Bài tập thí nghiệm với việc phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo cho học sinh
1.4.2. Phơng pháp biên soạn.
Dựa vào nội dung cơ bản của sách giáo khoa, dựa vào các bài tập định tính, định lợng thay đổi dữ kiện để biên soạn ra bài tập thí nghiệm.
Ví dụ : Một quả cầu kim loại có thể tích 5 cm3, khối lợng 39g hãy xác định khối lợng riêng của kim loại làm quả cầu. Đây là bài tập thuần túy lý thuyết để giải bài tập này học sinh chỉ cần sử dụng công thức tính khối lợng riêng của kim loại cấu tạo nên vật.
Vm m D=
Nếu nh vậy khi giải bài tập này học sinh chỉ rèn luyện đợc kỹ năng vận dụng công thức để tính toán với một yêu cầu đơn giản về kỹ năng toán học. Trong khi đó các yêu cầu của vật lý không đợc chú ý nh : Các thao tác thực hành thí nghiệm, các thao tác về phép đo, sử dụng cấc thiết bị, quan sát và đọc các số liệu đo. Do đó từ bài tập này ta có thể chuyển thành bài tập thí nghiệm có dạng:
Hãy tìm cách xác địng khối lợng riêng của quả cầu kim loại bằng bình chia độ, nớc, cân chính xác và hộp quả cân.
Để giải bài tập này học sinh phải: - Biết cách sử dụng bình chia độ.
- Biết cách sử dụng cân (cân đòn ở phòng thí nghiệm )
- Cách đọc các giá trị đo (nhất là khi đọc các giá trị đo trên bình chia độ có đựng nớc).
- Thay các giá trị đo vào công thức rồi tính toán …
Nh vậy khi giải bài tập này học sinh phải rèn luyện các thao tác t duy, kỹ năng thực hành và cách sử dụng các thiết bị, Đó là những thao tác cơ bản nh… - ng hết sức cần thiết cho hoạt động tự lực và sáng tạo trong tơng lai của học sinh.
* Phân tích bài toán:
- Để xác định khối lợng riêng của kim loại ta cần phải biết những đại lợng nào.
- Cách đo các đại lợng đó bằng bình chia độ và cân nh thế nào? * Tiến hành giải:
+ Đo thể tích quả cầu bằng bình chia độ. - Đổ nớc vào bình xác định V1 của nớc.
- Thả quả cầu vào nớc, xác định V2 (nớc và vật ) - Tính thể tích vật. Vv = V2 -V1 - Thực hiện 3 lần và lấy giá trị trung bình của Vv
Nếu vật không bỏ lọt bình chia độ thì phải dùng thêm bình tràn và bình chứa để đo thể tích của nó.
- Đổ nớc vào bình tràn cho ngang mức tràn.
- Bỏ vật vào bình tràn, nớc tràn ra bình chứa. Đổ nớc ở bình chứa vào bình chia độ để xác định thể tích nớc tràn ra chính là thể tích vật
+ Đo khối lợng vật bằng cân.
Đặt vật vào đĩa cân bên phải. Lần lợt gắp từng quả cân đặt vào đĩa cân bên trái. Cho đến khi đòn cân nằm ngang. Tổng khối lợng các quả cân bằng khối l- ợng vật m.
Thực hiện 3 lần để lấy giá trị trung bình của khối lợng. - Thay kết quả vừa tìm đợc vào công thức
Vm m D=
Lu ý đơn vị của D trong hệ đơn vị SI : nếu m (kg) thì V (m3 ) nếu m (g) thì V (c.m3 )
2.4.3.Hệ thống bài tập thí nghiệm phần lực và khối lợng
Để phục vụ cho việc dạy học phần "Lực và Khối lợng" chúng tôi đã xây dựng đợc hệ thống 11 bài tập thí nghiệm đợc phân bố nh sau :
- 2 bài tập thí nghiệm định tính đó là các bài 10 -> 11. - 9 bài tập thí nghiệm định lợng đó là các bài 1 -> 9
Bài 1. Một cái cột nhà hình trụ bằng gỗ tốt (có khối lợng riêng 800.kg/m3 ) làm thế nào để biết khối lợng cột nhà đó.
1. Phân tích bài toán:
- Ta có thể dùng cân để xác định khối lợng của cột nhà hay không ? Vì sao? (không, vì : + Cột đang ở vị trí chống đỡ các bộ phận của nhà
+ Cột nặng việc sử dụng cân khó khăn).
- Muốn biết khối lợng cột nhà cần phải biết những đại lợng nào ? - Trình bày cách xác định thể tích cột bằng thớc đã cho ?
- Viết công thức tính khối lợng của cột ? 2. Tiến hành giải:
- Dùng thớc dây đo chu vi cột.
Sử dụng công thức tính chu vi: P = 2Π R . Ta tính đợc bán kính đáy R của cột: Π = 2 P R
. Sử dụng công thức tính diện tích hình tròn: S = Π R2. Ta tính đợc diện tích đáy của cột
- Dùng thớc đo chiều cao cột (chiều dài cột) h.
. Sử dụng công thức: V = S . h , ta tính đợc thể tích cột.
- Dùng công thức: m = D . V ta xác định đợc khối lợng cột.
Bài 2 : Có một chiếc nút chai bằng thuỷ tinh, bên trong có một phần rỗng kín. Làm thế nào để xác định đợc thể tích của phần rỗng đó (mà không đợc đập vỡ nút chai) cho biết khối lợng riêng của thuỷ tinh là D.
- Ta có thể dùng thớc đo thể tích phần rỗng đợc hay không ? Vì sao ? (Không, vì nút chai không đợc đập vỡ).
- Khi xác định thể tích phần rỗng (Vr) cần phải có những dụng cụ nào ? - Cách sử dụng các dụng cụ đó ra sao.
- Làm thế nào để xác định đợc (Vr). - Viết công thức tính (Vr).
Từ phân tích trên ta thấy cần phải dùng các dụng cụ. - Cân để cân khối lợng nút chai.
- Bình chia độ có nớc để đo thể tích toàn phần (bình chia độ có thể tự chế tạo)
2. Tiến hành giải:
- Dùng cân xác định khối lợng m của nút chai, từ đó xác định đợc thể tích Vt của phần thuỷ tinh
D m Vt =
- Dùng bình chia độ và nớc để xác định thể tích toàn phần của nút chai. V => thể tích phần rỗng: Vr = V - Vt
Cũng có thể làm bài tập trên với một vật rỗng nổi trong nớc, tìm thể tích phần rỗng.
Bài 3 : Một lò xo đợc treo thẳng đứng trên giá treo, giá đặt trên mặt bàn nằm ngang, một đĩa cân có gióng treo, một hộp quả cân, một thớc dài chia đến mm. Làm thế nào để tìm đợc khối lợng đĩa cân.
1. Phân tích bài toán
- Làm thế nào để biết đợc khối lợng đĩa cân mà trong tay em không có cân? - Cho lò xo các em phải nghĩ đến loại lực nào ta đã học ?
- Lực đàn hồi của lò xo quan hệ nh thế nào với độ biến dạng của lò xo ? - Khi treo một vật vào lò xo, vật cân bằng. Lực đàn hồi lò xo nh thế nào với trọng lợng vật ?
- Từ những phân tích trên em có thể trình bày cách xác định khối lợng đĩa cân đợc không ?
- Dùng thớc đo chiều dài lò xo khi cha đặt vật (giả sử l0 = c.m). - Treo đĩa cân lên lò xo (gọi khối lợng đĩa là. m)
- Đặt quả cân có khối lợng m1 (trọng lợng các quả cân là P1) vào đĩa đo chiều dài lò xo lúc này là l1
- Thay các quả cân m1 bằng các qủa cân m2 (trọng lợng lúc này là P2) đo chiều dài lò xo lúc này là l2
Vì cùng một lò xo nên ta có hệ thức: 2 2 1 1 x P x P = Hay 2 0 2 1 0 1).10 ( ).10 ( l l m m l l m m − + = − + => 2 1 2 0 1 1 0 2( ) ( ) l l l l m l l m m − − − − =
Thay các số liệu ta tính đợc khối lợng đĩa: m.
Với bài tập thí nghiệm này một lần nữa cho học sinh thấy đợc rằng ta có thể dùng nhiều cách để biết đợc khối lợng của vật, trong những điều kiện đã cho khác nhau.
Bài 4 : Xác định khối lợng riêng của một chất lỏng bất kỳ với dụng cụ gồm: Một cái chai, một chiếc cân với hộp quả cân và nớc cho biết khối lợng riêng của nớc là D1 = 1 g/cm3.
1. Phân tích bài toán:
- Để xác định khối lợng riêng của chất lỏng ta cần phải biết những đại lợng nào của chất lỏng ? (Biết m, v chất lỏng).
- Khối lợng chất lỏng đợc xác định nh thế nào ?
- Làm thế nào để xác định đợc thể tích chất lỏng khi không có bình chia độ? (Thông qua việc xác định thể tích nớc)
- Viết công thức tính Vn và Vcl 2. Tiến hành giải:
- Cân khối lợng chai đựng đầy nớc: m1
- Cân khối lợng chai đựng đầy chất lỏng cần xác định khối lợng riêng: m2 Tính thể tích chai: 2 2 1 1 D m m D m m − = −
(với: .D1 lợng riêng của nớc, D2 khối lợng riêng của chất lỏng cần tìm)
⇒ 1 1 2 2 .D m m m m D − − =
Bài 5 : Hãy tìm cách xác định khối lợng riêng của một hòn sỏi, với các dụng cụ: Cân đồng hồ (chính xác) một cốc nớc (biết Dn). Không đợc dùng bình chia độ.
1. Phân tích bài toán:
- Để xác định khối lợng riêng của sỏi cần phải biết những đại lợng nào ? - Có thể dùng thớc để đo thể tích hòn sỏi đợc hay không ? (Không, vì hòn sỏi có dạng hình học phức tạp).
- Làm thế nào để đo đợc thể tích sỏi khi chỉ đợc sử dụng các dụng cụ đã cho ?
- Hiện tợng gì xảy ra khi thả hòn sỏi vào cốc đựng đầy nớc ? - Thể tích lợng nớc tràn ra quan hệ nh thế nào với thể tích sỏi ? - Làm thế nào để xác định đợc khối lợng nớc tràn ra ?
- Tính thể tích nớc tràn ra nh thế nào ? 2. Tiến hành giải:
- Cân cốc đựng đầy nớc : khối lợng m. - Cân hòn sỏi : khối lợng ms
- Thả hòn sỏi vào cốc nớc cho nớc tràn ra (thể tích nớc tràn ra chính bằng thể tích sỏi ).
- Cân cốc nớc có sỏi : khối lợng : m'
⇒ khối lợng nớc tràn ra (mn) : mn = m + ms - m' Thể tích nớc tràn ra: n n n D m V = Cuối cùng :
n s s n n s s s s n n xD m m m m xD m m D D m D m ' − + = = ⇒ =
Bài 6: Có một quả cầu bằng kim loại đồng chất (đã biết khối lợng riêng) làm thế nào để biết đợc quả cầu đó là đặc hay rỗng khi không đợc phép gõ mạnh hay va chạm mạnh vào quả cầu, cho bình chia độ, nớc, cân
1. Phân tích bài toán:
- Bằng các giác quan (tay, mắt ) có biết đ… ợc quả cầu đặc hay rỗng không? Muốn biết quả cầu đặc hay rỗng ta phải biết những đại lợng nào ?
- Sau khi cân khối lợng quả cầu, đo thể tích quả cầu. Làm thế nào để khẳng định quả cầu đặc hay rỗng ?
- Có cách nào để xác định đợc quả cầu đặc hay rỗng nữa không ?
2. Tiến hành giải:
- Cân khối lợng quả cầu: m'
- Dùng bình chia độ để đo thể tích của quả cầu: V. - Tính khối lợng : m = D.V
- Nếu: m'< m quả cân rỗng. m'= m quả cân đặc.
• Có thể so sánh theo khối lợng riêng
Vm m
D'= ' (D' là khối lợng riêng của quả cầu khi giả định) Nếu D' < D quả cân rỗng
D' = D quả cân đặc
Bài 7. Cho một ống nghiệm chia độ, một bình thủy tinh hình trụ đựng nớc ,…
một gói muối tinh khô. Hãy xác định :
a, Khối lợng riêng của muối tinh khô.
b, Khối lợng riêng của nớc muối bão hoà (không thể hoà tan thêm muối nữa trong nớc ).
- Thể tích của lợng muối, thể tích của nớc muối bão hoà có xác định đợc không ? (Đợc, vì ống nghiệm đã có chia độ).
- Khối lợng muối, nớc muối bão hoà xác định nh thế nào khi không có cân ? - Khối lợng quan hệ nh thế nào với trọng lợng ?
- Tìm cách xác định trọng lợng muối, thông qua trọng lợng nớc ? - Xác định trọng lợng nớc muối bão hoà cũng tơng tự.
- Viết công thức xác định trọng lợng vật thông qua trọng lợng riêng và thể tích ?
2. Tiến hành giải:
a, Xác định khối lợng riêng của muối tinh khô
- Đổ vào ống nghiệm chia độ (khô) một lợng muối tinh khô sao cho khi thả ống vào trong bình hình trụ đầy nớc thì ống chìm tới mức mà miệng ống chỉ cao hơn mặt nớc một đoạn ngắn. Xác định thể tích V1 của muối lúc đó.
- Đổ muối tinh ra, đổ nớc vào ống nghiệm sao cho khi thả vào bình hình trụ dựng nớc thì ống cũng chìm tới mức nh trên. Xác định thể tích V2 của nớc trong ống nghiệm lúc đó.
- Ta có trọng lợng muối P1 + trọng lợng ống nghiệm P = trọng lợng nớc P2 + trọng lợng ống nghiệm P
-Từ đó: P1 = P2
suy ra d1 V1 = d2 V2 (d1 trọng lợng riêng của muối tinh d2 trọng lợng riêng của nớc) Vậy : 1 2 2 1 1 2 2 1 V V D D V V d d = ⇒ = Và 2 1 2 1 .D V V D =
b, Xác định khối lợng riêng của nớc muối bão hoà
- Hoà tan muối tinh vào nớc đến mức khuấy rất kỹ mà muối không thể tan hết. Đổ nớc muối bão hoà này vào ống nghiệm chia độ rồi lại nhúng vào nớc sao cho ống nớc muối chìm tới mức nh trên. Xác định thể tích nớc muối V3 ta tính đ- ợc khối lợng riêng D3
3 2 2 3 V V D D =
Bài 8: Một lọ thuỷ tinh đựng đầy muối tinh khô, đợc nút chặt bằng nút thuỷ tinh. Tìm cách xác định khối lợng muối trong lọ mà không đợc mở nút, cho biết khối lợng riêng của muối tinh khô và nớc lần lợt là D1, D2
Cho các dụng cụ: Cân, bộ quả cân, bình chia độ và nớc. 1. Phân tích bài toán:
- Thể tích toàn phần của lọ đựng muối có xác định đợc không ? xác định nh thế nào ?
- Thể tích xác định ở trên bao gồm những thể tích nào ?
- Khối lợng toàn phần của lọ đựng muối đợc xác định nh thế nào ? - Khối lợng này bao gồm những khối lợng nào ?
- Viết công thức tính thể tích toàn phần (lọ + muối) ? Khối lợng toàn phần (lọ + muối) ?
2. Tiến hành giải:
- Dùng cân xác định khối lợng tổng cộng của lọ đựng muối m = m1 + m2 (1) với m1 là Khối lợng lọ m2 là Khối lợng muối - Dùng bình chia độ xác định thể tích của lọ V = V1 + V2 (2) với V1 : thể tích lọ V2 : thể tích muối mà 2 2 1 1 2 1 D m D m V V + = + rút m1 từ (1) thay vào (2) ta có m1 = m - m2 ⇒ mD−m +Dm =V 2 2 1 2 ⇒ m D2 - m2 D2 + m2 D1 = V . D1 . D2 m2 (D1 - D2) = V . D1 . D2 - mD2 M
Vậy : 2 1 1 2 2 ) ( D D m VD D m − − =
các yếu tố D1 & D2 đã biết V1 m xác định từ thí nghiệm.
Bài 9: Tìm cách xác định gần dùng áp suất của ngời đứng bằng hai chân tác dụng lên mặt đất, với các dụng cụ tự chọn, đơn giản và dễ kiếm.
1. Phân tích bài toán.
- Muốn xác định áp suất ngời tác dụng lên mặt đất cần phải biết những đại l- ợng nào ?
- áp lực ngời tác dụng lên mặt đất là lực nào ?
- ở đây diện tích bị ép là diện tích nào? Làm thế nào để xác định đợc diện tích bị ép.
- Nêu công thức tính áp suất. 2. Tiến hành giải:
- Cân khối lợng ngời (bằng cân y tế), có thể đã biết trớc khối lợng ngời. - Từ khối lợng ngời suy ra trọng lợng ngời chính là áp lực tác dụng lên mặt đất nằm ngang. (P)
- Lấy tờ giấy kể ô vuông mỗi cạnh 1cm; đặt bàn chân lên giấy đó dùng bút chì vẽ đờng chu vi của bàn chân lên giấy đó, đếm gần đúng tổng số ô vuông trong đờng đó để suy ra diện tích tiếp xúc của một bàn chân (đơn vị cm2), nhân kết quả diện tích đó với 2 ta đợc S
- áp suất do ngời tác dụng lên mặt đất