Khóa luận thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm chuyển động thẳng để phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình SGK lớp 10 THPT tài liệu, ebook, giáo trình

luận văn chuyên ngành phương pháp dạy học vật lý ở trường phổ thông, phù hợp cho sinh viên tham khảo làm khóa luận tốt nghiệp. luận văn tập trung vào trình bày việc thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

MỤC LỤC Mục lục c0 HH ng ng ng nh nh bn cà 1 Danh muc cac ki hiéu viét tat cc cc cccccececceccecccucccuceecceeeecusenceseseneesesens 4

1 Lí do chọn để tài -o co s2 CS S9 S999 9S 9n Si Vy vi nsses 5

2 Murc dich nghién crru ssecssccscsccsccescsvccsccncescssesssessssessssesscsseveseesees 6

3 Khách thê và đối tượng nghiên CUru scccesccssccsesesscessceeeseeeceecceesseescsses 6

4 Giả thuyết khoa hỌC - ‹ cs + c3 2300050050 900 0005 85 15 185 85 85555 7

6 Các phương pháp nghiên CỨU - co « «c5 2250 90900 0900 3 90 0 V0 1n 1 9566 7

7 Những đóng góp của đề tài - - cv vn cv essei 8

8 Câu trúc khóa luận - o0 0 0 009 8 PHẦN NỘI DUNG - - - << G c5 S2 5 8v 0 vn 1y 8 vs s94 9

Chương I: Cơ sở lí luận của việc sử dụng thí nghiệm trong tô chức hoạt động

4 Các bước cần tiễn hành đề thiết kế phương án dạy một tiết học - 16

5 Thi nghiém trong day hoc vat lin 16 3.2 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học Vật ÏÌ ««+<<s+++ss 17 3.3 Các loại thí nghiệm trong dạy học VẬ| ÏÍ -c xxx 18 5.4 Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đổi với việc

sử dụng thí nghiệm trong dạy hỌC VẬTE ÏÍ - ác HH HH Y1 tk ru 20 Kết luận chương - 2 SE Sex ke S33 1197111111113 T1 T11 xe rrkc 23

Chương II: Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thang dé

phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình SGK Vật lí 10 THPT 24

1 Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học một số kiến thức về chuyên

1.2 Khao sat thực nghiệm chuyén động thẳng " 24 1.3 Chuyến động thắng biến đổi đêh - Set TT HE TT 1111101111 xe 25

1.35 Định luật IT Nive —to1eiccccccccccccccccccssssceccccccscccccccncssececccccauseecsceascescececceasecescneaenceces 26

1.7 Định luật bảo toàn động ÏƯỢNG - Gà HH SH ng kg vn xà 26

2 Các bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyên động thắng đã có - 2-5-5552 cscxet 27 2.1 Bộ thí nghiệm cần ƑHÍẨ Là TQ HT TH HH KH TT HT ng xà 27 2.2 Bộ thí nghiệm băng đỆPH KHÍ Gà 1 HS KH ng kg nh kg vn 28 2.3 ,8//8,-4,/2/1,.,.0W0i 7n e-ee 29 2.4 Bộ thí nghiệm tương tác giữa Ïhqi X€ ÏĂN SG 3 2Ý 1 v.v ve 29 2.5 Bộ thí nghiệm sứ dụng đồng hồ [WƠHEĐ ÍẮC ÍH GÀ xxx 30 2.6 Bộ thí nghiệm định luật lII Niu — ÍOIL Ặ SG SG HH kg ng vn 31

3 Thiết kế bộ thí nghiệm - 2 SE Sẻ E332 E33 E2 1111151511151 15 0111 cxcxrkp 33

UY, 0//,,82//8/.1 /00nnnn 35

4 Chế tạo bộ thí 0110158000157 35 5 Tiến hành thí nghiệm -¿- - + EEEE£ESEEEE SE 3 1E 39 111151181131 xe 40 5.1 Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thắng đÌểu - ©- - + Set St cse cv, 40 3.2 Thi nghiệm nghiên cứu chuyển động nhanh dân đểề Ẳ SH tt ng rret 42 3.3 Thi nghiệm nghiên cứu định luật II Ni — ÍƠW ch hư 44 3.4 Thi nghiệm nghiên cứu định luật bảo toàn động ÏƯỢnG c cà cŸecà: 45 3.5 Thi nghiệm nghiên cứu định luật TIT Ni — ÍƠP - S- cv ssssee 47

6.1 Những điểm mới - «k1 ST T1 111111 1 1111111 T10 tr 52

7 Soan thao tién trinh dạy học sử dụng bộ thí nghiệm - - 5 2Ă <5 S2 ++2<<+<s2 53 7.1 Chuyén Gong thang deuicccccccccccscscscssvscsssssscsussssvsussssvsvsssvsnsscevsvsnsscsvsesacscseseseeees 53 7.2 Chuyến dong thang Dien AOi AeU ecceecccesesecssessssssessescsescsssscssssesesesscsssesesssseeeeen 56 7.3 Dith luGt [Niu —toniiccecccccccccssssssscccccccccccccssssssscsscccccccccscsssssssscececccececsssscceceseeeeeees 60

7.3 Định luật II] NỮM — ÍƠH G1 c0 94 67 7.6 Định luật bảo toàn động ÏƯỢH SH ng ng ng 72 Kết luận chương Ï 2 2 Sẻ + S SE SE13 T915 31 1711151311111 11 e2 78

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, 2-2 SE SE S993 E SE SE SE S5E5E5E 158 575255131118 E8 5 EErre 70

LỜI Cảm ƠP - - - - c c0 0090000080030 0 0000500000005 000035000 800500000055 000055 000005 006095 0000 9 06005 000 95 981355 85984 80 Tài liệu tham khảo << Ăn HH nH HS ng ve 81 PHU LUC ccccccecscccccsecececececcccceceecececscssssscsssssesessessseusususseusseusnsnsssnsssssssssssscecsesesesesesess 82

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHU VIET TAT

1 Lí do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thời đại mà cuộc cách mạng khoa học — kỹ thuật và công nghệ đang diễn ra hết sức mạnh mẽ, nó tạo cơ sở mới cho sự phát triển của xã hội, nâng cao đời sống của con người Để theo kịp sự phát triển của khoa học và công nghệ,

để hòa nhập vào nền kinh tế tri thức trong thế kỉ XXI, sự nghiệp giáo dục cũng phải nhanh chóng đổi mới nhằm đào tạo thế hệ trẻ phát triển nhân cách toàn diện có đức có tài, có trí tuệ thông minh, có tư tưởng thâm mĩ, có sức khỏe d6i dào, sẵn sàng thực hiện nghĩa vụ lao động và bảo vệ tô quốc, tạo nên nhân cách người Việt Nam vừa truyền thống, vừ hiện đại, phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới

Nhưng trên thực tế, quá trình giáo dục chưa đáp ứng được mục tiêu đã đề ra Nền giáo dục của ta chưa thực sự đào tạo được thế hệ trẻ đáp ứng được với xu thế phát triển của thế giới Chúng ta thiếu những con người có tính năng động cá nhân, có tư duy sáng tạo, có kĩ năng thực hành giỏi và tác phong công nghiệp

Tình hình đó đòi hỏi nền giáo dục phải được làm một cuộc cách mạng toàn diện, sâu sắc và triệt để Trong đó, mẫu chốt là đổi mới toàn bộ quá trình dạy học bao gồm nhiều thành tố: nội dung dạy học, phương pháp dạy học, hình thức tổ chức dạy học, cách thức kiểm tra, đánh giá kết quả học tập [1] Nói cách khác, quá trình dạy học là một quá trình dưới sự lãnh đạo, tô chức, điều khiển của người giáo viên, người học tự giác, tích cực, chủ động tự tỔ chức, tự điều khiến hoạt động nhận thức của mình nhằm thực hiện những nhiệm vụ dạy học Sự đôi mới phải làm cho quá trình dạy học vừa đảm bảo tính khoa học vừa đảm bảo phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh

Nghị quyết hội nghị lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương Đảng cộng sản Việt Nam khóa VII về tiếp tục đổi mới sự nghiệp giáo dục và đào tạo đã chỉ rõ “Đổi mới phương pháp dạy và học ở tất cả các cấp học, bậc học áp dụng những biện pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vẫn

dé” [8]

Triên khai nghị quyết đó, ngành giáo đục nước ta đã và đang có nhiều đổi mới về mục tiêu, chương trình, nội dung sách giáo khoa, phương pháp dạy học Trong đó có môn vật lí trung học phổ thông

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, con đường tìm ra kiến thức vật lí cũng có những điểm khác biệt so với những môn học khác Muốn quá trình dạy học vật lí diễn ra vừa khoa học, vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh thì bài học không

Tuy nhiên, qua tìm hiểu tình hình dạy học môn vật lí ở trường phố thông, kết quả chỉ ra rang: thực trạng dạy học vật lí hiện nay không đáp ứng được tính khoa học thực nghiệm của bộ môn vật lí Tình trạng thiếu thiết bị, dụng cụ hoặc có nhưng chất lượng thấp, không đồng bộ là hiện tượng phô biến ở hầu hết các trường phô thông, đây là một lí

do khiến nhiều giáo viên dạy không có thí nghiệm Một số trường có thiết bị nhưng ngay

cả thí nghiệm biểu diễn giáo viên cũng ít làm vì nhiều lí do, học sinh thường chang bao

giờ được làm thí nghiệm trực diện mà chủ yếu là học “chay” Do đó không phát huy được tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh, giảm tính hấp dẫn của bộ môn vật lí đối với học sinh

Như vậy, lí luận và thực tiễn đã chỉ ra răng các thí nghiệm thực hành vật lí đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình giảng dạy

Trong chương trình vật lí phố thông, kiến thức liên quan đến chuyên động thắng

(chuyển động thắng đều, biến đổi đều, định luật I, H, II Niu tơn, định luật bảo toàn động lượng) là phần kiến thức cơ bản của cơ học Hiện tại đã có nhiều bộ thí nghiệm nghiên

cứu phân này Có thê kê đến các bộ thí nghiệm: bộ cần rung điện, bộ băng đệm khí và bộ máng CT 10 -2, bộ thí nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn Tuy nhiên, các bộ thí nghiệm đó chưa đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầu người sử dụng

Đề giải quyết vẫn đề trên, chúng tôi nhận thấy cân nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm mới, khắc phục được các khó khăn của các bộ thí nghiệm cũ Và sau đó, sử dụng bộ thí nghiệm mới vào dạy học sao cho hiệu quả

Với những lí do trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm

chuyển động thẳng để phục vụ day hoc phan co học trong chương trình SGK lớp 10 THPT”

3 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thê nghiên cứu: tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh

- Đối tượng nghiên cứu: tính tích cực tự chủ sáng tạo của học sinh trong hoạt động học tập kiến thức về chuyên động thắng

4 Giả thuyết khoa học

Ở nhiều trường phổ thông, dạy học phan kiến thức liên quan đến chuyên động thắng (SGK Vật lí 10 NC) chưa phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh Tôn tại tình trạng đó là do giáo viên chưa tô chức được quá trình dạy học hợp lí, các

bộ thí nghiệm đã có còn nhiều bất tiện gây khó khăn cho giáo viên khi đổi mới quá trình dạy học Nếu thiết kế, chế tạo được một bộ thí nghiệm mới khắc phục được những nhược điểm của bộ thí nghiệm cũ và sử dụng bộ thí nghiệm mới vào dạy học một cách thích hợp thì sẽ phát huy được tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh khi học tập kiến thức về chuyên động thăng

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài cần nghiên cứu: tổng hợp kiến thức về giáo dục học,

tâm lí học, lí luận dạy học để xây dựng cơ sở lí luận cho đề tài

- Nghiên cứu thực tế dạy học bài “ Chuyên động thắng đều; Chuyên động thăng biến đổi đều; Định luật I, II, HI Niu- tơn; Định luật bảo toàn động lượng ”ở lớp 10 thuộc một số trường THPT nhằm tìm hiểu tình hình dạy học các bài này, trong đó có thực trạng thiết bị

thí nghiệm ở trường phô thông Từ đó, xác định được các thiết bị thí nghiệm cần chế tạo,

hoàn thiện Đồng thời, việc nghiên cứu thực tế dạy học cũng còn nhằm phát hiện những khó khăn, sai lâm phô biến của học sinh trong quá trình học tập và nguyên nhân của chúng

- Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thắng khắc phục được những nhược điểm của các bộ thí nghiệm đã có trước đó Phân tích kiến thức về chuyên động thang, từ đó đặt ra nhiệm vụ cần thiết ké bộ thí nghiệm như thế nào, tìm hiểu các bộ thí nghiệm đã có xem đã đáp ứng được nhu cầu chưa, còn cần bố sung gi; thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm mới theo yêu cầu đã đặt ra

- Soạn thảo tiến trình dạy học các bài học có sử dụng bộ thí nghiệm: dựa vào các kết luận thu được từ phân cơ sở lí luận để soạn thảo tiến trình dạy học phát huy được tính tích cực,

tự chủ, sáng tạo của học sinh

6 Các phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí luận: nghiên cứu các vẫn đề là cơ sở lí thuyết cho đề tài; nghiên cứu tài liệu về lí luận dạy học hiện đại, SGK, sách giáo viên, soạn thảo các kiến thức liên quan đến chuyên động thắng

- Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về việc thiết kế, chế tạo một số thiết bị thí nghiệm

- Phương pháp điều tra thăm đò : điều tra tình trạng của việc dạy học các kiến thức về

- Phương pháp thống kê toán học được sử dụng trong quá trình xử lí các số liệu thực nghiệm

- Sử dụng bộ thí nghiệm, soạn thảo được tiễn trình dạy học các bài: chuyển động thắng

đều, chuyền động thăng biến đổi đều, định luật I Niu tơn, định luật II Niuton, định luật II

Niu ton, định luật bảo toàn động lượng

8 Cầu trúc khóa luận

Khóa luận gồm ba phân: phần mở đâu, phần nội dung, phần kết luận và kiến nghị

Ở phần mở đầu, khóa luận nêu lên đặc điểm chung của đề tài, phân này gồm có 8 mục nhỏ

Phần nội dung trình bày toàn bộ quá trình thực hiện đề tài Phần này gồm hai chương: chương 1 nêu lên cơ sở lí luận của dé tài, chương hai trình bày nội dung, kết quả các công việc mà khóa luận đã nghiên cứu được

Phần kết luận và kiến nghị tong két lai quá trình thực hiện dé tài và nêu một vài kiến nghị, mong muốn trong quá trinhg thực hiện đề tài

PHAN NOI DUNG

CHUONG I: CO SO LI LUAN CUA VIEC SU DUNG THI NGHIEM TRONG TO CHỨC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH KHI DẠY HỌC VẬT LÍ Ở

TRUONG PHO THONG

1 Mục tiêu, nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phố thông

[1] Mục tiêu của giáo dục Việt Nam là đào tạo thế hệ trẻ phát triên nhân cách toàn diện có đức có tài, có trí tuệ thông minh, có tư tưởng thẳm mĩ, có sức khỏe dồi dào, sẵn sàng thực hiện nghĩa vụ lao động và bảo vệ tô quốc, tạo nên nhân cách người Việt Nam vừa truyền thống, vừ hiện đại, phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới

Theo đó, dạy học có ba nhiệm vụ cơ bản sau:

- Nhiệm vụ 1: Điều khiến, tổ chức học sinh nắm vững hệ thống tri thức phô thông

cơ bán và hiện đại, phù hợp với thực tiễn đất nước về tự nhiên, xã hội - nhân văn, đồng thời rèn luyện cho họ hệ thống kĩ năng, kĩ xảo tương ứng

- - Nhiệm vụ 2: Tổ chức, điều khiển học sinh hình thành, phát triển năng lực và phẩm chất trí tuệ, đặc biệt là năng lực tư duy độc lập, sáng tạo

- Nhiệm vụ 3: Tổ chức, điều khiển học sinh hình thành cơ sở thế giới quan khoa học, những phẩm chất đạo đức nói riêng và phát triển nhân cách nói chung

Các mục tiêu, nhiệm vụ dạy học chủ yếu được thực hiện thông qua dạy các

môn học Mỗi môn học có đặc điểm của mình và có thể thực hiện nhiệm vụ chung đó bằng các cách khác nhau

[2] Môn vật lí ở trường phô thông có những đặc điểm cơ bản sau:

- - Vật lí học nghiên cứu các hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất, cho nên các kiến thức vật lí là cơ sở của nhiều ngành khoa học tự nhiên, nhất là hóa học và sinh học

- _ Vật lí học ở trường phố thông chủ yếu là vật lí thực nghiệm, phương pháp của nó chủ yếu là phương pháp thực nghiệm

- - Nhiều kiến thức vật lí có liên quan chặt chẽ với các vân đề cơ bản của triết học

- - Vật lí học là cơ sở lí thuyết của việc chế tạo máy móc, thiết bị dùng trong đời sống

và sản xuất

- _ Vật lí là khoa học chính xác, đòi hỏi có kĩ năng quan sát thực tế, khéo léo tác động vào tự nhiên khi làm thí nghiệm, có tư duy logic chặt chẽ, biện chứng, trao đổi thảo luận đề khẳng định chân lí

Do đó nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phô thông bao gỗm:

- - Trang bị cho học sinh những kiến thức pho thông, cơ bản, hiện đại, có hệ thống, bao gồm :

$ Nội dung chính của thuyết vật lí

Các ứng dụng quan trọng nhất của vật lí trong đời sống và sản xuất

* Các phương pháp nhận thức phố biến dùng trong vật lí

- Phát triển tư duy khoa học ở học sinh: rèn luyện những thao tác, hành động, phương pháp nhận thức cơ bản nhằm chiếm lĩnh kiến thức vật lí, vận dụng sáng tao dé giải quyết van dé trong học tập và hoạt động thực tiễn sau này

- _ Bồi dưỡng cho học sinh thế giới quan duy vật biện chứng, giáo dục lòng yêu nước, thái độ đối với người lao động, đối với cộng đồng và những đức tính khác

- _ Góp phần giáo dục kĩ thuật thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh, làm cho học sinh nam được những nguyên lí cơ bản về cầu tạo và hoạt động của máy móc được dùng trong nền kinh tế quốc dân Có kĩ năng sử dụng các dụng cụ thí

nghiệm vật lí phô biến, kĩ năng lắp ráp thiết bị, vẽ biểu đồ, Những kiến thức, kĩ

năng đó giúp học sinh nhanh chóng thích ứng với hoạt động lao động sản xuất trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

2.2 Qua trình dạy học vật lí

Vật lí là một môn khoa học thực nghiệm, quá trình dạy học vật lí cũng có những đặc điểm riêng của nó

2.2.1 Quá trình dạy học vật lí dién ra một cách khoa học

Dé quá trình dạy học điễn ra một cách khoa hoc thì cách tốt nhất là quá trình này cũng phải phỏng theo quá trình nhận thức khoa học Đối với quá trình dạy học vật lí cũng như vậy

e Quá trình nhận thức khoa học trong vật lí

[3] Con đường nhận thức khoa học, nhận thức chân lí khách quan được V.I Lênin chỉ ra: “ Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng rồi từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lí, của sự nhận thức thực tế khách quan.”

Là một môn khoa học thực nghiệm, con đường nhận thức khoa học vật lí cũng tuân theo quy luật chung đã được Lê nn chỉ ra nhưng nó mang nét đặc thù của vật lí học Trên

cơ sở khái quát những phát biểu của các nhà vật lí học nỗi tiếng, V.G.Razumopxki đã trình bày chu trình sáng tạo khoa học:

xét lại, chỉnh lí hay thay đỗi nó

e Qua trinh dạy học phỏng theo quá trình nhận thức khoa học trong vật lí

Dé tập cho học sinh thói quen tư duy, nghiên cứu vật lí, quá trình dạy học vật lí cần phỏng theo quá trình nhận thức khoa học trong vật lí

[3] Theo đó, quá trình dạy học có thê biêu diễn bằng sơ đồ:

Chọn lọc, xây dựng thông tin vê đôi tượng cân nghiên cứu _

(thông qua quan sát thực nghiệm hoặc qua phân tích, suy luận lí thuyêt)

Phát hiện mâu thuẫn cân giải quyết

hay vân đê mới cân nghiên cứu?

Đưa ra mô hình giả thuyết (giả thuyêt khoa học vê tính chat mới, môi quan hệ mới )

e_ Các phương pháp xây dựng giả thuyết khoa học:

[4] Trong nghiên cứu vật lí, có 4 phương pháp nhận thức cơ bản để xây dựng giả thuyết khoa học:

- Phương pháp thực nghiệm: giả thuyết được xây dựng băng cách tông hợp các kết

quả thu được khi quan sát thực tế, khi tiến hành thí nghiệm

- _ Phương pháp thí nghiệm lí tưởng: giả thuyết được xây dựng theo các bước:

o Tưởng tượng ra một mô hình thí nghiệm (thí nghiệm này không thê làm được trong thực tế do các điều kiện tiễn hành nó là lí tưởng, không thê có) o_ Dùng các thao tác tư duy phân tích những tiến trình khả đĩ của hiện tượng dựa vào quy luật vận động của mô hình

o_ Phân tích kết luận thu được để đưa ra giả thuyết khoa học

- _ Phương pháp tương tự: giả thuyết được xây dựng theo các bước:

o Tập hợp các dẫu hiệu đã có của đôi tượng cần nghiên cứu và đối tượng đã

có những hiểu biết phong phú định đem đi đối chiếu

o_ Phân tích những dấu hiệu giống và khác nhau giữa chúng

o_ Truyền các dấu hiệu của đối tượng đã biết cho đối tượng cần nghiên cứu đê

hình thành giả thuyết

- _ Phương pháp mô hình: giả thuyết được xây dựng theo các bước:

o_ Nghiên cứu các tính chất của đối tượng gốc

o Xây dựng mô hình: dùng các thao tác tư duy (có thê là sự tương tự), hình dung sơ bộ về sự vật, đi đến một mô hình sơ bộ Mô hình này trở thành

mẫu để nhà nghiên cứu tiếp tục xây dựng một mô hình thật (nếu đó là mô hình vật chất) hoặc đối chiếu mô hình của mình với những vật đã biết (nếu

đó là mô hình lí thuyết)

o_ Thao tác trên mô hình suy ra hệ quả, hệ quả này là giả thuyết cần xây dựng Dựa vào đó cóa thể chia các phương pháp xây dựng mô hình giả thuyết trong quá trình dạy học vật lí như sau:

- - Phương pháp thực nghiệm

- _ Phương pháp lí thuyết: bao gồm:

o_ Phương pháp thí nghiệm lí tưởng

o_ Phương pháp tương tự

o_ Phương pháp giải các bài toán vật lí: dựa vào các kiến thức đã có, tông hợp, phân tích, biến đôi để rút ra mô hình giả thuyết Phương pháp này được xây dựng do đặc điểm khác biệt của quá trình dạy học và quá trình nhận thức khoa học trong vật lí Trong nhận thức khoa học, các phép biến đổi đơn giản từ những kiến thức đã có chưa cho phép tạo ra tri thức mới cho nhân loại nhưng trong quá trình dạy học, các phép biển đổi đó lại mang đến hiểu biết mới cho học sinh

o Phương pháp mô hình: phương pháp này đòi hỏi cả những tư duy, biến đổi mang tính lí thuyết và cả những thao tác trên mô hình mang tính thực nghiệm

2.2.2 Quá trình dạy học vật lí phát huy tính tích cực, tự chu, sang tao 6 hoc sinh

[3] Thành tựu quan trọng nhất của tâm lí học phát triển làm cơ sở cho việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh một cách tích cực, tự chủ, sáng tạo là hai lí thuyết phát

Piaget (1896-1983) đã nghiên cứu quá trình phát triển trí tuệ với phương pháp tiếp cận duy vật biện chứng và đi đến kết luận: tri thức nảy sinh từ hoạt động

Vì “ tri thức nảy sinh từ hoạt động” nên dạy học phải lấy người học làm trung tâm

Tóm lại, từ những hiểu biết về quá trình dạy học nói chung và quả trình dạy học vat li noi riéng, ta co thể kết luận: để quá trình dạy học vật lí diễn ra đụng theo quy luật của quá trình dạy học nói chung, đảm bảo tính khoa học và phải huy tính tích cực, chủ dong, sang tao cua học sinh thì quả trình đó cần:

- _ Diễn ra theo con đường dạy học nêu và giải quyết vấn đề, vấn đê đặt ra phải vừa sức, rơi đúng vào vùng phát triển gần

- Phong theo quả trình nhận thức khoa học trong vật lí Tùy vào kiến thức cụ thể mà chọn phương pháp xây dựng mô hình giải quyết cho phù hợp

- _ Phát huy tôi đa hoạt động của học sinh trong quá trình nêu và giải quyết vấn đề

3 Các phương pháp dạy học vật lí

[1] Phương pháp dạy học là cách thức hoạt động phối hợp thống nhất của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học được tiến hành đưới vai trò chủ đạo của giáo viên nhằm thực hiện tối đa mục tiêu và nhiệm vụ dạy học

Hệ thống các phương pháp dạy học vật lí cũng tuân theo hệ thống các phương pháp dạy học nói chung

3.1 Hệ thống các phương pháp dạy học

s* Các phương pháp dạy học dùng ngôn ngữ

- _ Phương pháp thuyết trình

- Phuong phap van dap

- Phuong phap su dung SGK va tài liệu

s* Các phương pháp dạy học trực quan

- Phuong phap quan sat

- Phuong phap minh hoa

- Phuong phap biéu dién thi nghiém

s* Các phương pháp dạy học trực quan

- Phuong phap tinh huéng

- Phuong phap day hoc theo dy an

3.2 Lựa chọn và sử dụng phối hợp các phương pháp

Sau khi đã lựa chọn được con đường xây dựng kiến thức (con đường nêu và giải

trên con đường mà ta đã lựa chọn Có thê đó là: giáo viên thuyết trình, học sinh nghe; giáo viên và học sinh tiến hành hỏi đáp; dùng tài liệu; giáo viên tiến hành thí nghiệm hoặc học sinh thực hành thí nghiệm; giáo viên tô chức cho học sinh đóng kịch; tô chức

cho học sinh tiến hành một dự án Tùy từng kiến thức, điều kiện cụ thê mà giáo viên

chọn một hoặc nhiều phương pháp và phối hợp chúng với nhau Cách lựa chọn, phối hợp các phương pháp dạy học quyết định sự phát huy hoạt động của học sinh trong tiết học

đó, ảnh hưởng lớn đến mục tiêu phát triển tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh Việc lựa chọn, phối hợp các phương pháp dạy học sao cho hợp lí phụ thuộc lớn vào trình

độ và kinh nghiệm của giáo viên

4 Các bước cần tiễn hành để thiết kế phương án dạy học một tiết học

- Bước 1: Đọc, phân tích kiến thức cần dạy, từ đó tìm được những vấn đề lớn cần dạy

trong tiết học Giải quyết mỗi vẫn đề đó sẽ tìm ra kiến thức mới

- Bước 2: Phân tích xem có những con đường nào làm nảy sinh, giải quyết vẫn đề đó Tùy vào mục tiêu muốn rèn luyện điều gì ở học sinh mà lựa chọn con đường cho phù hợp Vẽ sơ đồ xây dựng kiến thức đảm bảo các ý sau: sơ đồ thê hiện rõ tiến trình nêu và giải quyết vẫn đề như sơ đồ 1; con đường nêu và giải quyết vấn đề thê hiện như sơ đồ 3

và phương pháp xây dựng đã được chọn lựa

- Bước 3: Lựa chọn phương pháp dạy học: cùng một con đường xây dựng kiến thức có thê lựa chọn phối hợp nhiều phương pháp một cách linh động nhưng đề phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh thì phương pháp đó nên nằm trong nhóm phương pháp huy động tối đa hoạt động của học sinh

- Bước 4: Soạn thảo tiến trình dạy học cụ thể

5 Thí nghiệm trong dạy học vật lí [2]

Thí nghiệm vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó

đã diễn ra sự tác động và kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận tri thức mới

Thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học Trước hết có ý nghĩa quan trọng như một yếu tố không thể tách rời của quá trình nhận thức, dưới sự chỉ đạo của giáo viên cùng sự đóng góp vô cùng quan trọng của các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm, các thí nghiệm vật lí giúp học sinh đạt hiệu quả cao trong học tập cũng như rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành

5.1 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

5.1.1 Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của li luận nhận thức

- _ Thí nghiệm là phương tiện để thu nhận tri thức: thí nghiệm được sử dụng để thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tượng, tạo điều kiện để học sinh đưa ra giả thuyết

- _ Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra tính đúng đắn của kiến thức thu được: Trong nhiều trường hợp, kết quả của thí nghiệm phủ nhận tính đúng đắn của tri thức đã biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra giả thuyết mới này ở các thí nghiệm khác Nhờ vậy ta sẽ được những tri thức có tính khái quát hơn, bao hàm các trì

thức đã biết trước đó như là các trường hợp riêng Trong nhiều trường hợp khác, thí

nghiệm được dùng để kiếm tra tính đúng đắn của những kiến thức rút ra bằng suy luận logic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết

-_ Thí nghiệm là phương tiện tạo cơ sở của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn: Trong chương trình vật lí ở phô thông đề cập tới một loạt các ứng dụng của vật lí trong đới sống và sản xuất, khi đó, thí nghiệm không những cho học sinh thay duoc su vận dụng trong thực tiễn của các kiến thức vật lí mà còn là bằng chứng sự đúng đắn của các kiến thức này

- Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lí: bồi dưỡng cho học sinh hai phương pháp nhận thức phố biến trong nghiên cứu vật lí ( phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình )

5.1.2 Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm lí luận dạy học

- Thi nghiém co thé str dung trong tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học:

đề xuất vân đề cần nghiên cứu;hình thành kiến thức, kỹ năng mới; củng cố kiến thức, kĩ năng; kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng mà học sinh đã thu được

- _ Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh:

e Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo về vật lí của học sinh

e Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lí, tô chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

e Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thê khác nhau, bồi

dưỡng các phẩm chật đạo đức của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện đơn giản và trực quan trong dạy học vật lí

e Thí nghiệm là phương tiện giúp ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình trong những điều kiện có thể khống chế được, dễ dàng đi tới nhận thức về nguyên

e Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu được thông tin chân thực về hiện tượng, quá trình vật lí Đặc biệt là trong nghiên cứu những lĩnh vực mà con người không thê tri giác trực tiếp bằng các giác quan thì sử dụng thí nghiệm mô hình là không thê thiếu được

3.2 Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lí

Có 2 loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lí ở trường phô thông:

+ Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên

+ Thí nghiệm thực tập của học sinh

3.2.1 Thí nghiệm biếu diễn của giáo viên

Thí nghiệm biểu diễn được giáo viên tiến hành trên lớp, trong các giờ học kiến thức mới hoặc củng cô kiến thức của học sinh

Căn cứ vào mục đích lí luận dạy hoc của thí nghiệm biểu diễn trong quá trình nhận thức của học sinh, thí nghiệm biểu diễn bao gồm những loại sau:

- Thí nghiệm mở đầu: giới thiệu cho học sinh một cách sơ lược về hiện tượng sắp nghiên cứu, tạo tình huống có vấn dé, tạo nhu cầu hứng thú học tập của học sinh

- _ Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: nhằm xây dựng hoặc kiêm chứng kiến thức mới Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng bao gồm:

e Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát: cung cấp các cứ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát thành kiến thức mới, giải quyết được vẫn đề đầu giờ học Ví dụ: thí nghiệm

định luật HI Niu-tơn; định luật cảm ứng điện từ, định luật khúc xạ ánh sáng

e Thí nghiệm nghiên cứu minh họa: nhằm kiêm chứng lại kiến thức đã được xây dựng bằng con đường lí thuyết, dựa trên những phép suy luận chặt chẽ Ví dụ: quy luật dao động điều hòa của con lắc lò xo ngang, biêu thức tính lực Lo-ren-xơ

- - Thí nghiệm củng cố: nêu lên những biểu hiện của kiến thức đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng của kiến thức này trong sản xuất và đời sông đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải thích hiện tượng Thông qua đó, giáo viên có thê kiêm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh

3.2.2 Thí nghiệm thực tập của học sinh

Thí nghiệm thực tập là thí nghiệm do học sinh tiễn hành trên lớp, ngoài lớp ở các mức

độ tự lực khác nhau

Có thể chia thí nghiệm thực tập làm 3 loại:

- _ Thí nghiệm trực diện: là thí nghiệm do học sinh tiễn hành trên lớp chủ yếu khi nghiên cứu kiến thức mới nhưng cũng có thê khi ôn tập trong tiết học bài mới

e Tùy vào mục đích sử dụng, thí nghiệm trực diện có thể là thí nghiệm mở đầu, thi nghiệm nghiên cứu hiện tượng (kh ảo sát hoặc minh họa), hoặc thí nghiệm củng

cô

e Tùy vào hình thức tổ chức, thí nghiệm trực diện có thé là thí nghiệm đồng loạt (tất

cả học sinh, nhóm học sinh đều tiến hành thí nghiệm như nhau) hoặc thí nghiệm cá thể (các nhóm học sinh tiến hành các thí nghiệm khác nhau nhằm thực hiện các nhiệm vụ bộ phận đê đi đến giải quyết nhiệm vụ tông quát)

e Ưu điểm của thí nghiệm trực diện so với thí nghiệm biểu điễn: rèn luyện cho học sinh kĩ năng thí nghiệm, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu, giáo dục thái độ, tác phong, phương pháp làm việc tập thể; các kết luận được rút ra trên cơ sở một số lượng nhiều các cứ liệu thực nghiệm, các cứ liệu này đã được học sinh so sánh, bố sung, học sinh thấy được tính chất khách quan của quy luật đang nghiên cứu

- _ Thí nghiệm thực hành: là thí nghiệm do học sinh tiến hành trên lớp (trong phòng thí

nghiệm) , học sinh dựa vào tài liệu in sẵn mà tiễn hành thí nghiệm rồi viết báo cáo

e Thí nghiệm thự hành có thể có nội dung định tính hoặc định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, quy tắc, cách xác định các địa lượng vật lí Các nội dung này không có điều kiện tiến hành thí nghiệm trực diện

e Các bài thí nghiệm thực hành thường xếp vào cuối chương nên nội dung của thí

nghiệm thực hành rất phong phú và thường từ 1 đến 2 tiết, đòi hỏi thiết bị thí

nghiệm hoàn chỉnh, phức tạp hơn thí nghiệm trực diện

e_ Tùy vào hình thức tô chức, thí nghiệm thực hành có thê là thí nghiệm đồng loạt (tất

cả học sinh tiến hành các thí nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau) hoặc thí nghiệm cá thê (học sinh thực hiện thí nghiệm khác nhau với mục đích khác nhau hoặc cùng mục đích nhưng dụng cụ khác nhau) Tùy vào nội dung thực hành, mục tiêu cần đạt được mà giáo viên lực chọn hình thức cho phù hợp

- Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà:

e Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà là một loại bài tập mà giáo viên giao cho từng học sinh, từng nhóm học sinh thực hiện ở nhà Nội dung của thí nghiệm thực hành

không lặp lại những thí nghiệm đã tiến hành ở lớp, không đơn thuần là tiễn hành

thí nghiệm với các hướng dẫn chỉ tiết

e Thí nghiệm và quan sát vật lí ở nhà có tác dụng trên nhiều mặt đối với sự phát triển nhân cách của học sinh: quá trình tự thiết kế phương án thí nghiệm, lập kế hoạch thí nghiệm, chế tạo và lựa chọn dụng cụ, bồ trí, tiến hành, xử lí kết quả thí nghiệm gop phan vao viéc phat trién năng lực hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh; sự thành công của thí nghiệm làm tăng hứng thú, tạo niềm vui, sự thành công trong học tập của học sinh

e Vai trd của thí nghiệm thực hành trong quá trình dạy học: củng cố, đào sâu kiến

thức đã học; cung cấp cứ liệu thực nghiệm phục vụ cho việc nghiên cứu kiến thức mới

5.3 Những yêu câu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đổi với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí

5.3.1 Những yêu câu chung đối với việc sử dụng thí nghiệm

- — Xác định rõ logic tiễn trình dạy học, trong đó thí nghiệm phải là một bộ phận hữu

cơ, giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến trình nhận thức Trước mỗi thí nghiệm cần đảm báo học sinh ý thức đây đủ sự cần thiết, mục đích của thí nghiệm

- _ Xác định rõ các dụng cụ cân sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình thí nghiệm

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

- — Thử nghiệm kĩ lưỡng mỗi thí nghiệm trước giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành công

- _ Việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm và tiễn hành thí nghiệm phải tuân theo quy tắc

an toàn

5.3.2 Những yêu câu đối với thí nghiệm biểu diễn

- _ Yêu cầu trong việc đặt ra kế hoạch thí nghiệm:

e Xác định chính xác mục đích của thí nghiệm cần phải tiễn hành và chức năng lí luận dạy học của nó (đề xuất vẫn đề, hình thành kiến thức mới, củng cô hay kiêm

tra kiến thức)

e Xác định các nhiệm vụ mà học sinh cần phải hoàn thành trong việc: chuẩn bị thí nghiệm, tiến hành và xử lí kết quả thí nghiệm

e Từ mục đích và chức năng lí luận dạy học của thí nghiệm lựa chọn phương án thí nghiệm đáp ứng đòi hỏi về mặt sư phạm: tính trực quan, tính hiệu quả, tính an toàn; đặt ra kế hoạch tiễn hành một chuỗi thí nghiệm sao cho đủ cứ liệu theo yêu cầu đặt ra

- _ Yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm:

e Nghiên cứu kĩ tính năng của các dụng cụ thí nghiệm và sử dụng thành thạo chúng

e Trước giờ học phải kiêm tra dụng cụ, thử nghiệm lại thí nghiệm sẽ tiến hành

e Kết thúc công việc chuẩn bị phải đảm bảo thí nghiệm có thê lặp lại nhiều lần, cho

kết quả rõ rang, don tri

- Yêu cầu trong việc bồ trí thí nghiệm

Bồ trí thí nghiệm đảm bảo sao cho mọi học sinh từ vị trí ngồi trong lớp học đều nhìn

rõ dụng cụ, độ lệch các kim chỉ các dụng cụ đo; đẹp về thâm mĩ

- _ Yêu cầu trong việc tiễn hành thí nghiệm

e Cần định hướng học sinh vào những trọng điểm cần quan sát

e Đối với thí nghiệm định lượng cần lập bảng ghi các giá trị đo thích hợp trước khi tiên hành thí nghiệm

e Trong suốt quá trình thí nghiệm, giáo viên không che khuất tam quan sát của học sinh

e Thí nghiệm cân được lặp lại vài lần

- Yêu cầu trong việc xử lí kết quả thí nghiệm:

e Thu nhận cứ liệu phải trung thực, đủ để khái quát rút ra kết luận

e Xử lí số liệu phải đủ thời gian, thực hiên một cách chu đáo

5.3.3 Những yếu câu đối với thí nghiệm trực điện

- Yéu cau trong việc lựa chọn thí nghiệm trực diện để sử dụng trong dạy học vật lí: Các thí nghiệm trực diện được sử dụng trong các trường hợp sau:

e Các dụng cụ thí nghiệm không quá phức tạp; việc bố trí tiễn hành thí nghiệm

không quá khó đối với học sinh; hiện tượng vật lí diễn ra trong các thí nghiệm dễ

quan sát, không quá phức tạp

e_ Có thể sử dụng các dụng cụ, vật liệu đễ kiếm trong đời sông hàng ngày, quen thuộc với học sinh

e_ Nội dung của các thí nghiệm cần thực hiện mang tính chất định tính hoặc bán định lượng Tuy nhiên cũng cần tăng dần các thí nghiệm trực diện định tính ở các lớp trên

e Các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều thời gian trong bố trí và tiễn hành thí nghiệm

e Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành thí nghiệm phải đảm bảo an toàn cho học sinh, không làm hỏng thí nghiệm

- Yéu cau trong viéc chuan bi thi nghiệm trực diện:

e_ Đối với giáo viên:

o_ Chuẩn bị phương án thí nghiệm ngay khi soạn bài, dự đoán các phương án thí nghiệm mà học sinh có thé dé xuất, phan tich wu, nhuge điểm va lựa chọn một phương án phù hợp

o_ Chia nhóm học sinh

o_ Soạn một bản hướng dẫn thí nghiệm cho học sinh

e_ Đối với học sinh: thực hiện nhiệm vụ mà giáo viên đã giao cho

- — Yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của học sinh trong thí nghiệm trực diện:

Bồ trí các bàn thí nghiệm thành vòng cung hoặc chữ U để tiện theo dõi, giúp đỡ Đảm bảo cho học sinh các nhóm đều tích cực, tự lực trong gid hoc

Phối hợp các hình thức làm việc cá nhân, theo nhóm, làm việc chung toàn lớp

Giáo viên đóng vai trò là người tổ chức, hướng dẫn, trọng tài

5.3.4 Những yêu cầu đối với thí nghiệm thực hành

- Yéu cau trong công việc chuẩn bị thí nghiệm thực hành

e Đối với giáo viên:

o Tìm hiểu kĩ nội dung SGK, xác định rõ nhiệm vụ cần giao cho học sinh, cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực hiện các nhiệm vụ đó

o_ Chuẩn bị đây đủ, kiêm tra chất lượng các dụng cụ cần thiết cho mỗi nhóm

học sinh

o Lam thử tất cả các thí nghiệm trong bài thực hành để dự kiến các khó khăn

mà học sinh có thể gặp phải, cách thức hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn đó

o_ Nếu cần thiết có thể điều chỉnh nội dung, yêu cầu bài thực hành trong SGK cho phù

hợp với trường phổ thông

e Đối với học sinh:

o_ Nghiên cứu SGK, chuẩn bị sẵn bản báo cáo theo mẫu SGK

o_ Tự tìm kiếm, chế tạo các dụng cụ theo chỉ dẫn trong bài thực hành

- — Yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của học sinh trong thí nghiệm thực hành

e Phân nhóm và bồ trí bàn thí nghiệm được thực hiện như trong thí nghiệm trực diện

e Đầu buổi thí nghiệm thực hành: kiểm tra chuẩn bị của hịc sinh, hướng dẫn sử dụng dụng cụ

e Trong lúc các nhóm học sinh tiễn hành công việc: giáo viên theo dõi, kịp thời tháo

gỡ khó khăn học sinh gặp phải

e Sau khi học sinh làm xong thí nghiệm: yêu cầu học sinh tháo rỡ các chỉ tiết đã lắp ráp, sắp xếp gọn gàng, yêu cầu học sinh nộp báo cáo ngay hoặc cho về nhà hoàn chỉnh nốt

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Trong chương này chúng tôi đã tổng hợp, phân tích các kiến thức về lí luận và phương pháp giảng dạy và làm rõ các vẫn đề sau:

- Mục tiêu, nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phô thông

- Quá trình dạy học nói chung; quá trình dạy học vật lí; sự khác biệt quá trình dạy học

và quá trình nghiên cứu khoa học; tính khoa học, phát huy tính tích cực, tự chủ sáng tạo của quá trình dạy học vật lí

CHUONG II : THIET KE, CHE TAO BỘ THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU

CHUYEN DONG THANG DE PHUC VU DAY HOC PHAN CO HOC

TRONG CHƯƠNG TRÌNH SGK VẬT LÍ 10 THPT

1 Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học một số kiến thức về chuyền

động thẳng trong chương trình vật lí 10 [5]

1.1 Chuyển động thang déu (muc 5 bai 2 SGK Vật lí 10NC)

Ở phần này cần có thí nghiệm một vật chuyên động thắng đều, để từ đó làm rõ định nghĩa chuyên động thăng đều: “ Chuyên động thắng đều là chuyên động thắng, trong đó chất điểm có vận tốc tức thời không đổi ”

Tuy nhiên trong thực tẾ, không thê đo được vận tốc tức thời, mọi vận tốc ta đo được đêu là vận tốc trung bình của vật trên một quãng đường nào đó Nhưng ta có thể làm gần

đúng băng cách đo các đoạn đường liên tiếp vật đi được trong những khoảng thời gian

ngắn, tính vận tốc trung bình của vật trên những đoạn đường đó, nếu các vận tốc trung bình đó bằng nhau ta có thể ngoại suy rằng: nếu ta có thê tiễn hành khảo sát với các khoảng thời gian ngắn hơn nữa (tiễn về 0) thì các vận tốc cũng sẽ bằng nhau, nói khác đi:

vận tốc tức thời không đôi

Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng để dạy học mục 5 bài 2 SGK Vật lí 10NC

“chuyển động thắng đều” là: bộ thí nghiệm tạo ra chuyển động thắng đều, cho phép đo được các quãng đường vật đi được trong những khoảng thời gian ngắn liên tiếp (khoảng thời gian đó là ngắn so với toàn bộ thời gian vật chuyển động)

1.2 Khảo sát thực nghiệm chuyển động thăng (bài 3 SGK Vật lí 10 NC)

“Khảo sát chuyển động thang” là một bài thực hành Bài thực hành được học sau khi học sinh học các kiến thức chung về chuyên động cơ, vận tốc trong chuyên động thắng, chuyên động thăng đều Bài thực hành nhằm củng cố cho học sinh kiến thức về tọa độ của vật tại các thời điểm khác nhau, vận tốc trong chuyền động thắng, đồ thị tọa độ theo

thời gian, vận tốc theo thời gian Do đó, bài thực hành cần có thí nghiệm về một vật

chuyển động thăng, chuyển động thắng này không nên là chuyên động thắng đều vì như thế việc xác định tọa độ, vận tốc, đồ thị tọa độ, vận tốc theo thời gian khá đơn giản và quen thuộc với học sinh, chuyên động thắng này cũng không nên quá phức tạp, do đó, chuyên động thắng biến đôi đều là thích hợp nhất

Cũng như đối với thí nghiệm chuyên động thắng đều nói trên, ta không xác định được vận tốc tức thời Do đó, bộ thí nghiệm cần cho phép ghi lại chuyên động của vật sao cho

từ đó có thê tính được vận tốc trung bình của vật trên một đoạn đường ngắn trong khoảng thời gian ngắn Ta có thê coi vận tốc trung bình đó là vận tốc tức thời tại thời điểm đầu (hoặc cuối) của vật trên đoạn đường

Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “khảo sát chuyển động thắng” là: bộ thí nghiệm tạo ra một chuyên động thắng biến đổi đều, cho phép xác định vị trí của vật tại những thời điểm khác nhau, cho phép đo được các quãng đường vật đi được trong những khoảng thời gian ngắn liên tiếp (khoảng thời gian đó là ngắn so với toàn bộ thời gian vật chuyên động) đề từ đó xác định vận tốc trung bình của vật trên đoạn đường

đó

1.3 Chuyến động thẳng biến đổi đều (mục 2 bài 4 SGK Vật lí 10NC)

Ở phần này cần có thí nghiệm một vật chuyên động thăng biến đổi đều, để từ đó làm

rõ định nghĩa chuyển động thắng biến đổi đều: “ Chuyển động thắng biến đổi đều là chuyên động thắng, trong đó chất điểm có gia tốc tức thời không đôi ”

Ở phân trước đó, học sinh đã học định nghĩa gia tốc trung bình, gia tốc tức thời do đó,

để làm rõ định nghĩa chuyên động thắng biến đôi đều như trên thì gia tốc của vật phải được tính thông qua vận tốc và thời gian Tức là bộ thí nghiệm phải tạo ra chuyển động thăng biến đổi đều, cho phép xác định vận tốc trung bình để từ đó xác định gia tốc trung bình trong một khoảng thời gian ngắn (so với toàn bộ thời gian chuyên động)

Vậy, yêu cầu bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học mục 2 bài 4 SGK Vật lí I0NC

“chuyển động thắng biến đổi đều” cũng giống như yêu cầu của bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy bài “khảo sát chuyên động thắng”

1.4 Dinh luật I Niu-ton (bai 14 SGK Vat li 10NC)

Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật I Niu-tơn: “nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyên động thắng đều”

Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy bài này là: thí nghiệm trong đó

có một vật chuyển động dưới tác dụng của lực ma sát đã làm giảm đến mức có thể, sao cho khi đó có thê coi gần đúng răng vật chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 Thí nghiệm phải cho phép đo vận tốc của vật và chứng tỏ rằng vật gần như chuyên động

1.5 Định luật II Niu-tơn (bài 15 SGK Vật lí 10 NC)

Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật II, tức là thí nghiệm kiểm

nghiệm a~F, a~]/m,

Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài : “Định luật II Niu-tơn” là: bộ thí nghiệm tạo ra một vật chuyển động biến đổi đều, chuyển động của vật được ghi lại sao cho từ đó có thê xác định được gia tốc của vật có; lực tác dụng, khối lượng của vật có thể xác định được, có thê thay đôi và xác định được sự thay đôi đó

1.6 Định luật III Niu-ton (bài 15 SGK Vật lí 10 NO)

Dinh luật III Niuton: Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực Hai lực này là hai lực trực đối

Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” là: bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học nội dung kiến thức đó phải tạo ra được tương tác giữa hai vật mà học sinh có thể quan sát được phương và chiều của lực tương tác đồng thời có thê

đo được độ lớn của lực tương tác

1.7 Định luật bảo toàn động lượng (bài 31 SGK Vat li 10 NC)

Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng Đề cho đơn giản thì thí nghiệm cần nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng trong va chạm của

2 vật, đó có thê là va chạm mêm hoặc va chạm đàn hôi trực diện Tức là thí nghiệm cho

phép kiểm nghiệm công thức: 7v, +m,v, =mv, +m,v,

Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “Định luật bảo toàn động lượng” là: bộ thí nghiệm cho phép tạo ra 2 vật chuyên động thắng đều, có thể xác định được khối lượng các vật, vận tốc của các vật trước và sau va chạm

Sau khi phân tích kiến thức về chuyển động thắng nói trên, ta nhận thấy rằng: yêu câu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học các kiến thực đó đều có chung đặc điểm:

bộ thí nghiệm cần tạo ra chuyển động thẳng cua vat, ghi lai duoc chuyén động của nó sao cho từ đó có thể xác định được vận tốc, gia tốc trung bình trong khoảng thời gian ngăn (so với toàn bộ thời gian chuyển động của vậu, thêm vào đó ma sát cân giảm đến mức có thể để kết qua it sai số và phục vụ nhu cầu nghiên cứu định luat I Niuton

Do do, có thể thiết kế một bộ thí nghiệm dùng chung khi dạy các kiến thức về chuyển động thẳng

2 Các bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyền động thẳng đã có [7]

2.1 Bộ thí nghiệm can rung dién

Hinh 2.1 B6 thi nghiém can rung dién

- Nguyén tac hoat déng:

Vật cần khảo sát gắn một băng giấy Khi vật chuyên động, băng giấy chuyên động theo và trượt trên 1 con lăn, phía trên băng giấy có 1 ngòi bút dao động với chu kì 0,02s Dao động của ngòi bút được tạo ra nhờ đồng hồ cần rung: khi cho dòng điện 220V vào đồng hồ thì ngòi bút dao động cùng tần số dòng điện, đồng hồ được lắp cô định ở đầu đoạn đường chuyên động của vật Hình ảnh chấm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyển động của vật

- Ưuđiểm:

e Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh

e Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiên có thể sử dụng rộng rãi

e Bộ thí nghiệm có thể dùng để nghiên cứu nhiều kiến thức: chuyển động thăng đều, nhanh dân đều, sự rơi tự do, định luật II Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng

- — Nhược điểm:

e Cần rung cô định và khá cồng kềnh, xe kéo theo băng giấy dài, việc bố trí một hệ

thống như vậy khá phức tạp và không phải chuyển động nào cũng có thể bố trí được

e Băng giấy chuyên động, ngòi bút cố định nên khó trong nhận thức đối với học sinh

e Phải sử dụng đến kiến thức hệ vật khi nghiên cứu định luật II Niutơn

27

e Phải sử dụng đến kiến thức hệ vật khi nghiên cứu định luật II Niutơn

e Phải thực hiện nhiều lần thí nghiệm để nghiên cứu cùng một chuyền động

e Không sử dụng được khi nghiên cứu sự rơi tự do, định luật HH Niutơn

e Dụng cụ đòi hỏi chi phí cao, khó phổ biến rộng rãi

e Bộ thí nghiệm công kẻnh, tính di động không cao, khó mang xuống lớp học

28

bị che đến lúc cổng 2 bị che Tùy vào phương án đo mà sử dụng đồng hồ và cổng quang cho hợp lí Từ thời gian hiện trên đồng hồ, đường kính viên bi, khoảng cách 2 công quang ta xác định được vận tốc, gia tốc của vật

- Uudiém:

e Thời gian đo bằng đồng hồ hiện só, vật lăn trên máng ít ma sát do đó sai số nhỏ

e Gon nhe, dé sir dung

- Nhwoc diém:

e Phải thực hiện nhiều lần thí nghiệm để nghiên cứu cùng một chuyển động

e Không sử dụng được dé nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng

® Dụng cụ đòi hỏi chi phi cao

2.4 Bộ thí nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn:

- Bồ trí thí nghiệm: Hình 3

Hình 2.4: Bộ thi nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn

29

- Nguyên tắc hoạt động:

Hai xe được nối với nhau bằng sợi dây cước có một nút buộc vào thanh sắt nhỏ nằm ngang ở giữa dây Khi đốt sợi chỉ buộc ép lò xo ở đầu xe lăn thứ nhất thì lò xo bật ra, làm hai xe tương tác với nhau và chuyền động ngược chiều nhau Khi dây cước được kéo căng, nó sẽ bị buộc chặt vào thanh sắt nhỏ và làm hai xe dừng lại Ta đo được quãng đường mà hai xe đi được trong cùng một khoảng thời gian, từ đó tính được vận tốc của từng xe Coi vận tốc này là vận tốc lúc xe dừng lại ta tính được gia tốc của từng xe Với vận tốc ban đầu là vận tốc lúc hai xe bắt đầu tương tác Biết khối lượng và gia tốc của hai

xe ta có thể so sánh được độ lớn lực tương tác của hai xe

Phương và chiều của lực tương tác chính là phương và chiều chuyên động của hai xe

- Ưu điểm:

Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh

Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiên nên có thê sử dụng rộng rãi ở các trường phô thông Kết quả thí nghiệm dễ xử lý đê đưa ra kết luận cho bài học

- Nhược điểm:

e_ Bộ thí nghiệm cho kết quả bằng cách đánh dấu bằng sợi dây cước nên sai số lớn

e_ Khi tiến hành thí nghiệm phải chú ý nhiều chi tiết như quấn chỉ, đốt chỉ, buộc dây

cước đề kết quả thu được có độ chính xác hơn

2.5 Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hô tương tác từ

- Vật là hai xe lăn, một xe có gắn giá để gia trọng, một xe có gắn đồng hồ tương tác từ

Xe chuyên động trên một máng có gắn thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray băng các dây nỗi từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V

-_ Giữa 2 thanh ray có 1 băng giấy, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khi đồng hồ hoạt động

và xe chuyên động thì ngòi bút chấm đều đặn trên băng giấy Hình ảnh chấm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyển động của vật

+ Ưu điểm

Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh

Chỉ tiễn hành một lần thí nghiệm cho một chuyển động nhưng thu được nhiều số liệu

Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền có thê sử dụng rộng rãi ở các trường phô thông

Kết quá thí nghiệm dễ xử lý đê đưa ra kết luận cho bài học

+ Nhược điểm

e Pit tong, xi lanh ngan nén dong ho lac rat manh

e Ma sat lon nén két quả thí nghiệm vần còn sai so

e Khong nghién ctu dugc dinh luat III Niu ton

2.6 Bộ thí nghiệm nghiên cứu dinh luat IIT Niu — ton

Hình 2.6: Bộ thi nghiệm nghiên cứu định luat IIT Niu — ton

- Vật là hai xe lăn, một xe có găn giá để gia trọng, một xe treo gia trọng Đồng hồ tương tác từ được gắn trên hai xe Xe chuyển động trên một máng có gắn thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray bằng các dây nói từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V

- Bên cạnh 2 thanh ray có 1 băng giấy, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khi đồng hồ hoạt động và xe chuyên động thì ngòi bút châm đều đặn trên băng giây Hình ảnh châm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyên động của vật

+ Ưu điểm

Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh

Chỉ tiễn hành một lần thí nghiệm cho một chuyển động nhưng thu được nhiều số liệu

Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền có thê sử dụng rộng rãi ở các trường phô thông

Kết quá thí nghiệm dễ xử lý đề đưa ra kết luận cho bài học

+ Hạn chế : Không nghiên cứu được :

e_ Các dạng chuyển động thăng

e Dinh luat I Niu - tơn

e Dinh luat I Niu — ton

e Định luật bảo toàn động lượng

=> Từ hạn chế của hai bộ thí nghiệm có sử dụng đông hô tương tác từ trên, chúng tôi ẩã nghiên cứu chế tạo bộ thí nghiệm có thể đáp ứng được đây đủ hơn nhu cầu của người sử dụng

3 Thiết kế bộ thí nghiệm

3.1 Ý trởng

Đồng hồ đo thời gian kiểu tương tác từ vẫn là một gợi ý quan trọng trong việc thiết kế chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyên động thắng mới Bởi vì :

e_ Đồng hồ có thiết kế nhỏ gọn

e©_ Sử dụng nguồn điện 12V đảm bảo nguyên tắc an toàn

e_ Nguyên tắc hoạt động dễ hiểu

Ứng dụng đồng hồ đo thời gian tương tác từ trong chế tạo bộ thí nghiệm nghiên

cứu chuyên động thắng mới: lắp đồng hồ lên vật và thiết kế hệ thống đưa điện lên đồng

hồ, hệ thống này hoạt động ồn định trong khi xe chuyển động

- Y tưởng cho hệ thống dẫn điện: đồng hồ lắp trên 1 xe, nỗi với các bánh xe (bánh xe làm bằng kim loại dẫn điện), xe chuyển động trên các thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray bằng các dây nói từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V

- — Y tưởng cho hệ thống ghi lại chuyên động: bên cạnh 1 thanh ray có 1 băng giấy được giữ chắc và phẳng, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khoảng cách giữa ngòi bút và băng giấy có thê thay đổi sao cho khi đồng hồ hoạt động và xe chuyển động thì ngòi bút chấm đều đặn trên băng giấy

- _ Khi nghiên cứu định luật III Niu- tơn, ta sử dụng gia trọng nối vào xe bằng một sợi dây nên ta phải xẻ rãnh trên máng để sợi dây xuyên qua và phải đề hệ thống này trên một độ cao nhất định nhờ hai chân đề

- Ngoài ra cần có thêm các bộ phận khác:

o Bộ phận cung cấp vận tốc ban đầu cho vật

o Bộ phận chặn xe

o Hai chan đề đê nghiên cứu định luật II và định luật II Niu-tơn

o Bộ phận đo góc nghiêng, bộ phận đỡ gia trọng

- _ Băng giấy và bộ phận giữ giấy: băng giấy có chiều dài là 84cm, chiều rộng là 2,5cm, băng giấy được kẹp giữa 1 nam châm và 1 miếng sắt trong đó nam châm được cô định trìm dưới máng: có 4 nam châm như thế

- Các bánh xe:

e Không tận dụng được bánh xe trong các cửa khung nhôm kính do các bánh xe này

sử dụng 6 bi chat lượng kém ma đó lại là loại ồ bi có kích thước chuyên dụng, không phô biến

e_ Chế tạo bánh xe mới: sử dụng khung bánh xe cũ (bánh xe của cửa khung nhôm); tiện bánh xe mới có kích thước phù hợp với khung bánh xe, với đường ray, bánh

xe quay xung quanh trục là các chốt đồng có kích thước phù hợp

Tâm gỗ làm thân xe: có kích thước 12x8§x1.1 (em) Ròng rọc: được chế tạo bằng đồng và gắn trên xe Móc buộc dây: được chế tạo băng sắt tây, có một lỗ nhỏ để xuyên dây, được gắn trên xe còn lại

Đồng hồ: chế tạo đồng hồ theo thiết kế mới với pit tông và xi lanh dài hơn

đê giảm sự rung lắc, có một trục năm ngang đê chỉnh vi tri của đông hồ trên

xe (trên xe có 1 trục với kích thước phù hợp với lỗ tròn)

Hình 4.2a: Tấm gỗ làm thân xe Hình 4.2b : Xe gắn đông hồ

Hình 4.5 Bộ thí nghiệm sau khi chế tạo

5 Tiến hành thí nghiệm

5.1 Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đều

s* Mục đích thí nghiệm:

- — Minh họa đặc điểm của chuyến động thăng đều: chuyên động thắng có vận tốc tức

thời không đồi

- _ Xác định vận tốc chuyên động thăng đều của vật

$% Bố trí thí nghiệm

- Đặt máng năm ngang, lắp súng vận tốc vào máng

- — Nối điện từ hộp biến thế vào máng, từ nguon vào hộp biên thé

- — Đặt xe có gan đồng hồ lên máng và sát với súng vận tốc

- Gắn băng giấy lên máng, giữ giấy phẳng nhờ các nam châm và miếng sắt

Tiến hành thí nghiệm:

- — Điều chỉnh but 6 dong hồ sát với mặt giấy sao cho khi đồng hỗ hoạt động bút vừa vặn cham xuống mat giay

Bật công tắc nguồn, công tắc đồng hồ cho đông hồ bắt đâu hoạt động

Thả rơi quả nặng 600g trên trục của súng vận tốc để xe chuyển động

Khi xe chuyên động đến cuối máng, tắt đồng hồ, tắt nguồn, rút băng giấy ra để thu

số liệu

Dùng thước đo độ dời mà xe đi được trong khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp

Lặp lại thí nghiệm 2 lần với băng giấy khác Từ đó rút ra kết luận về đặc điểm chuyên động của xe

x(mm) | 0.0 | 6.0 14.0 | 19.5 | 26.0 | 32.5 | 42.0 |45.5 | 56.0 | 63.0 | 70.0

v(m/s) | 0.300 | 0.300 | 0.350 | 0.325 | 0.325 | 0.325 | 0.350 | 0.325 | 0.350 | 0.350 | 0.350