I. CHUẨN BỊ LÝ THUYẾT
Đọc SGK Vật lý 12 Chuẩn bài 3 và SGK Vật lý 12 NC bài 6 để trả lời các câu hỏi sau:
Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học? Vai trị thí nghiệm trong bài học?
II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Ghi lại đồ thị dao động của con lắc đơn.
III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Hộp gỗ
2. Giá thí nghiệm (gồm trụ đứng, thanh ngang, bảng chia độ, 2 khớp nối, dây treo)
3. Nam châm điện (điện áp 6 V - 12 V) 4. Quả nặng (bằng thép có gắn bút lơng) 5. Tấm ghi đồ thị (nhựa trắng sứ - 150 mm 500 mm). 6. Mực 7. Hộp gỗ
8. Dây nối (dùng chung)
9. Biến thế nguồn (dùng chung)
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
- Treo quả nặng lên giá lắp thẳng đứng trên hộp gỗ. Điều chỉnh độ cao của quả nặng sao cho bút lông chạm vào tấm ghi đồ thị.
- Cung cấp nguồn 6V - DC vào cho động cơ và nam châm hoạt động thông qua 2 chốt trên hộp gỗ. Nhỏ mực vào đầu bút lông.
- Đặt quả nặng chạm vào vị trí nam châm điện. Đặt tấm nhựa vào vị trí con lăn của động cơ.
- Ngắt công tắc điện của nam châm để cho quả nặng dao động.
- Bật cơng tắc của động cơ. Khi đó đầu bút dạ sẽ ghi lại hình dạng của đồ thị dao động của con lắc đơn.
5
2 1
3
4 6
Hình 3.13.1. TN ghi đồ thị dao động con lắc đơn
- Thao tác lại một vài lần với tốc độ của động cơ khác nhau rồi quan sát đồ thị.
V. BÀI TẬP
1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành cơng?
2. Vai trị của thí nghiệm trong mỗi bài học?
3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm: Mục 1, 2, Bài 3 - Con lắc đơn, SGKVL 12 Chuẩn.
Bài 3.14. THÍ NGHIỆM VỀ SĨNG NƯỚC
I. CHUẨN BỊ LÝ THUYẾT
Đọc SGK Vật lý 12 Chuẩn bài 8 và SGK Vật lý 12 NC bài 16 để trả lời câu hỏi sau: Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học?
II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
Khảo sát hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, phản xạ của sóng trên mặt nước.
III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Giá thí nghiệm (gồm khay nước, các chân đế)
2. Gương phẳng và màn hứng 3. Bộ rung
4. Cần tạo sóng (tạo 1 sóng phẳng, tạo 1 sóng trịn, tạo 2 sóng trịn)
5. Thanh chắn sóng (3 loại: không khe, 1 khe, 2 khe)
6. Nguồn sáng (12 V – 50 W) 7. Hộp gỗ
8. Biến thế nguồn (dùng chung) 9. Dây nối (dùng chung)
10. Máy phát tần số (dùng chung)
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Thí nghiệm về giao thoa
- Lắp ráp thí nghiệm như hình 3.14.2. (chú ý, túy theo từng phiên bản thí nghiệm
1 Hình 3.14.1. TN sóng nước 4 3 2 7 6 5
mà có thể lắp thí nghiệm theo hướng ngược lại).
- Lắp chậu: Luồn khay đựng nước vào đế thẳng đứng. Đặt tấm gương theo phương nghiêng tựa lên trụ. Lắp khay đựng nước lên trụ thông qua ốc trên khay nước. Siết các ốc vặn để cố định chân đế.
- Đổ nước vào khay rồi chỉnh các ốc vặn ở chân đế để chỉnh độ ngang cho mặt khay.
- Cấp điện 12V cho nguồn sáng và đặt dưới đáy chậu.
- Gắn cần rung và điều chỉnh để 2 quả cầu nhựa (nguồn phát sóng) chạm nhẹ vào mặt nước.
- Gắn cần rung vào chân đế rời, nối máy phát tần số với hệ rung. Chọn dải tần số 10 - 100 Hz, điện áp khoảng 2V cấp điện cho nguồn rung.
- Bật công tắc của máy phát tần số, điều chỉnh tần số cho đến khi quan sát thấy hiện tượng giao thoa rõ nhất. Xác định cực đại, cực tiểu giao thoa, cực đại chính giữa và hình dạng của chúng?
- Đo khoảng cách giữa các cực đại trong đoạn thẳng nối 2 nguồn sóng. Nhận xét kết quả (nếu thí nghiệm cho phép).
4.2. Thí nghiệm về sóng trịn
- Thay cần rung có một nguồn sóng (1 quả cầu nhựa). Cho thiết bị hoạt động. Điều chỉnh tần số phù hợp để quan sát được hình ảnh các sóng (trịn) rõ nhất. Đo khoảng cách giữa các vòng tròn sáng và cho nhận xét, từ đó kết luận về bước sóng của sóng nước?
4.3. Thí nghiệm về nhiễu xạ
- Thay đầu rung bằng cần tạo sóng phẳng, chỉnh để cần tạo sóng phẳng chìm khoảng 1/3 vào nước.
- Đặt chắn sóng 1 khe cách cần tạo sóng khoảng 4 cm, tần số phát sóng khoảng 24 Hz, ta thấy sóng sau khi qua khe sẽ có dạng trịn.
- Thay chắn sóng 1 khe bằng chắn sóng 2 khe, có độ rộng khe cỡ 1 cm, quan sát được hiện tượng giao thoa của hai nguồn sóng tạo bởi 2 khe vừa tạo ra.
Chú ý: Thay đổi các loại cần tạo sóng và dùng thanh chắn sóng để quan sát
hiện tượng giao thoa, tán xạ, nhiễu xạ, phản xạ…
V. BÀI TẬP
1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành cơng? Tại sao những đường cực đại sóng nước (các điểm mà phân tử nước dao động mạnh nhất) lại cho các đường sáng? Và ngược lại.
2. Có thể sử dụng thí nghiệm giao thoa hoặc thí nghiệm sóng trịn để đo vận tốc sóng nước được khơng? Tại sao?
3. Vai trò của TN1, TN2 trong bài học?
4. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm:
- Mục 1. Sự giao thoa của 2 sóng mặt nước. (Bài 16 - SGKVL 12 NC).
- Mục 1. Hiện tượng giao thoa của 2 sóng mặt nước. (Bài 8 - SGKVL12 Chuẩn).
Bài 3.15. BỘ THÍ NGHIỆM VỀ SĨNG DỪNG
I. CHUẨN BỊ LÝ THUYẾT
Đọc SGK Vật lý 12 Chuẩn bài 9 và SGK Vật lý 12 NC bài 15 để trả lời các câu hỏi sau:
1. Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học?
2. Tóm tắt logic xây dựng các kiến thức đó trong từng bài học?
II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
- Khảo sát về hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trên dây, trên lị xo. - Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng trên dây.
III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Lị xo mềm
2. Dây đàn hồi (dài 1000 mm) 3. Lực kế 5 N
4. Bộ ròng rọc 5. Bộ rung
6. Giá thí nghiệm 7. Tấm chỉ vạch 8. Hộp gỗ
9. Máy phát âm tần (dùng chung) 10. Đế 3 chân (dùng chung)
11. Dây nối (dùng chung)
* Hiện tượng cộng hưởng sóng dừng
Khi tạo thành sóng dừng, tại những điểm nằm cách đầu trên của dây một khoảng:
2
k
y= (k = 1, 2, 3…), sóng tới và sóng phản xạ ngược pha, tạo ra các điểm đứng yên, gọi là các nút sóng.
Tại những điểm nằm cách đầu trên của dây một khoảng:
4 ) 1 2 ( + = k y , sóng tới
và sóng phản xạ cùng pha, tạo ra các điểm có biên độ cực đại gọi là các bụng sóng. Chiều dài dây (khoảng các từ điểm đứng yên đến nguồn) thỏa mãn điều kiện:
2
k
l= , sợi dây dao động ổn định, các nút và bụng hoàn toàn xác định, các bụng sóng có biên độ lớn hơn nhiều so với 2a; đó là hiện tượng cộng hưởng sóng dừng. Cơng thức
2
k
l= xác định điều kiện cộng hưởng sóng dừng trên dây có hai đầu cố định. Đo khoảng cách d giữa 2 nút, ta xác định được bước sóng của sóng truyền:
= 2d (3.15.1)
Khi đó, vận tốc truyền sóng v trên dây là: v = .f (3.15.2)
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Thí nghiệm với sóng ngang
- Lắp giá thí nghiệm vào chân đế, di chuyển thanh ngang lên gần đỉnh của giá. - Treo lực kế vào dây, móc dây đàn hồi vào lực kế. Gắn bộ rung vào khớp nối bên dưới sao cho cần rung vng góc với dây.
- Cắm chốt cắm thứ nhất trên dây đàn hồi vào thanh ngang, chốt cắm thứ 2 vào tâm của bộ rung.
- Cấp điện khoảng 3V cho bộ rung từ máy phát tần số. Đặt máy phát tần số ở dải
Hình 3.15.1. Thí nghiệm sóng dừng 3 2 4 5 6 7 1
10 - 100Hz.
a) Giữ cố định tần số f = 30Hz, lực căng sợi dây là F = 1N. Dịch chuyển con trượt xuống dưới để điều chỉnh khoảng cách l tới khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng.
- Dùng tấm chỉ vạch đo khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp, ghi giá trị d và l ứng với f = 30 Hz và F = 1N vào bảng 1.
b) Giữ cố định tần số f = 50 Hz và khoảng cách l = 60 cm. Vặn vít điều chỉnh giá lực căng F của sợi dây (thông qua số chỉ lực kế) cho tới khi
xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng ổn định trên dây. Quan sát số nút và bụng này. Đo khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp. Ghi giá trị d và F ứng với f = 50 Hz và l = 65cm vào bảng 1.
c) Giữ cố định tần số F = 2,0 N và khoảng cách l = 60 cm. Thay đổi tần số máy
phát để điều chỉnh tần số tới giá trị f xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng với 1, 2, 3… bụng sóng ổn định trên dây. Quan sát số nút và bụng này. Đo khoảng cách d giữa 2 nút kế tiếp. Ghi giá trị d và f ứng với F = 2,0 N và l = 60 cm vào bảng sau:
Phép đo f = 30 Hz, F = 1,0 N f = 50 Hz, l = 65 cm F = 2,0 N, l = 60 cm l = … (m) F = …..(N) f = …..(Hz) d (m) (m) v (m/s) F v2
d) Tính bước sóng và tốc độ truyền sóng v trên dây theo các cơng thức (3.15.1), (3.15.2).
e) Tính so sánh giá trị các tỉ số với mỗi phép đo để kết luận về quan hệ phụ
thuộc của tốc độ truyền sóng v trên dây vào lực căng F.
4.2. Thí nghiệm với sóng dọc (lị xo)
- Xoay bộ rung để cần rung cùng phương với lị xo.
- Móc lị xo vào thanh ngang, đầu cịn lại móc vào cần rung. Điều chỉnh đế ba chân để giá đỡ thẳng đứng.
- Vặn nút thang đo trên máy phát tần số ở dải 10 - 100 Hz. Điều chỉnh để f = 30 Hz.
- Điều chỉnh núm biên độ vừa đủ để quan sát thấy các vòng lò xo dao động dọc theo phương thẳng đứng.
- Nhấn nút TĂNG hoặc GIẢM trên máy phát tần số để điều chỉnh tần số f cho tới khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sóng dừng trên lị xo với 1, 2, 3…bụng sóng (vị trí tại đó các vịng lị xo giãn xa nhau nhất) có biên độ lớn nhất và ổn định. Quan sát số nút và bụng sóng này.
V. BÀI TẬP
1. Ghi lại các kết quả ứng với các thí nghiệm? Nêu những chú ý khi tiến hành thí nghiệm để đảm bảo thành cơng?
2. Vai trò của thí nghiệm trong mỗi bài học? Bản chất của hiện tượng sóng dừng là gì? Tại sao biên độ sóng dừng lại rất lớn so với biên độ sóng tới?
3. Soạn thảo tiến trình dạy học có sử dụng thí nghiệm:
- Mục II, 1 –Sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định (Bài 9 - SGKVL 12 Chuẩn).
- Mục 2 - Sóng dừng (Bài 9 - SGKVL 12 NC).
Bài 3.16. MÁY BIẾN ÁP VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA
I. CHUẨN BỊ LÝ THUYẾT
Đọc SGK Vật lý 12 Chuẩn bài 16 và SGK Vật lý 12 NC bài 32 để trả lời câu hỏi sau: Nêu một cách ngắn gọn, chính xác nội dung các kiến thức mới cần xây dựng được trong từng bài học?
II. MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM
➢ Khảo sát về máy biến áp, gồm:
- Khảo sát cấu tạo của máy biến áp (MBA).
- Khảo sát hoạt động của MBA không tải. Nghiệm công thức tỉ số MBA. - Khảo sát hoạt động của MBA có tải, xác định hiệu suất của máy biến áp.
➢ Nghiên cứu quá trình truyền tải điện năng đi xa, cụ thể khảo sát cơng suất Hình 3.15.3. TN sóng dừng dọc
hao phí trên đường dây tải điện trong 2 trường hợp:
- Không dùng máy tăng áp trước khi truyền tải điện.
- Dùng máy tăng áp trước khi truyền tải điện.
III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
1. Máy biến áp (bộ gồm 2 cái. Cuộn sơ cấp có 2 cuộn dây, mỗi cuộn 200 vòng, điện áp vào tối đa 12 V; cuộn thứ cấp có 2 cuộn dây 400 vịng và 200 vòng; lõi sắt từ).
2. Đèn (6 V - 3 W) 3. Dây tải điện
(600 mm, có gắn điện trở 10 – 5 W) 4. Hộp gỗ
5. Trụ thép (dùng chung)
6. Đồng hồ đo điện đa năng (dùng chung) 7. Biến thế nguồn (dùng chung)
8. Dây nối (dùng chung)
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 4.1. Khảo sát về máy biến áp
4.1.1. Tìm hiểu cấu tạo của MBA
Máy biến áp dùng trong thí nghiệm có thể tháo lắp được, tìm hiểu cuộn sơ cấp, thứ cấp, lõi biến áp, đế máy…
4.1.2. Khảo sát hoạt động của MBA không tải. Nghiệm công thức tỉ số biến áp
❖ Thí nghiệm 1
- Tắt khóa K của nguồn điện AC - DC và vặn núm xoay của nó đến vị trí 6 V. Mắc MBA theo sơ đồ mạch tăng áp.
- Chọn cuộn sơ cấp N1 = 200 vòng, nối với nguồn điện AC - DC (trên biến thế). - Chọn cuộn thứ cấp N2 = 400 vòng và để hở. - Tính tỉ số biến áp: 1 2 N N k= (3.16.1)
- Bật công tắc K của nguồn điện AC - DC (máy biến áp nguồn), ghi lại các giá trị điện áp U1 giữa hai đầu cuộn sơ cấp trên vôn kế V1, U2 giữa hai đầu cuộn thứ cấp
1
Hình 3.16.1. Bộ TN máy biến áp
2 3
trên vôn kế V2. - Tính tỉ số điện áp: 1 2 1 U U k = (3.16.2)
- So sánh tỉ số biến áp k và tỉ số điện áp k1 bằng sai lệch tỉ đối:
k k k k k1 − 1 = (3.16.3) ❖ Thí nghiệm 2
- Tắt công tắc K của nguồn điện, giữ nguyên vị trí điện áp 6 V và cuộn thứ cấp N2 = 400 vòng. Chọn cuộn sơ cấp N1’ = 200 vòng (trong cùng cuộn dây D2 với cuộn thứ cấp). Làm tương tự thí nghiệm 1.
- Tính tỉ số điện áp: 1 2 1 U U k = (3.16.4) - Tìm độ lệch tỉ đối: k k k k k1 − 1 = - So sánh giá trị của k k1 và k k1
. Nhận xét và kết luận. Giải thích kết quả đó?
4.1.3. Khảo sát hoạt động của MBA có tải. Xác định hiệu suất biến áp
❖ Thí nghiệm 3
- Tắt công tắc K của nguồn điện. Mắc MBA theo sơ đồ mạch tăng thế. Giữ nguyên điện áp nguồn là 6 V.
- Chọn cuộn sơ cấp là N1 = 200 vịng (trong cuộn D1) và nối nó với nguồn điện. - Dùng hai dây dẫn nối cuộn thứ cấp N2 = 400 vòng với tải tiêu thụ gồm 2 đèn Đ1, Đ2 loại ( 6V - 3W) mắc nối tiếp.
- Bật công tắc K, ghi các giá trị điện áp và cường độ dòng điện U1, I1; U2, I2 của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
- Tính cơng suất điện P1 = U1.I1 cung cấp cho MBA và công suất điện P2 = U2.I2 do MBA cung cấp cho tải tiêu thụ. Từ đó, xác định hiệu suất MBA:
1 2 P P H = (3.16.5) ❖ Thí nghiệm 4
- Thay cuộn sơ cấp N1 bằng cuộn sơ cấp N1’ = 200 vòng (trong cùng cuộn dây D2 với cuộn thứ cấp).
- Bật công tắc K của nguồn điện. Ghi lại các giá trị U’1, I’1 và U’2, I’2 của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
- Tính cơng suất điện P1 = U1.I1 cung cấp cho MBA và công suất điện P2 = U2.I2 do MBA cung cấp cho tải tiêu thụ. Xác định xác định hiệu suất MBA:
1 2 P P H = (3.16.6) - So sánh giá trị H và H’. Nhận xét và kết luận.
4.2. Khảo sát sự truyền tải điện năng đi xa
❖ Thí nghiệm 5
- Mắc mạch điện như hình 3.16.2. Chọn