Chương 2. Thiết kế, chế tạo và sử dụng một số thí nghiệm về Dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông
2.2. Các thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh
2.2.1. Thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ hiện có sẵn
Hiện nay các trường phổ thông đều có trang bị bộ thí nghiệm khảo sát dao động cơ, phần này sẽ tìm hiểu về mục đích, dụng cụ, cách khảo sát và ưu nhược điểm của bộ thí nghiệm hiện có.
Mục đích sử dụng bộ thí nghiệm
- Khảo sát thực nghiệm nhằm tìm mối quan hệ giữa biên độ, khối lượng, chiều dài và chu kì của con lắc đơn, con lắc lò xo;
- Khảo sát thực nghiệm hiện tượng cộng hưởng dao động;
- Từ việc khảo sát thực nghiệm suy ra các công thức tính chu kì của con lắc đơn, con lắc lò xo, khảo sát tính gia tốc trọng trường g;
- Nhận biết có 2 phương pháp dùng để phát hiện ra một định luật vật lí:
+ Phương pháo suy diễn toán học: Dựa vào một thuyết hay một định luật đã biết để suy ra định luật mới rồi dùng thí nghiệm để kiểm tra sự đúng đắn của nó.
+ Phương pháp thực nghiệm: Dùng một hệ thống thí nghiệm làm bộc lộ mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng có liên quan nhằm tìm ra định luật mới.
Bộ thí nghiệm gồm
(1) Giá đỡ bằng nhôm, cao 75 cm, đặt thẳng đứng.
(2) Thanh ngang bằng nhôm, dài 35 cm, dùng treo các con lắc.
(3) Đế ba chân bằng sắt, có hệ vít chỉnh cân bằng.
(4) Thước thẳng dài 700 mm gắn trên giá đỡ.
(5) Dây sợi tổng hợp, mảnh, không dãn, dài 100 cm.
(6) Ròng rọc bằng nhựa, đường kính 5 cm, có khung đỡ trục quay.
(7) Thanh ke nhôm, dài 10 cm.
(8) Đồng hồ đo thời gian hiện số, có hai thang đo 9,999 s và 99,99 s.
(9) Cổng quang điện hồng ngoại, dây nối và giắc cắm 5 chân.
(10) Các vật nặng có đường kính 25 mm và 20 mm.
Ngoài ra bộ thí nghiệm còn gồm có 2 lò xo với độ cứng khác nhau, và thanh treo các con lắc đơn có độ đài khác nhau phục vụ cho khảo sát dao động cộng hưởng, 4 quả nặng hình trụ với khối lượng tương ứng 50gam/1 quả.
Quy trình sử dụng bộ thí nghiệm tìm hiểu kiến thức
- Sử dụng bộ thí nghiệm xác định thời gian chuyển động của vật cản khi đi qua cổng quang, thời gian sẽ hiển thị trên đồng hồ hiện số, ghi lại các thời gian;
- Thay đổi các đại lượng (chiều dài con lắc, khối lượng vật nặng, lò xo với độ cứng khác nhau) thực hiện thao tác tương tự xác định thời gian vật chắn cổng quang;
- Sử dụng kết quả thời gian thu được rút ra các quy luật công thức của chu kì, xây dựng các đại lượng biên độ, tần số, tần số góc,…
Hình 2.1. Hình bộ thí nghiệm thực hành dao động cơ học
- Sử dụng kết quả vẽ đồ thị phụ thuộc tỉ lệ của các đại lượng rút ra kết luận về sự phụ thuộc của các đại lượng cần khảo sát.
Ưu nhược điểm của bộ thí nghiệm hiện có
Ưu điểm:
- Đây là TN được cung cấp đồng bộ, thống nhất với nội dung, chương trình sách giáo khoa vật lí THPT. Mỗi trường phổ thông đều có chính sách quản lí và bảo quản các dụng cụ chặt chẽ, số lượng dụng cụ của mỗi bộ TN được cung cấp tương đối đầy đủ. Tính chính xác của những bộ TN này tương đối cao, do đó tạo điều kiện thuận lợi và cơ sở khoa học cho GV trong các giờ học vật lí.
- Những TN này đã được kiểm định chặt chẽ trước khi tiến hành sản xuất hàng loạt, do đó phần lớn có tính thẩm mĩ và được thiết kế phù hợp.
- Tiến hành thí nghiệm thao tác lắp ráp đơn giản, số liệu hiển thị trực quan.
Hạn chế:
- Vì nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan mà một số dụng cụ TN có chất lượng không cao, dễ hỏng hóc trong quá trình sử dụng. Một số khác lại thiếu chính xác, sai số nhiều trong các phép đo, do đó chưa mang lại hiệu quả như mong muốn của GV trong QTDH.
- Một số TN thường cồng kềnh, không thuận tiện trong việc di chuyển từ phòng TN đến các phòng học, gây trở ngại cho GV khi dạy các bài có TN tại lớp học.
- Để sử dụng hiệu quả các TN này đòi hỏi GV cần có kỹ năng thực hành nhất định. Đặc biệt, một số TN phức tạp có thể mất rất nhiều thời gian để chuẩn bị và thao tác thuần thục trên dụng cụ, do đó khiến một số GV ngần ngại khi sử dụng TN trong QTDH.
- Học sinh tốn nhiều thời gian trong quá trình xử lí số liệu, vẽ đồ thị;
- Bộ thí nghiệm chỉ xác định được thời gian vật chuyển động qua một ví trí cố định, không đưa ra được đồ thị chuyển động của vật, chỉ khảo sát được các đại lượng như chu kì, biên độ không nhìn ra được đồ thị dạng sin/cos.