Sử dụng bộ thí nghiệm addestation dạy học các bài thực hành vật lý trong chương trình trung học phổ thông

1 SÁNG KI Ế N KINH NGHI Ệ M ỬDỤ Ộ Ệ ẠY HỌC CÁC BÀI THỰC HÀNH VẬ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM ADDESTATION DẠY HỌC CÁC BÀI THỰC HÀNH VẬT LÝ TRONG CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG ỌC

1

SÁNG KI Ế N KINH NGHI Ệ M

ỬDỤ Ộ Ệ ẠY HỌC CÁC

BÀI THỰC HÀNH VẬ

SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM ADDESTATION DẠY HỌC CÁC BÀI THỰC

HÀNH VẬT LÝ TRONG CHƯƠNG TRÌNH

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

ỌC

PHỔTHÔNG

LĨNH VỰC: VẬT LÝ

2

MỤC LỤC

PHẦN MỘT: ĐẶT VẤN ĐỀ 1

I Lý do chọn đề tài 1

II Mục đích nghiên cứu 2

III Đối tượng khảo sát thực nghiệm 2

IV Đóng góp mới của đề tài 2

V Thời gian nghiên cứu 2

PHẦN HAI: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

I Thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành trong chương trình vật lí trung học phổ thông 3

II Cơ sở lý thuyết sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy các bài thí nghiệm thực hành trong chương trình vật lý THPT 6

II.1 Bộ thí nghiệm Adestation 6

II.2 Khảo sát chuyển động rơi tự do Xác định gia tốc rơi tự do Thí nghiệm sử dụng cổng quang điện kết nối với aMixer MGA thu thập thời gian chuyển động của thước nhựa, hiển thị bằng đồ thị từ đó tính được vận tốc của các dải đen trên thước nhựa tại các thời điểm khác nhau 7

II.3 Đo hệ số ma sát trượt 8

II.4 Xác định hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng 9

II 5 Xác định suất điện động và điện trở trong của Pin 9

II.6 Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của đi ốt bán dẫn 10

II.7 Khảo sát dao động của con lắc đơn 10

II.8 Khảo sát mạch điện RLC mắc nối tiếp 11

III Phương pháp sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành trong chương trình vật lí THPT 12

III.1 Thực hành khảo sát chuyển động rơi tự do Xác định gia tốc rơi tự do 12

III.2 Thực hành xác định hệ số ma sát trượt 19

III.3 Thực hành xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng III.3.1.Mục đích 22

III.4 Thực hành xác định suất điện động và điện trở trong của Pin 27

3

III.5 Thực hành khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn III.5.1 Mục

tiêu 31

III.6 Thực hành khảo sát thực nghiệm các định luật con lắc đơn 35

III.7 Thực hành khảo sát đoạn mạch R,L,C mắc nối tiếp 45

IV Kết quả dạy học thực nghiệm 47

PHẦN BA: KẾT LUẬN 49

I Kết quả đạt được của đề tài 49

II Biện pháp triển khai áp dụng và hướng phát triển của đề tài 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

1

PHẦN MỘT: ĐẶT VẤN ĐỀ

I Lý do chọn đề tài

Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, do đó vai trò của thí nghiệm vật lý là rất quan trọng Việc giáo viên tổ chức cho học sinh tiếp xúc với thí nghiệm trong quá trình học môn vật lý là tất yếu Đặc biệt các bài thực hành thí nghiệm vật lý trong chương trình là bắt buộc

Qua thực hành thí nghiệm học sinh nắm vững tri thức, biến tri thức thành niềm tin, hình thành những năng lực thực nghiệm khoa học, kích thích hứng thú học tập bộ môn và bồi dưỡng những phẩm chất và năng lực cần thiết của người lao động mới như: năng lực quan sát, tính chính xác, cẩn thận, cần cù, tiết kiệm, hợp tác và tổ chức lao động khoa học

Thí nghiệm là phương tiện giúp học sinh được trải nghiệm – Thông qua thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải làm việc tự lực hoặc hợp tác nhóm , nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các học sinh

Để thí nghiệm vật lý được thành công thì thiết bị thí nghiệm và phương án thí nghiệm đóng vai trò quan trọng Kết quả thí nghiệm chính xác, kiểm chứng lý thuyết sẽ tạo niêm tin , hứng thú học tập cho học sinh, đồng thời tạo thuận lợi cho giáo viên trong việc sử dụng thí nghiệm vật lý và đổi mới phương pháp dạy học phát triển phẩm chất năng lực học sinh

Thực tế dạy học qua nhiều năm sử dụng, theo thời gian một số thiết bị đã bộc

lộ những hạn chế, gây ra lúng túng cho giáo viên và học sinh làm mất niềm tin, hứng thú học tập thông qua thí nghiệm Do đó cần chọn các bộ thí nghiệm vật lý

có tính chính xác và hiện đại phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ Thông qua các bài thực hành, học sinh hiểu sâu sắc hơn các khái niệm và hiện tượng Vật lí, tin tưởng vào các chân lí khoa học, quan sát được một số hiện tượng bổ sung cho bài học, củng cố những kiến thức đã học được từ các bài giảng

lí thuyết, tập cho các em khả năng vận dụng lí luận vào thực tiễn và giải thích được các hiện tượng Vật lí đơn giản đang xảy ra trong thế giới tự nhiên Tuy nhiên,

để đạt được các mục đích trên thì cần phải đảm bảo được các yếu tố như điều kiện

cơ sở vật chất, kĩ năng hướng dẫn của giáo viên, thời gian, sự chuẩn bị của giáo viên và học sinh, nhất là các thiết bị thí nghiệm đo có độ chính xác cao và đồng

bộ

Dạy học trực tuyến, các thiết bị thí nghiệm cảm biến kết nối máy tính cho kết quả đo nhanh đồng thời sử dụng phần mềm xử lí số liệu cho kết quả nhanh giúp học sinh thấy rõ bản chất hiện tượng vật lý, tiếp thu bài học một cách dễ dàng

2

và góp phần nâng cao chất lượng dạy học

Trong quá trình dạy học vật lý, chúng tôi sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện

có ở trường, trong đó có thiết bị thí nghiệm cảm biến Addestation với mục đích tổ chức các tiết thí nghiệm lý thú, thông qua thí nghiệm vật lý nhằm hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh Với lí do đó tôi chọn đề tài „Sử dụng

bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành Vật Lý trong chương trình trung học phổ thông‟

II Mục đích nghiên cứu

Nhằm nâng cao hiệu quả việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong quá trình dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông

III Đối tượng khảo sát thực nghiệm

Bộ thí nghiệm Addestation và các bộ thí nghiệm hiện có ở trường THPT Các bài thí nghiệm thực hành trong chương trình vật lý THPT

Xây dựng phương án thí nghiệm và sử dụng hợp lý bộ thí nghiệm Addestion trong quá trình dạy học các bài thực hành thí nghiệm vật lý

Phương pháp thực nghiệm và phân tích tổng hợp kinh nghiệm

Phương pháp thực nghiệm sư phạm: tổ chức hoạt động dạy và học, ghi chép, chụp ảnh, quay phim, khảo sát kết quả học tập, rút kinh nghiệm giờ dạy, phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm

Điều tra phân tích thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation trong dạy học vật lý

IV Đóng góp mới của đề tài

Điều tra được thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm Addestation dạy học Vật lý ở một số trường THPT của tỉnh Nghệ An Phân tích các nguyên nhân, khó khăn, xây dựng phương án thí nghiệm và sử dụng hợp lý bộ thí nghiệm Addestion dạy học các bài thực hành thí nghiệm vật lý

V Thời gian nghiên cứu

Từ tháng 10 năm 2021 đến tháng 3 năm 2022

3

PHẦN HAI: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

I Thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành trong chương trình vật lí trung học phổ thông

Trong chương trình vật lí trung học phổ thông hiện hành có 9 bài thí nghiệm thực hành: Phần cơ học gồm có thí nghiệm khảo sát chuyển động rơi tự do, xác định gia tốc rơi tự do; xác định hệ số ma sát trượt; khảo sát các định luật dao động của con lắc đơn Thí nghiệm điện gồm: xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa; khảo sát đặc tính chỉnh lưu của Đi ốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của Tranzito; khảo sát mạch điện xoay chiều RLC Thí nghiệm quang học gồm: xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ; xác định bước sóng ánh sáng Phần nhiệt học có thí nghiệm xác định hệ số căng bề mặt chất lỏng

Để tìm hiểu thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation tôi đã tiến hành khảo sát bằng phiếu đối với 30 giáo viên dạy môn vật lý ở trường THPT ở một

số trường THPT ở tỉnh Nghệ An

Sau khi thu thập, phân tích, tổng hợp qua các phiếu điều tra cho kết quả như sau:

I.1.Thống kê về mức độ sử dụng bộ thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính trong dạy học vật lý THPT

I.2.Thống kê về sự cần thiết sử dụng thiết bị thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính trong dạy học vật lý THPT

sử dụng thường xuyên

Ít sử dụng Chưa sử dụng

Bi ể u đ ồ th ố ng kê m ứ c đ ộ s ử d ụ ng b ộ thí nghi ệ m Addestation d ạ y h ọ c v ậ t lý

%

17

4

Biể u đồ thống kê sự cần thiết sử dụng thiết bị thí nghiệm có kết nối máy tính

Addestation dạy học vật lí trung học phổ thông

Mặc dù vật lí là môn khoa học thực nghiệm tuy nhiên việc sử dụng thiết bị thí nghiệm hiện đại có kết nối máy tính trong dạy học vật lý lại ít giáo viên sử dụng là do việc dạy học thí nghiệm vật lí không thành công, kết quả thí nghiệm thiếu thuyết phục đối với học sinh, nên giáo viên có tâm lí e ngại sử dụng sử dụng thí nghiệm trong dạy học

Giáo viên sử dụng chưa thành thạo thiết bị thí nghiệm hiện đại có kết nối máy tính, tốn nhiều thời gian chuẩn bị thí nghiệm, nên giáo viên ngại không tiến hành được các thí nghiệm

Sĩ số lớp học đông học sinh, số lượng thiết bị thí nghiệm không đủ cho các nhóm học sinh thí nghiệm; giáo viên không bao quát và trợ giúp hết các nhóm học sinh thí nghiệm dẫn đến không hoàn thành đúng kế hoạch bài dạy, nên giáo viên

ít lựa chọn các thí nghiệm

Thiếu tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm; hình thức kiểm tra và thi cũng là một rào cản giáo viên tìm tòi, sáng tạo trong việc sử dụng thiết bị thí nghiệm

Trên có sở phân tích nguyên nhân và khó khăn đã đề cập ở trên chúng tôi thấy việc sử dụng bộ bí nghiệm Addestation có kết nối máy tính là cần thiết và cần có tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm để khi sử dụng thí nghiệm

có kết quả thuyết phục, rút ngắn thời gian thí nghiệm và xử lí số liệu nhằm khắc

I.3 Nguyên nhân và khó khăn c ủ a th ự c tr ạ ng s ử d ụ ng b ộ thí nghi ệ m

Rất cần thiết Cần thiết Không cần thiết

17 % 30 %

53 %

5

phục những khó khăn nêu trên

Việc sử dụng các các thiết bị thí nghiệm truyền thống - không ghép nối với máy vi tính và việc sử dụng các thí nghiệm có ghép nối với máy vi tính cùng có chung tiến trình như sau:

- Tiến hành thí nghiệm để có thể quan sát được hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu

- Thu thập số liệu đo; xử lí số liệu đo và trình bày kết quả thí nghiệm Từ các kết quả xử lí đó, tìm ra hay chứng tỏ sự tồn tại các mối quan hệ có tính qui luật trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu

Cùng có một tiến trình như nhau, song thiết bị thí nghiệm kỹ thuật số có thể ghép nối với máy vi tính có sự hỗ trợ của phần mềm, nhiều công việc được hoàn thành tự động theo một chương trình đã định sẵn, vì thế giảm được đáng kế thời gian thu thập và xử lí số liệu nên cho kết quả thí nghiệm nhanh hơn

Khâu thu thập số liệu đo là khâu hết sức quan trọng trong thực nghiệm Trong mỗi lần thí nghiệm thường phải đo từ 2 đại lượng trở lên và lại phải đo nhiều giá trị khác nhau Rồi cùng một thí nghiệm lại phải tiến hành nhiều lần, đo nhiều lần

Từ các số liệu đó nếu xử lí số liệu không có sự hỗ trợ của máy tính và các phần mềm hỗ trợ thì thời gian, công sức thu thập số liệu, xử lí số liệu là rất đáng kể và

ở nhiều thí nghiệm công việc này là khó khăn đối với giáo viên và học sinh Thí nghiệm có kết nối với máy vi tính, nhờ máy vi tính và phần mềm, ta có thể phân tích, xử lí số liệu theo các chương trình do phần mềm định sẵn, ý định phân tích, xử lí số liệu như thế nào là do giáo viên hay học sinh lựa chọn Còn các phép tính toán cụ thể như: cộng, trừ, nhân, chia, bình phương, khai căn , lập các biểu bảng, vẽ các đồ thị về các mối quan hệ giữa các đại lượng đang nghiên cứu đều do máy vi tính thực hiện Các kết quả tính toán, các biểu bảng cũng như các

đồ thị này cũng được hiển thị ngay trên màn hình máy vi tính Quá trình tính toán, lập biểu bảng hay vẽ đồ thị này máy vi tính chỉ làm trong trong vài giây tới một vài phút Kết quả hiển thị trên màn hình là hoàn toàn chính xác và rất khoa học, đẹp đẽ Còn trong thí nghiệm không được kết nối và hỗ trợ của máy vi tính việc lập biểu bảng, tính toán hay vẽ đồ thị trong quá t nh xử lí số liệu một cách “thủ công” thường chiếm rất nhiều thời gian và nhiều khi cũng rất khó khăn

Có thể đưa ra ví dụ cụ thể sau để so sánh ưu nhược điểm giữa thí nghiệm có

hỗ trợ của máy vi tính và không có hỗ trợ của máy vi tính:

Trong thí nghiệm xác định suất điện động và điện trở trong của Pin điện hóa Thí nghiệm không có kết nối máy vi tính sau khi thu thập số liệu về hiệu điện thế

và cường độ dòng điện thì việc vẽ đồ thị để tìm mỗi quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế mất rất nhiều thời gian Còn thí nghiệm có kết nối máy tính

12

Hình 3.1

Biết tần số dòng điện f và điện trở R, Xác định được độ tự cảm của cuộn

tự cảm L của cuộn cảm và điện dung C của tự điện

-

III Phương pháp sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành trong chương trình vật lí THPT

III.1 Thực hành khảo sát chuyển động rơi tự do Xác định gia tốc rơi tự

do

III.1.1 Mục đích

+ Đo vận tốc của thước nhựa có các dải đen tại các thời điểm khác nhau + Xác định gia tốc rơi tự do tại nơi thí nghiệm

III.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 1 aMixer MGA

1 cổng quang điện

13

1 thước nhựa (có 7 dải đen, mỗi dải rộng 0,02m)

1 trụ đỡ với kẹp

1 miếng xốp

III.1.3.Tiến hành thí nghiệm

1 Bật công tắc bên hông aMixer MGA – Hình 3.1

2 Cắm cổng quang điện vào kênh 1 của MGA –

Hình 3.2

3 Đặt trụ đỡ lên bàn Kẹp cổng quang điện vào trụ đỡ

và điều chỉnh độ cao của nó sao cho ở vị trí thấp

nhất có thể Đảm bảo cổng quang điện song song với mặt

bàn

4 Đặt miếng xốp trên sàn và ngay dưới cổng quang điện

5 Ấn nút trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu

6 Giữ thước nhựa thẳng đứng và đặt nó tại vị trí sao cho

vạch đen thấp nhất trên thước nhựa nằm ngay bên trên

cổng quang điện như hình 3.3

7 Thả tay để thước nhựa rơi qua cổng quang điện

8 Khi thước nhựa chạm sàn, ấn nút để ngừng

thu thập dữ liệu Sẽ thu được đồ thị có dạng đường thẳng

đứng như hình 3.4a

Hình 3.2

Hình 3.3

14

9 Nhấn vào biểu tượng và nhấn vào giữa đồ thị để phóng to

Màn hình sẽ hiển thị 7 vùng trũng như hình 3.4b

10 Nhấn vào biểu tượng , sau đó nhấn chọn cạnh đi xuống của vùng trũng 1 Một dấu “+” sẽ xuất hiện Giá trị x cho biết thời điểm bắt đầu xuất hiện vùng trũng 1

11 Tiếp tục nhấn chọn vào

cạnh đi lên của vùng trũng 1 Một

dấu “+” khác sẽ xuất hiện Sử dụng

các nút mũi tên trên MGA để di

chuyển dấu “+” tới điểm mong

muốn – Hình 3.5 Giá trị x cho biết

thời điểm kết thúc vùng trũng

12 Màn hình xuất hiện 2

số liệu ở góc trên bên trái Lưu ý

số liệu thứ 1 “Độ lệch thời gian” cho

biết khoảng thời gian từ lúc bắt đầu

và kết thúc của vùng trũng 1 Ghi tệp

thí nghiệm bằng cách ấn vào biểu

tượng

13 Nhấn vào điểm bất kỳ trên đồ thị Màn hình sẽ xuất hiện dòng

số liệu “Thời điểm trung bình” cho biết thời điểm trung bình giữa lúc bắt đầu

và kết thúc của vùng trũng 1 Ghi lại giá trị này vào bảng 3.1

14 Làm tương tự các bước 11 – 13 với vùng trũng 2 đến 7 Ghi lại các

số liệu thu được vào bảng 3.1

Hình 3 4b

Vùng trũng

Hình 3.4a

Hình

Hình 3.5

Cạnh đi xuống Cạnh đi lên

+ +