Thiết kế pit-tông truyền lực:
Sử dụng nắp ống nước PVC ø42 để làm xi-lanh, xác định tâm và khoan lỗ gắn ống dẫn khívà gắn trên giá đỡ.
Sử dụng bong bóng cao su để làm pit-tơng truyền lực.
Hình 2.24. Gia cơng pittong truyền lực
Cắt vỏ lon sữa bò cao khoảng 5cm, đáy khoét lỗ sao cho vừa lọt xi-lanh, rồi dùng keo AB gắn với phần trên của xi-lanh.
Hình 2.25. Lắp ráp xilanh với nguồn lạnh
Thiết kế hệ thống truyền động, bánh đà:
Sử dụng các thanh thép nhỏ được uốn các góc vng và ốc vít như hình, lắp thanh thép xun qua thành bên của nắp trên xi-lanh.
Nối phần pit-tông truyền lực, trục pit-tông tự do, bánh đà với thanh quay. Bánh đà có thể tận dung các đĩa CD, DVD hoặc các tấm mi-ca.
Hình 2.27. Lắp ráp trục quay, bánh đà
Thiết kế bánh xe:
Hệ thống bánh răng được tận dụng từ các mô-tơ trong các xe ô-tô đồ chơi (tháo phần mô-tơ, chỉ giữ lại thanh truyền và hệ thống bánh răng).
Hình 2.28. Bánh răng truyền động
Đế được làm từ tấm nhơm, có gắn các bánh xe và gắn nguồn nhiệt.
Sử dụng dây thun để truyền chuyển động quay của bánh đà tới mô-tơ để quay bánh xe.
Hình 2.30. Xe chạy bằng động cơ Stirling
Nguyên lý hoạt động:
Phần đáy của xi-lanh được nhận nhiệt làm cho nhiệt độ của khối khí phía dưới tăng cao nhưng phần khí bên trên lại được làm lạnh bởi nước. Do đó có sự chênh lệch nhiệt độ giữa khối khí trên và dưới pit-tông làm cho pit-tông tự do trong xi- lanh chuyển động lên xuống. Vào thời điểm pit-tơng chuyển động lên trên, khí bên trong lon được nung nóng và chiếm đầy thể tích phía dưới lon, bong bóng cao su dãn ra, phồng lên. Khi pit-tơng chuyển động xuống dưới, phần khơng khí lạnh sẽ chiếm đấy thể tích phía trên, bong bóng cao su co lại, lõm xuống. Sự co giãn bong bóng cao su được thành chuyển động quay của trục quay. Trục quay quay làm quay bánh đà. Chuyển động quay của bánh đà được truyền xuống bánh xe nhờ vịng dây và mơ-tơ, khi đó xe chuyển động tịnh tiến.
Nhiệm vụ 4: Thiết kế, chế tạo mơ hình máy thổi đá (máy lạnh mini).
Ý tưởng: Mùa hè, thời tiết nóng bức làm con người rất khó chịu. Để làm mát nhiệt độ trong phòng, chúng ta thường sử dụng máy lạnh. Tuy nhiên máy lạnh được bán trên thị trường giá tiền khá cao (từ khoảng vài triệu đến hàng chục
triệu). Hơn nữa chúng ta chỉ có nhu cầu làm lạnh nhanh vùng khơng khí xung quanh người mà khơng cần làm lạnh cả phòng.
Hướng dẫn Nguyên vật liệu:
Thùng xốp
Pin 1,5V
Máy bơm nước mini
Ống nước Tấm cooling pad Quạt mini Keo dính sắt Dây điện Cách làm:
Ngăn lạnh: được làm từ thùng xốp, trên thân thùng xốp khoét lỗ để lắp quạt hút
Hình 2.32. Gia cơng ngăn lạnh
Lắp quạt hút ở một đầu ống dẫn khí, nối quạt với cơng tắc và nguồn điện.
Hình 2.33. Lắp quạt hút
Hình 2.31. Nguyên liệu thiết kế quạt thổi đá quạt thổi đá
Mặt đối diện với quạt hút cắt hình chữ U, cách đáy 10 – 15cm.
Cắt tấm cooling pad có kích thước bằng phần đã khoét trên thân thùng xốp.
Hình 2.34. Gia công dàn lạnh
Lắp máy bơm và ống nước trên tấm cooling pad.
Hình 2.35. Lắp ráp máy bơm và ống nước
Cho đá và đổ nước vào thùng xốp. Nguyên lý hoạt động:
Khi bật công tắc, quạt hút hoạt động, hút khí trong phịng thổi qua đường ống làm lạnh. Trong ống làm lạnh xảy ra quá trình truyền nhiệt từ khí với tấm
cooling pad làm cho nhiệt độ khí giảm. Khí sau khi làm lạnh được thổi ra ngồi phịng.
2.3.3. Hình thức tổ chức hoạt động ngoại khóa.
GV thực hiện lựa chọn ngẫu nhiên HS tình nguyện tham gia hoạt động ngoại khóa bằng việc sử dụng phần mềm random trực tuyến (thông qua website http://www.random.org), số lượng 16 HS.
GV nêu mục đích, nội dung và quy định thời gian của hoạt động ngoại khóa. Giáo viên tóm tắt kiến thức chương “Cơ sở nhiệt động lực học”, giới thiệu
các ứng dụng kĩ thuật của các kiến thúc vật lý trong chương: động cơ nhiệt, máy lạnh thơng qua mơ hình.
Trong thời gian diễn ra hoạt động ngoại khóa, GV thực hiện theo dõi, ghi chép các hoạt động của HS thông qua quan sát trực tiếp và qua các đoạn phim ghi lại nhờ máy quay.
Trong suốt hoạt động ngoại khóa, HS là người chủ động đề xuất, thiết kế và lắp ráp các mơ hình sản phẩm của mình, giáo viên chỉ là người hỗ trợ và cố vấn.
Các thành viên trong nhóm tự phân cơng nhiệm vụ để thực hiện các phương án của nhóm mình. Việc tìm kiếm ngun vật liệu được các thành viên tự thu thập ngoài thời gian trong buổi ngoại khóa. Việc thiết kế, lắp ráp, vận hành sản phẩm được tiến hành qua ba buổi ngoại khóa.
Buổi ngoại khóa thứ 4, các nhóm báo cáo kết quả thơng qua Hội vui Vật lí do giáo viên tổ chức.
2.3.4. Phương pháp dạy học ngoại khóa
Sử dụng phương pháp dạy học theo nhóm: GV thực hiện chia nhóm một cách ngẫu nhiên nhưng phải đảm bảo khơng có sự khác biệt nhiều về năng lực, giới tính (nam nữ) giữa các nhóm, mỗi nhóm gồm 4 HS. Mỗi nhóm được nhận một nhiệm vụ khác nhau và hoàn toàn độc lập trong việc giải quyết nhiệm vụ. Nhiệm vụ được giải quyết khi các nhóm đưa ra được mơ hình sản phẩm.
Các nhóm tự chủ trong việc giải quyết nhiệm vụ bằng cách các thành viên cùng thảo luận, nêu ý kiến, phân chia công việc để đưa ra được mơ hình sản phẩm giải quyết nhiệm vụ. GV chỉ là người cố vấn hay giải đáp một số khó khăn mà nhóm mắc phải nhưng khơng có cách giải quyết, đồng thời giữ cho các nhóm “đi đúng” theo mục tiêu cần đạt để giải quyết nhiệm vụ.
Việc báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ được thực hiện trong “Hội vui Vật lí” do GV tổ chức.
2.3.5. Tiến trình tổ chức hoạt động ngoại khóa.
Hoạt động ngoại khóa được dự kiến tổ chức trong thời gian 4 buổi (ngoài giờ lên lớp), 180 phút/buổi.
Bảng 2.1. Dự kiến hoạt động ngoại khóa ở mỗi buổi
Thời gian Hoạt động của GV Hoạt động của HS Ghi chú
Buổi 1 - Chọn HS tham gia ngoại khóa, tiến hành chia nhóm, sắp xếp vị trí làm việc của mỗi nhóm. - Thơng báo mục đích của hoạt động ngoại khóa. - Thông báo quy
định khi tham gia hoạt động ngoại khóa.
- Tóm tắt lý thuyết trong chương “Cơ sở Nhiệt động lực học”. - Thực hiện điều động của GV - Ghi nhận - Ghi nhận - Ghi nhận
Thời gian Hoạt động của GV Hoạt động của HS Ghi chú - Giao nhiệm vụ cho các nhóm dưới dạng tình huống có vấn đề. - Tổ chức cho các nhóm thảo luận để đưa ra được hướng giải quyết nhiệm vụ. Đồng thời theo dõi, ghi chép các biểu hiện, hoạt động có “tính phát hiện vấn đề” của học sinh. - Nhận nhiệm vụ. - Làm việc nhóm: tham gia thảo luận, đề xuất giả thuyết để giải quyết nhiệm vụ đươc giao.
Tổng kết buổi 1: GV hồn thành việc chia nhóm, giao nhiệm vụ cho các nhóm. Các nhóm đưa ra được hướng giải quyết tối ưu cho nhiệm vụ của mình (báo cáo vào cuối buổi 1).
Buổi 2 - Thông báo nội dung, phân bố thời gian hoạt động của buổi ngoại khóa.
- Theo dõi, quan sát, ghi chép các biểu hiện và hoạt động của học sinh. Đồng thời - Ghi nhận - Làm việc nhóm để dự kiến mơ hình sản phẩm
Thời gian Hoạt động của GV Hoạt động của HS Ghi chú
GV cố vấn, giúp đỡ kịp thời khi các em gặp khó khăn mà không giải quyết được hay đi lệch hướng với mục tiêu ban đầu. (hình vẽ), cách thức hoạt động và các nguyên vật liệu cần sử dụng.
Tổng kết buổi 2: HS báo cáo được mơ hình (dự kiến) của sản phẩm để giải quyết nhiệm vụ của mình. HS thực hiện tìm kiếm các ngun vật liệu để hiện thực hóa mơ hình của nhóm trong phịng thí nghiệm. Các ngun vật liệu khơng có trong phịng thí nghiệm, các nhóm phân cơng thành viên về nhà tìm kiếm.
Buổi 3 - GV theo dõi, quan sát các biểu hiện và hoạt động của HS. Đồng thời GV cố vấn, giúp đỡ kịp thời khi các em gặp khó khăn mà không giải quyết được. - Các nhóm thực hiện lắp ráp các mơ hình của mình. Thực hiện chạy thử các mơ hình
Tổng kết buổi 3: Các nhóm hồn thành việc lắp ráp các mơ hình và tiến hành chạy thử.
Buổi 4 Các nhóm trình bày sản phẩm, tham gia Hội vui Vật lý. Tổng kết hoạt động ngoại khóa.
Hướng dẫn thảo luận và dự kiến một số khó khăn mà HS mắc phải khi giải quyết nhiệm vụ:
Nhiệm vụ 1: Thiết kế, chế tạo mơ hình tên lửa mini sử dụng nhiên liệu.
Mục đích:
Phát hiện được thơng tin có chứa vấn đề cần giải quyết trong nhiệm vụ. Đề xuất được ngun lý hoạt động của mơ hình tên lửa mini và dùng kiến
thức vật lý giải thích được nguyên lý hoạt động đó.
Đề xuất được các mơ hình thiết kế tên lửa mini sử dụng nhiên liệu. Lựa chọn được mơ hình thiết kế tên lửa tối ưu nhất.
Sử dụng các ngun vật liệu để hiện thực hóa mơ hình.
Thể hiện ý kiến cá nhân trong việc đề xuất, lựa chọn, thiết kế, chế tạo mơ hình.
Bảng 2.2. Bảng dự kiến câu hỏi thảo luận giải quyết nhiệm vụ 1 khi tham gia HĐNK
Giáo viên Học sinh Hành vi biểu hiện Giai đoạn 1: GV giao nhiệm
vụ dưới dạng tình huống có vấn đề.
- Nêu tình huống có vấn đề: Bức thư nữ tu sĩ gửi cho Giám đốc NASA phản bác đầu tư tiền bạc cho việc thám hiểm vũ trụ. - Hãy nêu các phương
tiện mà con người sử dụng để tìm hiểu vũ trụ? - Nhận xét về kết quả mà các phương tiện đó đem lại? HS nhận nhiệm vụ, phân tích tình huống để phát hiện vấn đề cần giải quyết
- Trình bày ý kiến với quan điểm của nữ tu sĩ
- Kể tên một số phương tiện, công cụ con người sử dụng để tìm hiểu vũ trụ: kính thiên văn, vệ tinh nhân tạo.
- Nêu ưu và nhược điểm của việc tìm hiểu vũ trụ qua kính Phát hiện và làm rõ vấn đề: - Phân tích được tình huống. - Xác định và làm rõ thông tin - Phát hiện được vấn đề
Giáo viên Học sinh Hành vi biểu hiện
- Vệ tinh nhân tạo được đưa vào trong vũ trụ như thế nào?
Giai đoạn 2: GV cho HS
theo dõi đoạn phim mô tả q trình phóng tên lửa. Từ đó yêu cầu HS đề xuất mơ hình cho thiết kế.
- Lực nào có tác dụng đẩy tên lửa bay vào trong vũ trụ?
- Phản lực đẩy tên lửa chuyển động là do vật nào tác dụng lên?
thiên văn và nhờ vệ tinh nhân tạo.
- Vệ tinh nhân tạo được đưa vào vũ trụ nhờ tên lửa.
HS quan sát, huy động kiến thức để phát hiện nguyên lí cũng như cấu tạo chính của tên lửa qua đoạn phim. Từ đó đưa ra mơ hình tên lửa cần thiết kế.
- Phản lực.
- Tên lửa mang vệ tinh nhân tạo được phóng vào vũ trụ là nhờ luồng khí được phụt ra từ bên trong tên lửa, gây ra lực đẩy làm cho tên lửa chuyển động về hướng ngược lại với
- Phát hiện và làm rõ vấn đề. - Hình thành và kết nối được các vấn đề. - Thu thập thông tin đến việc nhiệm vụ thiết kế tên lửa mini. - Đề xuất và phân tích được các bộ phận chính cấu thành tên lửa. - Biết đặt các câu hỏi có giá trị khi tìm hiểu ngun lí cũng như cấu tạo của tên lửa
Giáo viên Học sinh Hành vi biểu hiện
- Làm thế nào để có thể đẩy luồng khí từ trong tên lửa ra ngoài để tạo ra phản lực tác dụng lên tên lửa?
- Làm thế nào để đốt nóng được khí trong tên lửa?
- Các bộ phận chính của tên lửa?
Giai đoạn 3: Tìm kiếm và
huy động thông tin để đưa ra được các nguyên vật liệu tốt nhất phục vụ cho việc hiện thực hóa mơ hình.
- Cần những nguyên liệu nào để chế tạo? (+ Lựa chọn nguyên liệu nào để làm buồng chứa khí? Tại
luồng khí. - Chất khí khi đốt nóng sẽ giãn nở, nếu quá trình giãn nở nhanh sẽ tạo ra lực có cường độ lớn.
- Trộn nhiên liệu vào trong buồng khí và sử dụng tia lửa để đốt.
- Buồng khí và đầu đốt.
- Thảo luận đưa ra ý kiến
- Thảo luận, làm việc
- Đánh giá được mơ hình tên lửa do các thành viên trong nhóm đưa ra.
Lựa chọn giải pháp và đánh giá giải pháp
Giáo viên Học sinh Hành vi biểu hiện
sao?
+ Lựa chọn nhiên liệu nào để đốt cháy ? Tại sao?
+ Lựa chọn nguyên liệu nào để làm đầu đốt? Tại sao ? + Lựa chọn nguyên liệu nào để làm bệ phóng? Tại sao?...+)
Giai đoạn 4: Gia công, lắp ráp các nguyên vật liệu để hiện thực hóa mơ hình, chạy thử mơ hình thiết kế. Từ đó chỉ ra được hạn chế của mơ hình và đưa ra được cách khắc phục.
nhóm
- Phân công nhiệm vụ.
- Tiến hành làm việc cá nhân theo phân công.
- Thực hiện gia công nguyên liệu.
- Thảo luận và tiến hành. - Lắp ráp mơ hình. - Chạy thử. - Đánh giá mơ hình. - Tìm hướng khắc phục. - Đề xuất được cách gia công vật liệu. - Thực hiện giải
pháp và đánh giá giải pháp.
- Phân tích và phát hiện được khuyết điểm của mơ hình. - Đề xuất được cách
khắc phục.
Khó khăn:
- Thiết kế đầu đốt, cần huy động kiến thức Điện trong chương trình Vật lí 9 để lắp ráp mạch.
- Thiết kế hình dạng của tên lửa để tên lửa có thể bay cao.
Nhiệm vụ 2: Thiết kế, chế tạo tua bin hơi nước.
Mục đích:
- Tìm kiếm được thơng tin có chứa vấn đề cần giải quyết ở trong nhiệm vụ. - Phát hiện được các vật dụng, máy móc có sử dụng tua bin hơn nước. - Đề xuất được nguyên lý hoạt động của tua bin hơi nước.
- Đề xuất và lựa chọn được mơ hình thiết kế tua bin hơi nước.
- Tìm kiếm được các nguyên vật liệu để lắp ráp mơ hình tua bin hơi nước. - Lắp ráp được mơ hình tua bin hơi nước hoàn thiện từ các nguyên vật liệu
đã có.
- Đề xuất được các phương án cải tiến, chỉnh sửa mơ hình tuabin hơi nước để tăng hiệu quả chuyển hóa năng lượng.
- Thể hiện được ý kiến của cá nhân thông qua thảo luận, đóng góp trong thiết kế, chế tạo tua bin hơi nước.
Bảng 2.3. Bảng dự kiến câu hỏi thảo luận giải quyết nhiệm vụ 2 khi tham gia HĐNK
Giáo viên Học sinh Hành vi biểu hiện Giai đoạn 1: GV giao
nhiệm vụ dưới dạng tình huống có vấn đề: Ở nhà máy nhiệt điện thì có sự chuyển hóa năng lượng như thế nào? - Tua bin hơi nước dùng để làm gì, nó có ở đâu?
Nhận nhiệm vụ thơng qua tình huống có vấn đề
- Tua bin hơi nước là một thiết bị có tác dụng chuyển hóa Phân tích tình hng để phát hiện và làm rõ vấn đề: - Phân tích được tình huống: ở nhà máy nhiệt điện thì cũng có ngun lí giống như nhà máy thủy điện
Giáo viên Học sinh Hành vi biểu hiện
Giai đoạn 2: GV cho HS
theo dõi đoạn phim mô tả