS: k = tgα0
g r n 4π2 121
GV gọi lần lợt 3 nhóm (mỗi nhóm 2 HS) lên bảng làm thí nghiệm xác định a và b. Cho HS ghi lại số liệu và xử lý.
GV cho HS chỉ ra những sai số mắc phải trong thí nghiệm, cách khắc phục.
Bài tập 2: Một vật đặt trên mép một bàn quay. Hỏi bàn quay với tần số
bằng bao nhiêu thì vật sẽ văng ra khỏi bàn. Cho biết bàn hình tròn có bán kính R=0,4 m; hệ số ma sát trợt bằng 0,4 và g = 10m/s.
GV: Gọi một HS khá lên bảng giải bài tập này. ở đây để tiện theo dõi chúng tôi xin đa ra lời giải bài tập này:
Lực ma sát nghỉ truyền gia tốc hớng tâm cho vật. Gia tốc hớng tâm lớn nhất, tần số quay lớn nhất ứng với lực ma sát nghỉ lớn nhất.
Fmsn max = kmg = m(2πn)2R
=> n = (*)
Đây là tần số vòng nhỏ nhất để vật văng ra khỏi bàn, hay là tần số vòng lớn nhất để vật còn nằm trên bàn quay.
GV: Khi bàn quay với tần số vòng n1 nhỏ hơn n thì liệu vật có bị văng ra khỏi bàn không?
HS: Vật không bị văng ra khỏi bàn.
GV: Làm thế nào để vật văng ra khỏi bàn? HS: Tăng khoảng cách từ tâm bàn quay tới vật.
GV: Ta phải làm nh thế nào để xác định đợc vị trí gần tâm bàn nhất mà tại đó ứng với tần số n1 vật bị văng ra khỏi bàn?
HS: Dịch chuyển từ từ vật ra xa tâm bàn quay cho đến khi nào vật chuyển giới hạn từ đứng yên (so với bàn) sang văng ra khỏi bàn.
GV: Tần số vòng n1 đợc tính bằng cách nào?
HS: Ta đánh dấu một vị trí nào đó trên bàn quay và lấy đó làm chuẩn, ta đếm số vòng n1 trong khoảng thời gian 1 phút thì n = n1/60 (vòng/s).
GV: Nh vậy các em hãy nêu phơng án giải bài tập sau:
Bài tập 2': Hãy xác định hệ số ma sát giữa vật và bàn quay. Dụng cụ là
thớc học sinh và đồng hồ đeo tay.
HS: Dịch chuyển từ từ vật ra xa tâm O của bàn quay cho đến khi nào vật chuyển giới hạn từ đứng yên (so với bàn quay) sang văng ra khỏi bàn quay. Đo khoảng cách r1 từ vật tới bàn quay và tần số vòng n1, ta tính đợc hệ số ma sát là:
k =
GV: Làm thế nào để ta có thể đánh giá đợc mức độ chính xác khi xác định hệ số ma sát k? R 4 kg 2 π
HS: Tính nhiều lần bằng cách thay đổi tần số vòng n1, n2, n3, ... Tính khoảng cách r1, r2, r3, ... và tính toán hệ số ma sát k1, k2, k3, ... tơng ứng.
GV gọi 3 HS lên bảng làm thí nghiệm, lấy số liệu cụ thể và sắp xếp vào bảng sau: n r k Lần 1 n1 r1 k1 Lần 2 n2 r2 k2 Lần 3 n3 r3 k3 ... ... ... ...
GV cho HS xử lý số liệu, tính toán sai số, chỉ ra tại sao lại mắc phải những sai số này, cách khắc phục.
BTVN:
Hãy lập phơng án thí nghiệm để thiết lập sự phụ thuộc của lực ma sát vào trọng lợng của vật và chứng tỏ rằng lực ma sát không phụ thuộc vào diện tích mặt tiếp xúc.
3.4.2.2. Giáo án thực nghiệm 2: Bài tập về lực đàn hồi và chế tạo lực kế (dùng
cho tiết 45 theo phân phối chơng trình).
I) Mục đích, yêu cầu: 1. Mục đích:
-Củng cố các kiến thức về lực đàn hồi
-Bồi dỡng khả năng lập phơng án thí nghiệm đo hệ số đàn hồi, đo trọng lợng của vật, khả năng xử lý số liệu, ...
2.Yêu cầu: -HS phải xử lý tốt đợc số liệu -HS phải tự mình chế tạo đợc lực kế. III) Chuẩn bị: -Một lò xo -Một chiếc thớc chia đến mm -Khối gỗ 8cm x 9cm x 10cm cần xác định trọng lợng -Hộp quả nặng
-Một sợi dây cao su
-Giá thí nghiệm
III) Nội dung tiết học: 1. Kiểm tra bài cũ:
Dùng một lực kế, em hãy "cân" xem 1 vật nặng bao nhiêu?
2. Bài mới:
Đặt vấn đề: Lực đàn hồi là một trong những loại lực phổ biến trong tự nhiên. Nó có ứng dụng quan trọng là dùng để chế tạo lực kế. Lực kế đợc chế tạo nh thế nào? Trong bài học hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về vấn đề này.
Bài tập 1: Xác định trọng lợng của một vật bằng cách dùng giá đỡ, 1 lò xo,
1 cái thớc và một quả nặng đã biết khối lợng. Các câu hỏi định hớng của GV:
GV: Khi treo vật vào lò xo, độ giãn của lò xo liên hệ nh thế nào với trọng l- ợng của vật?
HS: P = k.∆l
GV: Muốn xác định trọng lợng của vật ta cần phải biết những đại lợng nào? HS: Ta cần phải biết k, ∆l.
GV: ∆l ta có thể đo đợc bằng thớc. Đối với hệ số đàn hồi k ta phải tính cách nào?
HS: Treo quả nặng đã biết khối lợng vào lò xo, đo độ giãn ∆l0 của lò xo, từ đó ta tính đợc k = (mg)/ ∆l0.
GV yêu cầu 3 HS lên bảng làm thí nghiệm xác định k và xác định trọng l- ợng của vật. Số liệu thu đợc để cả lớp xử lý.
Bài tập 2: Dùng một sợi dây cao su và những vật nặng có giá trị khác nhau,
hãy thiết lập sự phụ thuộc của độ giãn vào lực tác dụng. Kết quả này có phù hợp với định luật Húc không? Từ các kết quả này em hãy chế tạo ra một dụng cụ dùng để đo lực (lực kế).
Câu hỏi định hớng của GV:
GV: Khi ta dùng tay kéo dây cao su, thì dây cao su sẽ giãn ra. Ta có thể dùng cách gì để đo độ giãn này?
HS: Dùng thớc đo chiều dài của dây cao su trớc và sau khi treo vật nặng. Độ giãn của dây cao su là hiệu 2 độ dài đó.
GV: Nh vậy ứng với những lực tác dụng khác nhau ta thu đợc những độ giãn khác nhau. Vấn đề còn lại là làm sao ta có thể xác định đợc độ lớn của lực tác dụng. Rõ ràng rằng dùng tay kéo thì ta không thể xác định đợc độ lớn đó. ở đây ta phải làm nh thế nào?
HS: Ta dùng vật nặng treo vào dây cao su thay cho lực tác dụng vì ta đã biết trọng lợng P của mỗi vật nặng, đó chính là độ lớn của lực tác dụng.
GV: Số liệu thu đợc nên xếp vào bảng nh thế nào ? HS: Ta xếp vào bảng sau:
Lần 1 P1 ∆l1
Lần 2 P2 ∆l2
Lần 3 P3 ∆l3
Lần 4 P4 ∆l4
.... .... ....
GV: Em hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc dựa vào bảng số liệu, nhận xét. Từ định luật Húc liệu ta có thể suy ra đợc kết quả này không.
GV: Từ bài tập này em hãy nghĩ ra cách chế tạo một dụng cụ dùng để đo lực.
GV hớng dẫn HS cách làm khung lực kế, cách đánh dấu thang chia lực kế, yêu cầu 4 tổ, mỗi tổ làm 1 lực kế tuần sau nạp lại cho GV.
3.4.2.3. Kết quả thực nghiệm:
Cả 2 giáo án này đều đợc thực hiện ở lớp 10A9. Theo nhận xét của chúng tôi thì các em rất có hứng thú với hình thức nghiên cứu này. Khi xử lý số liệu ở bài tập 1 (giáo án 1) hầu hết các em đều lúng túng, không làm đợc. Tuy nhiên dới sự hớng dẫn của GV, sang bài tập 2 (giáo án 1) và bài tập 1 (giáo án 2) các em đều xử lý tốt các số liệu. Bài tập về nhà các em đều hoàn thành tốt, còn nhiệm vụ giao cho các em về nhà chế tạo lực kế thì một tuần sau các em nạp lại đầy đủ.
