SKKN Thiết kế một số phương án thực hành đo hệ số ma sát dùng cho học sinh lớp 10

SKKN Thiết kế một số phương án thực hành đo hệ số ma sát dùng cho học sinh lớp 10 1 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM THIẾT KẾ MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH ĐO H[.]

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG

-SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

THIẾT KẾ MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH ĐO HỆ SỐ

MA SÁT DÙNG CHO HỌC SINH LỚP 10

Người thực hiện: Tào Thị Hạnh Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực môn: Vật lý

THANH HOÁ NĂM 2016

MỤC LỤC

Trang

1 Mở đầu 2

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 3 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm và các giải pháp đã sử

dụng để giải quyết vấn đề 3 2.2 Một số bài tập lập phương án thực hành 9 2.3 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 10 2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục,

với bản thân đồng nghiệp và nhà trường 10

3 Kết luận và kiến nghị 10 Tài liệu tham khảo 11

THIẾT KẾ MỘT SỐ phương án thực hành đo hệ số ma sát DùNG CHO học sinh lớp 10.

1- mở đầu

Vật lý là một mụn khoa học thực nghiệm, mọi định luật hiện tượng đều được rỳt ra từ thực nghiệm hoặc được kiểm chứng bằng thực nghiệm Vậy nhưng trong quỏ trỡnh dạy học bản thõn tụi cũn gặp nhiều khú khăn khi dạy cỏc tiết thực hành hoặc khi dạy cỏc tiết học cú cỏc định luật hiện tượng được rỳt ra từ thớ nghiệm Cú nhiều nguyờn nhõn dẫn đến khú khăn trờn như: Cỏc bộ thớ nghiệm trong phũng thớ nghiệm của nhà trường cũn chưa đảm bảo về số lượng cũng như chất lượng Mỗi lớp thường khoảng 45 học sinh nhưng mỗi bài thực hành chỉ khoảng 3,4 bộ cú thể dựng được, vậy nờn rất nhiều học sinh

dự rất muốn trực tiếp làm thớ nghiệm nhưng khụng được làm mà chỉ cú thể đứng quan sỏt cỏc bạn làm; Một khú khăn nữa là thời gian dành cho việc làm thớ nghiệm trong một tiết học là rất ngắn Nếu là thớ nghiệm biểu diễn thỡ chỉ

do giỏo viờn hoặc một vài bạn cựng làm, cả lớp qua sỏt ghi số liệu để rỳt ra định luật hiện tượng…Thời gian làm thớ nghiệm ngắn vỡ chỉ trong một tiết học vừa phải làm thớ nghiệm, vừa phải xử lớ số liệu để rỳt ra cỏc kết luận Học sinh chỉ được quan sỏt mà những bạn ngồi ở bàn dưới thỡ khú mà quan sỏt được

Hiện nay, xu hướng đổi mới về phương phỏp dạy học ở trường phổ thụng

là tích cực hoá quá trình hoạt động nhận thức của học sinh Đối với bộ môn Vật lý, xu hướng trên được thể hiện rõ trên nhiều mặt, trong đó có việc tăng cường hoạt động thực nghiệm của học sinh không chỉ trong giờ học chính khoá mà còn cả trong các giờ học ngoại khoá và kể cả ở nhà nữa Việc bồi dưỡng cho các em có kĩ năng thực nghiệm và xây dựng những phương pháp thí nghiệm mới của riêng mình từ những bài toán thí nghiệm giúp các em hiểu đúng hơn về bản chất của môn Vật Lý từ đó các em sẽ yêu thích môn vật

lý hơn và tích cực vận dụng kiến thức vật lý vào sáng tạo kĩ thuật và đời sống

Việc bồi dưỡng cho các em kĩ năng thực nghiệm đòi hỏi giáo viên mất rất nhiều công sức: tìm tòi tài liệu, tổ chức cho các em thực hành Một điều khó hơn là phải suy nghĩ tìm tòi cách dạy sao cho học sinh ham mê thí nghiệm, các em không những làm những bài tập định sẵn mà phải tự sáng tạo những bài tập thực nghiệm, những phương pháp mới của riêng mình

Theo hướng đó,qua thực tế tôi đã soạn được một số bài thực nghiệm dành cho các em học sinh phổ thông và thấy rằng chúng giúp ích rất nhiều trong việc nâng cao niềm đam mê của học sinh đối với môn học Vật lý Sau đây tôi xin trình bày một số phương án thực hành đo hệ số ma sát dùng cho học sinh lớp 10

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm và các giải pháp đã áp dụng

để giải quyết vấn đề

Phương án 1: Đo hệ số ma sát nghỉ bằng cách thay đổi khối lượng vật và

dùng cân để xác định khối lượng từ đó xác định được hệ số ma sát nghỉ

a,Cơ sở lí thuyết

Cho cơ hệ như hình vẽ

- khi khối lượng của vật m còn nhỏ

hệ chưa chuyển động thì lực ma sát

nghỉ Fms giữa vật M và mặt phẳng ngang

bằngvới trọng lực P của vật m

- Tăng dần khối lượng của vật m đến khi

M bắt đầu trượt thì lực ma sát nghỉ đạt giá trị cực đại

Fms = Mg = mg

Từ đó tính được hệ số ma sát nghỉ m (1)

g

 

b, Tiến hành thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm như hình vẽ, ban đầu để khối lượng của vật m nhỏ để hệ không chuyển động Tăng dần khối lượng của m đến khi hệ bắt đầu chuyển

M

T

m

P

động thì dừng lại Cân khối lượng M và m, thay vào công thức (1) tính được

hệ số ma sát nghỉ 

*) Nhận xét : Trong phương án này, có

thể thay hệ bằng dây xích Khi vật bắt đầu

tự trượt

=  x

L x

x và L tỉ lệ với số mắt đếm được

c, Kết quả đo theo phương án 1:

*) Sai số:  0.256

 =  ( m M) = 0.01

  

Kết quả = 0.26  0.01

Phương án 2: Đo hệ số ma sát trượt bằng cách cho vật chuyển động chậm

dần đều

a,Cơ sở lí thuyết

Chọn hai vật có khối lượng m = M Thả

cho rơi từ độ cao h Sau khi m tới đất, M

còn đi thêm một đoạn s Ta có:

-Lúc đầu khi thả cho m từ độ cao h thì cả

hai vật chuyển động với cùng gia tốc là

1 

2

mg Mg mg mg g

a

- Vận tốc của hệ ngay trước khi m chạm

đất là

x

m M

h

(2.1)

 

v  ah gh 

- Khi m chạm đất vật M còn đI thêm được

đoạn đường s nữa thì dừng lại áp dụng

định luật bảo toàn năng lượng cho vật M

trên đoạn đường s ta có :

(2.2)

1

2Mv  Mg sv   gs

Từ (2.1) và (2.2) tìm được :

2

h

h s

 Gọi L là quãng đượng tổng cộng mà M đi được thì

L = h + s  s = L – h

Vậy (3.2)

2

h

L h



b, Tiến hành thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm như hình vẽ, chọn 2 vật có khối lượng như nhau Ban đầu giữ cơ hệ cho vật m cách mặt đất độ cao h

-Đo độ cao h và đánh dấu vị trí ban đầu của vật M

-Thả cho m chuyển động đến khi M dừng lại thì đánh dấu vị trí của M

- Đo tổng quãng đường L=h+s mà M đã đi

*Thay các giá trị đo được vào biểu thức (3.2) để tính 

Ưu điểm của phương pháp nàylà cách bố trí và tiến hành thí nghiệm rất đơn giản loại bỏ được sai số chủ quan

Kết quả đo theophương án 2:

Trung bình h = 0,30 h = 0,01 L = 0,74 L = 0,01

h = 0,30  0,01 L = 0,74  0,01

*) Sai số: = 0,254

2

h

L h

  =   ( 2 ) 0,05

Kết quả: = 0,25  0,05

Phương án 3 : Đo hệ số ma sát trượt bằng cách cho vật trượt từ trên mặt

phẳng nghiêng xuống mặt phẳng nằn ngang

a,Cơ sở lí thuyết

Mặt phẳng nghiêng và mặt ngang cùng hệ số ma sát Bố trí thí nghiệm như

hình vẽ

Cho vật trượt từ A không vận tốc ban đầu Vật trượt xuống mặt phẳng

nghiêng và dừng lại tại D trên mặt phẳng ngang

áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có :

mg.AB = mgcos.AC + mg.CD 

Với AC.cos = BC ta tìm được : AB h (4.1)



( Với l = BD )

b, Tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình vẽ Lưu ý sử dụng vật kích thước nhỏ và

các mặt nghẳng AC, CD phải dài, góc  nhỏ để khắc phục va chạm của vật với

mặt phẳng ngang tại C

Bước 2: Đánh dấu một điểm A trên mặt phẳng nghiêng,đo độ cao của điểm A: h=AB



A

D C

B

Bước 3: Thả cho vật trợt không vận tốc ban đầu từ điểm A Vật trượt xuống mặt phẳng nghiêng và dừng lại tại D trên mặt phẳng ngang Đo khoảng cách l=BD

* Thay các giá trị h và l đã đo được vao (4.1) để tìm 

Kết quả đo theo phương án 3:

Trung bình h = 0,15 h = 0,01 l = 0,572 l = 0,007

h = 0,15  0,01 l = 0,572  0,007

*) Sai số : h 0,262

l

h l 0,021

     

Kết quả = 0,26  0,02

Phương án 4: Đo hệ số ma sát trượt bằng cách dùng vật và lò xo đàn hồi

a,Cơ sở lí thuyết

*Treo vật khối lượng m vào đầu lò xo

( hình 1 )

Khi vật ở vị trí cân bằng lò xo giãn đoạn l

l l l0 mg (3.1)

k

   

*Gắn chặt một đầu lò xo vào giá đỡ

( hình 2)

Đặt cho vật tiếp xúc lò xo

( không gắn với lò xo )

đánh dấu vị trí O của vật

Đưa vật tới điểm A sao cho lò xo bị

nén đoạn rồi thả nhẹ vật chuyển động l

l

l0

l



O

 B

được đoạn đường s đến B rồi dừng lại

áp dụng định luật bảo toàn năng lượng ta có:

(3.2)

1

2

mgs

k l mgs l

k





Từ (3.1) và (3.2) ta có : 0 (3.3)

l l l

s s

b, Tiến hành thí nghiệm

Bước1 Dùng thước đo chiều dài tự nhiên l0 của lò xo và chiều dài l của lò

xo khi vật nằm cân bằng

Bước 2 : Gắn chặt một đầu lò xo vào giá đỡ (hình 2) Đặt cho vật tiếp xúc

lò xo ( không gắn với lò xo ), đánh dấu vị trí O của vật

Bước 3: Trên mặt phẳng ngang, lấyđiểm A

với OA = l

Bước 4: Đưa vật đến vị trí A, lò xo nén một đoạn l Thả vật tự do, vật đến

vị trí B thì dừng lại Đo khoảng cách AB = s

* Thay các giá trị l, l0, s đã đo được vào (3.3) ta sẽ tìm được 

Phương án 5 : Đo hệ số ma sát nghỉ bằng cách kéo cho vật đổ

a,Cơ sở lí thuyết

áp dụng với khối có kích thước lớn

Lúc đầu tác dụng F ở M rất gần A sao cho

vật bắt đầu trượt: F = mg

Nâng dần điểm đặt M lên cao khi đến vị trí

N nào đó thì vật bắt đầu quay quanh A

Vậy mg = F.h = .mgh   = (5.1)

2

l

2

l h

b, Tiến hành thí nghiệm

Bước 1: bố trí thí nghiệm như hình vẽ, ban dầu tác dụng lực vào điểm M Fr

sao cho vật trượt trên mặt phẳng nằm ngang

h M

A

Bước 2: Nâng dần điểm đặt của lực tác dụng đến vị trí N nào đó thì vật bắt Fr

đầu quay quanh A Đo h = AN, l = AB

* Thay giá trị h, l đo được vào (5.1) ta tính được 

Ưu điểm: không cần biết F bằng bao nhiêu nên ta tránh được sai số

Phương án 3: sử dụng mặt phẳng nghiêng

Trung bình h = 0,15 h = 0,01 l = 0,572 l = 0,007

h = 0,15  0,01 l = 0,572  0,007

*) Sai số : h 0,262

l

h l 0,021

     

Kết quả = 0,26  0,02

2.2 Một số bài tập lập phương án thực hành

Bài tập 1:

Giả sử có một ván gỗ, một thanh cùng loại gỗ đó và một chiếc thước Hãy đưa

ra phương pháp đo hệ số ma sát giữ gỗ đối với gỗ

Bài tập 2:

Làm thế nào xác định hệ số ma sát của thanh trên mặt phẳng nghiêng mà chỉ dùng một lực kế Biết rằng độ nghiêng của mặt phẳng là không đổi và không

đủ lớn để cho thanh tự trượt

Bài tập 3:

Cho một dây xích gồm nhiều mắt xích nhỏ giống nhau Tìm cách xác định hệ

số ma sát giữa dây xích và mặt bàn mà không dùng thêm bất cứ một dụng cụ gì

Bài tập 4 : Lập các phương án xác định hệ số ma sát trượt giữa khối gỗ hình

hộp và một mặt cong bất kì

2.3 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Trước khi áp dụng sáng kiến trên tôi nhận thấy học sinh chưa thực sự hiểu

đúng bản chất và vai trò của môn vật lý Học sinh học vật lý chủ yếu học thuộc lí thuyết và giải toán Vật lý thuộc đủ các loại phức tạp khác nhau, không cần và cũng không thể hiểu đó là cái gì và để làm gì và mình sẽ gặp ở

đâu trong cuộc đời ngoại trừ trường hợp có thể gặp lúc đi thi Chính vì vậy mà học sinh chưa thực sự say mê với môn học và chưa vận dụng được kiến thức

đã học vào cuốc sống

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường.

Khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm trên vào quá trình dạy học tôi nhận thấy học sinh đã hiểu đầy đủ hơn cái hay, cái đẹp của môn Vật lý Vật lý không phải chỉ là những phương trình những con số mà tất cả những bài toán phức tạp đó đều giúp chúng ta đo đặc và tìm ra được những thông số cần thiết để ứng dụng vào khoa học kĩ thuật Khi dạy cho học sinh thiết kế các phương án thực hành, học sinh đã thực sự say mê với môn học hơn, say mê cả giải toán Vật lý và thiết kế phương án thực hành rất đơn giản từ kết quả của những bài toán Vật lý phức tạp Học sinh không chỉ tích cực, chủ động, sáng tạo trong các giờ học trên lớp mà còn say mê học, tìm tòi tự làm thực nghiệm lúc ở nhà Việc thiết kế các phương án thực nghiệm giúp học sinh hiểu đầy đủ hơn ý nghĩa của môn học, học sinh không chỉ tích cực học mà còn biết vận dụng tốt kiến thức môn học vào cuộc sống và khoa học sáng tạo kĩ thuật

3 Kết luận và kiến nghị

Qua thực tế giảng dạy, tôi thấy rằng việc dạy cho các em thiết kế phương án thực hành đã làm cho học sinh thực sự hứng thú và say mê với môn học Học sinh xác định đúng đắn hơn mục đích học tập Học sinh không chỉ say sưa học tập hơn mà các em còn có sáng kiến trong khoa học kĩ thuật, góp phần vào sự tiến bộ của khoa học và công nghệ

Tài liệu tham khảo

1- V LANGUé - Những bài tập hay về thí nghiệm Vật Lí – Người dịch : Nguyễn văn thiều – NXBGD

2- Nguyễn tú anh, vũ như ngọc, vũ ngọc hồng, nguyễn thế khôi, nguyễn trọng hải, lê hương quỳnh – Thực hành vật lí đại cương tập I – NXBGD

3 – Nguyễn thượng chung-Thí nghiệm thực hành Vật lí chọn lọc.NXBGD

4- GS Dương trọng bái, TS Cao ngọc viễn - Các bài thi quốc gia chọn học sinh giỏi THPT NXB ĐHQGHN

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG

ĐƠN VỊ

Thanh Hoỏ, ngày 12 thỏng 03 năm 2016

Tụi xin cam đoan đõy là SKKN của mỡnh viết, khụng sao chộp nội dung của

người khỏc

Tào Thị Hạnh