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

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁTRƯỜNG THPT HÀM RỒNG ---SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM THIẾT KẾ MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH ĐO HỆ SỐ MA SÁT DÙNG CHO HỌC SINH LỚP 10 Người thực hiện: Tào Thị Hạnh

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG

-SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

THIẾT KẾ MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH ĐO HỆ SỐ

MA SÁT DÙNG CHO HỌC SINH LỚP 10

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

SKKN thuộc lĩnh vực môn: Vật lý

THANH HOÁ NĂM 2016

MỤC LỤC

Trang

1 Më ®Çu 2

2 Néi dung s¸ng kiÕn kinh nghiÖm 3

1

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

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

với bản thân đồng nghiệp và nhà trờng 10

3 Kết luận và kiến nghị

10

Tài liệu tham khảo 11

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

1- m ở đầu

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

2

bài thực hành chỉ khoảng 3,4 bộ cú thể dựng được, vậy nờn rất nhiều học sinh

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

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

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

là tích cực hoá quá trình hoạt động nhận thức của học sinh Đối với bộ môn Vật lý, xu hớng trên đợc thể hiện rõ trên nhiều mặt, trong đó có việc tăng c-ờng hoạt động thực nghiệm của học sinh không chỉ trong giờ học chính khoá

mà còn cả trong các giờ học ngoại khoá và kể cả ở nhà nữa Việc bồi dỡng cho các em có kĩ năng thực nghiệm và xây dựng những phơng pháp thí nghiệm mới của riêng mình từ những bài toán thí nghiệm giúp các em hiểu

đúng hơn về bản chất của môn Vật Lý từ đó các em sẽ yêu thích môn vật lý hơn và tích cực vận dụng kiến thức vật lý vào sáng tạo kĩ thuật và đời sống

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

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

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

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

để giải quyết vấn đề

Ph

ơng án 1: Đo hệ số ma sát nghỉ bằng cách thay đổi khối lợng vật và dùng

cân để xác định khối lợng từ đó xác định đợc hệ số ma sát nghỉ

a,Cơ sở lí thuyết

3 M

T M

m

Cho cơ hệ nh hình vẽ

- khi khối lợng của vật m còn nhỏ

hệ cha chuyển động thì lực ma sát

nghỉ Fms giữa vật M và mặt phẳng ngang

bằngvới trọng lực P của vật m

- Tăng dần khối lợng của vật m đến khi

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

Fms =  Mg = mg

Từ đó tính đợc hệ số ma sát nghỉ m

g

  (1)

b, Tiến hành thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, ban đầu để khối lợng của vật m nhỏ để hệ không chuyển động Tăng dần khối lợng của m đến khi hệ bắt đầu chuyển động thì dừng lại Cân khối lợng M và m, thay vào công thức (1) tính đợc hệ số ma sát nghỉ 

*) Nhận xét : Trong phơng án này, có

thể thay hệ bằng dây xích Khi vật bắt đầu

tự trợt

 = x

L x

x và L tỉ lệ với số mắt đếm đợc

c, Kết quả đo theo ph ơng án 1 :

*) Sai số:   0.256

 = ( m M)

m M

   = 0.01

Kết quả  = 0.26  0.01

Ph

ơng án 2: Đo hệ số ma sát trợt bằng cách cho vật chuyển động chậm dần

đều

a,Cơ sở lí thuyết

Chọn hai vật có khối lợng m = M Thả

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

còn đi thêm một đoạn s Ta có:

4

x

m M

h T

Fms

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

hai vật chuyển động với cùng gia tốc là

1 

2

mg Mg mg mg g

a

m M m m



 

- Vận tốc của hệ ngay trớc khi m chạm

đất là

v  ah gh   (2.1)

- Khi m chạm đất vật M còn đI thêm đợc

đoạn đờng s nữa thì dừng lại áp dụng

định luật bảo toàn năng lợng cho vật M

trên đoạn đờng s ta có :

1

2

2Mv Mg s v  gs (2.2)

Từ (2.1) và (2.2) tìm đợc :

2

h

 

 Gọi L là quãng đợng tổng cộng mà M đi đợc thì

L = h + s  s = L – h

Vậy

2

h

L h

 

 (3.2)

b, Tiến hành thí nghiệm

Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, chọn 2 vật có khối lợng nh nhau Ban đầu giữ cơ

hệ cho vật m cách mặt đất độ cao h

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

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

- Đo tổng quãng đờng L=h+s mà M đã đi

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

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

Kết quả đo theophơng án 2:

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

h = 0,30  0,01 L = 0,74  0,01

*) Sai số:

2

h

L h

 

 = 0,254

5

 =  2

Kết quả:  = 0,25  0,05

Ph

ơng án 3 : Đo hệ số ma sát trợt bằng cách cho vật trợt từ trên mặt phẳng

nghiêng xuống mặt phẳng nằn ngang

a,Cơ sở lí thuyết

Mặt phẳng nghiêng và mặt ngang cùng hệ số ma sát Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ

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

và dừng lại tại D trên mặt phẳng ngang

áp dụng định luật bảo toàn năng lợng ta có :

mg.AB = mgcos.AC + mg.CD

Với AC.cos = BC ta tìm đợc : AB h

 (4.1) ( Với l = BD )

b, Tiến hành thí nghiệm

Bớc 1: Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ Lu ý sử dụng vật kích thớc nhỏ và các mặt nghẳng AC, CD phải dài, góc  nhỏ để khắc phục va chạm của vật với mặt phẳng ngang tại C

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

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

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

Kết quả đo theo ph ơng án 3 :

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

h = 0,15  0,01 l = 0,572  0,007

6



A

D C

B

*) Sai số : h 0,262

l

  

h l 0,021

   

     

Kết quả  = 0,26  0,02

Ph

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

a,Cơ sở lí thuyết

*Treo vật khối lợng m vào đầu lò xo

( hình 1 )

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

0 mg

l l l

k

    (3.1)

*Gắn chặt một đầu lò xo vào giá đỡ

( hình 2)

Đặt cho vật tiếp xúc lò xo

( không gắn với lò xo )

đánh dấu vị trí O của vật

Đa vật tới điểm A sao cho lò xo bị

nén đoạn l rồi thả nhẹ vật chuyển động

đợc đoạn đờng s đến B rồi dừng lại

áp dụng định luật bảo toàn năng lợng ta có:

1

2

mgs

k l mgs l

k





     (3.2)

Từ (3.1) và (3.2) ta có : 0

l l l

    (3.3)

b, Tiến hành thí nghiệm

Bớc1 Dùng thớc đo chiều dài tự nhiên l0 của lò xo và chiều dài l của lò xo khi vật nằm cân bằng

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

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

Bớc 3: Trên mặt phẳng ngang, lấyđiểm A

với OA = l

Bớc 4: Đa vật đến vị trí A, lò xo nén một đoạn l Thả vật tự do, vật đến vị trí B thì dừng lại Đo khoảng cách AB = s

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

7

l l

0

l



A O

 B

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

a,Cơ sở lí thuyết

áp dụng với khối có kích thớc lớn

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

vật bắt đầu trợt: F = mg

Nâng dần điểm đặt M lên cao khi đến vị trí

N nào đó thì vật bắt đầu quay quanh A

Vậy mg

2

l

= F.h = .mgh   =

2

l

h (5.1)

b, Tiến hành thí nghiệm

Bớc 1: bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, ban dầu tác dụng lực F vào điểm M sao

cho vật trợt trên mặt phẳng nằm ngang

Bớc 2: Nâng dần điểm đặt của lực tác dụngFđến vị trí N nào đó thì vật bắt

đầu quay quanh A Đo h = AN, l = AB

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

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

Ph

ơng án 3: sử dụng mặt phẳng nghiêng

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

h = 0,15  0,01 l = 0,572  0,007

*) Sai số : h 0,262

l

  

h l 0,021

   

     

Kết quả  = 0,26  0,02

2.2 Một số bài tập lập phơng án thực hành

Bài tập 1:

Giả sử có một ván gỗ, một thanh cùng loại gỗ đó và một chiếc thớc Hãy đa ra

phơng pháp đo hệ số ma sát giữ gỗ đối với gỗ

Bài tập 2:

Làm thế nào xác định hệ số ma sát của thanh trên mặt phẳng nghiêng mà chỉ

dùng một lực kế Biết rằng độ nghiêng của mặt phẳng là không đổi và không

đủ lớn để cho thanh tự trợt

Bài tập 3:

8

P  F



h M A

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

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

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

hộp và một mặt cong bất kì

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

Trớc khi áp dụng sáng kiến trên tôi nhận thấy học sinh cha thực sự hiểu đúng bản chất và vai trò của môn vật lý Học sinh học vật lý chủ yếu học thuộc lí thuyết và giải toán Vật lý thuộc đủ các loại phức tạp khác nhau, không cần và cũng không thể hiểu đó là cái gì và để làm gì và mình sẽ gặp ở đâu trong cuộc

đời ngoại trừ trờng hợp có thể gặp lúc đi thi Chính vì vậy mà học sinh cha thực sự say mê với môn học và cha vận dụng đợc kiến thức đã học vào cuốc sống

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

Khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm trên vào quá trình dạy học tôi nhận thấy học sinh đã hiểu đầy đủ hơn cái hay, cái đẹp của môn Vật lý Vật lý không phải chỉ là những phơng trình những con số mà tất cả những bài toán phức tạp

đó đều giúp chúng ta đo đặc và tìm ra đợc những thông số cần thiết để ứng dụng vào khoa học kĩ thuật Khi dạy cho học sinh thiết kế các phơng án thực hành, học sinh đã thực sự say mê với môn học hơn, say mê cả giải toán Vật lý

và thiết kế phơng án thực hành rất đơn giản từ kết quả của những bài toán Vật

lý phức tạp Học sinh không chỉ tích cực, chủ động, sáng tạo trong các giờ học trên lớp mà còn say mê học, tìm tòi tự làm thực nghiệm lúc ở nhà Việc thiết

kế các phơng án thực nghiệm giúp học sinh hiểu đầy đủ hơn ý nghĩa của môn học, học sinh không chỉ tích cực học mà còn biết vận dụng tốt kiến thức môn học vào cuộc sống và khoa học sáng tạo kĩ thuật

3 Kết luận và kiến nghị

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

Tài liệu tham khảo

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

9

2- Nguyễn tú anh, vũ nh ngọc, vũ ngọc hồng, nguyễn thế khôi, nguyễn trọng hải, lê hơng quỳnh – Thực hành vật

lí đại cơng tập I – NXBGD

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

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

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG

ĐƠN VỊ

Thanh Hoỏ, ngày 12 thỏng 03 năm 2016

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

người khỏc

Tào Thị Hạnh

10