Sử dụng bộ thí nghiệm đệm không khí videocom máy vi tính để thực hiện một số thí nghiệm phần cơ học thuộc chương trì

Khoá luận tốt nghiêp SV: Nguyễn Duy CờngLời cảm ơn Trong quá trình làm khoá luận tốt nghiệp với đề tài là: “Sử dụng bộ thí nghiệm đệm không khí - VideoCom - máy vi tính để thực hiện một

Kho¸ luËn tèt nghiªp SV: NguyÔn Duy Cêng

1

Trêng §¹i häc vinh

Khoa vËt lý

-0o0 -NguyÔn Duy Cêng

Kho¸ luËn tèt nghiÖp

Chuyªn Ngµnh : ph¬ng ph¸p gi¶ng d¹y vËt lý

Vinh, n¨m 2007

Khoá luận tốt nghiêp SV: Nguyễn Duy Cờng

Lời cảm ơn

Trong quá trình làm khoá luận tốt nghiệp với đề tài là: “Sử dụng bộ thí nghiệm đệm

không khí - VideoCom - máy vi tính để thực hiện một số thí nghiệm phần cơ học thuộc chơng trình vật lý 10 - trung học phổ thông” tôi đã nhận đợc sự giúp đỡ của nhiều ngời

về nhiều mặt nh kiến thức, t tởng, tình cảm, cơ sở vật chất Tôi xin gửi lời cảm ơn chânthành tới: Bố, mẹ là ngời đã cho tôi ý chí phấn đấu, cơ sở vật chất trong học tập, thầygiáo Nguyễn Cảnh Vạn đã tận tình trực tiếp hớng dẫn tôi trong suốt thời gian qua, cùngcác thầy cô giáo trong và ngoài nhà trờng

Cảm ơn các anh chị em, bạn bè trong thời gian qua đã động viên, khích lệ, giúp đỡtôi hoàn thành khóa luận này!

Khoá luận tốt nghiêp SV: Nguyễn Duy Cờng

II Mục đích nghiên cứu………

III Đối tợng và khách thể nghiên cứu………

IV.Giả thuyết khoa học………

V.Nhiệm vụ nghiên cứu………

VI.Phơng pháp nghiên cứu………

Phần hai : Nội dung Ch ơng I Cơ sở lý luận của đề tài 1.1 Thí nghiệm trong dạy học vật lý ………

1.1.1.Các đặc điểm của thí nghiệm vật lý………

1.1.2 Các chức năng của thí nghiệm vật lý trong dạy học vật lý…………

1.1.3 Các loại thí nghiệm đợc sử dụng trong dạy học vật lý………

1.1.4 Các yêu cầu chung đối với việc sử dụng thí nghiệm………

1.2 Phơng pháp thực nghiệm………

1.2.1 Phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học…………

1.2.2 Phơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý………

1.3 Một số phơng pháp khảo sát chuyển động thẳng của một vật trong các thí nghiệm vật lý ở trung học phổ thông………

1.3.1 Phơng pháp sử dụng đồng hồ đo thời gian có cần rung kết hợp với giấy ghi………

Trang 1 1.3.2 Ph-ơng pháp chụp ảnh hoạt nghiệm… …………

…………

…………

1.3.3

Ph-ơng pháp

sử dụng Camera

3

6 6 6 8 11 11 11 13 14 14

Khoá luận tốt nghiêp SV: Nguyễn Duy Cờng(VideoCom), phần mềm VideoCom -kết nối máy vi tính

………

Ch

ơng II : Sử dụng bộ thí nghiệm đệm không khí –VideoCom - máy vi

tính để thực hiện một số thí nghiệm phần cơ học thuộc chơng trình vật

lý 10 - trung học phổ thông

2.1 Các bớc chung để tiến hành thí nghiệm………

2.2 Thí nghiệm về chuyển động thẳng đều………

2.3 Thí nghiệm về chuyển động thẳng nhanh dần đều………

2.4 Thí nghiệm về chuyển động thẳng nhanh dần đều nh là hàm của

303335

414445

Phần một : Mở đầu

I Lý do chọn đề tài

Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm Do đó phơng pháp thực nghiệm là phơngpháp quan trọng không những trong nghiên cứu khoa học mà cả trong dạy học vật lý.Thí nghiệm là một khâu của phơng pháp thực nghiệm Dạy học có thí nghiệm, học sinh

sẽ hiểu rõ đợc bản chất của các hiện tợng, các quá trình vật lý cần nghiên cứu, góp phầnnâng cao hiệu quả dạy và học

Hiện nay khoa vật lý trờng Đại học Vinh mới đợc trang bị rất nhiều thí nghiệmhiện đại Việc trang bị các thiết bị nhằm mục đích đào tạo những ngời giáo viên s phạmvật lý không những giỏi các kiến thức lý thuyết mà cần phải có kỹ năng về thực hành vàphải luôn tiếp cận với cái mới để sau này ra trờng góp phần đào tạo nguồn nhân lực cho

đất nớc

Nhận thức đợc điều đó dới sự hớng dẫn của thầy giáo Nguyễn Cảnh Vạn tôi đã

chọn đề tài: “Sử dụng bộ thí nghiệm đệm không khí - VideoCom - máy vi

tính để thực hiện một số thí nghiệm phần cơ học thuộc chơng trình vật lý

10 trung học phổ thông” để làm khoá luận tốt nghiệp.

II Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu các phơng pháp khảo sát chuyển động thẳng của một vật

- Sử dụng bộ thí nghiệm đệm không khí - VideoCom - máy vi tính để thực hiện một

số thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng của vật thuộc phần cơ học vật lý 10 trung học phổ thông (THPT)

-III Khách thể và đối tợng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy và học môn vật lý bậc THPT theo chơng

trình sách giáo khoa mới

- Đối tợng nghiên cứu Đệm không khí - VideoCom - kết nối máy vi tính trong các

thí nghiệm giáo khoa

IV Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng đệm không khí – VideoCom - kết nối máy vi tính trong các thínghiệm một cách phù hợp thì sẽ nâng cao tính chính xác của phép đo, các quá trình,hiện tợng Vật lý cần nghiên cứu Từ đó nâng cao chất lợng dạy và học Vật lý bậc THPT

V Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu bộ thí nghiệm đệm không khí – VideoCom – máy vi tính.

- Tìm hiểu vai trò của thí nghiệm và phơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lýphổ thông

- Thực trạng sử dụng đệm không khí trong dạy học vật lý hiện nay

- Nghiên cứu sách giáo khoa Vật lý theo chơng trình mới

- Khai thác sử dụng bộ đệm không khí – VideoCom - máy vi tính thực hiện một sốthí nghiệm thuộc phần cơ học vật lý 10

VI Phơng pháp nghiên cứu

- Phơng pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết để nghiên cứu cơ sở lý thuyết của đềtài

- Phơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý

- Các phơng pháp toán học để xử lý số liệu

1.1 Thí nghiệm trong dạy học vật lý

1.1.1 Các đặc điểm của thí nghiệm vật lý

Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con nguời vào các đốitợng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó đãdiễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động ta có thể thu đợc tri thức mới

Sau đây là một số đặc điểm của thí nghiệm vật lý:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải đợc chọn và đợc thiết lập có chủ định sao cho thôngqua thí nghiệm có thể trả lời đợc câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra đợc giả thuyết hoặc hệquả suy ra từ giả thuyết

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi đợc để ta có thể nghiên cứu sự phụthuộc giữa các đại lợng trong khi các đại lợng khác đợc giữ không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải đợc khống chế, kiểm soát đúng nh dự định nhờ sửdụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết và sự phân tích thờngxuyên của các yếu tố của đối tợng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa của các nhiễu.

- Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát đợc sự biến đổi của

đại lợng khác

- Chúng ta có thể làm đi làm lại nhiều lần một thí nghiệm mà hiện tợng, quá trình vật lývẫn diễn ra nh các lần trớc đó

1.1.2 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lý

1.1.2.1 Các chức năng của thí nghiệm vật lý theo quan điểm của lý luận nhận thức

Theo quan điểm của lý luận nhận thức thí nghiệm vật lý có các chức năng sau:

- Thí nghiệm là phơng tiện của việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp của tri thức)

- Thí nghiệm là phơng tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu nhận đợc

- Thí nghiệm là phơng tiện của việc vận dụng tri thức đã thu đợc vào thực tiễn

- Thí nghiệm là một bộ phận của các phơng pháp nhận thức vật lý

1.1.2.2 Các chức năng của thí nghiệm vật lý theo quan điểm lý luận dạy học

- Thí nghiệm có thể sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học.

+ Giai đoạn định hớng mục đích nghiên cứu có thể sử dụng thí nghiệm để đề xuất vấn

đề cần nghiên cứu Đặc biệt có hiệu quả là việc sử dụng thí nghiệm để tạo tình huống cóvấn đề

+ Giai đoạn hình thành kiến thức mới Nó cung cấp một cách hệ thống các cứ liệu thựcnghiệm, để từ đó khái quát hoá quy nạp, kiểm tra đợc tính đúng đắn của giả thuyết hoặc

hệ quả logic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất và hình thành kiến thức mới

+ Giai đoạn củng cố (ôn tập, đào sâu mở rộng hệ thống hoá và vận dụng) kiến thức, kỹnăng của học sinh

Việc sử dụng các thí nghiệm ở giai đoạn này giúp học sinh đào sâu, mở rộng cáckiến thức đã biết của học sinh, giúp học sinh thấy đợc các biểu hiện trong tự nhiên, cácứng dụng trong đời sống và trong sản xuất của kiến thức này

+ Thí nghiệm là phơng tiện kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh Thôngqua các hoạt động của học sinh nh: Thiết kế phơng án thí nghiệm, dự đoán hoặc giảithích các hiện tợng, các quá trình vật lý diễn ra trong thí nghiệm, lựa chọn các dụng cụthí nghiệm cần thiết, lắp ráp bố trí thí nghiệm, tiến hành, thu nhận và xử lý kết quả thínghiệm,… học sinh sẽ chứng tỏ khả năng của mình không những kiến thức về lý thuyết

mà cả kiến thức về phơng pháp và kỹ năng

Qua các hoạt động trên giáo viên sẽ kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của họcsinh

- Thí nghiệm là phơng tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh.

+ Thí nghiệm vật lý là phơng tiện nâng cao chất lợng kiến thức và rèn luyện kỹ năng, kỹxảo về vật lý của học sinh

+ Thí nghiệm là phơng tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức quá trình tích cựchọc tập, tự lực và sáng tạo của học sinh Quá trình làm việc tự lực với thí nghiệm củahọc sinh sẽ khiêu gợi hứng thú nhận thức, lòng ham muốn nghiên cứu, tạo niềm vui

của sự thành công khi giải quyết đợc nhiệm vụ đặt ra và góp phần phát triển động lựcquá trình học tập của học sinh

+ Thí nghiệm là phơng tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau bồi dỡngcác phẩm chất đạo đức của học sinh

- Thí nghiệm là phơng tiện đơn giản hoá và trực quan hoá trong dạy học vật lý

+ Khác với quan sát thực tiễn thí nghiệm vật lý có sự tác động chủ định nên các hiện ợng, các quá trình xảy ra có thể khống chế đợc, thay đổi đợc, có thể quan sát đo đạc đơngiản, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức đợc nguyên nhân của mỗi hiện tợng và mối liên hệ

t-có tính quy luật giữa chúng với nhau

+ Thí nghiệm là phơng tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu đợc những thôngtin chân thực về các hiện tợng, quá trình vật lý

1.1.3 Các loại thí nghiệm đợc sử dụng trong dạy học vật lý

1.1.3.1 Thí nghiệm biểu diễn

Thí nghiệm do giáo viên trình bày trên lớp gọi là thí nghiệm biểu diễn Căn cứ vàomục đích cần đạt đợc trong quá trình nhận thức của học sinh mà chúng ta chia thínghiệm biểu diễn làm những loại sau:

- Thí nghiệm mở đầu là thí nghiệm dùng để giới thiệu cho học sinh về hiện tợng sắpnghiên cứu nhằm để tạo tình huống có vấn đề, gây hứng thú học tập cho học sinh, lôicuốn học sinh vào hoạt động nhận thức

- Thí nghiệm nghiên cứu hiện tợng là thí nghiệm nhằm xây dựng kiến thức mới hoặckiểm chứng lại kiến thức mới đã đợc suy luận bằng con đờng lý thuyết Đợc sử dụngtrong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới Thí nghiệm nghiên cứu hiện tợng bao gồm+ Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát là thí nghiệm nhằm cung cấp các cứ liệu để từ đó quynạp, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết khoa học hoặc hệ quả logic suy ra từ giảthuyết, giải quyết đợc vấn đề đặt ra đầu giờ học, từ đó xây dựng kiến thức mới

+ Thí nghiệm nghiên cứu minh họa là thí nghiệm nhằm kiểm chứng lại kiến thức đã đợcxây dựng bằng con đờng lý thuyết, dựa trên những suy luận logic chặt chẽ

- Thí nghiệm củng cố là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của kiến thức đã học trong

tự nhiên, đề cập các ứng dụng của kiến thức này trong đời sống, đòi hỏi phải vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải thích các hiện tợng hay cơ chế hoạt động của cácthiết bị hay dụng cụ kỹ thuật

1.1.3.2 Thí nghiệm thực tập

Là thí nghiệm do học sinh tự tiến hành trên lớp, hoặc ở nhà với các mức độ tự lựckhác nhau Có ba loại thí nghiệm thực tập

- Thí nghiệm trực diện

+ Cũng nh thí nghiệm biểu diễn tuỳ theo mục đích sử dụng, thí nghiệm trực diện có thể

là thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tợng đợc tiến hành dới dạng nghiêncứu khảo sát hay nghiên cứu minh hoạ và cũng có thể là thí nghiệm củng cố

+ Thí nghiệm trực diện có thể đợc tổ chức dới hình thức thí nghiệm đồng loạt của cácnhóm học sinh, nhng cũng có thể dới hình thức thí nghiệm cá thể, các nhóm cùng tiếnhành các thí nghiệm khác nhau nhằm giải quyết các bộ phận để đi tới giải quyết nhiệm

vụ tổng quát

- Thí nghiệm thực hành

Thí nghiệm do học sinh thực hiện trên lớp (hoặc trong phòng thí nghiệm) gọi là thínghiệm thực hành Loại thí nghiệm này đòi hỏi sự tự lực làm việc cao hơn so với thínghiệm trực diện

+ Thí nghiệm thực hành vật lý có thể có nội dung định tính hay định lợng, song chủ yếu

là kiểm nghiệm lại các định luật, các quy tắc đã học và xác định các đại lợng vật lý màcác nội dung này không có điều kiện thực hiện ở thí nghiệm trực diện

+ Thí nghiệm thực hành có thể đợc tổ chức dới một trong các hình thức sau:

 Thí nghiệm thực hành đồng loạt, tất cả các nhóm học sinh tiến hành những thínghiệm giống nhau với dụng cụ giống nhau theo cùng một mục đích

 Thí nghiệm thực hành cá thể, với nhiều phơng án khác nhau, các nhóm học sinhtiến hành thí nghiệm với những đề tài khác nhau với các dụng cụ khác nhau nhằm

+ Thí nghiệm vật lý ở nhà có tác dụng trên nhiều mặt đối với việc phát triển nhân cáchcủa học sinh.

+ Thí nghiệm vật lý ở nhà không những đào sâu, mở rộng các kiến thức đã học mà trongnhiều trờng hợp, các kết quả mà học sinh thu đợc sẽ là những cứ liệu thực nghiệm choviệc nghiên cứu kiến thức mới ở các bài học sau ở trên lớp

1.1.3.3 Thí nghiệm t duy Học sinh không phải làm thí nghiệm mà là khai thác các số

liệu đã cho từ các thí nghiệm đã đợc trình bày trong sách giáo khoa để rút ra những kếtluận Loại này thờng dành cho các thí nghiệm phức tạp khó thực hiện hoặc thời gianthực hiện quá một tiết học

1.1.3.4 Thí nghiệm ảo Loại thí nghiệm phải sử dụng “phần mềm thí nghiệm ảo” để

mô phỏng các thí nghiệm chứng minh hay các thí nghiệm thực hành Khi tiến hành, giáoviên là ngời trực tiếp sử dụng máy tính để truy xuất các phần mềm thích hợp theo sổ địachỉ đã có, học sinh quan sát và trả lời các câu hỏi của giáo viên để nhận xét và kết luận.Hiện nay sách giáo khoa vật lý 10 ban khoa học tự nhiên chỉ mới giới thiệu một sốthí nghiệm ảo của phần cơ-nhiệt: Chuyển động tròn, chuyển động của một vật bị némngang, lực đàn hồi khi kéo, nén lò xo, lực đàn hồi khi thanh bị uốn, nguyên lý làm lạnh,

…

1.1.3.5 Thí nghiệm lý tởng (TNLT) TNLT là một phơng pháp suy luận lý thuyết về

những hành vi của một đối tợng không có hoặc không thể có trong thực tế TNLT là mộtdạng làm việc với các đối tợng thực trong điều kiện lý tởng hoặc với các mô hình

lý tởng của các đối tợng thực Cũng do sự lý tởng hoá này, không thể tiến hành TNLTnhờ một bộ thí nghiệm thực hoặc không thể thực hiện đợc trong thực tế

1.1.4 Các yêu cầu chung đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý

- Xác định rõ logic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng thí nghiệm phải làmột bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết nhiệm vụ cụ thể trong tiếntrình nhận thức Trớc mỗi thí nghiệm, phải đảm bảo cho học sinh ý thức đợc sự cần thiếtcủa thí nghiệm và hiểu rõ đợc mục đích của thí nghiệm

- Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình thí nghiệm (để

đạt đợc mục đích thí nghiệm, cần sử dụng các dụng cụ nào, bố trí ra làm sao, cần tiếnhành thí nghiệm theo các bớc nào, cần quan sát, đo đạc cái gì?) Không xem nhẹ các thínghiệm đơn giản

- Đảm bảo cho học sinh ý thức đợc rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các giai

đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho học sinh thực hiện các nhiệm vụ cụ thể

- Thử nghiệm kỹ lợng mỗi thí nghiệm trớc giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thànhcông (hiện tợng xảy ra quan sát đợc rõ ràng, kết quả đo có độ chính xác chấp nhận đợc).

- Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành thí nghiệm phải tuân theo các quy tắc antoàn

1.2 Phơng pháp thực nghiệm

1.2.1 Phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học

Phơng pháp thực nghiệm là sự thống nhất giữa lý thuyết và thực nghiệm, nhằm mục

đích nhận thức tự nhiên Phơng pháp thực nghiệm cho phép từng bớc mở rộng sự hiểubiết tự nhiên và làm chủ tự nhiên Quá trình nhận thức tự nhiên là một quá trình lâu dài,khó khăn và đầy hấp dẫn

Galilê đợc công nhận là ông tổ của vật lý thực nghiệm, ngời nêu ra phơng pháp thựcnghiệm Nội dung phơng pháp thực nghiệm của Galilê nh sau:

Xuất phát từ quan sát và thí nghiệm nhà khoa học xây dựng đợc một giả thuyết Giảthuyết đó không chỉ đơn giản là sự tổng kết các thí nghiệm đã làm, nó còn chứa đựng

một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể Bằng phép suy luận logic

và toán học, nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó mà rút ra một số hệ quả, tiên đoán một

số sự kiện mới cha biết Những hệ quả và sự kiện đó lại có thể đợc kiểm tra bằng thínghiệm và nếu sự kiểm tra đó thành công nó khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết vàkhi đó giả thuyết đợc coi là một định luật chính xác, hoặc một học thuyết đáng tin cậy.Phơng pháp thực nghiệm đã thể hiện một số quan điểm mới mẻ, sâu sắc về nhận thức

tự nhiên, nhận thức chân lý Niutơn đã làm rõ quan điểm đó bằng bốn quy tắc sau:

Quy tắc 1: Đối với mỗi hiện tợng, không thừa nhận những nguyên nhân nào khác

ngoài những nguyên nhân đủ để giải thích nó Quy tắc này là sự khẳng định vai trò của

lí trí của con ngời trong nhận thức chân lý, gạt bỏ những quan niệm tôn giáo, kinh viện,không có liên quan đến khoa học

Quy tắc 2: Những hiện tợng nh nhau luôn đợc quy về cùng một nguyên nhân Quy

tắc thể hiện t tởng nhân quả quyết định luật của Niutơn Một nguyên nhân xác định phảigây ra một hệ quả xác định

Quy tắc 3: Tính chất của các vật có thể đem ra thí nghiệm đợc mà ta không thể làm

cho nó tăng hoặc giảm xuống thì đợc coi là tính chất của mọi vật nói chung Quy tắcnày là sự quy nạp khoa học, cho phép ta khái quát hoá những trờng hợp riêng lẻ để tìmnhững định luật tổng quát

Quy tắc 4: Bất kỳ khẳng định nào rút ra từ thực nghiệm, bằng phơng pháp quy nạp

đều là đúng chừng nào cha có những hiện tợng khác giới hạn hoặc mâu thuẫn với khẳng

định đó Quy tắc này thể hiện quan niệm biện chứng về tính tơng đối và tuyệt đối của

chân lý Nó thừa nhận mỗi chân lý khoa học đều có thể đợc chính xác hoá thêm, đợchoàn chỉnh thêm từng bớc một, trong mỗi bớc của quá trình nhận thức nó vẫn hoàn toàn

có giá trị khoa học

Với phơng pháp và t tởng nói trên, Niutơn đã đạt đợc những thành tựu rực rỡ trongnghiên cứu cơ học và ảnh hởng sâu sắc đến toàn bộ sự phát triển của vật lý học trongnhiều thế kỷ sau

1.2.2 Phơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý

1.2.2.1 Các giai đoạn của phơng pháp thực nghiệm

Để giúp học sinh bằng hoạt động của bản thân mình mà tái tạo, chiếm lĩnh đợc cáckiến thức vật lý thực nghiệm thì tốt nhất là giáo viên tổ chức cho họ trải qua các giai

đoạn của phơng pháp thực nghiệm nh sau:

Giai đoạn 1.

Giáo viên mô tả một hoàn cảnh thực tiễn, hay biểu diễn một vài thí nghiệm và yêucầu các học sinh dự đoán diễn biến của hiện tợng, tìm nguyên nhân hoặc xác lập mốiliên hệ nào đó Tóm lại là nêu lên một câu hỏi mà học sinh cha biết câu trả lời, cần suynghĩ tìm tòi mới trả lời đợc

Giai đoạn 2.

Giáo viên hớng dẫn, gợi ý cho học sinh xây dựng một câu dự đoán ban đầu, dựavào sự quan sát tỉ mỉ, kỹ lợng, vào kinh nghiệm bản thân, vào những kiến thức đã có…(ta gọi là xây dựng giả thuyết) Những dự đoán này, có thể còn thô sơ, có vẻ hợp lý nhngcha chắc chắn

Giai đoạn 5.

ứng dụng kiến thức, học sinh vận dụng kiến thức để giải thích hay dự đoán một sốhiện tợng đơn giản trong thực tiễn dới hình thức các bài tập Thông qua đó, trong một sốtrờng hợp, sẽ đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và xuất hiện mâu thuẫn nhận thứcmới cần giải quyết

1.2.2.2 Các mức độ sử dụng phơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý

Những bài học mà học sinh có thể tham gia vào năm giai đoạn trên không nhiều Đó lànhững bài học mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự phân tích quá phức tạp

và có thể kiểm tra giả thuyết này bằng thí nghiệm đơn giản, sử dụng những công cụ đolờng mà học sinh đã quen thuộc

Ví dụ: Các định luật về rơi tự do; định luật III Niutơn; quy tắc mômen về sự cân bằngcủa các vật quay quanh một trục; định luật Bôilơ - Mariốt; định luật phản xạ ánh sáng.Trong nhiều trờng hợp, học sinh gặp khó khăn không thể vợt qua đợc thì có thể sử dụngphơng pháp thực nghiệm ở các mức độ khác nhau, thể hiện ở mức độ học sinh tham giavào các giai đoạn của phơng pháp thực nghiệm

1.3 Một số phơng pháp khảo sát chuyển động thẳng của một vật trong các thí nghiệm vật lý ở THPT

1.3.1 Phơng pháp sử dụng đồng hồ đo thời gian có cần rung kết hợp với giấy ghi

1.3.1.1 Bộ thí nghiệm chuyển động thẳng của Việt Nam

Bộ thí nghiệm này có thể tiến hành đợc các thí nghiệm sau:

- Khảo sát chuyển động thẳng đều;

- Đo vận tốc tức thời của một vật chuyển động;

- Khảo sát chuyển động thẳng biến đổi đều;

- Khảo sát sự rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do;

- Nghiệm lại định luật bảo toàn động lợng;

a Các chi tiết của bộ thí nghiệm

 Đồng hồ đo thời gian có cần rung

+ Cấu tạo

- Một cuộn dây 1 dùng dòng điên xoay chiều;

- Một thanh sắt đàn hồi 2, một đầu gắn bút dạ, đầu kia gắn vào một nhíp đàn hồinằm dọc theo trục cuộn dây (xem hình vẽ 1) Bộ phận này tạo ra dao động (cầnrung);

- Một nam châm vĩnh cửu 4 đặt dới thanh sắt;

- Một con lăn 5 lắp dới ngòi bút dạ 3, tạo ra khe hẹp giữa con lăn và đầu ngòi bútdạ, để luồn băng giấy;

- Thanh định hớng: Các thanh định hớng đợc lắp song song với trục có tác dụng giữcho băng giấy nằm giữa khe hẹp nói trên;

- Một cán sắt có ốc để lắp đồng hồ lên giá nhằm để giữ cố định cho đồng hồ không

bị rung khi hoạt động;

1 2 3

4

- Một đèn báo hiệu cần rung hoạt động

Hình 1 Cấu tạo của đồng hồ đo cần rung.

+ Hoạt động

Cho dòng điện xoay chiều 220V-50Hz vào đồng hồ, đèn hiệu bật sáng, cuộn dây đổicực 50 lần trong một giây, cần rung dao động 50 lần trong một giây Nh vậy cần rungthực hiện một dao động mất 1/50s hay 0,02s ứng với hai lần bút dạ chấm vào băng giấy.+ Lu ý

- Có thiết bị không dùng bút dạ mà dùng mũi nhọn đập xuống giấy than tạo thànhmột chấm lên băng giấy

- Có thiết bị đo thời gian có cần rung không dùng nam châm vĩnh cửu mà dùng một

điốt mắc vào cuộn dây để cắt bớt nửa chu kỳ đối với dòng điện xoay chiều, mũinhọn hay bút dạ đập xuống băng giấy 50 lần trong một giây

- Thiết bị đo thời gian kiểu này của hãng Leybold (CHLB Đức) thì dùng băng giấy

có cấu tạo đặc biệt, khi mũi nhọn đập vào băng giấy thì nơi có vết chấm sẽ đổimàu xanh lam Đồng hồ có thể hoạt động ở các tần số 10Hz, 50Hz, 60Hz

- Băng giấy cứng và dai có thể đục lỗ để khi treo quả cân bằng giấy không bị đứt.Loại băng giấy này dùng trong các thí nghiệm: “Nghiệm lại định luật II Niutơn”

và “định luật bảo toàn cơ năng”

b Phơng pháp khảo sát chuyển động với bộ thí nghiệm thẳng của Việt Nam

- Một đầu băng giấy gắn vào xe lăn, đầu kia luồn qua các thanh định hớng qua khe giữa

đầu bút dạ và mặt con lăn

- Khi bật công tắc cho đồng hồ hoạt động đồng thời cho xe chạy, xe kéo theo băng giấy

và khi đó đầu bút dạ sẽ chấm lên băng giấy, các vết mực đánh dấu các vị trí của xe saunhững khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp là 0,02s

- Căn cứ vào độ dời của xe thực hiện đợc trong những khoảng thời gian bằng nhau liêntiếp ta có thể xác định đợc vận tốc và gia tốc của vật

1.3.1.2 Bộ thí nghiệm của hãng Leybold (CHLB Đức)

Bộ thí nghiệm này có thể tiến hành đợc các thí nghiệm sau

a Các chi tiết của bộ thí nghiệm

- 1 ray kim loại (máng kim loại) dài 1m;

- 1 bộ gia trọng biến đổi gia tốc;

b Phơng pháp khảo sát chuyển động với bộ thí nghiệm này tơng tự nh mục 1.3.1.1.b.

1.3.2 Phơng pháp chụp ảnh hoạt nghiệm

Phơng pháp chụp ảnh hoạt nghiệp đợc sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vựcnghiên cứu thực nghiệm của vật lý hiện đại với những quá trình xảy ra rất nhanh (vachạm, rơi tự do, viên đạn bay…) và với đối tợng rất nhỏ bé (phân tử, nguyên tử,electron…)

Để xác định vị trí chính xác của một vật chuyển động nhanh tại những thời điểmcách đều nhau ngời ta thờng dùng phơng pháp chụp ảnh hoạt nghiệm Dới đây là ph-

ơng án thí nghiệm nghiên cứu sự rơi tự do bằng phơng pháp hoạt nghiệm

Một hòn bi sơn trắng đợc thả rơi trớc một cái thớc đặt thẳng đứng trong mộtphòng tối Một máy ảnh đợc mở để chụp hòn bi trong suốt thời gian rơi Hòn bi đợcchiếu sáng bởi những chớp sáng xảy ra cách nhau những khoảng thời gian bằng nhau

có thể điều chỉnh đợc theo ý muốn (từ 1/1000s đến 1/100000s) Đèn chiếu sáng đợcgọi là đèn hoạt nghiệm điện và điện tử có cờng độ sáng rất mạnh Để tạo

ra chớp sáng, ngời ta chắn trớc đèn chiếu một đĩa tròn có khoét một lỗ tròn Đĩa quay

đều nhờ một động cơ điện Hòn bi đợc chiếu sáng một cách chớp nhoáng khi lỗ trònnằm trớc đèn chiếu Chẳng hạn, muốn cho chớp sáng cách nhau 0,03s thì địa

phải quay một vòng trong 0,03s, tức là 2000vòng/phút Nếu trên vành địa có đụcnhiều lỗ cách đều nhau thì ta có thể giảm tốc độ quay của đĩa nhiều lần

Hình 4: ảnh chụp hoạt nghiệm

Căn cứ vào ảnh chụp hoạt nghiệm chúng ta xác định đợc vị trí và các quảng đờng màvật đi đợc trong những khoảng thời gian tơng ứng từ đó ta xác định đợc gia tốc rơi tự docủa vật

1.3.3 Phơng pháp sử dụng Camera (VideoCom), phần mềm VideoCom kết nối máy

vi tính

10 20 30 40 50 60 70 80

1.3.3.1 Bộ thí nghiệm đệm không khí – VideoCom – máy vi tính

Bộ thí nghiệm là sự kết hợp giữa ba bộ phận chính: Bộ đệm khí, VideoCom, phầnmềm VideoCom - máy vi tính

Và Hai thanh trụ;

Đệm không khí đợc cấu tạo bởi thanh hợp kim nhôm, tiết diện hình chữ nhật (hoặchình chữ V ngợc), thẳng và nhẵn, dài 1,5m, giữa rỗng, một đầu của đệm khí đợc bịt

1a1b

1c

1a1b1c

kín, đầu còn lại có miệng để thổi khí từ bơm vào Phía dới có các thanh chống và thanh

đỡ đề phòng đệm khí bị biến dạng Mặt trên đệm khí đợc đục nhiều lỗ nhỏ cách đềunhau để khí nén thoát ra ngoài Bên dới của đệm khí là hệ thống giá đỡ có bốn chân, vớibốn vít điều chỉnh thăng bằng

Đặt đệm khí ngay ngắn trên bàn thí nghiệm, đầu trớc nhô ra khỏi bàn

- Lắp giá ròng rọc vào tấm chắn đầu trớc của đệm khí, trục ròng rọc bắt vào hai bêngiá ròng rọc, không lắp quá chặt, điều chỉnh ròng rọc ngay ngắn với đệm khí

- Dùng vải sạch để làm sạch mặt công tác của đệm khí và xe trợt, tránh bụi làm ảnhhởng đến chuyển động của xe trợt

- Dùng ngón tay lần lợt kiểm tra lỗ thông khí ở mặt công tác của đệm khí, nếu lỗkhông thông thì dùng sợi kim loại 0,5mm để thông Để tránh thí nghiệm bị ảnhhởng chấn động, máy bơm khí nên đặt trên một chiếc ghế hoặc một bàn khác

- Lắp 2 tấm dừng vào hai đầu đệm không khí

- Điều chỉnh đệm không khí: điều chỉnh đệm khí là điều chỉnh mức thăng bằng của

đệm không khí, là công việc chuẩn bị quan trọng khi làm thí nghiệm

- Cách làm: Khởi động nguồn khí, đặt xe trợt lên đệm khí, cẩn thận điều chỉnh ốc

điều chỉnh thằng bằng của giá điều chỉnh, để trong một thời gian ngắn xe định vịtrên những vị trí bất kì trên đệm không khí, sau đó dùng êku cố định lại

- Nhiệt độ do động cơ điện của bơm toả ra đều do luồng khí mang đi Cho nên nếu

đầu vào của luồng khí hoặc lỗ thoát khí trên đệm khí bị tắc đều có thể dẫn đến động cơ

điện nóng và bị cháy Do đó, khi sử dụng cần chú ý những điều sau:

+ Phải thờng xuyên thông suốt các lỗ thông hơi, lỗ thoát khí đảm bảo luồng khí luthông tốt

+ Khi chạy máy nếu nhiệt độ vợt quá 600 thì phải ngừng hoạt động, để kiểm tra

các lỗ thông khí và lỗ thoát khí

b Camera quan sát chuyển động - VideoCom

Phơng pháp sử dụng VideoCom đợc xem nh một phơng pháp đơn giản và hữu íchnhất cho ngời sử dụng cả về mặt thao tác cũng nh đánh giá xử lý kết quả trong chuyển

động một chiều

Cấu trúc của VideoCom

Hình 9.: Camera (VideoCom) và giá đỡ.

VideoCom là một thiết bị mới nó đợc sử dụng CCD đơn tuyến Divice) Cho phép ghi nhận một hay nhiều ảnh trên CCD line với 2048 điểm ảnh

(Charge-Couple-Các hình ảnh này đợc truyền về máy vi tính qua Cable chuyển đổi SRS: 232 với tốc độ

80 giá trị trên một giây Quá trình này đợc lặp lại liên tục cho phép ngời sử dụng có thểghi và đánh giá sự thay đổi trong chuyển động cũng nh sự thay đổi về cờng độ sáng.Cấu tạo và các thiết bị đi kèm bao gồm:

Hình 10 Cấu trúc VideoCom.

(1) Thấu kính f = 50mm;

(2) Đèn LED (đợc gắn vào ống kính nối với giắc (5) cho phép điều chỉnh

cờng độ sáng và tần số phát ra);

(3) Giắc cắm nguồn cung cấp 12V-ACV;

(4) Giọt nớc sử dụng điều chỉnh mức cân bằng của VideoCom;

(5) Giắc cắm đèn LED;

(6) Nút nhấn Start/Stop;

(7) Màn hình tinh thể lỏng;

(8) Nút Mode - cho phép lựa chọn các Mode hoạt động;

(9) Núm tLED điều chỉnh cờng độ sáng và tần số;

(10) Chân cắm an toàn - cung cấp nguồn cho thiết bị ngoại vi (Nam châm);(11) Núm điều chỉnh điện áp đầu ra (10V đến 16V);

(12) Chân SRS: 232 - kết nối với máy tính;

(13) Chốt định vị với chân Camera;

(14) Thanh đỡ có ren, dài 107mm;

(15) Cable chuyển đổi;

làm tăng hiệu quả sử dụng của hệ thống quang học với thấu kính 50mm, Camera 35mmcho phép điều chỉnh tiêu cự và ống kính bằng tay