“XÂY DỰNG và sử DỤNG bài tập THÍ NGHIỆM TRONG dạy học CHƯƠNG “ĐỘNG lực học CHẤT điểm” vật lí 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG lực THỰC NGHIỆM của học SINH PHỔ THÔNG CHUYÊN”

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1...18 Chương 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRƯỜNG THPT CHUYÊN...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

NGUYỄN HẢI DƯƠNG

“X¢Y DùNG Vµ Sö DôNG BµI TËP THÝ NGHIÖM TRONG D¹Y HäC CH¦¥NG

“§éNG LùC HäC CHÊT §IÓM” VËT LÝ 10 NH»M PH¸T TRIÓN N¡NG LùC

THùC NGHIÖM CñA HäC SINH PHæ TH¤NG CHUY£N ”

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học môn Vật lí

Mã số: 60 14 01 11

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM KIM CHUNG

HÀ NỘI – 2016

LỜI CẢM ƠN

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáotrong bộ môn Phương pháp giảng dạy bộ môn Vật lí - khoa Vật Lí cũng nhưcác thầy cô đã giảng dạy các môn trong quá trình học tập, các thầy cô giáokhoa Vật lí, phòng sau đại học, các thầy cô giáo trường Đại Học Sư Phạm HàNội đã giúp tôi hoàn thành khóa học

Em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Kim Chung, người đã tận tình hướngdẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu, các đồng nghiệp và học sinh ở trườngTHPT chuyên Lê Hồng Phong, Nam Định đã giúp đỡ tôi trong quá trình côngtác cũng như hoàn thành phần thực nghiệp sư phạm

Tôi cũng xin cảm ơn tất cả gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúpđỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành đềtài nghiên cứu của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Tác giả

Nguyễn Hải Dương

MỤC LỤ

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

3 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC 3

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 3

5 ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 3

6 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 3

7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

8 CẤU TRÚC LUẬN VĂN 5

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 6

1.1 NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM 6

1.1.1 Khái niệm năng lực 6

1.1.2 Những năng lực đặc thù của môn học vật lí 6

1.1.3 Năng lực thực nghiệm 8

1.1.4 Cấu trúc năng lực thực nghiệm 9

1.2 BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ PHỔ THÔNG .10

1.2.1 Khái niệm về bài tập thí nghiệm 10

1.2.2 Vai trò của bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí 11

1.2.3 Phân loại bài tập thí nghiệm 13

1.2.4 Các mức độ của bài tập thí nghiệm 14

1.2.5 Nguyên tắc xây dựng bài tập thí nghiệm 14

1.2.6 Các bước giải bài tập thí nghiệm 15

1.3 ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG DẠY VÀ HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TẠI TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ HỒNG

PHONG, NAM ĐỊNH 15

1.3.1 Mục đích điều tra 15

1.3.2 Phương pháp điều tra 16

1.3.3 Đối tượng điều tra 16

1.3.4 Kết quả điều tra 16

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 18

Chương 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRƯỜNG THPT CHUYÊN 19

2.1 PHÂN TÍCH NỘI DUNG PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” – VẬT LÍ 10 THPT CHUYÊN 19

2.1.1 Vị trí đặc điểm của chương “Động lực học chất điểm” 19

2.1.2 Cấu trúc lôgic nội dung chương “Động lực học chất điểm” 19

2.1.3 Mục tiêu dạy học 22

2.2 XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP THÍ NGHIỆM 22

2.2.1 Bài số 1: Sử dụng định luật Húc 22

2.2.2 Bài số 2: Xác định sức căng tối đa sợi dây 23

2.2.3 Bài số 3: Xác định độ dốc 24

2.2.4 Bài số 4: Xác định hệ số ma sát vật trên mặt phẳng nghiêng cố định .24

2.2.5 Bài số 5: Xác định gia tốc rơi tự do khi vật chuyển động trong môi trường cản 25

2.2.6 Bài số 6: Xác định hệ số ma sát nhớt của chất lỏng 26

2.2.7 Bài số 7: Xác định hệ số ma sát 28

2.2.8 Bài số 8: Xác định hệ số ma sát 30

2.3 SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM VẬT LÍ 32

2.3.1 Mức độ khi sử dụng bài tập 32

2.3.2 Các bước tiến hành giao nhiệm vụ cho học sinh 33

2.3.3 Các nhiệm vụ, phiếu học tập giao cho học sinh 38

2.3.4 Đánh giá năng lực thực nghiệm của học sinh 45

2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 52

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 53

3.1 MỤC ĐÍCH CỦA THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 53

3.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ THỜI GIAN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 53

3.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 53

3.4 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .54

3.4.1 Phân tích diễn biến 54

3.4.2 Đánh giá sự phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh 58

3.4.3 Sơ bộ đánh giá hiệu quả 69

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT KÍ HIỆU Ý NGHĨA

1 PPDH Phương pháp dạy học

đại sử dụng đòn bầy và lực kế 55Hình 3.3 HS Vũ Gia Khánh trình bày ý tưởng đo lực căng cực đại sợi

dây sử dụng nguyên lí Pascal 55Hình 3.4 Hình ảnh mô tả thí nghiệm của 2 học sinh 56Hình 3.5: Ý tưởng sử dụng Pa lăng của HS Trần Ngọc Trọng 56Hình 3.6 Học sinh tiến hành thí nghiệm theo ý tưởng ban đầu các em

thiết kế 57Hình 3.7: Học sinh tiến hành thí nghiệm sử dụng nước để xác định sức

căng tối đa của sợi dây 57Hình 3.8: Học sinh đo khối lượng một vật sử dụng lò xo và một quả

nặng 50g 58

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Sự phát triển kinh tế – xã hội trong bối cảnh toàn cầu hoá đặt ra nhữngyêu cầu mới đối với người lao động, do đó cũng đặt ra những yêu cầu mớicho sự nghiệp giáo dục thế hệ trẻ và đào tạo nguồn nhân lực Một trong nhữngđịnh hướng cơ bản của việc đổi mới giáo dục là chuyển từ nền giáo dục mangtính hàn lâm, kinh viện, xa rời thực tiễn sang một nền giáo dục chú trọng việchình thành năng lực hành động, phát huy tính chủ động, sáng tạo của ngườihọc Định hướng quan trọng trong đổi mới PPDH là phát huy tính tích cực, tựlực và sáng tạo, phát triển năng lực hành động, năng lực cộng tác làm việc củangười học Đó cũng là những xu hướng quốc tế trong cải cách PPDH ở nhàtrường phổ thông

Đường lối giáo dục của Đảng chỉ rõ: “Phát triển giáo dục nhằm nângcao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, đào tạo những con người cókiến thức văn hóa khoa học, có kỹ năng nghề nghiệp, lao động tự chủ, sángtạo và có kỷ luật, giàu lòng nhân ái, yêu nước, yêu chủ nghĩa xã hội, sốnglành mạnh, đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước

Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn

diện giáo dục và đào tạo nêu rõ: “Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến

khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực…”.

Vật lí học là cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật và công nghệ, có vai tròquan trọng trong việc thực hiện mục tiêu Giáo dục phổ thông Ở trường phổthông, kiến thức vật lí chủ yếu được rút ra bằng thực nghiệm và kiểm tra bằngthực nghiệm Trong đó, thí nghiệm có vai trò quan trọng trong việc rèn luyệncho học sinh về các phương pháp nghiên cứu này

1

Thực tế cho thấy, trong những năm gần đây đã có sự chuyển biến tíchcực về nhận thức của giáo viên trong việc nâng cao năng lực thực nghiệmcho học sinh Trong kì thi học sinh giỏi quốc gia môn vật lí năm 2013, đã córiêng phần thi thực nghiệm, điều này tác động không nhỏ tới việc đưa thínghiệm vào trong dạy học và bồi dưỡng đội tuyển Năm học 2011-2012, BộGD&ĐT chính thức phát động cuộc thi nghiên cứu khoa học cho học sinhtrung học trong toàn quốc và coi đây là một kỳ thi quốc gia Cuộc thi được

tổ chức ở cấp trường, cấp tỉnh (thành phố) và cấp quốc gia, nhằm phát huytính năng động, sáng tạo của học sinh và tuyển chọn đội tuyển dự thi Nghiêncứu khoa học, kỹ thuật quốc tế tại Hoa Kỳ Mặc dù vậy, nhìn một cách tổngthể, việc bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS phổ thông hiện nay cònchưa được chú trọng, việc vận dụng những kiến thức đã được học vào thựctiễn cuộc sống hay những ứng dụng khoa học và kỹ thuật còn chưa thực sựđược quan tâm

Bài tập Vật lí có vai trò quan trong trong việc rèn luyện sự tư duy địnhhướng học sinh một cách tích cực, khả năng vận dụng kiến thức cũng như giảiquyết vấn đề của học sinh Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về giáodục kỹ thuật tổng hợp, đặc biệt là làm sáng tổ mối quan hệ giữa lý thuyết vàthực hành

Mặc dù đã có một số công trình nghiên cứu về việc dạy học phát triểnnăng lực thực nghiệm ở môn Vật lí, tuy nhiên việc nghiên cứu xây dựng cácbài tập thí nghiệm nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trunghọc phổ thông chuyên còn hạn chế

Chương “Động lực học chất điểm” là chương thứ 2 của phần “Cơ học”trong chương trình vật lí 10, đây là phần nội dung kiến thức quan trọng, gắnnhiều với thực tiễn, đồng thời liên quan đến nhiều các kiến thức Vật lí sẽ hìnhthành sau này của học sinh

Từ những lý do trên, luận văn lựa chọn đề tài : “Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học chương “Động lực học chất điểm” Vật lí

10 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh phổ thông chuyên”.

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu xây dựng và sử dụng các bài tập thí nghiệm nhằm pháttriển năng lực thực nghiệm trong dạy học Vật lí cho học sinh các trườngTHPT Chuyên, chương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10

3 Giả thuyết khoa học

Trên cơ sở lí thuyết về năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạyhọc vật lí, phân tích chương trình vật lí dành cho học sinh chuyên và đặc điểmhọc sinh các trường THPT Chuyên để xây dựng các bài tập thí nghiệm khoahọc logic Từ đó việc xây dựng và hướng dẫn học sinh giải các bài tập thínghiệm sẽ phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Cấu trúc năng lực thực nghiệm trong dạy học bộ môn Vật lí

Chương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 – chương trình cơ bản,chương trình nâng cao và chương trình chuyên

5 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy học vật lí ở trường THPT chuyên

- Khách thể nghiên cứu: Học sinh lớp 10 trường THPT chuyên Lê Hồng

Phong, Nam Định

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu và hệ thống hóa được cơ sở lí luận về năng lực, năng lựcthực nghiệm, xác định cấu trúc năng lực thực nghiệm, bài tập thí nghiệm, cáchình thức kiểm tra đánh giá năng lực thực nghiệm

- Điều tra thực trạng dạy và học thực nghiệm Vật lí 10 ở trường trunghọc phổ thông

3

- Nghiên cứu chương trình, nội dung, phương pháp dạy học chương

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu lí luận dạy học dạy học về năng lực thực nghiệm và pháttriển năng lực thực nghiệm trong dạy học vật lí

- Nghiên cứu mục tiêu, nội dung Vật lí 10 nói chung và mục tiêuchương “Động lực học chất điểm” nói riêng

7.2 Phương pháp chuyên gia

Trao đổi trực tiếp, xin ý kiến của các chuyên gia phương pháp dạy học,giáo dục học và giáo viên dạy bộ môn Vật lí ở trường THPT về:

- Quy trình dạy học để phát triển năng lực thực nghiệm

- Hệ thống các để tài đã xây dựng và nghiên cứu

- Một số nội dung điều tra thực trạng dạy học

- Các nội dung triển khai thực nghiệm sư phạm; phạm vi thực nghiệm

sư phạm và công cụ đo nghiệm

7.3 Phương pháp điều tra thực tiễn

Tìm hiểu thực tiễn giảng dạy tại một số trường THPT bằng phiếu hỏi,trao đổi với giáo viên, tham vấn chuyên gia

7.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Thực hiện một số giờ dạy bài tập thí nghiệm đã thiết kế tại trườngTHPT chuyên Lê Hồng Phong, Nam Định

- Kiểm tra thí điểm, điều tra, đánh giá và chỉnh sửa các bài tập thựcnghiệm.

- Số liệu thực nghiệm được xử lí nhờ thống kê toán học

8 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, kiến nghị, luận văn gồm 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài.

Chương 2 Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học phần

“Động lực học chất điểm” nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinhtrường Trung học phổ thông chuyên

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm.

5

Chương 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM

1.1.1 Khái niệm năng lực

Năng lực là khả năng thực hiện thành công hoạt động trong một bối

cảnh nhất định nhờ sự huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộctính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, Năng lực của cá nhân đượcđánh giá qua phương thức và kết quả hoạt động của cá nhân đó khi giải quyếtcác vấn đề của cuộc sống

Năng lực chung là năng lực cơ bản, thiết yếu mà bất kỳ một người nào

cũng cần có để sống, học tập và làm việc Các hoạt động giáo dục (bao gồm cácmôn học và hoạt động trải nghiệm sáng tạo), với khả năng khác nhau, nhưng đềuhướng tới mục tiêu hình thành và phát triển các năng lực chung của học sinh

Năng lực đặc thù môn học (của môn học nào) là năng lực mà môn học

(đó) có ưu thế hình thành và phát triển (do đặc điểm của môn học đó) Mộtnăng lực có thể là năng lực đặc thù của nhiều môn học khác nhau [3]

1.1.2 Những năng lực đặc thù của môn học vật lí

a Nhóm năng lực thành phần liên quan đến sử dụng kiến thức vật lí

 K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định

luật, nguyên lí vật lí cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lí

 K2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lí.

 K3: Sử dụng được kiến thức vật lí để thực hiện các nhiệm vụ học tập.

 K4: Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh

giá giải pháp … ) kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn

b Nhóm năng lực thành phần về phương pháp

• P1: Đặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lí.

• P2: Mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lí và chỉ

ra các quy luật vật lí trong hiện tượng đó

• P3: Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác

nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí

• P4: Vận dụng sự tương tự và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lí.

• P5: Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học

tập vật lí

• P6: Chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật lí.

• P7: Đề xuất được giả thuyết; suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được.

• P8: Xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lí

kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét

• P9: Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn

các kết luận được khái quát hóa từ kết quả thí nghiệm này

c Nhóm năng lực thành phần về trao đổi thông tin

• X1: Trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và

các cách diễn tả đặc thù của vật lí

• X2: Phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn

ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí (chuyên ngành)

• X3: Lựa chọn, đánh giá được các nguồn thông tin khác nhau.

• X4: Mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kĩ

thuật, công nghệ

• X5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình

(nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm…)

• X6: Trình bày các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của

mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm…) mộtcách phù hợp

7

• X7: Thảo luận được kết quả công việc của mình và những vấn đề

liên quan dưới góc nhìn vật lí

• X8: Tham gia hoạt động nhóm trong học tập vật lí.

d Nhóm năng lực thành phần liên quan đến cá thể

• C1: Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kĩ năng, thái độ của

cá nhân trong học tập vật lí

• C2: Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch

học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ bản thân

• C3: Chỉ ra được vai trò (cơ hội) và hạn chế của các quan điểm vật lí

đối trong các trường hợp cụ thể trong môn vật lí và ngoài môn vật lí

• C4: So sánh và đánh giá được dưới khía cạnh vật lí các giải pháp kĩ

thuật khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và môi trường

• C5: Sử dụng được kiến thức vật lí để đánh giá và cảnh báo mức độ

an toàn của thí nghiệm, của các vấn đề trong cuộc sống và công nghệ hiệnđại

• C6 : Nhận ra được ảnh hưởng vật lí lên các mối quan hệ xã hội và

lịch sử [3]

1.1.3 Năng lực thực nghiệm

Trong thực tế, từ thực nghiệm và thí nghiệm đôi khi được sử dụng đồngnghĩa với nhau Tuy nhiên, với tư cách là phương pháp nhận thức, thựcnghiệm khoa học và thí nghiệm có nhiều ý nghĩa khác biệt

“Thí nghiệm Vật lí là sự tác động có chủ định, có hệ thống của conngười vào các đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tíchcác điều kiện mà trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tácđộng, ta có thể thu nhận được tri thức mới Cụ thể, thí nghiệm là quá trình tạo

ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan

sát, thu thập dữ liệu” [11].

“Thực nghiệm khoa học là quá trình dựa trên việc tiến hành thí nghiệm

để đề xuất hoặc xác minh một giả thuyết, phỏng đoán khoa học nào đó Nhưvậy, trong việc tiến hành thực nghiệm nhất thiết phải tiến hành thí nghiệm,nhưng nếu chỉ riêng việc tiến hành thí nghiệm đơn thuần không nhất thiết làviệc thực nghiệm khoa học” [11]

Mục đích của thí nghiệm là tạo ra được hiện tượng và thu được các dữliệu quan sát, đo đạc, còn mục đích của thực nghiệm khoa học là dựa trên việctiến hành thí nghiệm để đề xuất hoặc kiểm tra xác minh giả thuyết khoa học.Dựa trên việc thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm (thao tácvới các vật thể, thiết bị, dụng cụ, quan sát, đo đạc, xử lí số liệu) để thu đượcthông tin trả lời cho vấn đề đặt ra [11]

Theo nghĩa hẹp, năng lực thực nghiệm là năng lực đề xuất phương ánthí nghiệm khả thi, tiến hành thí nghiệm (thao tác với các vật thể, thiết bịdụng cụ, quan sát, đo đạc) để thu được thông tin và rút ra câu trả lời cho cácvấn đề đặt ra (đó là một nhận định về một tính chất, một mối liên hệ, mộtnguyên lí nào đó, cho phép đề xuất một kết luận mới hoặc kiểm tra một giảthuyết khoa học) [1] [6]

1.1.4 Cấu trúc năng lực thực nghiệm

Các năng lực nói chung và năng lực thực nghiệm nói riêng, để hìnhthành, phát triển và đánh giá là việc làm khó khan, đòi hỏi cần có nhiều thờigian Do đó việc chia nhỏ NLTN thành các năng lực thành phần, các thành tố

và biểu hiện của nó trong môn Vật lí và phân chia theo các mức độ là hết sứccần thiết [1]

NLTN gồm bốn thành tố:

- Xác định vấn đề cần nghiên cứu và đưa ra các dự đoán, giả thuyết

9

- Thiết kế các phương án thí nghiệm

- Tiến hành phương án thí nghiệm đã thiết kế

- Xử lí, phân tích và trình bày kết quả, rút ra kết luận

1.2 BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ PHỔ THÔNG 1.2.1 Khái niệm về bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là bài tật vật lí mà khi giải cần phải sử dụng thí

nghiệm Khái niệm bài tập thí nghiệm được hiểu theo nhiều cách khác nhaunhư: “Bài tập thí nghiệm là loại bài tập đòi hỏi học sinh phải vận dụng mộtcách tổng hợp các kiến thức lí thuyết và thực nghiệm, các kĩ năng hoạt độngtrí óc và chân tay, vốn hiểu biết về vật lí, kĩ thuật, và thực tế đời sống … để

tự mình xây dựng phương án, lựa chọn phương tiện, xác định các điều kiệnthích hợp, tự mình thực hiện các thí nghiệm theo qui trình, qui tắc để thuthập và xử lí các kết quả nhằm giải quyết một cách khoa học, tối ưu bài toán

cụ thể được đặt ra” [4]

- “Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểmchứng lời giải lí thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bàitập” [11]

Như vậy, bài tập thí nghiệm (BTTN) có ưu thế vừa là bài tập vừa là thínghiệm, do đó nếu sử dụng BTTN hợp lí thì có thể đạt được mục đích gâyhứng thú học tập cho học sinh, kích thích tính tích cực, tự lực, phát triển ócsáng tạo, gắn lí thuyết với thực hành, góp phần vào việc nâng cao hiệu quảhọc tập

Thí nghiệm trong bài tập thí nghiệm thường là thí nghiệm đơn giản,học sinh có thể tự thiết kế, chế tạo thiết bị hay sử dụng những dụng cụ đơngiản, dễ tìm, tiến hành ngay tại nhà Đôi khi học sinh cũng có thể tiến hànhtrên lớp Để giải được loại bài tập này, học sinh cần vận dụng tổng hợp các

kiến thức, kĩ năng, vận dụng lí thuyết vào thực tiễn Trong khi giải bài tập vật

lí, học sinh phải xây dựng các phương án thí nghiệm, lập kế hoạch thực hiện,tìm kiếm các dụng cụ thí nghiệm, chế tạo các dụng cụ đơn giản (nếu cầnthiết), tiến hành thí nghiệm, quan sát, thu thập xử lí số lieu, rút ra kết quả,nhận xét, đánh giá, cải tiến

Bài tập thí nghiệm được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau, vàocác thời điểm khác nhau và tại các pha khác nhau của quá tình dạy học.Thông qua hoạt động giải bài tập thí nghiệm, học sinh được phát triển tư duysáng tạo và nhiều năng lưc như năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề, nănglực thực nghiệm, năng lực tự học… Qua đó học sinh được bộc lộ rõ khả năng,

sở trường, sở thích về vật lí Đồng thời đây cũng là một biện phát để phát hiện

và bồi dưỡng những học sinh có tư duy, năng lực thực nghiệm tốt [4] [5]

1.2.2 Vai trò của bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí

Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng về cả ba mặt giáo dưỡng, giáo dục

và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, giúp làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí luận và

thực tiễn Dưới đây, tôi xin đề cập đến vai trò của BTTN trong dạy học Vật lí

về phương diện lí luận dạy học và nhiệm vụ dạy học bộ môn [11]

BTTN được sử dụng trong dạy học Vật lí có các chức năng : Củng cốtrình độ xuất phát về tri thức và kĩ năng, hình thành tri thức kĩ năng mới, ônluyện, củng cố tri thức và kĩ năng, tổng kết hệ thống hoá kiến thức, kiểm trađánh giá trình độ và chất lượng về tri thức và kĩ năng của HS

BTTN có vai trò quan trọng, có tác dụng toàn diện trong việc thực hiệnmục tiêu và nhiệm vụ dạy học ở trường phổ thông do các yêu cầu phải thựchiện cả các thao tác tư duy trí tuệ, tư duy toán học, tư duy vật chất cụ thể cùngcác hành động chân tay BTTN góp phần thực hiện các nhiệm vụ nhận thứccủa quá trình dạy học BTTN được sử dụng trong dạy học Vật lí góp phần thực

11

hiện nhiệm vụ dạy học bộ môn bao gồm : việc truyền thụ tri thức, làm pháttriển năng lực nhận thức, giáo dục tư tưởng đạo đức và nhân cách, giáo dục kĩthuật tổng hợp cho học sinh Truyền thụ cho HS hệ thống tri thức Vật lí làmôn học có tính thực nghiệm cao, bài tập vật lí đa dạng, trong đó phải có cácBTTN Do thời gian trên lớp có hạn nên khó có thể sử dụng bài tập như mộtphương tiện truyền thụ tri thức mới mang tính phổ biến Tuy nhiên, việc sửdụng BTTN ở hình thức ôn tập, củng cố, mở rộng thêm các kiến thức là khảthi và hữu dụng hơn.

Để phát triển năng lực nhận thức cho HS thì BTTN là phương tiện đểnâng cao năng lực nhận thức cảm tính và lí tính cho HS, bởi vì thông qua việcgiải bài tập vật lí góp phần phát triển các thao tác trí tuệ như phân tích, sosánh, tổng hợp và khái quát hoá, hệ thống hoá, kĩ năng lập kế hoạch giảiquyết trọn vẹn một vấn đề, kể cả các vấn đề có tính kĩ thuật, sáng tạo đồngthời khả năng phán đoán đề xuất vấn đề qua đó cũng được nâng cao BTTN làloại bài tập yêu cầu cao tính tích cực, tự lực của HS qua các thao tác tay chân

và trí tuệ nên thói quen tự đặt câu hỏi, tinh thần độc lập suy nghĩ, tư duy tậpthể, tư duy khoa học được rèn luyện và xác lập vì thế tư duy sáng tạo qua đóđược rèn luyện và có cơ hội phát triển

Việc giải BTTN giúp HS rèn luyện nhiều phẩm chất tâm lí quan trọngnhư sự kiên trì, nhẫn nại, ý chí vượt khó, tính cẩn trọng tỉ mỉ, tính có kế hoạchtrong hoạt động nhận thức Các hiện tượng vật lí xảy ra trong tự nhiên rấtphong phú và đa dạng, cái bản chất, cái thứ yếu lẫn lộn Do đó, HS khó nhậnthức rõ ràng, nhưng có sự định hướng của GV thông qua các BTTN, các emcó thể quan sát và giải thích được, qua đó dần dần tạo cho HS niềm tin conngười hoàn toàn có thể nhận thức được thế giới Như vậy BTTN có thể gópphần hình thành thế giới quan khoa học cho HS

Một trong những biểu hiện của tư duy khoa học kĩ thuật đó là thành tựuthể hiện ở kĩ năng tìm ra những mối liên hệ sâu sắc giữa một bên là toán học

và vật lí học và một bên là những ứng dụng kĩ thuật khác nhau của khoa họcđó và biến các tư tưởng khoa học thành các sơ đồ, mô hình, kết cấu kĩ thuật

để phục vụ cuộc sống Như vậy, giáo dục kĩ thuật tổng hợp gồm hai mặt : thứnhất đòi hỏi HS phải biết những cơ sở khoa học chung của các ngành sảnxuất, thứ hai phải phải rèn luyện cho HS có kĩ năng, kĩ xảo sử dụng nhữngcông cụ đơn giản nhất của các ngành sản xuất Vì thế, dạy học vật lí phải luôngắn liền với đời sống và sản xuất, làm cho HS thấy được những ứng dụng củacác kiến thức vật lí, đồng thời nhận ra được những đòi hỏi phải giải quyếtnhững vấn đề mới của đời sống và kĩ thuật đối với vật lí và người học vật lí

BTTN giúp GV phát hiện và bồi dưỡng các em có năng khiếu về vật líhọc và kĩ thuật Cùng một BTTN, các em có thể đưa ra nhiều phương án giảikhác nhau, tạo ra không khí trao đổi sôi nổi Từ đó, các em sẽ được phát triểnnăng lực giao tiếp

Vật lí học là ngành khoa học thực nghiệm, đây là cơ hội rất tốt khi sửdụng BTTN để phát triển năng lực thực nghiệm của HS BTTN vật lí, với đặctrưng vừa là bài tập vừa là thí nghiệm vì thế là phương tiện tốt để vừa rènluyện được tư duy khoa học kĩ thuật, vừa rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành.[4] ,[5], [6]

1.2.3 Phân loại bài tập thí nghiệm

Có nhiều cách phân loại BTTN, nếu căn cứ theo yêu cầu mức độ pháttriển tư duy thì BTTN chia ra làm hai loại là: bài tập luyện tập và bài tập sángtạo [11]

Một cách phân chia khác: BTTN gồm hai loại: loại bài tập trả lời câuhỏi:” Vì sao” (là bài tập dựa trên cơ sở quan sát được từ thí nghiệm học sinh

13

tìm quy luật, các nguyên nhân chi phối hiện tượng), loại bài tập” Làm như thếnào?” (là loại bài tập dự đoán các hiện tượng xảy ra dựa trên các quy luật,định luật vật lí, đồng thời phải tìm cách thiết kế phương án thí nghiệm, tiếnhành thí nghiệm để kiểm tra dự đoán, rút ra kết luận) [13]

Luận văn sử dụng cách phân loại BTTN theo căn cứ vào tiến trình khoahọc giải quyết vấn đề Theo đó có thể chia BTTN thành các dạng sau:

- Bài tập nghiệm lại hệ quả của một thuyết, một định luật vật lí

- Bài tập kiểm tra giả thuyết

- Từ quy luật đã biết xác định một đại lượng vật lí

1.2.4 Các mức độ của bài tập thí nghiệm

Trong mỗi dạng bài tập trên, căn cứ vào yêu cầu thực hiện nhiệm vụ,tôi chia mỗi dạng thành các mức độ:

- Mức độ 1: cho thiết bị, cho phương án, cho tiến trình thực hiện, yêucầu HS tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả

- Mức độ 2: cho thiết bị, yêu cầu HS thiết kế phương án thí nghiệm, ,tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả

- Mức độ 3: đưa ra tình huống, yêu cầu HS chọn thiết bị thiết kếphương án, tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả

- Mức độ 4: đưa ra tình huống, yêu cầu HS chế tạo thiết bị đơn giản,thiết kế phương án, tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả

1.2.5 Nguyên tắc xây dựng bài tập thí nghiệm.

BTTN cũng nằm trong hệ thống bài tập vật lí nên nó cũng cần thỏa mãncác yêu cầu xây dựng của một bài tập vật lí Tuy nhiên nó cũng có những yêucầu riêng để đảm bảo tính đặc thù của BTTN, Nguyên tắc xây dựng bài tập thínghiệm như sau:

- Gắn với các kiến thức cụ thể.

- Có nội dung thực tế, gần với cuộc sống của HS

- Phù hợp với năng lực của HS

- Có tính khả thi

- Đảm bảo tính chính xác, khoa học

1.2.6 Các bước giải bài tập thí nghiệm.

Giải BTTN là một hình thức hoạt động nhằm nâng cao chất lượng họctập, đưa lí luận gần với thực tiễn, tạo hứng thú, kích thích tính tích cực, hoạtđộng trí lực và cả hoạt động chân tay Đồng thời hoạt động giải BTTN cũng góp

phần quan trọng trong việc phát triển tư duy và năng lực của HS Để hoạt động

giải bài tập này đem lại hiệu quả, HS cần tuân theo các bước sau [4], [5], [6]

- Bước 1: Đọc đề bài, phân tích đề

- Bước 2: Sử dụng kiến thức, kĩ năng đã học có liên quan đến bài tập

để xây dựng phương án thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ (hoặc chế tạo thiết bịnếu cần), lập kế hoạch thực hiện

- Bước 3: Tiến hành thí nghiệm, thu thập, xử lí số liệu

- Bước 4: Rút ra nhận xét, kết luận

- Bước 5: Biện luận sai số, cải tiến thí nghiệm

1.3 ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG DẠY VÀ HỌC CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TẠI TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ HỒNG PHONG, NAM ĐỊNH

- Phương pháp dạy và phương pháp học về động lực học chất điểm

- Năng lực thực nghiệm của HS khi học tập

Kết quả tìm hiểu là một trong những cơ sở để khi xây dựng các bài tậpthí nghiệm nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

1.3.2 Phương pháp điều tra

- Điều tra giáo viên: qua phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp, dự giờ trựctiếp trên lớp

- Điều tra học sinh: qua phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp, quan sát họcsinh trả lời trên lớp

- Tham quan phòng thí nghiệm, tham khảo kế hoạch sử dụng thiết bị thínghiệm môn Vật lí của trường

1.3.3 Đối tượng điều tra

- Giáo viên và học sinh lớp 10, 11 năm học 2016-2017 trường THPTchuyên Lê Hồng Phong

1.3.4 Kết quả điều tra

Việc tìm hiểu thực tiễn dạy và học phần Động lực học với mục đích tìm

ra các ưu nhược điểm của việc dạy học môn học này ở các trường THPTChuyên, đồng thời đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả của việcphát triển năng lực thực nghiệm trong dạy học vật lí

Qua tìm hiểu chúng tôi thấy:

a Tình hình GV và phương pháp dạy

Hiện nay trong biên chế nhà trường có 12 GV vật lí, tất cả các GV đềuđược đào tạo chính quy tập trung tại các trường đại học Sư phạm trong nướcnhư: Đại học Sư phạm Hà Nội, Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Các GV bộ mônvật lí hầu hết là người có kinh nghiệm giảng dạy, trình độ chuyên môn vữngvàng, giảng dạy nhiệt tình, tâm huyết với công việc

Qua điều tra cho thấy chủ yếu các GV vẫn chỉ dạy theo phương phápthuyết trình, đàm thoại Bên cạnh đó, có một số ít GV có sử dụng phươngpháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, dạy học nhóm, dự án tuy nhiênđối với học sinh chuyên thì vẫn chủ yếu dạy theo phương pháp truyền thống,nếu có rèn luyện về thực nghiệm thì chỉ dành nhiều học sinh đội tuyển Cáchọc sinh lớp 10, kể cả 10 chuyên vẫn ít được làm thực nghiệm

- Kĩ năng của HS còn yếu:

+ Kĩ năng làm việc nhóm chưa tốt, các thành viên trong một nhómchưa có sự gắn kết, nhiều em thụ động, không tập trung trong nhiệm vụ củanhóm và hầu như công việc chỉ giành cho một số học sinh tích cực

+ Các kĩ năng thực nghiệm: HS còn lúng túng về cấu tạo thí nghiệm,cách bố trí và tiến hành thí nghiệm

+ Đa số HS nói rằng rất thích thú nếu được tham gia vào việc thiết kế,

17

chế tạo các dụng cụ và làm các TN vật lí nhưng khi công việc đưa ra thì các

em đều ngại làm Nguyên nhân là do việc chế tạo dụng cụ thí nghiệm quá mới

mẻ với các em và các em cũng phải tập trung học chính khóa mà không cóthời gian tìm hiểu chế tạo dụng cụ thí nghiệm

bộ thí nghiệm chưa nhiều

- Học sinh tuy chắc về kiến thức nhưng về thực nghiệm còn yếu dochưa được chú trọng, phần lớn khi làm thí nghiệm các em còn bỡ ngỡ, lúngtúng, tuy nhiên các em rất hào hứng khi được làm thí nghiệm

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương I, luận văn đã trình bày về:

- Khái niệm, cấu trúc năng lực thực nghiệm dựa trên các tài liệu và cácbài tập của bản thân thông qua học phần “Kiểm tra đánh giá trong dạy học vậtlí” trong chương trình đào tạo thạc sĩ K24 trường Đại học Sư phạm Hà Nội

- Các nghiên cứu lí luận về bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí

- Thực trạng dạy và học chương “Động lực học chất điểm” tại trườngchuyên Lê Hồng Phong, Nam Định

Tất cả các cơ sở lí luận và thực tiến trên sẽ được tôi vận dụng triệt đểtrong việc xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm nhằm phát triển năng lực thựcnghiệm của học sinh 10 chuyên khi học chương “Động lực học chất điểm”

Chương 2

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH

TRƯỜNG THPT CHUYÊN

2.1 PHÂN TÍCH NỘI DUNG PHẦN “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” – VẬT LÍ 10 THPT CHUYÊN

2.1.1 Vị trí đặc điểm của chương “Động lực học chất điểm”

Trong chương trình Vật lý 10 (kể cả cơ bản, nâng cao, chương trìnhchuyên), chương “Động lực học chất điểm” là chương thứ hai, nằm sauchương “Động học chất điểm” Đây là chương có vai trò rất quan trọng, gópphần làm sáng tỏ những kiến thức mà chương một chưa giải quyết được, đó lànguyên nhân của chuyển động, đồng thời kiến thức của chương được ứngdụng nhiều trong đời sống hằng ngày và là cơ sở quan trọng để học sinh tiếptục nghiên cứu các chương sau

Các kiến thức của chương về 3 định luật Newton hay các lực cơ học làrất cần thiết để học sinh giải thích các hiện tượng trong tự nhiên và sử dụng

để nghiên cứu sâu hơn về Vật lí sau này

2.1.2 Cấu trúc lôgic nội dung chương “Động lực học chất điểm”

Trong phần Động lực học chất điểm, nội dung nghiên cứu những kháiniệm cơ bản (lực, tổng hợp và phân tích lực, khối lượng và gia tốc) và cácđịnh luật cơ bản của động lực học (các định luật của Newton) và phương phápđộng lực học nhằm giải quyết nhiệm vụ chung là giải thích nguyên nhân chiphối các dạng chuyển động đã xét trong phần động học

Các khái niệm về cân bằng của chất điểm và quy tắc tổng hợp và phântích lực được hình thành theo con đường thực nghiệm

Khái niệm khối lượng được đưa vào định luật II Newton và có ứng

dụng rộng rãi trong cơ học Khối lượng là khái niệm rất phức tạp trong Vật líhọc, ở cấp dưới học sinh hiểu khối lượng như là lượng vật chất, nó được mởrộng thêm trong mối quan hệ với quán tính và được tiếp tục mở rộng ở cáclớp tiếp theo Vì vậy ngay sau mục này cần đưa các bài tập định tính để họcsinh thấy được mối liên quan giữa khối lượng và quán tính.

Việc đưa thêm khái niệm lực quán tính vào chương trình sẽ làm cho việcgiải thích và tính toán nhiều hiện tượng cơ học trở thành đơn giản Việc dạy kháiniệm lực quán tính có thể thực hiện một cách đơn giản, dễ hiểu đối với học sinhnhờ sự kết hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm minh họa và phân tích lí thuyết

Về trọng lực và hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng: Trọng lực là tổnghợp của lực hấp dẫn và lực quán tính gây ra do sự quay của Trái đất Đó là lực được

đo bằng một lực kế gắn với Trái đất và cũng là lực mà vật tác dụng lên giá đỡ nằmngang hoặc dây treo thẳng đứng Trọng lượng là cường độ của trọng lực (hay môđuncủa vector trọng lượng) Nếu lực kế được gắn với một hệ quy chiếu khác, chuyểnđộng có gia tốc đối với Trái đất (thang máy, con tàu vũ trụ ) thì lực kế sẽ chỉ trọnglực biểu kiến của vật Điều đó gây ra tình trạng tăng, giảm, mất trọng lượng

Các vấn đề va chạm, chuyển động của vệ tinh và 3 định luật Kepler(chỉ xét chuyển động tròn đều) được đưa vào chương trình cơ học để có thể sửdụng được tổng hợp các định luật Newton cũng như các định luật bảo toàn

Các dạng bài tập cơ bản vận dụng phương pháp Động lực học được mô

tả ở hình 2.1

21

Hình 2.1 Các bài toán cơ bản vận dụng phương pháp động lực học

Việc dạy khái niệm lực quán tính có thể thực hiện một cách đơn giản,

dễ hiểu đối với học sinh nhờ sự kết hợp chặt chẽ giữa thí nghiệm minh họa vàphân tích lí thuyết

Các định luật của Newton được hình thành theo con đường thựcnghiệm và quy nạp các dữ kiện từ thực nghiệm Tuy nhiên, các thí nghiệm đểnghiên cứu các định luật này là rất khó thành công vì các lí do sau: các hiệntượng xảy ra rất nhanh để thu được số liệu chính xác đòi hỏi các thiết bị phảirất hiện đại (rất khó cho trường phổ thông), Các định luật Newton sử dụngcác phương pháp thí nghiệm lí tưởng và quy nạp cho nên việc thực hiện bằngcác số liệu là rất khó (ví dụ: Định luật I Newton)

Phép tổng hợp và phân tích lực hoàn có thể tiến hành theo phương phápthực nghiệm Các dụng cụ là thông thường và thí nghiệm dễ thành công

Theo chương trình chuyên, cấu trúc nội dung phần Động lực học chấtđiểm mô tả ở hình 2.2 [7]

Hình 2.2 Cấu trúc nội dung phần Động lực học chất điểm

theo chương trình THPT Chuyên.

2.1.3 Mục tiêu dạy học

- Đặt ra những câu hỏi về sự kiện vật lí liên quan đến Động lực họcchất điểm

- Phát biểu vấn đề cần nghiên cứu dưới dạng câu hỏi hoặc bài toán

- Đề xuất các dự đoán, giả thuyết hợp lí, có thể kiểm tra được bằngthí nghiệm

- Xác định đúng mục đích thí nghiệm

- Chỉ rõ biến độc lập và biến phụ thuộc, lựa chọn phạm vi biến số cần thiết

- Lựa chọn được dụng cụ thí nghiệm đo được các biến số, vẽ sơ đồ thínghiệm rõ ràng

- Xây dựng được quy trình, thao tác tiến hành thí nghiệm

- Xác định được phương án thu thập và xử lí số liệu có thể rút ra đượckết luận về kiến thức

- Chỉ ra được những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo,khó khăn nảy sinh khi thực hiện các thao tác thí nghiệm, cách đảm bảo antoàn của các thiết bị thí nghiệm

- Thực hiện các phép tính chính xác, đủ số lần theo quy định,

- Xác định sai số chính xác, xử lí số liệu đúng phương pháp

- Trình bày kết quả thí nghiệm và ghi số liệu dưới dạng bảng, biểu đồ,

Bước 1: Móc lò xo vào giá giá ba chân

Bước 2: Treo quả cân đã biết khối lượng m1, đo độ dãn lò xo là x1

Bước 3: Treo vật chưa biết khối lượng m2, đo độ dãn lò xo là x2

Bước 4: m2 =

2 1 1

x m x

2.2.2 Bài số 2: Xác định sức căng tối đa sợi dây

Một người mua một sợi dây cước và muốn xác định xem sợi dây chịuđược tải trọng bao nhiêu mà trong tay chỉ có một quả cân 1kg và một thước

đo góc Nêu phương án tiến hành

Lời giải

- Buộc quả cân vào dây như trên hình, rồi kéo nó theo hướng mũi tên a

- Các lực F và P liên hệ với nhau bởi hệ thức P 2 cosF 2

căng F cũng tăng Khi đọc trên thước đo góc ứng với lúc đứt dây ta có thểtính được tải trọng cho phép.

- Thậm chí, nếu dây đứt ở   0, ta cần chập đôi dây lại và tiến hànhlàm lại như trên và đừng quên chia kết quả cuối cùng cho 2

  

Trong đó các lực đều có thể đo bằng lực kế

2.2.4 Bài số 4: Xác định hệ số ma sát vật trên mặt phẳng nghiêng cố định

Làm thế nào xác định được hệ số ma sát của một thanh trên một mặtphẳng nghiêng mà chỉ dùng một lực kế Biết độ nghiêng mặt phẳng là khôngđổi và không đủ lớn để thanh tự trượt?

Lời giải

Gọi k là hệ số ma sát ta có:

- Để truyền cho thanh một chuyển động đều đi lên trên mặt phẳngnghiêng, ta cần tác dụng một lực: F ℓ = kPcos α + Psin α (1)

- Để truyền cho thanh một chuyển động đều đi xuống trên mặt phẳngnghiêng, ta cần tác dụng một lực: F X = kPcos α - Psin α (2)

25

Trừ vế với vế phương trình (1) cho phương trình (2) ta được:

F ℓ - F X = 2 Psin α

⇒ sin α =

F ℓ−F X

2 P (3)Cộng vế với vế phương trình (1) cho phương trình (2) ta được:

2.2.5 Bài số 5: Xác định gia tốc rơi tự do khi vật chuyển động trong môi trường cản

Thành lập phương án xác định giá trị của gia tốc rơi tự do với các dụng

cụ sau:

- Một vài hòn bi nhỏ hình cầu có kích thước và khối lượng đã biết

- Một bình hình trụ, dài, có vạch chia độ dọc theo chiều dài ống Trongbình có đựng chất lỏng đã biết hệ số ma sát cản

- Một đồng hồ bấm giây

Lời giải

Nguyên tắc đo g dựa trên nghiên cứu chuyển động của vật trong chấtlỏng nhớt Khi một vật chuyển động trong chất lỏng với tốc độ chỏ thì xuất

hiện lực cản tỷ lệ với vận tốc và ngược chiều với vận tốc chuyển động , về độ

lớn FC = k.v với k là hệ số cản(hệ số ma sát cản) Sau một thời gian ngắn

chuyển động vật sẽ chuyển động đều do cân bằng giữa lực cản và trọng lực

Ta có phương trình :

Mg = k.v

Khi chuyển động đều thì

s v t



Từ đó

.

k s g

m t



(1-5)

Đo quãng đường chuyển động đều s và thời gian

chuyển động , biết khối lượng m và hệ số k, ta xác

định được giá trị của g

Điều đáng lưu ý ở đây là khi chuyển động trong chất lỏng, vật chuyển

động “ chậm hơn” rất nhiều so với trong chân không (hay không khí) do đó

việc đo thời gian bằng đồng hồ bấm giây là hoàn toàn khả thi [14]

2.2.6 Bài số 6: Xác định hệ số ma sát nhớt của chất lỏng

Cho công thức xác định lực ma sát nhớt tác dụng lên bi nhỏ:

F=6π η.v.r

Trong đó: η là hệ số ma sát nhớt của chất lỏng, v là tốc độ chuyển động

của bi so với chất lỏng, r là bán kính của bi

Cho các dụng cụ thí nghiệm:

+ Một ống thủy tinh hình trụ dài

+ Một ống nhỏ giọt

+ Một cân

+ Một đồng hồ bấm giây

+ Một thước đo chiều dài

+ Chậu đựng nước có khối lượng riêng ρ đã biết

+ Chậu đựng dầu thực vật có khối lượng riêng ρd đã biết



27

Trình bày cơ sở lý huyết, cách bố trí, các bước tiến hành thí nghiệm đểxác định hệ số ma sát nhớt của dầu thực vật đã cho.

Bài giải

1 Cơ sở lý thuyết

Vật rơi trong một môi trường chịu tác dụng của lực cản tỷ lệ với tốc độchuyển động của vật Ban đầu vật rơi nhanh dần, nên tốc độ tăng dần, đến khilực cản của môi trường đủ lớn để cân bằng với trọng lực và lực đẩy Acsimetthì vật chuyển động đều

Xét một viên bi nhỏ bán kính r chuyển động đều trong dầu với tốc độ v:+ Phân tích lực: trọng lực P

, lực đẩy Acsimet ⃗F A , lực ma sát nhớt

Bước 1: Thí nghiệm với ống nhỏ giọt

- Dùng cân điện tử để cân khối lượng: ống nhỏ giọt, ống nhỏ giọt có

chứa nước để xác định khối lượng m của nước trong ống.

- Đếm số giọt nước N.

Bước 2: Cho giọt nước từ ống nhỏ giọt rơi

vào dầu từ một độ cao h xác định (để giọt

nước có tốc độ ban đầu đủ lớn) Mỗi giọt

nước chuyển động trong ống dầu, quan sát

chuyển động của giọt nước

- Dùng thước đo quãng đường S (quan

thấy giọt nước chuyển động đều) - Dùng

đồng hồ đo khoảng thời gian t chuyển

động tương ứng

Chú ý: Khi tiến hành bước 2 nhiều lần mức chất lỏng và nước trongống sẽ dâng lên nên ta phải:

- điều chỉnh vị trí của ống nhỏ giọt (để độ cao h không đổi);

- vị trí đo quãng đường S (do mức nước dâng lên)

3 Xử lý số liệu

a Xác định bán kính của một giọt nước: Đo m, đếm N

- Khối lượng 1 giọt nước: m0=

c Xác định hệ số nhớt của dầu:

η=29⋅r2(ρ−ρ d) g

v

2.2.7 Bài số 7: Xác định hệ số ma sát

A, Đề bài: Cho dụng cụ thí nghiệm gồm:

+ Một số lượng đủ dùng các quả cân giống nhau chưa biết khối lượngcó móc treo;

29

+ Một ròng rọc nhẹ;

+ Dây nối mảnh, nhẹ đủ dài;

+ Thước đo chiều dài;

+ Một mặt bàn nằm ngang

Yêu cầu: Nêu cách bố trí thí nghiệm, các bước tiến hành và biểu thứcxác định hệ số ma sát trượt  giữa quả cân và mặt bàn

B, Lời giải:

* Bố trí thí nghiệm như hình vẽ:

- Dùng 1 quả cân làm vật m1, treo n quả cân ( n 2) để tạo ra vật m2

sao cho khi thả tay ra hệ chuyển động được ( trọng lượng của m2 lớn hơn masát nghỉ cực đại giữa m1 và mặt bàn)

- Nếu m2 chạm đất mà m1 chưa chạm ròng rọc thì m1 sẽ tiếp tụcchuyển động chậm dần đều và dừng lại Bố trí độ cao h của mép dưới m2sovới đất và chiều dài dây nối sao cho m1 dừng lại mà chưa chạm ròng rọc…

* Tiến hành:

- Bước 1: Giữ m1 để hệ cân bằng, đo độ cao h từ mép dưới m2 tới đất và

đánh dấu vị trí ban đầu M của m1trên mặt bàn.

- Bước 2: Thả tay nhẹ nhàng cho hệ chuyển động, đánh dấu vị trí m1

dừng lại trên mặt bàn N Đo l MN

* Biểu thức xác định hệ số ma sát trượt  giữa m1và mặt bàn:

Lời giải:

Nếu hệ số ma sát trượt giữa vật và tấm ván là μ thì thời gian để vật

trượt từ độ cao h đến chân của mặt phẳng nghiêng góc α là

τ =√g sin α(sin α−μ cos α 2h )

Còn thời gian vật rơi tự do từ độ cao h đến sàn là

τ ' τ '1 τ '2 … τ ' n

Từ bảng số liệu ta vẽ được đồ thị sau

Dùng thước đo độ ta sẽ đo được góc nghiêng β giữa đồ thị và trục

hoành O x Hệ số ma sát trượt giữa vật và tấm ván là

μ=tan β

2.3 SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM VẬT LÍ

2.3.1 Mức độ khi sử dụng bài tập

Các bài tập đã xây dựng có thể sử dụng các bài tập trên với 4 mức độ sau:

- Mức độ 1: cho thiết bị, cho phương án, cho tiến trình thực hiện, yêucầu HS tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả

- Mức độ 2: cho thiết bị, yêu cầu HS thiết kế phương án thí nghiệm, ,tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả

- Mức độ 3: đưa ra tình huống, yêu cầu HS chọn thiết bị thiết kếphương án, tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả

- Mức độ 4: đưa ra tình huống, yêu cầu HS chế tạo thiết bị đơn giản,thiết kế phương án, tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả

Khi giao nhiệm vụ cho học sinh, thứ tự giao nhiệm vụ của tôi từ mức

độ 4 lùi về mức độ 1 Tức là:

- Đưa ra cho học sinh tình huống, yêu cầu học sinh có thể chế tạo thiết

33