intTypePromotion=3

Cải tiến bộ thí nghiệm khảo sát momen lực điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định trong dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông

Chia sẻ: ViNaruto2711 ViNaruto2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

0
11
lượt xem
0
download

Cải tiến bộ thí nghiệm khảo sát momen lực điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định trong dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày cách lắp ráp và cải tiến bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực. Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định”, nhằm góp phần làm phong phú thêm các bộ thí nghiệm trên với cách bố trí khác nhau và đáp ứng được nhu cầu cần nhiều bộ thí nghiệm, triển khai nghiên cứu theo yêu cầu dạy học mới hiện nay ở trường THPT.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Cải tiến bộ thí nghiệm khảo sát momen lực điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định trong dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông

Vương Thị Kim Yến<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 188(12/2): 17 - 20<br /> <br /> CẢI TIẾN BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT MOMEN LỰC. ĐIỀU KIỆN CÂN<br /> BẰNG CỦA MỘT VẬT RẮN CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH” TRONG DẠY HỌC<br /> VẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG<br /> Vương Thị Kim Yến*<br /> Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo trình bày cách lắp ráp và cải tiến bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực. Điều kiện cân bằng<br /> của một vật rắn có trục quay cố định”, nhằm góp phần làm phong phú thêm các bộ thí nghiệm trên<br /> với cách bố trí khác nhau và đáp ứng được nhu cầu cần nhiều bộ thí nghiệm; triển khai nghiên cứu<br /> theo yêu cầu dạy học mới hiện nay ở trường THPT. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy, bộ thí<br /> nghiệm cải tiến có tính chính xác cao, dễ quan sát, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng hiệu quả ở<br /> trường THPT cũng như trong đào tạo và bồi dưỡng giáo viên ở trường Đại học Sư phạm.<br /> Từ khóa: Bộ thí nghiệm momen lực, vật rắn, trục quay cố định, cân bằng.<br /> <br /> MỞ ĐẦU*<br /> Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, trong đó<br /> thí nghiệm vật lý có vai trò rất quan trọng và<br /> không thể thiếu được trong quá trình nghiên<br /> cứu, học tập và giảng dạy Vật lý[1], [2],[3].<br /> Bởi vì thí nghiệm vật lý không đơn thuần chỉ<br /> kiểm chứng tính đúng đắn của lý thuyết mà<br /> còn giúp chúng ta khảo sát các hiện tượng<br /> cũng như các đại lượng vật lý, giải thích hoặc<br /> tiên đoán kết quả thí nghiệm. Đồng thời các<br /> thí nghiệm vật lý còn tăng cường tính trực<br /> quan, tính khoa học, góp phần nâng cao chất<br /> lượng lĩnh hội, nắm vững kiến thức, phát triển<br /> năng lực tư duy độc lập, sáng tạo, kiên trì, cẩn<br /> thận và phong cách của nhà nghiên cứu khoa<br /> học cho người học[1]. Thông qua thí nghiệm<br /> còn giúp giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học<br /> sinh (HS). Mặt khác, theo yêu cầu đổi mới<br /> giáo dục hiện nay ở trường phổ thông là dạy<br /> học theo nhóm, tức là HS được chia nhỏ<br /> thành nhiều nhóm tự dùng thí nghiệm để tìm<br /> tòi, nghiên cứu nên cần phải có nhiều bộ thí<br /> nghiệm cùng loại cho HS làm, sau đó các<br /> nhóm thảo luận, phản biện lẫn nhau rồi đưa ra<br /> kiến thức, còn giáo viên (GV) sẽ đóng vai trò<br /> định hướng, quan sát và khẳng định sự đúng<br /> đắn của kiến thức.Với phương pháp dạy học<br /> mới này, cần nhiều bộ thí nghiệm nhưng lại<br /> *<br /> <br /> Tel: 0977 599218, Email: yenquangsp@gmail.com<br /> <br /> được cấp lại quá ít. Bởi vậy để đáp ứng được<br /> yêu cầu trên, việc nghiên cứu cải tiến các bộ<br /> thí nghiệm luôn là vấn đề cấp thiết và có tính<br /> thời sự [4], nên chúng tôi đã nghiên cứu cải<br /> tiến và lắp ráp thành công 05 bộ thí nghiệm<br /> “Khảo sát momen lực. Điều kiện cân bằng của<br /> một vật rắn có trục quay cố định”.<br /> KIẾN THỨC CHUẨN BỊ<br /> Đối tượng nghiên cứu: bộ thí nghiệm<br /> Momen của lực. Điều kiện cân bằng của một<br /> vật rắn có trục quay cố định.<br /> Phương pháp nghiên cứu: Phối hợp phương<br /> pháp nghiên cứu lí luận, phương pháp điều<br /> tra, phương pháp lấy ý kiến chuyên gia và<br /> phương pháp thực nghiệm.<br /> Cơ sở lý thuyết<br /> Momen lực: Giả sử có một đĩa tròn A quay<br /> quanh trục cố định, nếu ta bố trí lực F và<br /> F1 như (hình 1), khi đó đĩa tròn A cân bằng,<br /> ta thấy rằng:<br /> <br /> F1d1  Fd<br /> (1)<br /> Nếu chỉ riêng lực F tác dụng lên đĩa A thì đĩa<br /> quay theo chiều kim đồng hồ, còn nếu chỉ<br /> riêng lực F1 tác dụng lên đĩa A thì đĩa quay<br /> theo chiều ngược lại. Nếu cả hai lực<br /> F và F1 tác dụng đồng thời lên đĩa A thì đĩa<br /> cân bằng. Khi đó tác dụng làm quay của hai<br /> lực bằng nhau và ngược chiều nhau.<br /> 17<br /> <br /> Vương Thị Kim Yến<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Đánh giá của GV về bộ thí nghiệm “Khảo<br /> sát momen lực. Điều kiện cân bằng của một<br /> vật rắn có trục quay cố định” (hình 2) hiện<br /> đang sử dụng dụng rộng rãi ở các trường<br /> THPT và ở trường Đại học [3], [4].<br /> <br /> A<br /> d<br /> D<br /> 1<br /> <br /> 188(12/2): 17 - 20<br /> <br /> F<br /> <br /> F1<br /> <br /> d1<br /> D<br /> 1<br /> <br /> Hình 1. Nguyên lý hoạt động của thí nghiệm<br /> momen lực. Điều kiện cân bằng của vật rắn có<br /> trục quay cố định<br /> <br /> Nếu thay lực F1 bằng lực F2 khác có khuynh<br /> hướng làm cho đĩa quay ngược chiều kim<br /> đồng hồ và có tay đòn d2 thì ta cũng thấy:<br /> <br /> F2d 2  Fd<br /> <br /> (2)<br /> <br /> Qua nhiều lần thực hiện thí nghiệm như vậy,<br /> có thể kết luận rằng đại lượng Fd đặc trưng<br /> cho tác dụng làm quay đĩa A của lực F và<br /> gọi là momen của lực, kí hiệu là M.<br /> M = Fd<br /> d: cánh tay đòn.<br /> <br /> (3)<br /> <br /> Đơn vị của momen lực trong hệ SI là Niuton<br /> mét, kí hiệu N.m<br /> Từ thí nghiệm trên suy ra: Muốn cho một vật<br /> rắn có trục quay cố định nằm cân bằng thì tổng<br /> momen của các lực có khuynh hướng làm cho<br /> vật quay theo một chiều phải bằng tổng momen<br /> của các lực có khuynh hướng làm vật quay theo<br /> chiều ngược lại.<br /> Nếu ta qui ước momen lực làm vật quay<br /> ngược chiều kim đồng hồ có giá trị dương,<br /> cùng chiều kim đồng hồ có giá trị âm, thì ta<br /> có thể viết điều kiện trên dưới dạng đại số:<br /> M1 + M2 + ... = 0<br /> Trong đó M1, M2 ... là momen của tất cả các<br /> lực đặt lên vật.<br /> 18<br /> <br /> Hình 2. Bộ thí nghiệm momen lực. Điều kiện cân<br /> bằng của vật rắn có trục quay cố định hiện có.<br /> <br /> Để nắm được thực trạng trang bị số bộ thí<br /> nghiệm và tình hình sử dụng bộ thí nghiệm<br /> trên của GV, HS ở Trường phổ thông, nhóm<br /> nghiên cứu đã tiến hành điều tra thực tế tại<br /> trường THPT Vùng cao Việt Bắc, Trường<br /> THPT Thái nguyên và Khoa Vật lý Trường<br /> Đại học Sư phạm Thái nguyên. Thời gian<br /> điều tra từ ngày 20/5 đến ngày 30/5/2018. Có<br /> 12 giáo viên được khảo sát. Các câu hỏi<br /> hướng tới việc tìm hiểu bộ thí nghiệm “Khảo<br /> sát momen lực. Điều kiện cân bằng của một vật<br /> rắn có trục quay cố định” có dễ sử dụng<br /> không? Kết quả chính xác không? Số lượng bộ<br /> thí nghiệm này được trang bị tại trường như thế<br /> nào? Kết quả điều tra được trình bày trong bảng 1.<br /> Bảng 1.<br /> Đánh giá của GV<br /> <br /> Số bộ thí<br /> nghiệm<br /> <br /> Dễ sử<br /> dụng<br /> <br /> Chính<br /> xác<br /> <br /> Không<br /> Chính xác<br /> <br /> 1<br /> bộ<br /> <br /> 2 bộ<br /> <br /> 100%<br /> <br /> 75%<br /> <br /> 25%<br /> <br /> 0%<br /> <br /> 100%<br /> <br /> Kết quả điều tra cho thấy, bộ thí nghiệm trên<br /> dễ sử dụng, độ chính xác khá cao, song với<br /> phương pháp dạy học mới thì đòi hỏi phải có<br /> nhiều bộ thí nghiệm cùng loại để cho các<br /> nhóm HS làm thí nghiệm đồng loạt lại không<br /> <br /> Vương Thị Kim Yến<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> đáp ứng vì số bộ thí nghiệm được cung cấp<br /> quá ít, hầu hết GV đều cho rằng cần thiết phải<br /> cải tiến bộ thí nghiệm mới. Trong khi đó, số<br /> bảng từ trắng nhỏ để làm thí nghiệm “Tổng<br /> hợp lực đồng qui và tổng hợp lực song song”<br /> lại có khá nhiều. Vậy ta có thể tận dụng lắp ráp,<br /> cải tiến kết hợp để làm thí nghiệm “Khảo sát<br /> momen lực. Điều kiện cân bằng của một vật rắn<br /> có trục quay cố định” mà không hề ảnh hưởng<br /> khi sử dụng cho hai thí nghiệm kia.<br /> <br /> 188(12/2): 17 - 20<br /> <br /> + Để xác định được cánh tay đòn d, chúng tôi<br /> gắn một nam châm vào thước nhựa. Thước<br /> này có thể tháo ra được khi không sử dụng,<br /> còn khi sử dụng bảng từ này cho các thí<br /> nghiệm tổng hợp lực đồng qui, song song thì<br /> không bị ảnh hưởng.<br /> Các bộ thí nghiệm cải tiến được lắp đặt tại<br /> phòng thí nghiệm phương pháp giảng dạy<br /> Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm - Đại<br /> học Thái Nguyên và hiện nay đang được GV<br /> và sinh viên Khoa Vật lý của trường sử dụng.<br /> Kết quả thực nghiệm sư phạm<br /> Để kiểm tra các yêu cầu đối với bộ thí nghiệm<br /> được cải tiến, chúng tôi đã triển khai thực<br /> nghiệm bộ thí nghiệm này ở một số trường phổ<br /> thông, trường đại học đã nói ở trên và lấy ý<br /> kiến đánh giá của một số GV ở các trường đó.<br /> <br /> 3<br /> Hình 3. Đánh giá của GV về sự cần thiết phải cải<br /> tiến bộ TN mới (mức độ 1 là mức độ thấp nhất)<br /> <br /> Vậy để phần nào đáp ứng được yêu cầu trên,<br /> chúng tôi đã cải tiến và lắp ráp thành công 05<br /> bộ thí nghiệm cùng loại mới.<br /> <br /> 4<br /> <br /> KẾT QUẢ<br /> Bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực. Điều<br /> kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố<br /> định” cải tiến<br /> <br /> 1<br /> <br /> - Dụng cụ gồm:<br /> 1) Bảng từ.<br /> <br /> 5<br /> <br /> 2) Giá đỡ chân đế hình sao.<br /> 3) Đĩa momen.<br /> <br /> 6<br /> <br /> 4) Thước nhựa 20cm.<br /> <br /> 2<br /> <br /> 5) Các quả gia trọng.<br /> 6) Lực kế.<br /> - Những điểm cải tiến:<br /> + Như đã trình bày ở mục 2.4, nhóm nghiên<br /> cứu sử dụng kết hợp bảng từ ở các bài thí<br /> nghiệm khác, trên đầu bảng từ thiết kế một trục<br /> quay để lắp đĩa momen (hình 4), đĩa này được<br /> tận dụng từ những thiết bị thí nghiệm cũ.<br /> <br /> Hình 4. Bộ thí nghiệm momen lực. Điều kiện cân<br /> bằng của vật rắn có trục quay cố định cải tiến<br /> <br /> 1) Bảng từ.<br /> 2) Giá đỡ chân đế hình sao.<br /> 3) Đĩa momen.<br /> 4) Thước nhựa 20cm.<br /> 5) Các quả gia trọng.<br /> 6) Lực kế.<br /> 19<br /> <br /> Vương Thị Kim Yến<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Bảng 2. Tổng hợp ý kiến đánh giá của GV<br /> Dễ<br /> thực<br /> hiện<br /> 100%<br /> <br /> Đánh giá của GV<br /> Chính<br /> Không<br /> Đạt<br /> xác<br /> chính<br /> yêu<br /> xác<br /> cầu<br /> 83,3%<br /> 16,6%<br /> 100%<br /> <br /> Không<br /> đạt yêu<br /> cầu<br /> 0%<br /> <br /> Từ số liệu bảng 2 cho thấy, 100% GV được<br /> điều tra đều nhận định bộ thí nghiệm này dễ<br /> thực hiện. Có 83% GV cho rằng, thí nghiệm<br /> cho kết quả chính xác. Có 100% GV đánh giá<br /> bộ thí nghiệm đạt yêu cầu. Với kết quả đánh<br /> giá thu được, có thể nhận xét bộ thí nghiệm<br /> cải tiến đạt được các yêu cầu của một bộ thiết<br /> bị thí nghiệm để phục vụ trong quá trình dạy<br /> và học môn vật lý cũng như trong quá trình<br /> nghiên cứu các hiện tượng vật lý. Có thể sử<br /> dụng rộng rãi bộ thí nghiệm này tại các<br /> trường THPT, các trường đại học.<br /> KẾT LUẬN<br /> Bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực. Điều<br /> kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay<br /> cố định” cải tiến đáp ứng đầy đủ yêu cầu của<br /> một bộ thí nghiệm vật lý về tính khoa học,<br /> tính sư phạm, tính trực quan và tính bền vững.<br /> Do đó, bộ thí nghiệm này có thể sử dụng rộng<br /> rãi trong quá trình dạy và học ở các trường<br /> THPT, các trường đại học. Không những vậy,<br /> việc chế tạo bộ thí nghiệm đó rất dễ, tiết kiệm<br /> <br /> 188(12/2): 17 - 20<br /> <br /> nên các GV và HS đều có khả năng lắp ráp,<br /> cải tiến tạo ra các bộ thí nghiệm để phục vụ<br /> cho mình trong việc dạy và học môn vật lý,<br /> bằng cách tận dụng bảng từ có sẵn của bộ thí<br /> nghiệm tổng hợp lực đồng qui và tổng hợp<br /> hai lực song song cùng chiều. Đĩa momen có<br /> thể tự tạo từ các vật liệu tận dụng phù hợp<br /> trong cuộc sống. Để tăng độ chính xác của<br /> thiết bị chúng tôi cố gắng giảm thiểu tối đa<br /> sự không cân bằng của đĩa, bằng cách tăng độ<br /> khít của ổ trục với trục quay.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> 1. Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2005), Phát<br /> triển năng lực thông qua phương pháp và phương<br /> tiện dạy học mới, Hội thảo tập huấn, Hà Nội.<br /> 2. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2009), Những vấn đề<br /> cơ bản về công tác thiết bị dạy học, lắp đặt, sử<br /> dụng, bảo quản, bảo dưỡng các thiết bị dùng<br /> chung (quyển 1), Tài liệu bồi dưỡng nghiệp vụ cho<br /> viên chức làm công tác thiết bị dạy học ở cơ sở<br /> giáo dục phổ thông, Giáo dục Việt Nam. Hà Nội.<br /> 3. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2015), Vật lý lớp 10<br /> nâng cao, Giáo dục Việt Nam. Hà Nội.<br /> 4. Bộ môn phương pháp giảng dạy, Sử dụng thiết<br /> bị thí nghiệm trong dạy học Vật lý ở trường phổ<br /> thông, Tài liệu lưu hành nội bộ (2016), Khoa vật<br /> lý - Trường ĐHSP - Đại học Thái Nguyên.<br /> 5. Nguyễn Đức Thâm (2002) Phương pháp dạy<br /> học Vật lý ở trường phổ thông), Đại học Sư phạm<br /> Hà Nội.<br /> <br /> SUMMARY<br /> RENOVATING THE SETUP OF “TORQUE EVALUATION AND<br /> EQUILIBRIUM OF A RIGID BODY IN FIXED AXIS ROTATION” IN<br /> TEACHING PHYSICS AT HIGH SCHOOLS<br /> Vuong Thi Kim Yen*<br /> University of Education - TNU<br /> <br /> In this article, we present the assembly of the newly-renovated experimental setup “Torque<br /> evaluation and Equilibrium of a rigid body in fixed axis rotation” in order to enrich Physics<br /> experimental setups and to meet the need of new Physics equipment in high schools; to deploy<br /> research activities according to the new requirements of the Education Ministry. The initial result<br /> of this paper has proved that this setup is highly accurate, easy to observe, and applicable in not<br /> only high schools but also in the universities of Education for training purposes.<br /> Keywords: Torque experiment setup, equilibrium, rigid body, fixed axis rotation.<br /> Ngày nhận bài: 17/8/2018; Ngày phản biện: 17/9/2018; Ngày duyệt đăng: 12/10/2018<br /> *<br /> <br /> Tel: 0977 599218, Email: yenquangsp@gmail.com<br /> <br /> 20<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản