Nghiên cứu sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát định lượng các định luật chất khí có kết nối máy tính vào dạy học phần nhiệt học vật lý 10 thpt

Mặt khác quá trình thực hành thí nghiệm vật lý với sự kết hợp giữa quan sát thực nghiệm và suy luận lý thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lý luận và thực tiễn, rèn luyện cho học sinh

Tr-ờng Đại học Vinh

Khoá luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: lý luận và ph-ơng pháp dạy học vật lý

Vinh – 2011

Tr-ờng Đại học Vinh

Khoá luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: lý luận và ph-ơng pháp dạy học vật lý

Cán bộ h-ớng dẫn: pgs.ts phạm thị phú Sinh viên thực hiện: tạ thị lý

Lớp: 48A – Vật lý

Vinh – 2011

Em xin chân thành cảm ơn trường THPT Anh Sơn I, bạn bè, gia đình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, động viên và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này

Vinh, tháng 5 năm 2011

Tác giả

Tạ Thị Lý

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC 3

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 3

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 4

1.1 Khái niệm về thí nghiệm trong dạy học vật lý 4

1.2 Đặc điểm của thí nghiệm vật lý 4

1.3 Chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lý luận nhận thức 5

1.4.Chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận dạy học 7

1.4.1.Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học 7

1.4.2 Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh 8

1.4.3 Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hóa và trực quan hóa trong dạy học vật lý 8

1.5.Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lý 9

1.6 Thí nghiệm có ghép nối máy tính 11

1.7 Những yêu cầu chung về mặt kỹ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông 12

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ KHAI THÁC

BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT ĐỊNH LƯỢNG CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ CÓ KẾT NỐI MÁY TÍNH” VÀO DẠY HỌC CHƯƠNG

“CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10 - THPT 13

2.1 Vị trí đặc điểm của chương “Chất khí” vật lý 10 THPT 13

2.2 Mục tiêu dạy học chương “Chất khí” vật lý 10 THPT 13

2.2.1 Về kiến thức 13

2.2.2 Về kỹ năng 13

2.3 Cấu trúc logic chương “Chất khí” 14

2.4 Lắp ráp, vận hành bộ thí nghiệm gép nối máy vi tính khảo sát các định luật chất khí 14

2.4.1 Giới thiệu bộ thí nghiệm gép nối MVT khảo sát các đinh luật chất khí 14

2.4.2 Các thí nghiệm tiến hành với bộ thí nghiệm gép nối MVT khảo sát các định luật chất khí 16

2.5 Thiết kế một số bài học sử dụng thí nghiệm từ bộ thí nghiệm gép nối MVT khảo sát định lượng các định luật chất khí 31

GIAÓ ÁN 1: 31

GIAÓ ÁN 2: 41

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 50

3.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 50

3.2 Tiến trình và nội dung thực nghiệm sư phạm 50

3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm sư phạm 50

3.2.2 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 50

3.3 Kết quả thực nghiệm sư phạm 51

3.4 Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm 51

KẾT LUẬN CHUNG 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHỤ LỤC 55

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Đôí với những người làm công tác giáo dục thì vấn đề đặc biệt quan tâm

là làm sao để không ngừng nâng cao chất lượng dạy và học Trong những năm gần đây việc đổi mới phương pháp dạy và học đang diễn ra khá rầm rộ xuất phát từ mục tiếu chiến lược của ngành giáo dục: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp sống tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến vào dạy học”

Chương trình giáo khoa mới vật lý 10 rất quan tâm đến việc làm thế nào

để tăng tính trực quan trong dạy học, tăng hứng thú và tạo sự chú ý học tập của học sinh Để làm được điều đó không thể không kể đến các thiết bị dạy học trực quan, các thiết bị thí nghiệm

Sử dụng dụng cụ thí nghiệm làm tăng tính trực quan, tạo sự nghiên cứu

có hệ thống, đặc biệt giúp cho học sinh có năng lực sử dụng các dụng cụ vật lý, các dụng cụ đo lường, kĩ năng lắp ráp các thiết bị, tiến hành thí nghiệm, xử lý

số liệu và rút ra kết luận Ngoài ra, với các thiết bị có kết nối máy tính còn rèn luyện cho các em kĩ năng sử dụng máy vi tính, đo lường và xử lý số liệu bằng máy vi tính Những kĩ năng này giúp cho học sinh thích ứng với các hoạt động lao động sản xuất trong sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước

Mặt khác quá trình thực hành thí nghiệm vật lý với sự kết hợp giữa quan sát thực nghiệm và suy luận lý thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lý luận và thực tiễn, rèn luyện cho học sinh phương pháp tư duy sáng tạo, phân tích tổng hợp, khái quát hóa vấn đề, khả năng dự đoán xây dựng kiến thức mới dự trên quan sát hiện tượng tự nhiên và thí nghiệm vật lý

Vật lý học trong nhà trường là môn học có đặc thù sử dụng thí nghiệm vật lý như một phương tiện, phương pháp dạy học phát huy tính tích cực tự lực hoạt động của học sinh Các định luật chất khí là các định luật thực nghiệm, do vậy việc sử dụng thí nghiệm vào dạy học chương này là hết sức cần thiết

Song thực tế dạy học ở trường phổ thông hiện nay việc sử dụng thí nghiệm còn hạn chế vì lý do khách quan và chủ quan Bộ thí nghiệm dạy học các định luật chất khí được trang bị ở trường phổ thông hiện nay chỉ có thể thực hiện được 2 thí nghiệm đó là thí nghiệm khảo sát định luật Bôi-lơ_Ma-ri-ôt và thí nghiệm khảo sát định luật Sac-lơ, còn thí nghiệm khảo sát định luật Gay-luytxac thì không thực hiện được Do xilanh của bộ thí nghiệm đó được để theo phương thẳng đứng nên quá trình đẳng áp của chất khí là không thể thực hiện được Hơn nữa qua thực tế bản thân đi thực tập ở trường phổ thông, các giáo viên hầu như đều dạy chay không sử dụng thí nghiệm, kể cả 2 thí nghiệm khảo sát quá trình đẳng nhiệt và đẳng tích Vì các bộ thí nghiệm ở trường phổ thông thường bị hở nút giun ở phía dưới xilanh nên khi thí nghiệm thường bị trả áp suất Do vậy bộ thí nghiệm không đáp ứng dạy học các định luật chất khí theo phương pháp thực nghiệm vật lý Ở phòng học bộ môn phương pháp dạy học vật lý, khoa Vật lý trường Đại học Vinh được trang bị bộ thí nghiệm “Khảo sát định lượng các định luật chất khí có ghép nối máy tính” là bộ thí nghiệm hiện đại do hãng Phywe sản xuất Bản thân tôi là giáo sinh muốn tiếp cận bộ thí nghiệm này nhằm rèn luyện kỹ năng khai thác sử dụng thí nghiệm hiện đại vào dạy học đáp ứng yêu cầu của người giáo viên Vật lý trong giai đoạn mới

Từ những vấn đề thực tiễn và lý luận trên, với sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Thị Phú, tôi đã chọn đề tài "Nghiên cứu, sử dụng bộ thí nghiệm

“Khảo sát định lượng các định luật chất khí có kết nối máy tính” vào dạy học phần “nhiệt học” vật lý 10- THPT” làm đề tài nghiên cứu của mình

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu, vận hành và khai thác bộ thí nghiệm “Khảo sát định lượng các định luật chất khí có kết nối máy tính” vào dạy học phần “nhiệt học” vật lý 10- THPT nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lý ở trường phổ thông

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các thí nghiệm giáo khoa vật lý

- Quá trình dạy học vật lý ở trường phổ thông

3.2 Phạm vi nghiên cứu

- Các thí nghiệm vật lý thuộc chương “Chất khí” chương trình vật lý 10 THPT

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu khai thác và sử dụng hợp lý bộ thí nghiệm "Khảo sát định lượng các định luật chất khí có kết nối máy máy tính” vào dạy học phần “nhiệt học” vật lý 10- THPT thì sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy và học bộ môn

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu cơ sở lý luận về thí nghiệm vật lý trong dạy học

- Phân tích nội dung, cấu trúc chương “Chất khí” của vật lý 10 THPT ban cơ bản và nâng cao

- Tìm hiểu thực trạng phương pháp dạy học vật lý ở phổ thông và sử dụng thí nghiệm vào dạy học vật lý

- Lắp ráp, tiến hành các thí nghiệm từ bộ thí nghiệm “khảo sát định lượng các định luật chất khí có kết nối máy tính” ở phòng học bộ môn phương pháp giảng dạy vật lý

- Nghiên cứu sử dụng thí nghiệm đã lắp ráp vào dạy học chương “chất khí” vật lý 10 THPT

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp mô hình để phân tích kết quả thí nghiệm cho dưới dạng

đồ thị

1.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu bằng máy vi tính

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ THÍ NGHIỆM

TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ 1.1 Khái niệm về thí nghiệm trong dạy học vật lý

Thí nghiệm vật lý 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 diễn ra sự tác động và kết quả của sự tác động, ta có thể thu được tri thức mới

1.2 Đặc điểm của thí nghiệm vật lý

Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết Mỗi thí nghiệm có 3 yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: Đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quả của sự tác động

Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa 2 đại lượng trong khi các đại lượng khác được giữ không đổi

Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của nhiễu

Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của các đại lượng nào đó do sự biến đổi của các đậi lượng khác Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát đo đạc Có thể lặp lại được thí nghiệm Có nghĩa là : Với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bố trí lại hệ thống thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện tượng quá trình vật lý phải diễn

ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước đó

Thí nghiệm Vật lý gồm 3 yếu tố cấu thành: Đối tượng nghiên cứu, phương tiện tác động lên đối tượng nghiên cứu, phương tiện quan sát

1.3 Chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lý luận nhận thức

Theo quan điểm của lý luận nhận thức, trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông, thí nghiệm có chức năng sau:

Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Thí nghiệm là để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức vào thực tiễn Thí nghiệm là một bộ phận của phương pháp nhận thức vật lý

 Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Khi thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, xử lý kết quả quan sát, đo đạc, lúc này thí nghiệm có tác dụng phân tích hiện thực khách quan

và thông qua quá trình thiết lập một cách có chủ quan, để thu được tri thức khách quan

Trong dạy học Vật lý ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức một hiện tượng một quá trình vật lý nào đó, khi học sinh còn chưa biết hoặc biết quá ít về các quá trình đó, hiện tượng đó thì thí nghiệm vật lý được sử dụng để cung cấp cho học sinh những dữ liệu cảm tính (các biểu tượng, các số liệu đo đạc) về hiện tượng, quá trình vật lý Tạo điều kiện cho học sinh đưa ra những giả thuyết

là cơ sở cho những tính chất, những mối liên hệ phổ biến, có tính quy luật của các đại lượng vật lý trong các quá trình hiện tượng nghiên cứu

 Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được Nếu kết quả của thí nghiệm phủ định tính đúng đắn của tri thức đã biết thì đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại phải kiểm tra ở những thí nghiệm khác

Ở các trường phổ thông có một số kiến thức rút ra bằng quy luật logic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết, trong những trường hợp này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của chúng

 Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức thu được vào thực tiễn

Trong việc vân dụng các tri thức lý thuyết vào thiết kế chế rạo các thiết

bị kỹ thuật, người ta gặp nhiều khó khăn do: Tính trừu tượng của tri thức, lí do

về mặt kinh tế… khi đó người ta thường sử dụng thí nghiệm tạo cơ sở cho việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

Thí nghiệm không những cho học sinh thấy được sự vận dụng trong thực tiễn mà còn kiểm chứng sự đúng đắn của tri thức

Thí nghiệm cơ bản không chỉ dẫn đến hình thành những thuyết vật lý mới mà còn làm xuất hiện nhiều ngành kỹ thuật mới

 Thí nghiệm là một bộ phận của phương pháp nhận thức vật lý

- Thí nghiệm bồi dưỡng cho học sinh các phương pháp nhận thức được dung phổ biến trong nghiên cứu (phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình)

+ Phương pháp thực nghiệm bao gồm 4 giai đoạn:

- Làm nảy sinh vấn đề cần giải đáp, câu hỏi cần trả lời

- Đề xuất được giả thuyết

- Xây dựng và thực hiện phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả đã rút ra Nếu hệ quả thí nghiệm phù hợp với hệ quả đã rút ra thì giả thuyết là chân thực, nếu không phù hợp thì phải xây dựng giả thuyết mới

Như vậy thí nghiệm đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của phương pháp thực nghiệm Ở giai đoạn đầu các thông tin về đối tượng cần được nghiên cứu được thu thập nhờ thí nghiệm Ở giai đoạn cuối của thí nghiệm lại được dùng để kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả đã được rút ra

+ Phương pháp mô hình có 4 giai đoạn:

- Thu thập thông tin về đối tượng gốc

- Xây dựng mô hình

- Thao tác trên mô hình để rút ra các hệ quả lý thuyết

- Kiểm tra hệ quả lý thuyết trên đối tượng gốc

Ở giai đoạn đầu các thông tin về đối tượng thường thu thập được nhờ thí nghiệm thông qua thí nghiệm, nhờ việc chủ động loại bỏ những yếu tố không quan tâm, tác động lên đối tượng, bố trí các dụng cụ quan sát thu thập và xử lý

số liệu, ta mới có thể tìm ra được thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc

Ở giai đoạn 3 đối với mô hình vật chất người ta phải tiến hành thí nghiệm thực với nó

Ở giai đoạn 4 thông qua thí nghiệm trên vật gốc, đối chiếu kết quả thu được từ mô hình với những kết quả thu được trực tiếp trên vật gốc ta kiểm tra được tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của mô hình

1.4 Chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lí luận dạy học 1.4.1 Thí nghiệm có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học

Sử dụng thí nghiệm để củng cố trình độ xất phát, tạo động cơ hứng thú học tập

Bằng việc sử dụng các thí nghiệm đơn giản có tính nghịch lý ta có thể đưa học sinh vào tình huống có vấn đề, tạo nên nhu cầu nhận thức hứng thú tìm tòi kiến thức mới của học sinh

Sử dụng thí nghiệm để hình thành kiến thức mới, kỹ năng mới cho học sinh

Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng, không gì có thể thay thế được trong giai đoạn hình thành kiến thức mới Nó cung cấp một cách hệ thống các dữ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát hóa quy nạp, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành kiến thức mới

Trong chương trình vật lý phổ thông một kiến thức đã được rút ra từ các phép suy luận logic chặt chẽ để làm tăng thêm sự tin tưởng của học sinh về kiến thức thu được, giáo viên cần phải tiến hành làm thí nghiệm kiểm chứng lại chúng

Sử dụng thí nghiệm để củng cố ôn luyện và giúp học sinh vận dụng kiến thức, kỹ năng mà họ tiếp thu được

Việc sử dụng các thí nghiệm ở giai đoạn củng cố không phải là sự lặp lại nguyên si các thí nghiệm đã làm nhắc lại kiến thức cũ mà phải có những yếu tố mới đào sâu, mở rộng các kiến thức đã biết của học sinh, giúp học sinh thấy được các biểu hiện trong tự nhiên, các ứng dụng trong đời sống và sản xuất của các kiến thức này

Trong các thí nghiệm được sử dụng trong giai đoạn củng cố, thí nghiệm thực hành của học sinh có vai trò nổi bật trong công việc củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng của học sinh

Thí nghiệm là phương tiện kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của học sinh

Thông qua các hoạt động trí tuệ - thực tiễn của học sinh trong quá trình thí nghiệm, học sinh sẽ chứng tỏ không những kiến thức mà cả kiến thức về phương pháp, không những kiến thức mà còn cả kỹ năng của mình

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

Việc sử dụng thí nghiệm vật lý góp phần quan trọng vào việc phát triển nhân cách toàn diện của học sinh

Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện

kỹ năng, kỹ xảo về vật lý của học sinh

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

Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau, bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh

1.4.3 Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hóa và trực quan hóa trong dạy học vật lý

Nhờ thí nghiệm, ta có thể nghiên cứu các hiện tượng, quá trình xảy ra trong những điều kiện có thể khống chế được, thay đổi, có thể quan sát đo được

đơn giản hơn, dễ dàng hơn để đi tới nhận thức được nguyên nhân của mỗi hiện tượng và mối quan hệ có tính quy luật của chúng với nhau

Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh nhanh chóng thu được những thông tin chân thật về các hiện tượng, quá trình vật lý

1.5 Các loại thí nghiệm sử dụng trong dạy học vật lý

Căn cứ vào mục đích lý luận dạy học của thí nghiệm vật lý trong quá trình nhận thức của học sinh, căn cứ vào mục tiêu đổi mới chương trình, nội dung và phương pháp dạy học vật lý vật lý ở trường phổ thông, thí nghiệm vật

lý được sử dụng ở nhiều các hình thức khác nhau Thông thường người ta phân thí nghiệm làm hai loại: Thí nghiệm biểu diễn và thí nghiệm thực tập

Thí nghiệm biểu diễn

Là thí nghiệm được giáo viên tiến hành ở trên lớp trong các giờ học nghiên cứu kiến thức mới hoặc giờ học củng cố kiến thức và nó bao gồm:

Thí nghiệm biểu diễn mở đầu: Là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho học sinh biết qua về hiện tượng sắp nghiên cứu để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú cho học tập của học sinh, lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhận thức Đây là thí nghiệm đơn giản dễ thực hiện và thực hiện nhanh, các thiết bị

dễ kiếm và dễ chế tạo

Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: Là loại thí nghiệm nhằm xây dựng nên hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới Nó bao gồm:

- Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát: Là thí nghiệm nhằm cung cấp các

cứ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát hóa quy nạp, kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic rút ra từ giả thuyết

- Thí nghiệm nghiên cứu minh họa: Là thí nghiệm nhằm kiểm chứng lại kiến thức đã được xây dựng bằng con lý thuyết, dựa trên những phép suy luận logic chặt chẽ

- Thí nghiệm củng cố là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của kiến thức đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng các kiến thức đã học để dự

đoán hoặc hoặc giải thích hiện tượng hay cơ chế hoạt động của các thiết bị, dụng cụ kỹ thuật

Thí nghiệm thực tập:

Là thí nghiệm do học sinh tự tiến hành trên lớp (trong phòng thí nghiệm) ngoài nhà trường hoặc ở nhà với các mức độ tự lập khác nhau Thí nghiệm thực tập bao gồm:

Thí nghiệm trực diện: Là thí nghiệm được tổ chức định dạng thí nghiệm đồng loạt (giáo viên chia học sinh thành các nhóm thí nghiệm cùng một lúc làm các thí nghiệm như nhau với các dụng cụ thí nghiệm giống nhau để giải quyết cùng một nhiệm vụ) hoặc dưới hình thức cá nhân (các nhóm học sinh cùng lúc tiến hành các thí nghiệm khác nhau nhằm giải quyết nhiệm vụ bộ phận, để đi tới giải quyết được nhiệm vụ tổng quát)

Thí nghiệm thực hành: Là loại thí nghiệm do học sinh tiến hành trên lớp (trong phòng thí nghiệm) mà sự tự lực làm việc cao hơn so với thí nghiệm trực diện Học sinh dựa vào tài liệu hướng dẫn đã in sẵn mà tiến hành thí nghiệm, rồi viết báo cáo thí nghiệm theo mẫu

Thí nghiệm thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai hình thức: Thí nghiệm thực hành đồng loạt (tất cả các nhóm học sinh tiến hành những thí nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau theo một mục đích) hoặc thí nghiệm thưc hành cá thể

Thí nghiệm quan sát ở nhà: Là loại bài làm mà giáo viên giao cho từng học sinh hoặc từng nhóm học sinh thực hiện ở nhà Học sinh tự lực tiến hành thí nghiệm và quan sát vật lý trong điều kiện không có sự giúp đỡ trực tiếp của giáo viên Vì vậy, loại thí nghiệm này đòi hỏi cao độ tính tự giác, tự lực của học sinh trong học tập Loại thí nghiệm này sử dụng các dụng cụ thí nghiệm thông dụng trong đời sống, vật liệu dễ kiếm, dễ tìm Chính đặc điểm trên mà thí nghiệm quan sát vật lý ở nhà tạo nhiều cơ hội để phát triển năng lực tư duy sáng tạo của học sinh trong việc thiết kế, chế tạo sử dụng các dụng cụ nhằm hoàn thành nhiệm vụ được giao

Ta thấy do tác dụng nhiều mặt của thí nghiệm thực tập nên việc tăng cường các thí nghiệm thực tập là một trong những nội dung của viêc đổi mới các chương trình, nội dung, phương pháp dạy học vật lý phổ thông

Các loại thí nghiệm có thể tóm tắt theo sơ đồ sau:

1.6 Thí nghiệm có ghép nối máy tính

Thí nghiệm kết nối máy tính làm tăng tính trực quan cho người học Trong một số trường hợp do thí nghiệm xảy ra nhanh và liên tục làm hạn chế sự quan sát

và đo đạc kết quả thí nghiệm trở nên khó khăn vì vậy ta kết nối thí nghiệm với máy vi tính Trong máy vi tính ta cài đặt phần mềm tự động đo số liệu khi tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm sẽ được ghi lại trên máy tính một cách chính xác nhất và hiển thị cho ta dưới dạng trực quan như đồ thị hay cửa sổ đo đạc thông số trên màn hình Như vậy thí nghiệm có kết nối máy tính làm trực quan hóa và kết quả thí nghiệm được ghi lại một cách khách quan nhất

TN thực tập

TN trực diện

TN thực hành

TN thực hành đồng loạt

TN tổng hợp luân phiên

TN quan sát ở nhà

TN khảo sát

1.7 Những yêu cầu chung về mặt kỹ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

Để thí nghiệm phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học vật

lý thí việc sử dụng phải tuân theo một số yêu cầu chung về mặt kỹ thuật và phương pháp dạy học:

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

- Xác định rõ dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, các bước tiến hành thí nghiệm Để đạt được mục đích thí nghiệm cần sử dụng thiết bị thí nghiệm như thế nào? Bố trí thí nghiệm ra sao? Tiến hành như thế nào? Cần quan sát đo đạc đại lượng nào?

- Đảm bảo cho học sinh ý thức được rõ ràng và tham gia tích cực vào tất

cả các giai đoạn thí nghiệm bằng cách giao cho học sinh những nhiệm vụ cụ thể trong quá trình tiến hành thí nghiệm

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

- Việc sử dụng thí nghiệm phải an toàn

Ngoài những yêu cầu chung này, từng loại thí nghiệm còn phải tuân theo các yêu cầu riêng, tùy đặc tính của từng loại thí nghiệm

1.7 Kết luận chương 1

Trong chương 1, tôi đã trình bày rõ các cơ sở lý luận của việc sử dụng thí nghiệm vào dạy học vật lý ở trường phổ thông nhằm nâng cao chất lượng dạy học Cụ thể tôi đã tìm hiểu được khái niệm, đặc điểm và chức năng của thí nghiệm vật lý, các loại thí nghiệm vật lý

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LẮP RÁP, VẬN HÀNH VÀ KHAI THÁC

BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT ĐỊNH LƯỢNG CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ CÓ KẾT NỐI MÁY TÍNH” VÀO DẠY HỌC CHƯƠNG

“CHẤT KHÍ” VẬT LÝ 10 - THPT

2.1 Vị trí đặc điểm của chương “ Chất khí” vật lý 10 THPT

- Chương "Chất khí" vừa là phần tiếp nối chương trình vật lý phổ thông vừa là phần mở rộng so với chương Đây là phần quan trọng để các em áp dụng làm bài tập và giải thích một số hiện tượng trong thực tế

- Chương "Chất khí" có nội dung ngắn gọn, dễ hiểu, dễ học, dể dạy, là phần có nhiều nội dung quan trọng, gần gũi với học sinh

2.2 Mục tiêu dạy học chương” Chất khí” vật lý 10 THPT

2.2.1 Về kiến thức

- Phát biểu được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí

- Nêu được các đặc điểm của khí lý tưởng

- Phát biểu được các định luật Bôi-lơ_Ma-ri-ôt, Sác-lơ

- Nêu được nhiệt độ tuyệt đối là gì

- Nêu được các thông số p,V,T xác đinh trạng thái của một lượng khí

- Viết được phương trình trạng thái của khí lý tưởng pV/T = const

2.2.2 Về kỹ năng

- Vận dụng được phương trình trạng thái khí lý tưởng

- Vẽ được đường đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt trong hệ toạ độ (p, V)

2.3 Cấu trúc logic chương “Chất khí”

2.4 Lắp ráp, vận hành bộ thí nghiệm gép nối máy vi tính khảo sát

các định luật chất khí

2.4.1 Giới thiệu bộ thí nghiệm gép nối MVT khảo sát các đinh luật

chất khí

Bộ thí nghiệm "Khảo sát định lượng các định luật chất khí có gép nối

máy vi tính” do hãng Phywe CHLB Đức sản xuất được trang bị ở phòng học bộ

môn phương pháp dạy học vật lý khoa Vật lý trường Đại học Vinh bao gồm các

Phương trình trạng thái khí Khí lý tưởng Thuyết động học phân tử chất khí

Cấu tạo chất Lực tương tác phân tử

b) Cảm biến nhiệt bằng NiCr-Ni và cảm biến nhiệt semicon (tùy theo thí nghiệm chúng ta sẽ dùng một trong hai cảm biến)

c) Bếp đun bằng điện

d) Thanh nam châm và cá từ để khuấy nước

e) Máy vi tính và các thiết bị kết nối máy vi tính

f) Phần mềm Cobra 3 gas laws cài đặt sẵn trong máy vi tính

Ảnh 2: Bộ thí nghiệm PVT được kết nối máy vi tính

2.4.2 Các thí nghiệm tiến hành với bộ thí nghiệm gép nối MVT khảo sát các định luật chất khí

Thí nghiệm 1: Nghiên cứu định luật Gay-luyt xăc

 Mục đích: Khảo sát định lƣợng mối quan hệ thể tích và nhiệt độ

của khí trong quá trình biến đổi đẳng áp

 Dụng cụ thí nghiệm: Bộ thí nghiệm khảo sát định lƣợng các định

luật chất khí có kết nối máy vi tính Ở thí nghiệm này ta dùng cảm biến nhiệt NiCr-Ni

Ảnh 3: Lắp ráp thí nghiệm cho định luật Gay Luýt Xac

 Tiến hành thí nghiệm:

Đặt ống xilanh chứa khí vào trong bình thuỷ tinh Lưu ý đặc biệt đến sự kín hơi và sự chuyển động dễ dàng của pittông xilanh bằng cách bôi trơn pittong với một vài giọt dầu động cơ đa năng Khi ta thay đổi nhiệt độ của khối khí bằng cách đun, thì khối khí sẽ giãn nở và sự di chuyển dễ dàng của pittong đảm bảo cho quá trình giãn nở của khí là đẳng áp Đổ đầy nước vào bình thuỷ tinh thông qua cái phễu và đưa vào một thanh khuâý từ Sau khi điều chỉnh thể tích ban đầu của xilanh chính xác 50 ml, đóng miệng của nó bằng nắp cao su Chèn thêm các cặp nhiệt vào bên trong buồng thông qua lỗ trên nắp cao su Nối một ống Silicon vào núm phía trên của bình thuỷ tinh để các chất lỏng khi giãn

nở nhiệt có thể chảy theo ống vào một cốc

Kết nối đầu dò nhiệt độ nhiệt độ đến T1 của mođun đo Gọi chương trình

"Measure" trong Windows và nhập vào <Ideal gas law> Thiết lập các thông số

đo như hình 4 Dưới <Start/Stop> chọn <Get value on key press> Dưới <Other setting> chọn hiển thị số 1 cho <Temperature T1> và sơ đồ 1 với kênh

<Temperature t> , những biên X <từ 1 đến 15> và chế độ <no auto range> Bây giờ hiệu chuẩn cảm biến <Calibration> bằng cách nhập vào một giá trên nhiệt

độ đo bằng nhiệt kế và ấn <Calibration> Sau các thiết lập này, nhấn

<Continue> để ghi các giá trị đo Sắp xếp các hiển thị tuỳ theo mình mong muốn

Ghi giá trị đầu tiên ở nhiệt độ ban đầu bằng cách nhấn <Save value>, sau

đó chuyển thiết bị đốt nóng và cắm phích điện để làm bình thuỷ tinh nóng lên

từ từ Trộn nước trong bỉnh thuỷ tinh bằng cách di chuyển thanh khuấy từ từ với sự trợ giúp của một thanh nam châm và tạo điều kiện cân bằng áp suất trong ống bơm bởi sự tự dịch chuyển của pittong do chênh lệch áp suất khi thay đổi nhiệt độ Sau mỗi lần tăng 1 ml thể tích, đưa giá trị tiếp theo Sau khi thể tích đã đạt 60 ml, tắt thiết bị đốt nóng và kết thúc phép đo bằng cách nhấn

<close> Lưu phép đo bằng cách <File> <Save the mearesurement as >

Hình 4: Cài đặt thông số thí nghiệm kiểm tra định luật Gay-luyt xắc

Để vẽ đồ thị nhiệt độ và thể tích, ta thực hiện theo các biến đổi sau:

Ngay phía dưới menu <Mensurement><Chanel managel>, chọn nhiệt độ

là trục hoành, thể tích là trục tung Cũng có thể chọn pV/T là trục tung, ta sẽ thu được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của pV/T vào thể tích

 Kết quả thí nghiệm:

Tiến hành thí nghiệm ta thu được kết quả:

Nhiệt độ ban đầu: T0 = 310 K

Thể tích ban đầu: V0 = 50 ml

Áp suất ban đầu: p = 1004 hPa = const

Ghi giá trị ban đầu bằng cách nhấn Save value sau đó đốt nóng thiết bị Thể tích tăng 1 ml ta nhấn Save value ghi giá trị 1 lần

Nhiệt độ cuối cùng: T = 372,3 K

Thể tích cuối cùng: V = 59 ml

Để hiển thị đồ thị ta nhấn <Measurement><Chanel manager>, chọn nhiệt

độ T làm trục hoành, nhấp dấu mũi tên → chọn thể tích là trục tung, tiếp tục nhấp dấu mũi tên ← Ta sẽ có đồ thị mô tả quá trình trên (ảnh 5):

Ảnh 5: Đồ thị biểu diễn quan hệ V(T) trong quá trình đẳng áp

Hoặc ngược lại chọn thể tích V là trục hoành, nhấp dấu mũi tên → chọn thể nhiệt độ là trục tung, tiếp tục nhấp dấu mũi tên ← Ta sẽ có đồ thị mô tả quá trình trên (ảnh 6):

Hoặc ngược lại nếu ta chọn thể tích là trục hoành, nhiệt độ là trục tung ta nhấn <Measurement><Chanel manager>, chọn thể tích V làm trục hoành, nhấp dấu mũi tên → chọn nhiệt độ T là trục tung, tiếp tục nhấp dấu mũi tên ← Ta sẽ

có đồ thị mô tả quá trình (Ảnh 6):

Ảnh 6: Đồ thị biểu diễn quan hệ T(V)trong quá trình biến đổi đẳng áp của chất khí

Nếu muốn hiển thị hàm phụ thuộc giữa thể tích và nhiệt độ hoặc ngược lại thì sau khi vẽ được đồ thị ta chỉ cần nhấn vào biểu tượng Regression trên thanh công cụ, ta sẽ có ngay hàm như trên ảnh chụp Để chỉnh sửa màu và đường nét đồ thị ta nhấp vào biểu tượng Display options trên thanh công cụ Dịch chuyển đồ thị dùng Scroll right/ left/ up/ down Hoặc muốn hiển thị thông

số tại 1 điểm bất kỳ, nhấp biểu thượng Survey, ta sẽ hiển thị được như trên ảnh chụp

Để hiển thị bảng số liệu thí nghiệm, ta nhấp vào biểu tượng Data table trên thanh công cụ, ta sẽ có ngay bảng số liệu của thí nghiệm vừa tiến hành (Ảnh 7):

Ảnh 7: Bảng số liệu thí nghiệm kiểm tra định luật Gay-luytxăc

 Nhận xét:

Ta thấy rằng đồ thị biểu hiện mối quan hệ thể tích vào nhiệt đô cũng như nhiệt độ vào thể tích là một đường thẳng đi qua gốc toa độ chứng tỏ trong quá trình đẳng áp thể tích của một lượng khí xác định tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó

Thí nghiệm 2: Nghiên cứu định luật Sac-lơ

 Mục đích thí nghiệm: Khảo sát định lượng mối quan hệ áp suất và

nhiệt độ chất khí trong quá trình biến đổi đẳng tích của một lượng khí nhất định

 Dụng cụ thí nghiệm: Bộ thí nghiệm khảo sát định lượng các định luật

chất khí có kết nối máy tính Ở thí nghiệm này ta dùng cảm biến nhiệt semicon Cài đặt thí nghiệm như hình 7:

Hình 8: Lắp ráp thí nghiệm cho định luật Sac-lơ

 Tiến hành thí nghiệm:

Đặt ống xilanh chứa khí vào trong bình thuỷ tinh Lưu ý đặc biệt đến sự kín hơi và sự chuyển động dễ dàng của pittông xilanh Bôi trơn pittong với một vài giọt dầu động cơ đa năng để pittông thuỷ tinh được bọc bởi một lớp dầu sạch trong suốt quá trình thí nghiệm, nhưng tránh để dầu dư thừa Để đảm bảo quá trình biến đổi trạng thái của khí là đẳng tích, trong quá trình đun ta giữ pittông ở vị trí có thể tích 50 ml Để làm được việc đó thì khi pittông dịch chuyển làm thay đổi thể tích không quá 1 ml, ta sẽ dùng tay nhẹ nhàng dịch chuyển pittông trở lại vị trí cũ

Kết nối modun đo với máy tính, sử dụng mođun chuyển và cáp dữ liệu Gọi chương trình "Measure" trong Windows và nhập vào <Ideal gas law> Thiết lập các thông số đo như hình 8 Dưới <Start/Stop> chọn <Get value on key press> Dưới <Other setting> chọn hiển thị số 1 cho <Preasure p> và hiển thị số 2 cho <Temperature> và sơ đồ 1 với kênh <Preasure p> , những biên X

<từ 1 đến 15> và chế độ <no auto range> Bây giờ hiệu chuẩn cảm biến

<Calibration> bằng cách nhập vào một giá trị nhiệt độ đo bằng nhiệt kế và ấn

<Calibration> Sau các thiết lập này, nhấn <Continue> để ghi các giá trị đo Sắp xếp các hiển thị tuỳ theo mình mong muốn

Dịch chuyển pittông sao cho thể tích đúng bằng 50 ml, ghi giá trị đầu tiên ở nhiệt độ ban đầu bằng cách nhấn <Save value>, sau đó chuyển thiết bị đốt nóng và cắm phích điện để làm bình thuỷ tinh nóng lên từ từ Trộn nước trong bỉnh thuỷ tinh bằng cách di chuyển thanh khuấy từ từ với sự trợ giúp của một thanh nam châm Nhiệt độ tăng làm cho pittong dịch chuyển Do vậy để đảm bảo thể tích khí không thay đổi, khi pittong dịch chuyển làm thể tích khí thay đổi chưa quá 1 ml, ta dùng tay dịch chuyển pittong trở lại vị trí cũ Sau mỗi lần nhiệt độ tăng 10C, ta nhấn Save value ghi giá trị 1 lần Đun cho đến lúc nước sôi, tắt thiết bị đốt nóng và kết thúc phép đo bằng cách nhấn <close> Lưu phép đo bằng cách <File> <Save the mearesurement as >

Hình 9: Cài đặt thông số thí nghiệm kiểm tra định luật Sac-lơ

Để vẽ đồ thị sự phụ thuộc áp suất và nhiệt độ ta thực hiện theo các biến đổi sau:

Ngay phía dưới menu <Mensurement><Chanel managel>, chọn nhiệt độ

là trục hoành, áp suất là trục tung Cũng có thể chọn pV/T là trục tung, ta sẽ thu được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của pV/T vào nhiệt độ

 Kết quả thí nghiệm:

Tiến hành thí nghiệm ta thu được kết quả:

Nhiệt độ ban đầu: T0 = 321,2 K

Thể tích ban đầu: V0 = 50 ml = const

Áp suất ban đầu: p0 = 1003,9 hPa

Ghi giá trị ban đầu bằng cách nhấn <Save value> Nhiệt độ tăng 5 0 C ta nhấn <Save value> ghi giá trị 1 lần

Nhiệt độ cuối cùng: T = 352,30 K

Áp suất cuối cùng: p = 1017,1 hPa

Để hiển thị đồ thị ta nhấn <Measurement><Chanel manager>, chọn nhiệt

độ T làm trục hoành, nhấp dấu mũi tên → chọn áp suất là trục tung, tiếp tục nhấp dấu mũi tên ← Ta sẽ có đồ thị mô tả quá trình đẳng tích( Ảnh 9):

Ảnh 10: Đồ thị biểu diễn quan hệ p(T) trong quá trình biến đổi đẳng tích của chất khí

Ta cũng có thể nhấp vào các biểu tƣợng trên thanh công cụ để lấy ra bảng số liệu của đồ thị, hàm của đồ thị, dịch chuyển đồ thị hay đọc đƣợc các thông số tại một điểm bất kỳ của đồ thị nhƣ trên ảnh chụp

Để hiển thị đƣợc bảng số liệu của thí nghiệm, ta nhấp vào biểu tƣợng Data table trên thanh công cụ, ta có bảng số liệu nhƣ sau (Ảnh 11):