Cải tiến bộ thí nghiệm Vật lí trung học phổ thông: Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

---------------------------------------

Trần Nguyễn Nam Bình CẢI TIẾN MỘT SỐ BỘ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Thành phố Hồ Chí Minh – 2013

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

---------------------------------------

Trần Nguyễn Nam Bình

CẢI TIẾN MỘT SỐ BỘ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học môn Vật lý

Mã số: 60 14 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG

Thành phố Hồ Chí Minh – 2013

LỜI CẢM ƠN

Luận văn được hoàn thành với sự nỗ lực hết mình của bản thân, cùng với sự

giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô, gia đình, bạn bè và các em học sinh.

Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Mạnh Hùng, Thầy đã tận

tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường ĐHSP TP.HCM, phòng

KHCN & SĐH và các Thầy Cô khoa Vật lí đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện

luận văn.

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường THPT Chuyên Lương Thế

Vinh tỉnh Đồng Nai, các lớp chuyên lí năm học 2011 – 2012 và 2012 - 2013, các

đồng nghiệp trong tổ Vật lí của trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi có

thể thực hiện và thực nghiệm đề tài.

Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn đến cha mẹ, gia đình, những người đã

thường xuyên động viên, khuyến khích, hỗ trợ để con có thể hoàn thành luận văn.

Một lần nữa, xin gửi đến tất cả mọi người lòng biết ơn chân thành và sâu sắc.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2013

Tác giả

Trần Nguyễn Nam Bình

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................. 3

MỤC LỤC ........................................................................................ 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................ 7

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................. 8

DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................. 10

MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1

1. Lí do chọn đề tài ....................................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................... 2

3. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 2

4. Đối tượng và khách thể nghiên cứu ........................................................ 3

5. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 3

6. Giả thuyết khoa học ................................................................................. 3

7. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 3

8. Những đóng góp mới của đề tài nghiên cứu .......................................... 4

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

........................................................................................................... 5

1.1. Các vấn đề về thí nghiệm Vật lí ............................................................ 5

1.1.1. Đặc điểm và vai trò của thí nghiệm Vật lí trong dạy học Vật lí .............. 5

1.1.2. Các thiết bị thí nghiệm ............................................................................. 8

1.1.3. Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí ............................................................... 11

1.2.. Các vấn đề về thí nghiệm thực hành Vật lí [7] ................................. 11

1.2.1. Đặc điểm và vai trò của thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí ...... 11

1.2.2. Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí [7] ........................................ 13

1.2.3. Đánh giá kết quả phép đo trong thí nghiệm thực hành Vật lí ................ 15

1.2.4. Phương pháp biểu diễn kết quả phép đo bằng đồ thị ............................. 21

1.2.5. Các tiêu chí lựa chọn một phương án thí nghiệm thực hành .................. 24

1.2.6. Hệ thống bài thí nghiệm thực hành trong chương trình Vật lí trung học phổ thông. ......................................................................................................... 25

1.2.7. Những thuận lợi và khó khăn khi dạy học thí nghiệm thực hành Vật lí trong chương trình THPT hiện nay. ................................................................. 29

1.2.8. Thực trạng thí nghiệm thực hành môn Vật lí THPT và một số giải pháp cải tiến thực trạng hiện nay. ............................................................................. 31

1.3. Ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành. 34

1.3.1. Mục đích điều tra .................................................................................... 34

1.3.2. Đối tượng và phương pháp điều tra ........................................................ 34

1.3.3. Kết quả điều tra ...................................................................................... 34

1.4. Kết luận chương 1 ............................................................................... 42

CHƯƠNG 2. CẢI TIẾN MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC

HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC

PHỔ THÔNG ................................................................................. 43

2.1. Thí nghiệm đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học .......... 43

2.1.1. Tăng độ chính xác của phép đo hệ số ma sát nghỉ ................................. 43

2.1.2. Tăng độ chính xác của phép đo hệ số ma sát trượt ................................ 45

2.1.3. Thí nghiệm xác định hệ số ma sát trượt giữa gỗ và gỗ .......................... 48

2.1.4. Hiệu quả cải tiến .............................................................................. 51

2.2. Thí nghiệm đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng ............................... 54

2.2.1. Giảm thời gian đo các đường kính của vòng nhôm ............................... 55

2.2.2. Thay đổi cách mắc dây treo vòng nhôm để đảm bảo mặt phẳng vòng song song với mặt thoáng của chất lỏng khi thực hành. .................................. 57

2.2.3. Giảm tốc độ nước chảy để việc đọc số chỉ lực kế dễ dàng .................... 58

2.2.4. Định sẵn lượng nước cần đổ vào các cốc để vừa đủ thí nghiệm ............ 60

2.2.5. Chế tạo giá đỡ có thể thay đổi độ cao một cách từ từ thay cho việc dùng bình thông nhau. ............................................................................................... 62

2.2.6. Hiệu quả cải tiến ..................................................................................... 65

2.3. Thí nghiệm đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa. .. 68

2.3.1. Khắc phục tình trạng số liệu hiển thị trên đồng hồ không ổn định ........ 68

2.3.2. Cải thiện kĩ năng vẽ đồ thị biểu diễn kết quả đo trên giấy kẻ ô li .......... 70

2.3.3. Hiệu quả cải tiến ..................................................................................... 71

2.4. Thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính phân kì .......................................... 77

2.4.1. Tạo cơ sở đảm bảo sự đồng trục của các thấu kính ................................ 77

2.4.2. Tăng độ chính xác của kết quả xác định vị trí ảnh trên màn .................. 79

2.4.3. Thiết kế chữ L trong suốt thay thế cho số 1 chắn sáng .......................... 86

2.4.4. Hiệu quả cải tiến ..................................................................................... 87

2.5. Thí nghiệm đo tốc độ truyền âm trong không khí ............................. 89

2.5.1. Ứng dụng kĩ thuật điện tử để hỗ trợ việc xác định vị trí pittông khi có cộng hưởng âm. ................................................................................................ 89

2.5.2. Hiệu quả cải tiến ..................................................................................... 90

2.6. Kết luận chương 2 ............................................................................... 91

CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM

THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG

HỌC PHỔ THÔNG ...................................................................... 92

3.1. Đo hệ số ma sát trượt giữa giấy và thép ............................................. 92

3.2. Khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng đến kết quả đo hệ số ma sát trượt theo phương pháp động lực học. ..................................................... 94

3.3. Đo hệ số căng bề mặt của nước nguyên chất với những khung nhôm có hình dạng đường chu vi mặt ngoài khác nhau. ................................... 95

3.4. Kiểm nghiệm lại sự phụ thuộc của hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic vào nhiệt độ. ............................................................................ 98

3.5. Kết luận chương 3 ............................................................................. 100

KẾT LUẬN CHUNG .................................................................. 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................... 103

PHỤ LỤC ..................................................................................... 105

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Thứ tự Viết tắt Viết đầy đủ

giáo viên 1 GV

học sinh 2 HS

trung học phổ thông 3 THPT

độ chia nhỏ nhất 4 ĐCNN

giới hạn đo 5 GHĐ

sách giáo viên 6 SGV

sách giáo khoa 7 SGK

thấu kính hội tụ 8 TKHT

thấu kính phân kì 9 TKPK

thí nghiệm 10 TN

thí nghiệm thực hành 11 TNTH

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.2 - Bảng tổng hợp kết quả điều tra ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành.

Bảng 1.1 - Hệ thống bài thực hành Vật lí trong chương trình vật lí THPT

tµ

Bảng 2.1 - Kết quả đo dùng 1 cổng quang trước cải tiến

tµ bằng phương án cải tiến dùng 2 cổng quang với chế độ

Bảng 2.2 - Kết quả đo

MODE A↔B, không dùng nam châm và công tắc, bề mặt trượt là nhôm.

Bảng 2.3 - Kết quả đo tµ bằng phương án cải tiến dùng 1 cổng quang với chế độ

MODE A, không dùng nam châm và công tắc, bề mặt trượt là nhôm.

Bảng 2.4 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước trước khi cải tiến.

Bảng 2.5 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước sử dụng kẹp giấy.

Bảng 2.6 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 1.

Bảng 2.7 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 2.

Bảng 2.8 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 3.

Bảng 2.9 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 4.

Bảng 2.10 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK trước khi cải tiến

Bảng 2.11 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK bằng cách điều chỉnh đèn chiếu để tạo

ra chùm sáng song song tới hệ thấu kính.

Bảng 2.12 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK với đèn LED công suất cao

Bảng 2.13 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK với chữ L trong suốt

Bảng 3.1 - Kết quả đo tµ dùng 1 cổng quang với chế độ MODE A

Bảng 3.2 - Kết quả đo tµ dùng 2 cổng quang với chế độ MODE A↔B

Bảng 3.3 - Các số liệu thực nghiệm đo hệ số ma sát trượt giữa hai bề mặt thép –

nhôm với các góc nghiêng khác nhau

Bảng 3.4 - Các số liệu thực nghiệm đo hệ số ma sát trượt giữa hai bề mặt thép –

giấy với các góc nghiêng khác nhau

Bảng 3.5: Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước nguyên chất với những khung

nhôm có hình dạng đường chu vi mặt ngoài khác nhau.

Bảng 3.6 - Giá trị hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic ở các nhiệt độ khác

nhau được ghi trong một số tài liệu nước ngoài.

Bảng 3.7 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước ở một số nhiệt độ. Bảng 3.8 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của rượu etylic 960 ở một số nhiệt độ.

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 – Cách vẽ đường biểu diễn thực nghiệm trên giấy.

Hình 2.1 – Thước đo góc với dây dọi là dây chỉ mảnh.

Hình 2.2 - Thước đo góc tự chế bằng giấy rôki.

Hình 2.3 - Bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát nghỉ với giá đỡ thay đổi độ cao.

Hình 2.4 - Nguyên lí đo thời gian của hệ thống đồng hồ đo thời gian và cổng quang

điện.

Hình 2.5 - Nguyên lí cấu tạo công tắc kép.

Hình 2.6 - Bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát sử dụng hai cổng quang.

Hình 2.7 - Bố trí thí nghiệm đo hệ số ma sát trượt giữa gỗ - gỗ với giá đỡ và kẹp đa

năng.

Hình 2.8 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của lực ma sát trượt vào áp lực

Hình 2.9 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào bản chất bề mặt tiếp xúc.

Hình 2.10 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào diện tích tiếp xúc.

Hình 2.11 - Bảng số liệu và đồ thị khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào N.

Hình 2.12 - Mô phỏng vòng nhôm sau khi đánh dấu các cặp vạch.

Hình 2.13 - Đo đường kính ngoài của vòng nhôm đã đánh dấu các cặp vạch

Hình 2.14 - Đo đường kính trong của vòng nhôm đã đánh dấu các cặp vạch

Hình 2.15 - Mô phỏng vòng nhôm với 3 dây treo phụ thêm.

Hình 2.16 - Dùng kẹp giấy để giảm tốc độ nước chảy.

Hình 2.17 - Bộ thí nghiệm với khóa và ống nhựa trong bộ dụng cụ truyền nước biển

Hình 2.18 - Bộ thí nghiệm tự chế với hộp nhựa đựng thực phẩm có kích thước lớn.

Hình 2.19 - Mô phỏng bộ thí nghiệm đo hệ số căng bề mặt trong SGK.

Hình 2.20 - Mô phỏng thao tác xác định lượng nước cần đổ vào các cốc.

Hình 2.21 - Cốc nhựa với thước milimet được dán dọc chiều dài cốc.

Hình 2.22 – Mô phỏng thao tác cải tiến cho vòng nhôm chạm mặt nước.

Hình 2.23 - Bộ dụng cụ và giá đỡ thay đổi độ cao của hãng Cornelsen.

Hình 2.24 - Cái Đội bán ngoài thị trường.

Hình 2.25 - Giá đỡ làm theo mẫu của hãng Cornelsen.

Hình 2.26 - Giá đỡ bánh xoay bằng gỗ.

Hình 2.27 - Lắp đặt hệ thống thí nghiệm với giá đỡ dùng bùlong và kẹp đa năng.

Hình 2.28 - Một số hộp pin có trên thị trường.

Hình 2.29 - Dây dẫn với một đầu đã được hàn chặt lại.

Hình 2.30 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.6.

Hình 2.31 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.7.

Hình 2.32 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.8.

Hình 2.33 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.9.

Hình 2.34 - Đồ thị U = f(I) vẽ trên giấy ô li vở với số liệu trong bảng 2.6.

Hình 2.35 - Đồ thị U = f(I) vẽ trên giấy ô li nhỏ với số liệu trong bảng 2.6.

Hình 2.36 – Mô phỏng sự tạo ảnh qua TKHT với điểm sáng không thuộc trục chính.

Hình 2.37 - Các vạch đứng được dán vào trục thấu kính và con trượt.

Hình 2.38 - Sơ đồ tạo ảnh của vật qua thấu kính với màn gắn quang điện trở.

Hình 2.39 - Mạch điện có quang điện trở gắn trên màn hứng ảnh tự chế.

Hình 2.40 - Sơ đồ tạo ảnh của điểm sáng qua thấu kính với màn gắn quang điện trở.

Hình 2.41 - Mô phỏng cấu tạo của đèn chiếu sáng trong bộ thí nghiệm.

Hình 2.42 - Sơ đồ tạo ảnh qua hệ hai TK với chùm sáng tới song song.

Hình 2.43 - Điều chỉnh vị trí tim đèn để được chùm sáng song song.

Hình 2.44 - Sơ đồ tạo ảnh qua hệ TK với nguồn sáng điểm trên trục chính.

Hình 2.45 - Thay số 1 chắn sáng bằng đèn Led công suất cao đặt tại tâm mảnh tròn.

Hình 2.46 - Thí nghiệm chọn vị trí ảnh để định vị trí gắn quang điện trở trên màn.

Hình 2.47 - Thí nghiệm với đèn Led công suất cao và màn có gắn quang điện trở.

Hình 2.48 - Số 1 của bộ thiết bị, chữ L trong suốt dùng làm vật sáng và đĩa A.

Hình 2.49 - Bộ dụng cụ ghi đồ thị dao động âm với dao động kí.

Hình 2.50 - Đồ thị dao động âm hiển thị trên màn hình dao động kí.

Hình 3.1 - Bộ thiết bị sau khi thay bề mặt nhôm bằng giấy khổ A3.

Hình 3.2 - Các khung nhôm vuông, chữ nhật và tấm nhôm dùng trong thí nghiệm.

Hình 3.3 - Đồ thị biểu diễn kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước theo nhiệt độ.

Hình 3.4 - Bộ dụng cụ đo hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic theo nhiệt độ.

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài

Những yêu cầu của thời đại ngày nay đòi hỏi nhà trường phổ thông không

chỉ dừng lại ở việc trang bị cho học sinh (HS) những kiến thức và kĩ năng loài

người đã tích lũy được mà còn phải bồi dưỡng cho HS năng lực tự thu nhận tri thức,

tự phát hiện và giải quyết vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra, năng lực sáng tạo

những kiến thức mới, phương tiện mới và cách giải quyết mới. Do đó, trên thế giới,

mọi cuộc cách mạng về phương pháp dạy học ở trường phổ thông đều nổi lên xu

hướng chung: tích cực hóa và cá thể hóa hoạt động nhận thức của HS. Đối với môn

Vật lí, một môn khoa học thực nghiệm, thì xu hướng đó được thể hiện trên nhiều

mặt, trong đó có việc tăng cường các hoạt động thực nghiệm của HS.

Các thí nghiệm thực hành (TNTH) Vật lí trong trường THPT được xây dựng

với các mục đích sau:

- Rèn luyện cho HS kĩ năng thực nghiệm cơ bản về Vật lí, làm quen với một số

dụng cụ và máy móc thực nghiệm, tạo điều kiện cho HS biết cách tiến hành các

phép đo một số đại lượng Vật lí.

- Giúp HS hình thành nên những nét nhân cách con người thông qua những kĩ năng

khoa học và các thao tác tư duy logic Vật lí; đồng thời rèn luyện tính kiên trì, chính

xác, trung thực và khách quan đối với người làm công tác khoa học.

- Thông qua các bài thực hành, HS hiểu sâu sắc hơn các khái niệm và hiện tượng

Vật lí, tin tưởng vào các chân lí khoa học, quan sát được một số hiện tượng bổ sung

cho bài học, củng cố những kiến thức đã học được từ các bài giảng lí thuyết, tập cho

các em khả năng vận dụng lí luận vào thực tiễn và giải thích được các hiện tượng

Vật lí đơn giản đang xảy ra trong thế giới tự nhiên.

Tuy nhiên, các mục đích trên khó đạt được vì số lượng các bài thực hành

trong chương trình ít, chất lượng dạy học tiết thực hành chưa cao do phụ thuộc

nhiều yếu tố như điều kiện cơ sở vật chất, kĩ năng hướng dẫn của GV, thời gian, sự

chuẩn bị của GV và HS, nhất là các thiết bị thí nghiệm đo không chính xác, không

đồng bộ. Giáo dục đại trà trước mắt và lâu dài vẫn tập trung thực hiện các TNTH

trong chương trình học. Vì vậy, bên cạnh sự cần thiết phải trang bị các thiết bị hiện

đại và chờ cấp kinh phí để mua mới hay sửa chữa các thiết bị hư thì mỗi GV phải cố

gắng tự khắc phục những hạn chế của các bộ TNTH trong khả năng của mình bằng

những phương án đơn giản, kinh tế, hiệu quả nhưng vẫn đảm bảo tính sư phạm.

Với tất cả những lí do đã trình bày ở trên, cùng với niềm đam mê thí nghiệm,

tôi quyết định chọn đề tài: “Cải tiến một số bộ thí nghiệm thực hành trong

chương trình Vật lí trung học phổ thông” làm đề tài nghiên cứu. Trong khuôn

khổ nghiên cứu giới hạn của đề tài, tôi sẽ cố gắng thực hiện những phương án cải

tiến khả thi, hi vọng kết quả nghiên cứu của tôi sẽ đóng góp một phần nhỏ bé trong

việc nâng cao hiệu quả của việc thực hành thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông.

2. Mục đích nghiên cứu

Cải tiến một số TNTH Vật lí về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành

nhằm thực hiện được các mục tiêu của bài thực hành đặt ra, qua đó nâng cao hiệu

quả của việc thực hành thí nghiệm Vật lí ở trường phổ thông.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu, tôi cần thực hiện những nhiệm vụ sau:

o Nghiên cứu cơ sở lí luận của đề tài. o Tìm hiểu các bài TNTH trong chương trình Vật lí THPT. o Tìm hiểu thực trạng dạy học tiết thực hành Vật lí ở một số trường THPT. o Nghiên cứu ưu nhược điểm của các bộ TNTH hiện có trong các trường phổ

thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành.

o Phỏng vấn đồng nghiệp và học trò để biết thêm những ưu nhược điểm của

các TNTH trong chương trình Vật lí THPT.

o Nghiên cứu và đề xuất các phương án cải tiến một số TNTH Vật lí đã chọn. o Thực hiện các phương án cải tiến có tính đến các yếu tố kinh tế, giản đơn,

hiệu quả và tính sư phạm.

o Thực hiện lại các thí nghiệm với các phương án cải tiến. Ghi nhận, xử lí số liệu thu được và ý kiến đóng góp để điều chỉnh, hoàn thiện các phương án.

4. Đối tượng và khách thể nghiên cứu o Đối tượng nghiên cứu: Các phương án cải tiến một số TNTH Vật lí ở trường

THPT về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành.

o Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học TNTH Vật lí ở trường THPT.

5. Phạm vi nghiên cứu o Nội dung: Cải tiến về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành. o Địa bàn: Các trường THPT trong tỉnh Đồng Nai và một số tỉnh lân cận. o Thời gian: Từ tháng 3/2012 đến tháng 8/2012.

6. Giả thuyết khoa học

Nếu cải tiến một cách phù hợp các thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành

của một số thí nghiệm thực hành thì sẽ nâng cao hiệu quả của việc thực hành thí

nghiệm vật lí ở trường phổ thông.

7. Phương pháp nghiên cứu

7.1. Các phương pháp nghiên cứu lí luận

o Nghiên cứu các tài liệu liên quan về lí luận dạy học, tâm lí học, giáo dục học và các tài liệu khoa học cơ bản liên quan đến đề tài, đặc biệt nghiên cứu kĩ

những cơ sở lí luận về thí nghiệm thực hành Vật lí.

o Phương pháp phân tích và tổng hợp. o Phương pháp phân loại và hệ thống hóa.

7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

o Phương pháp điều tra: điều tra và tổng hợp ý kiến các GV dạy Vật lí ở các

trường THPT về thực trạng thiết bị và dạy học các TNTH Vật lí.

o Phương pháp chuyên gia: tham khảo và tổng hợp ý kiến các nhà nghiên cứu

giáo dục về việc dạy học thực hành Vật lí ở trường THPT.

8. Những đóng góp mới của đề tài nghiên cứu

Các phương án cải tiến đã làm cho việc thực hiện một số TNTH trở nên đơn

giản và có độ chính xác cao hơn. Đề xuất mở rộng một số TNTH đã khai thác thêm

chức năng của các bộ TNTH, góp phần duy trì sự đam mê nghiên cứu khoa học của

GV và HS trong điều kiện thiếu trang thiết bị cả về số lượng và chất lượng hiện nay.

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Các vấn đề về thí nghiệm Vật lí

1.1.1. Đặc điểm và vai trò của thí nghiệm Vật lí trong dạy học Vật lí

Trong các tài liệu về lí luận dạy học Vật lí [7], [8] thì thí nghiệm (TN) Vật lí

được định nghĩa là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối

tượng của hiện thực khách quan. Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó

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

thức mới. Thí nghiệm Vật lí có một số đặc điểm sau:

- Các điều kiện của TN phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho

thông qua TN, 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 TN có 3 yếu tố cấu thành 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 TN có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ

thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác giữ không đổi.

- Các điều kiện của TN phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử

dụng các thiết bị TN có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường

xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, nhờ làm giảm tối đa các loại nhiễu.

- TN có thể lặp lại, nghĩa là với các thiết bị, các điều kiện như nhau thì khi bố trí,

tiến hành lại TN thì hiện tượng và quá trình Vật lí phải diễn ra giống như trước đó.

- Đặc điểm quan trọng nhất là tính chất có thể quan sát được các biến đổi của đại

lượng nào đó qua sự biến đổi của đại lượng khác, nghĩa là dù với đối tượng nào

cũng quan sát được TN. Điều này đạt được nhờ các giác quan của con người và sự

hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc.

Vai trò của TN trong dạy học Vật lí được xem xét bởi cả các nhà lí luận nhận

thức và lí luận dạy học:

 Theo quan điểm lí luận nhận thức

 TN là phương tiện của việc thu nhận tri thức

Trong dạy học Vật lí, khi HS còn chưa có hoặc có hiểu biết ít về hiện tượng,

quá trình cần nghiên cứu thì TN được sử dụng như là phương tiện phân tích hiện

thực khách quan để cung cấp cho HS những dữ kiện cảm tính (các biểu tượng, các

số liệu đo đạc) về hiện tượng, quá trình Vật lí này. Các dữ liệu này tạo điều kiện cho

HS đưa ra những giả thuyết, là cơ sở cho những khái quát hóa về tính chất hay mối

liên hệ phổ biến, có tính quy luật của các đại lượng Vật lí trong hiện tượng, quá

trình Vật lí được nghiên cứu.

 TN là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

Trong nhiều trường hợp, kết quả TN phủ định tính đúng đắn của tri thức đã

biết, đòi hỏi phải đưa ra giả thuyết khoa học mới và lại kiểm tra ở các TN khác.

 TN là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

Chương trình Vật lí THPT đề cập tới một loạt các ứng dụng của Vật lí trong

đời sống và sản xuất. Việc tiến hành TN không những tạo cơ sở để HS hiểu được

các ứng dụng của những kiến thức đã học trong thực tiễn mà còn chứng tỏ sự đúng

đắn của các kiến thức này.

 TN là bộ phận của phương pháp nhận thức Vật lí

TN đóng vai trò quan trọng trong các phương pháp nhận thức vật lí cần bồi

dưỡng cho HS gồm phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình, phương pháp

tương tự và phương pháp thí nghiệm lí tưởng.

Trong phương pháp thực nghiệm, TN đóng vai trò quan trọng ở giai đoạn

đầu và ở giai đoạn cuối. Ở giai đoạn đầu, đa số các thông tin về đối tượng cần

nghiên cứu thường được thu nhận trong các TN, việc kiểm tra tính đúng đắn của hệ

quả rút ra ở giai đoạn cuối phải thông qua việc xây dựng và thực hiện phương án

TN để nghiên cứu một hiện tượng, một mối quan hệ đã được loại bỏ các yếu tố

không quan tâm nên thường không có trong tự nhiên. Trong phương pháp mô hình,

TN có vai trò ở tất cả các giai đoạn. Ở giai đoạn đầu, các thông tin về đối tượng gốc

thường được thu thập nhờ TN. 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 lí số liệu...

ta tìm ra được các thuộc tính, các mối quan hệ bản chất của đối tượng gốc, để đưa ra

được mô hình phản ánh các mối quan hệ chính mà ta quan tâm. Ở giai đoạn cho mô

hình vận động, phải tiến hành các TN thực với mô hình vật chất. Ở giai đoạn cuối,

thông qua TN trên vật gốc, ta đối chiếu với kết quả thu được từ mô hình để kiểm tra

tính đúng đắn của mô hình và rút ra giới hạn áp dụng của nó. Trong phương pháp

tương tự, nhờ thực nghiệm mà phát hiện được sự tồn tại các dấu hiệu giống nhau

(tương tự) các đối tượng làm cơ sở cho việc lựa chọn các đối tượng đem so sánh và

cũng nhờ nó, kiểm tra tính đúng đắn của kết luận (hệ quả) rút ra bằng suy luận

tương tự. Trong phương pháp thí nghiệm lí tưởng, các TN thực có vai trò đề ra các

vấn đề nghiên cứu.

 Theo quan điểm lí luận dạy học

 TN có thể được sử dụng ở các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học

- Ở giai đoạn định hướng mục đích bài học, TN được sử dụng để tạo ra tình huống

Vật lí có vấn đề, từ đó nêu ra vấn đề cần nghiên cứu trong bài học.

- Ở giai đoạn hình thành kiến thức mới, TN được sử dụng nhằm cung cấp một cách

hệ thống các cứ liệu thực nghiệm, để từ đó quy nạp khái quát hóa, kiểm tra được

tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết.

- Ở giai đoạn củng cố kiến thức kĩ năng Vật lí của HS, TN có vai trò quan trọng

trong việc mở rộng các kiến thức đã biết của HS, giúp HS thấy được các biểu hiện

trong tự nhiên, các ứng dụng trong đời sống và sản xuất của các kiến thức này thông

qua các bài TNTH trên lớp, hay các bài tập TN ở nhà,…

- Ở giai đoạn đánh giá chất lượng dạy học, TN được sử dụng như phương tiện để

kiểm tra, đánh giá kiến thức, các kĩ năng, kĩ xảo Vật lí của HS.

 TN là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của HS

- TN là phương tiện góp phần phát hiện và khắc phục kịp thời những sai lầm của HS

về nhận thức, nâng cao chất lượng kiến thức của các em.

- TN là phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng năng lực sáng tạo của HS; kích thích

hứng thú học tập Vật lí, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của

HS. Khi HS tự tiến hành TN, các em sẽ được rèn luyện các kĩ năng, kĩ xảo Vật lí và

được giáo dục các thói quen làm việc khoa học như cách sử dụng các dụng cụ, cách

trình bày kết quả TN…

- TN góp phần bồi dưỡng các phẩm chất đạo đức cần thiết cho HS khi làm việc

trong tập thể như cách tổ chức, phân công công việc, tinh thần tự giác, hợp

tác…Quá trình cùng nhau cố gắng giải quyết những nhiệm vụ đặt ra khi TN có

nhiều điểm chung với quá trình làm việc tập thể trong cuộc sống sau này.

 TN là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học Vật lí

- TN là phương tiện đơn giản hóa trong dạy học Vật lí vì có thể chủ động khống chế

các điều kiện cần thiết để hiện tượng xảy ra có thể quan sát, đo đạc dễ dàng hơn, từ

đó có thể nghiên cứu được nguyên nhân xảy ra hiện tượng và các quy luật Vật lí

tiềm ẩn trong hiện tượng đó.

- TN còn là phương tiện trực quan giúp HS thu được những thông tin chân thực về

các hiện tượng, quá trình Vật lí. Đặc biệt trong việc nghiên cứu các lĩnh vực của Vật

lí mà ở đó đối tượng cần nghiên cứu không thể tri giác trực tiếp bằng các giác quan

của con người thì cần thiết phải sử dụng các TN mô hình để đơn giản hóa các hiện

tượng, quá trình Vật lí thực.

1.1.2. Các thiết bị thí nghiệm

Theo tác giả Phan Trọng Ngọ, phương tiện dạy học là toàn bộ sự vật, hiện

tượng trong thế giới, tham gia vào quá trình dạy học, đóng vai trò là công cụ hay

điều kiện để giáo viên và học viên sử dụng làm khâu trung gian tác động vào đối

tượng dạy học. Phương tiện dạy học có chức năng khơi dậy, dẫn chuyền và làm

tăng sức mạnh tác động của người dạy và người học đến đối tượng dạy học [33].

Thiết bị thí nghiệm là một trong những phương tiện dạy học quen thuộc

trong dạy học Vật lí. Các thiết bị thí nghiệm có một giá trị đặc biệt đối với dạy học

Vật lí ở chỗ chúng tạo điều kiện cho sự nghiên cứu có hệ thống, trực quan các hiện

tượng, quá trình Vật lí, cho phép hình thành các khái niệm, nghiên cứu các định luật

một cách trực tiếp trên các đối tượng cần nhận thức trong giờ học và tạo điều kiện

nghiên cứu các ứng dụng kĩ thuật của Vật lí [7].

Các thiết bị thí nghiệm được phân thành hai loại là thiết bị thí nghiệm biểu

diễn và thiết bị thí nghiệm thực hành, chúng có đặc điểm như sau :

 Thiết bị thí nghiệm biểu diễn

- Dùng để tiến hành các thí nghiệm của GV.

- Được chế tạo với kích thước đủ lớn sao cho toàn lớp có thể quan sát rõ các bộ

phận quan trọng của thiết bị, các hiệu ứng Vật lí diễn ra trong các TN được làm với

chúng. Với các thiết bị thí nghiệm này, có thể thu được những giá trị đo chính xác.

- Được chế tạo để sử dụng một cách độc lập (ví dụ: bộ thí nghiệm về định luật Bôilơ

– Mariốt) nhưng cũng có khi được chế tạo thành một bộ thí nghiệm gồm nhiều chi

tiết có thể lắp ghép với nhau để tiến hành một loạt thí nghiệm ở nhiều phần khác

nhau của Vật lí. (ví dụ: bộ thí nghiệm quang hình biểu diễn được dùng để giảng dạy

kiến thức về khúc xạ ánh sáng, lăng kính, thấu kính; bộ thí nghiệm đệm khí có thể

làm được nhiều thí nghiệm không chỉ ở các phần động học, động lực học và năng

lượng của chuyển động thẳng mà còn tiến hành được với nó các thí nghiệm về dao

động cơ học ; bộ thí nghiệm điện từ cho phép tiến hành các thí nghiệm về dòng điện

một chiều và dòng điện xoay chiều, về từ trường và về cảm ứng điện từ…). Với các

thiết bị thí nghiệm biểu diễn như vậy, HS làm quen tương đối nhanh nguyên tắc

hoạt động, cách bố trí thí nghiệm cơ bản; ở các thí nghiệm sau, HS dễ nhận thấy các

bộ phận không thay đổi, những chi tiết thay đổi, bổ sung so với các thí nghiệm đã

được tiến hành trước đó.

- Thường được sử dụng kết hợp với các nguồn điện (biến thế biểu diễn), máy đo (ví

dụ: dao động kí điện tử, đồng hồ đo điện biểu diễn) ở ngoài thiết bị.

 Thiết bị thí nghiệm thực hành

- Thường được chế tạo thành các bộ thí nghiệm bao gồm nhiều chi tiết, dùng cho

hoạt động thí nghiệm của HS khi nghiên cứu tài liệu mới hoặc thực hành sau một

chương, một phần chương trình Vật lí. Ví dụ: bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát trượt

trong chương trình Vật lí 10 gồm máng trượt, cổng quang điện, công tắc đóng ngắt,

giá đỡ, các trụ thép, đế ba chân, khớp nối đa năng, chân máng, hộp đỡ vật trượt,

đồng hồ đo thời gian hiện số, nam châm điện, dây dẫn, vật trượt, thước đo góc.

- Các yêu cầu cơ bản sau đây được lưu ý khi chế tạo các bộ thí nghiệm thực hành:

+ Sử dụng đơn giản bằng tay.

+ Việc lắp ráp các chi tiết tốn ít thời gian.

+ Dễ dàng phối hợp, thay đổi các chi tiết. Do có nhiều cách phối hợp các chi tiết với

nhau nên với mỗi bộ thí nghiệm thực hành, HS có thể làm được nhiều thí nghiệm

khác nhau trong một phần chương trình vật lí phổ thông (ví dụ: bộ thí nghiệm đo

gia tốc rơi tự do có thể chuyển thành bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát trượt). Chính vì

vậy mà các bộ thí nghiệm thực hành tạo điều kiện cho việc tổ chức các hoạt động trí

tuệ - thực tiễn đa dạng, sáng tạo của HS trong quá trình làm việc với các bộ thí

nghiệm này, góp phần làm phát triển vốn kiến thức, kĩ năng của HS.

+ Tất cả các chi tiết có thể được bố trí trong các TN vững chắc, đẹp về hình thức và

phù hợp với những quy tắc an toàn.

Hiện nay, nhiều trường trung học phổ thông đã có các bộ thí nghiệm thực

hành sau: bộ thực hành khảo sát chuyển động thẳng dùng cần rung điện, bộ thực

hành cơ học, bộ thực hành nhiệt học, bộ thực hành tĩnh điện, bộ thực hành điện từ,

bộ thực hành bán dẫn, bộ thực hành quang học, bộ thực hành với cảm biến… Các

bộ thí nghiệm thực hành này có trên 3000 chi tiết để HS có thể tiến hành trên 300

thí nghiệm chủ yếu.

Đối với GV và HS tự làm đồ dùng dạy học để phục vụ việc nâng cao chất

lượng dạy học trên lớp, cần chú ý một số yêu cầu cơ bản sau:

- Về mặt sư phạm: phải thỏa mãn những yêu cầu về dạy học và giáo dục để nâng

cao chất lượng dạy học, nâng cao tính trực quan và hứng thú của HS.

- Về kĩ thuật: đảm bảo độ chính xác và độ bền cần thiết của thiết bị. Hiện nay, một

số thiết bị đo đạc như nhiệt kế, cân, bình chia độ, ampe kế... có độ chính xác rất

kém, ảnh hưởng đến kết quả TN.

- Về kinh tế: giá thành các dụng cụ dạy học phải vừa phải để có thể trang bị cho nhà

trường với số lượng lớn.

- Về vệ sinh: phải đảm bảo sức khỏe cho HS, giảm bớt những bệnh học đường như

cận thị, vẹo cột sống...

1.1.3. Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí

Để TN được sử dụng phát huy đầy đủ các chức năng của nó trong dạy học

Vật lí thì việc sử dụng thí nghiệm phải tuân theo một số yêu cầu chung về mặt kĩ

thuật và về mặt phương pháp dạy học sau [7]:

- Xác định rõ lôgic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng TN phải là một bộ

phận hữu cơ của quá trình dạy học, nhằm giải quyết một nhiệm vụ cụ thể trong tiến

trình nhận thức, đáp ứng yêu cầu về mặt lí luận dạy học. Trước mỗi TN, phải đảm

bảo cho HS ý thức được sự cần thiết của TN và hiểu rõ mục đích của TN.

- Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí chúng, tiến trình TN (để đạt

được mục đích thí nghiệm, cần sử dụng các dụng cụ nào, bố trí ra sao, cần tiến hành

thí nghiệm theo các bước nào, cần quan sát, đo đạc cái gì?). Không xem nhẹ các

dụng cụ thí nghiệm đơn giản.

- Giao cho HS thực hiện các nhiệm vụ cụ thể để HS ý thức được rõ ràng và tham gia

tích cực vào tất cả các giai đoạn thí nghiệm.

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

(hiện tượng xảy ra quan sát được rõ ràng, kết quả có độ chính xác chấp nhận được).

- Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành TN phải tuân theo các quy tắc an toàn (đặc

biệt là đối với các thiết bị điện - điện tử).

1.2.. Các vấn đề về thí nghiệm thực hành Vật lí [7]

1.2.1. Đặc điểm và vai trò của thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm do HS thực hiện trong phòng thí

nghiệm dưới sự hướng dẫn trực tiếp của GV. Ở loại thí nghiệm này, khả năng làm

việc tự lực của HS được thể hiện ở mức độ cao vì dựa vào tài liệu hướng dẫn đã in

sẵn, HS phải tự lực thực hiện các hoạt động trí tuệ - thực tiễn như tìm hiểu cơ sở lí

thuyết, tìm hiểu dụng cụ, lập phương án, kế hoạch thí nghiệm, vẽ sơ đồ thí nghiệm,

lập bảng giá trị đo, bố trí và tiến hành thí nghiệm, thu nhận và xử lí kết quả (bằng

số, bằng đồ thị), tính toán sai số, xét nguyên nhân của sai số, đánh giá kết quả và

viết báo cáo thí nghiệm...

Các TNTH có thể có nội dung định tính hay định lượng, chủ yếu nhằm kiểm

nghiệm lại các định luật, các quy tắc đã học và định lượng các đại lượng Vật lí. Do

được tiến hành sau khi HS đã học xong một chương, một phần của chương trình nên

TNTH thường có nội dung phong phú, mỗi bài TN thường từ 1 đến 2 tiết liền và đòi

hỏi thiết bị hoàn chỉnh, phức tạp hơn, nên yêu cầu đối với HS cũng cao hơn: HS

phải tự lực thực hiện các giai đoạn, thực hiện nhiều thao tác, tiến hành nhiều phép

đo, xử lí nhiều số liệu mới có thể rút ra các kết luận cần thiết.

TNTH được tổ chức dưới một trong hai hình thức: đồng loạt và cá thể

- Thực hành đồng loạt: các nhóm HS tiến hành những TN như nhau với dụng cụ

giống nhau theo cùng một mục đích, cách này phát huy được tác dụng của sự tương

tác lẫn nhau giữa các nhóm HS nên việc chỉ đạo của GV đơn giản hơn, nhưng gặp

khó khăn về việc trang thiết bị đồng loạt cùng dụng cụ TN cho tất cả các nhóm HS.

- Thực hành cá thể: các nhóm HS tiến hành TN về những đề tài khác nhau với các

dụng cụ khác nhau nhằm đạt được những mục đích khác nhau hoặc về cùng một đề

tài theo cùng một mục đích nhưng với các dụng cụ (phương pháp đo) khác nhau

hoặc về cùng một đề tài với cùng một dụng cụ nhưng nhằm giải quyết các nhiệm vụ

khác nhau. Loại TN này khắc phục được khó khăn của TNTH đồng loạt nhưng GV

lại khó bao quát lớp, khó giúp đỡ kịp thời các nhóm HS khi gặp khó khăn.

Các bài thực hành Vật lí có tác dụng giáo dục, rèn luyện HS một cách toàn

diện và có ý nghĩa to lớn trong việc thực hiện nhiệm vụ trí dục, đức dục, phát triển

HS vì các lí do sau:

- Giúp HS nắm vững kiến thức và thiết lập được lòng tin vào khoa học, hình thành

và nâng cao hứng thú học tập bộ môn.

- Phát triển tốt hơn hoạt động của các giác quan, hoạt động tư duy và tư duy sáng

tạo. Đứng trước TN, HS sẽ tăng cường sức chú ý đối với các hiện tượng nghiên cứu,

tiến hành một loạt các hoạt động trí tuệ - thực tiễn, các thao tác tư duy như phân

tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa... để rút ra kết luận đúng đắn.

- Rèn luyện các kĩ năng, kĩ xảo cho HS, nhất là các kĩ năng sử dụng thiết bị TN, kĩ

năng quan sát mô tả hiện tượng và kĩ năng vận dụng kiến thức Vật lí.

- Giúp HS hình thành phương pháp nghiên cứu Vật lí như phát hiện, đề xuất vấn đề

nghiên cứu, dự đoán lí thuyết, lựa chọn thiết bị và xây dựng phương án tiến hành.

- Rèn luyện cho HS các đức tính và phẩm chất của người nghiên cứu khoa học,

người lao động mới như cẩn thận, ngăn nắp, kiên nhẫn, trung thực, chính xác...

1.2.2. Những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học đối với việc sử dụng thí nghiệm thực hành trong dạy học Vật lí [7]

 Các yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm thực hành của GV và HS

- Đối với GV:

+ Cần tìm hiểu kĩ nội dung bài thí nghiệm trong SGK để xác định rõ các nhiệm vụ

giao cho HS và cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực hiện các nhiệm vụ.

+ Chuẩn bị đầy đủ và kiểm tra chất lượng từng dụng cụ cần thiết cho mỗi nhóm HS.

+ Phải làm thử tất cả các thí nghiệm trong bài thí nghiệm thực hành trước giờ lên

lớp để có thể dự kiến được những khó khăn mà HS có thể gặp phải trong khi làm thí

nghiệm, từ đó đề ra cách thức hướng dẫn và giúp đỡ HS vượt qua những khó khăn.

+ Nếu thấy cần thiết thì GV có thể điều chỉnh nội dung, yêu cầu của bài TNTH

trong SGK sao cho phù hợp với điều kiện thiết bị của nhà trường, dự kiến nhiệm vụ

bổ sung đối với HS khá giỏi, ví dụ như tiến hành TN theo một phương án khác.

- Đối với HS: Để HS thực hiện bài TNTH có ý thức và có hiệu quả, GV phải yêu

cầu HS chuẩn bị ở nhà những công việc sau:

+ Nghiên cứu nội dung bài TNTH trong SGK gồm những phần chính sau : Mục

đích thí nghiệm (nêu lên các mục tiêu cụ thể cần phải đạt được sau khi HS làm TN,

ví dụ : xác định gia tốc của sự rơi tự do, nghiệm lại định luật bảo toàn động lượng),

cơ sở lí thuyết (nêu những điểm chính về nội dung các kiến thức đã biết sẽ được vận

dụng trong bài TNTH), thiết bị thí nghiệm (liệt kê những dụng cụ cần sử dụng, giới

thiệu nguyên tắc hoạt động và cách sử dụng chúng), tiến trình thí nghiệm (cách lắp

ráp dụng cụ có sơ đồ kèm theo, trình tự các thao tác thí nghiệm, các phép đo, các

bảng số liệu cần thu thập).

+ Chuẩn bị mẫu báo cáo thí nghiệm theo mẫu có: thông tin về nhóm thực hiện (tên

nhóm, tên từng thành viên trong nhóm, ngày làm…), mục đích, cơ sở lí thuyết, kết

quả (gồm các bảng số liệu, tính toán các sai số, đồ thị biểu diễn…và phần nhận xét

kết quả), trả lời các câu hỏi, nêu nguyên nhân của sai số và cách khắc phục. Tự làm

hoặc tìm các dụng cụ đơn giản theo chỉ dẫn trong bài thực hành (nếu có). Qua việc

nghiên cứu trước nội dung bài, HS sẽ nắm được mục đích TN, ôn tập các kiến thức

có liên quan, trả lời những câu hỏi được nêu trong bài, nắm được nội dung và tiến

trình thực hiện các thí nghiệm sẽ làm cũng như ghi lại các điều chưa hiểu rõ để GV

và HS trao đổi vào đầu buổi thí nghiệm thực hành.

- Tự tìm kiếm hoặc tự làm các dụng cụ đơn giản theo chỉ dẫn trong bài (nếu có).

Những công việc chuẩn bị nêu trên của GV và HS có tác dụng rất lớn đến kết

quả buổi thí nghiệm thực hành, tránh mất thời gian vô ích và tránh việc làm hỏng

dụng cụ của HS.

 Các yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của HS

- Việc phân nhóm nên từ 2 đến 3 HS và phân một cách ngẫu nhiên, tránh tình trạng

để cho HS tự lập nhóm.

- Vào đầu buổi TNTH, trước khi cho HS tiến hành TN, GV nên kiểm tra công tác

chuẩn bị của HS thông qua các câu hỏi có liên quan đến mục đích hay cơ sở lí

thuyết, hướng dẫn HS cách sử dụng thiết bị mà HS chưa được làm quen và các

nguyên tắc đảm bảo an toàn khi sử dụng thiết bị, nhất là những dụng cụ phức tạp, dễ

hỏng, có thể gây nguy hiểm như các dụng cụ đo điện, nguồn điện, nguồn sáng… và

cùng với toàn lớp thảo luận, giải đáp những thắc mắc của HS.

- Trong giờ TN, khi HS gặp khó khăn hay mắc sai sót thì GV cần theo dõi giúp đỡ

kịp thời để HS sử dụng đúng cách các dụng cụ; ghi lại đầy đủ, chính xác, trung thực

các hiện tượng quan sát được, các kết quả đo đạc; trình bày các kết quả dưới dạng

biểu bảng, đồ thị, câu kết luận một cách ngắn gọn, rõ ràng theo nội dung mẫu báo

cáo đã chuẩn bị sẵn (GV cần hướng dẫn chi tiết về mẫu báo cáo).

- Sau khi HS làm xong TN, cần yêu cầu HS tháo rời các chi tiết đã lắp ráp, sắp xếp

các dụng cụ gọn gàng như lúc đầu. Tùy theo nội dung bài TNTH và việc hoàn thành

các công việc của HS, GV có thể yêu cầu HS nộp ngay báo cáo TN tại lớp hoặc cho

về nhà hoàn chỉnh tiếp, nộp sau.

1.2.3. Đánh giá kết quả phép đo trong thí nghiệm thực hành Vật lí

Trong các bài TNTH ta thường phải đo một hoặc nhiều đại lượng Vật lí.

Muốn thực hiện các phép đo này, ta phải xây dựng lí thuyết của các phương pháp

đo và sử dụng các dụng cụ đo. Khi dùng dụng cụ đo để xác định một đại lượng, ta

thường không thu được giá trị đúng tuyệt đối do nhiều nguyên nhân nên buộc phải

coi tất cả các phép đo chỉ cho giá trị gần đúng, độ lệch giữa giữa giá trị gần đúng và

giá trị chính xác gọi là sai số của phép đo. Sai số này có thể dương hoặc âm, nhưng

xét về độ lớn mà quá lớn thì coi như phép đo không thành công.

Xét theo nguyên nhân tạo ra sai số thì người ta chia sai số thành hai loại: sai

 Sai số hệ thống

số hệ thống và sai số ngẫu nhiên.

- Khái niệm: Sai số hệ thống là sai số làm cho kết quả đo hoặc bao giờ cũng lớn

hơn, hoặc bao giờ cũng nhỏ hơn giá trị thực của đại lượng cần đo. Sai số có thể lớn

nhưng khá ổn định.

- Nguyên nhân: do phương pháp thực nghiệm sai hoặc chưa hoàn chỉnh khi phải đo

gián tiếp một đại lượng thông qua các đại lượng khác, do sai số dụng cụ hoặc dụng

cụ đo chưa được hiệu chỉnh đúng.

- Cách khử: người làm phải kiểm tra điều chỉnh lại các dụng cụ, thay đổi phương

 Sai số ngẫu nhiên

pháp đo, giảm sai số dụng cụ bằng cách tăng độ hoàn thiện của thiết bị.

- Khái niệm: Sai số ngẫu nhiên là sai số khiến cho kết quả đo khi thì lớn hơn, khi thì

nhỏ hơn giá trị thực của đại lượng cần đo. Loại sai số này không có tính ổn định.

- Nguyên nhân: do người đo sơ xuất hoặc mức độ khéo léo chủ quan khác nhau,

hiện tượng đang khảo sát thường bị xáo động bởi những yếu tố không kiểm soát và

không đoán trước được. Ví dụ: khi đo thời gian chuyển động của vật rơi tự do, ta

không thể bấm đồng hồ đúng thời điểm vật bắt đầu rơi và thời điểm vật chạm đất,

mà thường bấm đồng hồ sớm hơn hoặc chậm hơn các thời điểm này.

- Cách khử: không thể khử được nhưng có thể làm giảm bằng cách thực hiện đo cẩn

thận nhiều lần trong cùng điều kiện và xác định giá trị trung bình của nó dựa trên cơ

sở của phép tính xác suất thống kê.

Cách xác định sai số và viết kết quả đo

 Cách xác định sai số dụng cụ

Sai số dụng cụ là loại sai số do bản thân dụng cụ, thiết bị đo gây ra. Thiết bị

càng hoàn thiện thì sai số dụng cụ càng nhỏ. Sai số dụng cụ là một trong nhiều sai

số hệ thống, các sai số hệ thống khác ta không thể tính được nhưng có thể xác định

được giá trị cụ thể của sai số dụng cụ trong từng thí nghiệm. Trong quá trình cải tiến

các thí nghiệm thực hành tôi có quan tâm đến loại sai số này nên trình bày vào đây.

Thông thường, sai số dụng cụ (không kể thiết bị đo điện và thiết bị đo hiện

số) sẽ lấy bằng giá trị của độ chính xác của dụng cụ đo (tức bằng 1 ĐCNN). Khi 1

ĐCNN của dụng cụ có kích thước quá lớn so với khả năng phân giải của mắt người

làm thí nghiệm thì có thể lấy 1/2 độ chia.

Đối với các đồng hồ đo điện kim quay (vôn kế, ampe kế…) thì sai số dụng

cụ (∆A)dc được tính theo công thức: (∆A)dc = δ.Amax , trong đó Amax là giá trị cực

đại trên thang đo của đồng hồ, δlà cấp chính xác của đồng hồ đo điện (ghi trên mặt

thang đo) và nó biểu thị sai số tương đối (tính ra phần trăm) của giá trị cực đại Amax

của đồng hồ đo điện. Một miliampe kế có cấp chính xác δ = 1,5 và thang đo sử

dụng có giá trị cực đại Imax = 100 mA, thì sai số dụng cụ của bất kì giá trị nào mà nó

đo được trên thang đo này cũng có giá trị bằng: (∆I)dc = 1,5%.100 mA = 1,5 mA.

Nếu thang đo có 50 vạch chia thì độ chia nhỏ nhất trên thang đo của miliampe kế có

giá trị bằng 2 mA. Khi đó, không lấy sai số dụng cụ bằng một ĐCNN trên thang đo

của miliampe kế (bằng 2 mA) mà phải lấy sai số dụng cụ bằng 1,5 mA.

Sai số dụng cụ của thiết bị đo hiện số: (∆A)dc = δ(%) A + nα, trong đó δlà

cấp chính xác của thang đo, A là giá trị đo hiển thị trên màn hình,α là độ phân giải

của thang đo, còn n là một số nguyên phụ thuộc vào dụng cụ đo được quy định bởi

3 digit, độ phân giải α = Amax/2000, trong đó 2000 là số điểm đo. Một vôn kế

1 2

%1=δ

3 digit (với n = 2) có cấp chính xác là 1 (

nhà sản xuất. Độ phân giải α phụ thuộc vào thiết bị, chẳng hạn, đối với thiết bị đo

1 2

) ứng với thang đo 20 V hiện số

(Umax = 19,99 V); giá trị hiệu điện thế đang đo hiện trên màn hình là 5,7 V. Từ

thông tin trên ta tính được độ phân giải α = 19,99 V/2000 ≈ 0,01 V và sai số dụng

cụ là (∆U)dc = 1%.5,7 V + 2.0,01 V = 0,077 V.

Việc tìm hiểu sai số dụng cụ của các loại đồng hồ đo là rất cần thiết, tuy

nhiên khi xử lí kết quả thí nghiệm ở trường phổ thông ta thường không xét đến.

 Cách xác định sai số của phép đo trực tiếp

Giả sử đại lượng cần đo F có giá trị thực là A. Tiến hành đo trực tiếp đại

lượng này n lần trong cùng điều kiện, ta nhận được các giá trị A1, A2, A3,…,An nói

chung khác với giá trị A, nghĩa là mỗi lần đo đều có sai số.

(%)

Độ chính xác của kết quả phép đo được đánh giá bằng sai số tương đối (tỉ

∆ A A

+ + ...

+ A A 1 2

A n

đối), đó là tỉ số giữa sai số tuyệt đối A∆ với giá trị trung bình A : , ε có

giá trị càng nhỏ thì phép đo càng chính xác. Trong đó: , sai số

(

∆ = ∆ + ∆ A

tuyệt đối của phép đo A∆ được xác định bằng tổng số học của sai số tuyệt đối trung

)dc

bình và sai số dụng cụ: , nó cho biết giới hạn của khoảng giá trị

− ∆ ≤

A A A

≤ + ∆ . Giá trị chính xác A phải viết là: A A

= ± ∆ .

trong đó bao gồm cả giá trị chính xác A của đại lượng cần đo F, nghĩa là:

Sai số tuyệt đối của đại lượng cần đo F ứng với mỗi lần đo được xác định

= ∆

−

= ∆

−

, ... ,

bằng giá trị tuyệt đối của các hiệu số giữa những giá trị đo được A1, A2, A3, …,An

= ∆ . Sai số tuyệt

− A A 1

A 1

A 2

A n

và giá trị trung bình A :

...

A 1

A n

∆ = A

đối trung bình của đại lượng F trong n lần đo là giá trị trung bình số học của các sai

∆ + ∆ + + ∆ A 2 n

, đây cũng là sai số ngẫu nhiên của phép đo. số tuyệt đối:

Nếu n < 5 thì sai số ngẫu nhiên bằng giá trị lớn nhất trong các sai số thu được.

 Cách xác định sai số của phép đo gián tiếp

= ± ∆ ,

Giả sử đại lượng F liên hệ với các đại lượng x, y, z theo hàm: F = f (x,y,z)

F =

zyxf ),

= ± ∆ . Giá trị trung bình F được xác định:

với x, y, z là các đại lượng được đo trực tiếp và có giá trị bằng: x

=∆ F

+∆ x

+∆ y

∆ z

. = ± ∆ , z y y y

∂ F ∂ x

∂ F ∂ y

∂ F ∂ z

−

sin

α . t

- Sai số tuyệt đối của phép đo được xác định:

1 2

Ví dụ: Độ cao của một vật ném xiên góc α được tính: , trong đó

v0 = 39,2 ± 0,2 m/s , α = 300 ± 10 , t = 2,0 ± 0,2 s , g = 9,8 m/s2. Tính: h = 39,2.2.sin300 - 9,8.22/2 = 19,6 m và ∆h = |v0sinα - gt|.∆t + |v0tcosα|.∆α +

|sinα. t|.∆v0 = 1,38 m. Kết quả: h = 19,6 ± 1,4 m.

- Sai số tương đối của phép đo được xác định bằng cách:

+ Tính loga nêpe của hàm số F: lnF = lnf(x,y,z).

+ Tính vi phân toàn phần của lnF: d(lnF) = dF/F .

+ Rút gọn biểu thức của vi phân toàn phần dF/F bằng cách gộp những vi phân riêng

phần chứa cùng vi phân của biến số dx, hoặc dy, hoặc dz.

+ Lấy tổng giá trị tuyệt đối của các vi phân riêng phần. Thay dấu vi phân “d” bằng

dấu sai số “∆”, đồng thời thay x, y, z bằng các giá trị trung bình của chúng.

= ρρ n

− mm 2 − mm

Ví dụ: Khối lượng riêng của vật rắn có thể được xác định:

với ρn = 0,997 g/cm3, m1 = 23,56 ± 0,06 g, m2 = 20,42 ± 0,05 g ; m3 = 21,70 ± 0,05

4456

/ cmg

r =ρ

r∆ρ :

Giá trị trung bình . Tính sai số

−

ρ = r

ρ + n

− ln(m m ) 2 3

−

ρ d ρ

dm −

− 2 m m m m

dm 1 − m m 1

dm 3 − m m 3

− ln(m m ) 2 1   

  

ε =

∆

0 084

m 1

1 −

− m m m m

∆ρ ρ n

1 − m m 1

− 1 − m m 3

∆ρ = ρ ε =

g / cm

0 2054

 Một số chú ý khi tính sai số

- Để xác định sai số của phép đo gián tiếp, ta có quy tắc:

+ Sai số tuyệt đối của tổng hay hiệu bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng.

+ Sai số tỉ đối của một tích hay thương bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số.

∆ F F

∆ x x

∆ y y

∆ z z

Ví dụ: F = x + y + z => ΔF = Δx + Δy + Δz, F = x.y.z =>

x ⇒= y

∆ F F

∆ x x

∆ y y

F = x - y - z => ΔF = Δx + Δy + Δz,

- Nếu công thức của F là một tổng hay một hiệu của các đại lượng đo trực tiếp thì

tính giá trị trung bình và sai số tuyệt đối trước. Ngược lại, nếu công thức là một tích

số hoặc một thương số thì tính giá trị trung bình và sai số tương đối trước.

- Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp và các dụng cụ

đo trực tiếp có độ chính xác tương đối cao, sai số phép đo chủ yếu gây bởi các yếu

tố ngẫu nhiên, thì người ta thường bỏ qua sai số dụng cụ. Đại lượng đo gián tiếp

được tính cho mỗi lần đo, sau đó lấy trung bình và tính sai số ngẫu nhiên

- Để xác định sai số của phép đo trực tiếp, về nguyên tắc, cần xác định được sai số

ngẫu nhiên và sai số hệ thống. Tuy nhiên, khi một trong hai sai số này nhỏ hơn

nhiều sai số kia thì chọn một trong hai sai số đó làm sai số của phép đo.

- Sai số tuyệt đối không bao giờ nhỏ hơn sai số của dụng cụ. Với những TN chỉ có

 Các quy tắc làm tròn sai số và viết kết quả đo

điều kiện đo 1 lần hoặc kết quả các lần đo trùng nhau thì ta lấy sai số của dụng cụ.

- Các phần bỏ đi hoặc thêm vào phải nhỏ hơn 1/10 giá trị của phần gốc. Ví dụ:

0,7328 làm tròn thành 0,7; 0,2674 làm tròn thành 0,27.

- Sai số tuyệt đối cần phải làm tròn số, chỉ giữ lại một chữ số có nghĩa (hoặc hai chữ

số có nghĩa nếu chữ số sau là 5). Tất cả các chữ số đều là số có nghĩa, trừ những số

0 đầu tiên nằm ở phía bên trái của các chữ số. Ví dụ: ΔT = 0,027 s phải viết là ΔT =

0,03 s; Δd = 1,3 mm viết là Δd = 1 mm.

- Giá trị trung bình tìm được phải làm tròn số sao cho chữ số cuối cùng của nó cùng

hàng với chữ số có nghĩa của sai số tuyệt đối. Ví dụ: U = 7,8 ± 0,25 (V) phải viết là

U = 7,80 ± 0,25 (V) hay 7,8 ± 0,2 (V).

- Giá trị trung bình tìm được phải ghi với số chữ số có nghĩa vừa đủ (nói chung

không được nhiều hơn so với số liệu gốc), phản ánh đúng mức chính xác của kết

≈

quả. Ví dụ: Kết quả đo và tính vận tốc ánh sáng trong chân không c = 299793 ± 195

200 299800

2 3000

(km/s) được ghi là c = 299800 ± 200 (km/s) đạt mức chính xác .

- Kết quả phải viết dưới dạng chuẩn hóa để không chứa những chữ số 0 vô nghĩa

đứng đầu và phải ghi kèm theo đơn vị đo (trừ khi là tỉ số) sao cho kết quả gọn rõ,

phản ánh đúng mức chính xác đạt được. Ví dụ: Đo chiều dài bằng thước kẹp được 15,2 mm với sai số 0,1 mm thì viết là L = 15,2 ± 0,1 (mm) hay L = (15,2 ± 0,1).10-3

(m), không viết L = 0,0152 ± 0,0001 (m).

- Sai số tỉ đối có thể được làm tròn. Vì các sai số được qui tròn và giữ lại tối đa 2

chữ số có nghĩa nên trong công thức tính sai số tỉ đối, nếu có một số hạng trong

tổng lớn gấp 10 lần một số hạng khác, ta có thể bỏ qua số hạng nhỏ thứ hai này.

- Đối với những hằng số là số vô tỉ như π = 3,1416…,e = 2,71828… thì việc lấy đến

chữ số thập phân thứ mấy tùy thuộc vào sai số của đại lượng đo trực tiếp, thường

lấy giá trị của hằng số đến chữ số mà sai số tỉ đối của hằng số đó nhỏ hơn hoặc bằng

1/10 giá trị của ít nhất một sai số tỉ đối khác có trong công thức tính. Ví dụ: Xác

định diện tích một mặt tròn thông qua phép đo trực tiếp đường kính d của nó:

2d π 4

∆ d

%4,0

%04,0<

. Biết d = 50,6 ± 0,1 (mm) nên sai số tỉ đối của phép đo S là:

∆ π π

π ∆ π

∆ S S

nên phải lấy π = 3,142 để cho .

- Nếu trong công thức tính đại lượng cần đo F có chứa những đại lượng đo trực tiếp

0,12=

không ghi sai số kèm theo thì sai số tuyệt đối của đại lượng cho trước lấy bằng một

đơn vị của chữ số cuối cùng của nó. Ví dụ: cho thì lấy ∆D = 0,1 mm.

Tóm lại, khi dạy học, GV nên tập cho HS làm quen với tính đa dạng của

dụng cụ thí nghiệm và từ đó hiểu rằng kết quả có sai số là tất yếu. Trong dạy Vật lí

phổ thông, ta không đi sâu vào lí thuyết sai số với các quy tắc tính phức tạp như trên

đã trình bày mà chỉ cần phân biệt các loại sai số, cách tính sai số theo công thức và

không vi phạm các quy tắc khi ghi kết quả.

1.2.4. Phương pháp biểu diễn kết quả phép đo bằng đồ thị

Phương pháp này được ứng dụng nhiều trong TN Vật lí vì nó cho phép:

- Lấy trung bình các kết quả đo.

- Thể hiện một cách trực quan sự phụ thuộc hàm số của một đại lượng Vật lí y vào

một đại lượng Vật lí x khác:

+ Đồ thị là đoạn thẳng: quan hệ tỉ lệ bậc nhất.

+ Đồ thị là nhánh hyperbol: quan hệ tỉ lệ nghịch.

+ Đồ thị là nhánh parabol: quan hệ tỉ lệ bậc n.

+ Đồ thị là nhánh parabol quay bề lõm về gốc trục hoành: quan hệ tỉ lệ bậc n < 1.

- Nội suy các giá trị của hàm số ứng với giá trị của đối số không có trong bảng số

liệu. Sau khi vẽ được đồ thị y = f(x) theo các số liệu đã đo được, ta có thể tìm giá trị

của y0 ứng với x0 đã cho bằng cách đặt giá trị của x0 lên trục hoành, rồi kẻ một

đường song song với trục tung đi qua điểm x0 và cắt đồ thị tại một điểm M nào đó.

Tung độ của điểm M cho biết giá trị của y0.

- Ngoại suy các giá trị không đo được với đồ thị tuyến tính bằng cách kéo dài đồ thị

± ∆ x

cắt các trục tọa độ. Giả sử bằng các phép đo trực tiếp, ta có các cặp giá trị của x và

; ...;

± ∆ y

x 1 y 1

∆± x 1 ∆± y 1

  

 Cách vẽ đồ thị trên giấy ô li

y như sau: ; .

- Bước 1: Trên giấy kẻ ô li, ta dựng hệ tọa

y

+

độ Đề-các vuông góc. Trên trục hoành đặt

+

y∆

+

các giá trị x, trên trục tung đặt các giá trị y

+

tương ứng kèm theo đơn vị đo. Chọn tỉ lệ

+

xích hợp lí để đồ thị choán đủ trang giấy,

x

cân đối, rõ ràng và chính xác.

0

x∆

- Bước 2: Dựng các dấu chữ thập hoặc các

hình chữ nhật có tâm là các điểm Hình 1.1 – Cách vẽ đường biểu diễn thực nghiệm trên giấy. A1(x1,y1), A2(x2,y2),...An(xn,yn) và có

kích thước ngang bằng giá trị sai số của x và kích thước dọc bằng giá trị sai số của

y, tức có các cạnh tương ứng là (2∆x1, 2∆y1), (2∆x2, 2∆y2),...(2∆xn, 2∆yn). Dựng

y =

)(xf

đường bao sai số nét đứt chứa các hình chữ nhật hoặc các dấu chữ thập.

- Bước 3: Vẽ đường biểu diễn là một đường cong trơn tru nằm trong

đường bao sai số sao cho nó đi qua hầu hết các hình chữ nhật và các điểm A1,

A2,...An nằm trên hoặc phân bố về hai phía của đường cong. Đường biểu diễn này

gọi là đường trung bình của các điểm đo được, thỏa mãn số điểm của phân bố đều

về cả hai phía của nó và số nằm trên nó là lớn nhất.

- Bước 4: Nếu có điểm nào tách xa khỏi đường cong thì phải kiểm tra lại giá trị đó

bằng thực nghiệm. Nếu vẫn nhận được giá trị cũ thì phải đo thêm các điểm lân cận

để phát hiện ra điểm kì dị. Các điểm vẽ được trên đồ thị thực tế có thể không cùng

trên đường thẳng, vì vậy khi nối dài để cắt các trục đồ thị thì cần chọn hướng trung

bình của vài điểm cuối.

- Bước 5: Dự đoán phương trình đường cong có thể là phương trình nào đó: phương trình đường thẳng y = ax + b; phương trình đường bậc hai y = ax2 + bx + c; phương trình của một đa thức; các phương trình dạng y = eax, y = abx, y = a/xn, y =

lnx,…Việc thiết lập phương trình đường cong được thực hiện bằng cách xác định

các hệ số a, b,…,n. Các hệ số này sẽ được tính khi làm khớp các phương trình này

với đường cong thực nghiệm. Các phương trình này có thể chuyển thành phương

trình đường thẳng bằng cách đổi biến thích hợp (tuyến tính hóa).

 Cách vẽ đồ thị bằng phần mềm Microsoft Excel 2003

Trong thực hành Vật lí, khi muốn kiểm tra nhanh mức độ chính xác của kết

quả đo ta có thể nhờ sự hỗ trợ của công nghệ thông tin với rất nhiều các phần mềm

vẽ đồ thị đang tồn tại trên thị trường, một trong số đó là công cụ Chart trong phần

mềm Excel mà bất cứ máy tính cá nhân nào khi cài đặt bộ Office của hãng

Microsoft đều có. Việc tiến hành vẽ bằng công cụ này thường gồm các bước sau:

 Thao tác tạo lập đồ thị

- Lập một bảng số liệu gồm 2 cột trong một sheet: một cột là các giá trị của trục

hoành, một cột là các giá trị của trục tung.

- Chọn phạm vi dữ liệu cần biểu diễn lên đồ thị (bôi đen 2 cột trên).

- Chọn lệnh Insert – Chart (hoặc click nút chart wizard có hình đồ thị cột trên thanh

công cụ Standard).

- Trong hộp thoại Chart Wizard - Step 1 of 4 - Chart Type: ta chọn dạng thức đồ thị

cần dùng trong danh sách bên trái và chọn một dạng con của nó trong danh sách bên

phải rồi ấn nút Next.

- Trong hộp thoại Chart Wizard - Step 2 of 4 - Chart Source Data: tại đây ta khai

báo vùng dữ liệu sẽ dùng để tạo đồ thị.

+ Phiếu Data Range: Khai báo dữ liệu nguồn, trong đó

Data Range: Tọa độ khối dữ liệu dùng để vẽ đồ thị.

Series in: Chọn dạng đồ thị đọc dữ liệu theo hàng (Row) hay Cột (Column).

+ Phiếu Series: Khai báo từng chuỗi số liệu trên đồ thị, trong đó:

Series: Chứa các chuỗi dữ liệu tham gia đồ thị.

Values: Tọa độ khối chứa giá trị.

Name: Tọa độ ô chứa tên của chuỗi dữ liệu.

Category (X) Axis labels: Khối dùng làm nhãn trục X.

Sau khi khai báo xong tại hộp thoại này, ấn nút Next.

- Trong hộp thoại Chart Wizard - Step 3 of 4 - Chart Option: ta khai báo các nội

dung về: Tiêu đề của đồ thị (Titles), trục toạ độ (Axes), đường lưới (Gridlines), chú

thích (Legend), nhãn (Data Labels), bảng dữ liệu (Data Table)...

Sau khi khai báo xong tại hộp thoại này, ấn nút Next.

- Trong hộp thoại Chart Wizard - Step 4 of 4 - Chart Location: định vị trí đặt đồ thị

+ As new sheet: đồ thị được đặt ở một Sheet khác với Sheet chứa số liệu.

+ As object in: đồ thị được đặt trên cùng Sheet với bảng số liệu.

Khai báo xong ta ấn nút Finish để kết thúc tạo lập đồ thị.

 Thao tác hiệu chỉnh đồ thị

- Double Click vào thành phần cần hiệu chỉnh trên đồ thị để mở hộp thoại hiệu

chỉnh của thành phần được chọn hoặc kích chọn thành phần này trên đồ thị rồi chọn

lệnh Format - Select (tên thành phần)...

- Các thành phần trên đồ thị gồm: Chart Title (tiêu đề của đồ thị), X Title (tiêu đề

của trục X), Y Title (tiêu đề của trục Y), Category label (tiêu đề dữ liệu số), Data

Series (đường biểu diễn của biểu đồ), Legend (chú thích), Gridlines (các đường

lưới), Axes (trục toạ độ), Data Labels (nhãn), Data Table (bảng dữ liệu).

- Nếu đã biết mối quan hệ giữa y và x là tỉ lệ bậc nhất thì trong hộp thoại Chart

Wizard - Step 1 of 4 - Chart Type ta chọn dạng thức đồ thị cần dùng là XY

(Cartter). Tuy nhiên, sau khi vẽ được đồ thị ta cần tuyến tính hóa bằng cách click

chuột phải vào một điểm bất kì trong đồ thị, chọn add trendline, chọn tab options và

chọn Display R-squared value on chart. Để hiện cả phương trình tuyến tính ra thì chọn Display equation on chart. Giá trị của hệ số tương quan R2 càng gần 1 thì kết

quả thu được càng chính xác.

1.2.5. Các tiêu chí lựa chọn một phương án thí nghiệm thực hành

Có nhiều phương án khác nhau để thực hiện phép đo một đại lượng Vật lí.

Việc xây dựng một phương án nào đó đều được cân nhắc kĩ lưỡng vì cần nhiều thời

gian, công sức và tiền bạc đầu tư cho việc chế tạo thiết bị tương ứng. Qua thảo luận,

các nhà khoa học đã thống nhất 4 tiêu chí để lựa chọn một phương án TN như sau:

 Cơ sở khoa học đúng: Phương án phải nhằm đúng mục tiêu khoa học cần

giải quyết, phù hợp với cơ sở lí thuyết đã học.

 Có tính khả thi: Đây là điều thiết yếu nhất để lựa chọn. Phương án được chọn

phải có tính khả thi cao, nghĩa là phải có khả năng để đa số HS làm được.

 Có sai số nhỏ: Yêu cầu này khá khó vì chưa làm thì không thể biết sai số.

Tuy nhiên, đây là một yêu cầu rất thực luôn đặt ra trong mọi tình huống khi ta xây

dựng và lựa chọn phương án.

 Thao tác đơn giản : Phương án sử dụng cần ít dụng cụ, bố trí lắp ráp đơn

giản, ít yêu cầu các điều kiện ngoại vi phức tạp, ít thao tác đo lường, xử lí số liệu

đơn giản. Đây cũng là yêu cầu khó xác định cụ thể mà phải phán đoán.

Các tiêu chí trên chỉ có tính chất tham khảo, không phải là chuẩn mực cố

định. Thực tế không một phương án nào có đủ cả bốn ưu thế “Cơ sở khoa học đúng

hơn – tính khả thi cao hơn - sai số nhỏ hơn – thao tác đơn giản hơn”. Vì vậy mà khi

tiến hành lập phương án thì không nên bỏ tiêu chí nào nhưng coi trọng tính khả thi.

1.2.6. Hệ thống bài thí nghiệm thực hành trong chương trình Vật lí trung học phổ thông.

Đồng hành với sự đổi mới quá trình dạy học Vật lí là sự đổi mới, sự đề cao

vai trò của bài thí nghiệm thực hành Vật lí. Trước đây trong SGK Vật lí THPT cải

cách, các bài TNTH chỉ được nêu lên sơ lược ở cuối sách, không gây được sự chú ý

và về mặt hệ thống không đảm bảo tính liên tục, trọn vẹn về nội dung của một

chương. Hiện nay, trong SGK Vật lí THPT hiện hành, các bài thực hành thường

được đặt ở cuối mỗi chương, ghi rõ các mục tiêu cần đạt được, trình bày, hướng dẫn

rõ ràng hơn.

Mục tiêu của các TNTH trong chương trình được tổng hợp trong bảng 1.1:

Bảng 1.1 - Hệ thống bài thực hành Vật lí trong chương trình vật lí THPT

1. Khảo sát sự rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do.

 Theo SGK 10 nâng cao (Bài 12 theo chương trình)

- Xác định giá trị của gia tốc rơi tự do bằng thực nghiệm.

- Biết cách dùng bộ rung và đồng hồ đo thời gian hiện số để đo khoảng thời gian

nhỏ, qua đó củng cố các thao tác cơ bản về TN và xử lí kết quả bằng tính toán và

đồ thị.

- Củng cố kiến thức về sự rơi tự do.

 Theo SGK 10 cơ bản (Bài 8 theo chương trình)

Đo được thời gian rơi t của một vật trên những quãng đường đi được s khác nhau, vẽ và khảo sát đồ thị s ~ t2 để rút ra kết luận về tính chất của chuyển động rơi tự

do và xác định được gia tốc rơi tự do.

2. Đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học

 Theo SGK 10 nâng cao (Bài 25 theo chương trình)

- Xác định bằng thực nghiệm hệ số ma sát trượt và hệ số ma sát nghỉ giữa hai vật.

- Biết cách dùng lực kế, mặt phẳng nghiêng, thước đo góc, máy đo thời gian hiện

số... qua đó củng cố các thao tác cơ bản về thí nghiệm và xử lí kết quả.

- Củng cố kiến thức về lực ma sát, động học, động lực học và tĩnh học.

 Theo SGK 10 cơ bản (Bài 16 theo chương trình)

Vận dụng phương pháp động lực học để nghiên cứu lực ma sát tác dụng vào một

vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng. Xác định hệ số ma sát trượt, so sánh giá

trị thu được từ thực nghiệm với số liệu cho trong bảng 13.1 SGK.

3. Tổng hợp hai lực

 Theo SGK 10 nâng cao (Bài 30 theo chương trình)

Kiểm nghiệm lại quy tắc tổng hợp hai lực đồng quy và quy tắc tổng hợp hai lực

song song cùng chiều. Rèn luyện kĩ năng sử dụng lực kế.

4. Xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng

 Theo SGK 10 nâng cao (Bài 57 theo chương trình)

- Xác định hệ số căng bề mặt của nước xà phòng và của nước cất.

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng các dụng cụ đo: cân đòn, lực kế và thước kẹp.

 Theo SGK 10 cơ bản (Bài 40 theo chương trình)

- Khảo sát hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng.

- Xác định hệ số căng bề mặt của nước.

5. Xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa

 Theo SGK 11 nâng cao (Bài 16 theo chương trình)

- Làm được thí nghiệm để xác định suất điện động và điện trở trong của một pin.

- Củng cố kĩ năng sử dụng vôn kế , ampe kế ; tính toán sai số và sử dụng đồ thị;

rèn luyện kĩ năng hoạt động theo nhóm trong thực hành thí nghiệm.

- Hiểu rõ hơn về vai trò của điện trở trong và mối liên hệ của nó với mạch ngoài

trong thực tế.

 Theo SGK 11 cơ bản (Bài 12 theo chương trình)

- Áp dụng hệ thức hiệu điện thế của đoạn mạch chứa nguồn điện và định luật Ôm

đối với toàn mạch để xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa.

- Sử dụng các đồng hồ đo điện đa năng hiện số để đo hiệu điện thế và cường độ

dòng điện trong các mạch điện.

6.Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của tranzito

 Theo SGK 11 nâng cao (Bài 25 theo chương trình)

- Bằng thực nghiệm thấy được đặc tính chỉnh lưu dòng điện của điốt bán dẫn và

đặc tính khuếch đại của tranzito.

- Vận dụng kiến thức lí thuyết về dòng điện trong bán dẫn, giải thích được kết quả

thực nghiệm.

- Tiếp cận với một vài giải pháp về kĩ thuật điện tử trong thực tế.

- Củng cố kĩ năng sử dụng dụng cụ đo điện như vôn kế, ampe kế, bước đầu làm

quen với dao động kí điện tử (thật hoặc ảo).

 Theo SGK 11 cơ bản (Bài 18 theo chương trình)

- Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt.

- Vẽ đặc tuyến vôn – ampe của điốt.

7. Xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất

 Theo SGK 11 nâng cao (Bài 37 theo chương trình)

- Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của la bàn tang (điện kế tang).

- Dùng la bàn tang và máy đo điện đa năng hiện số để xác định thành phần nằm

ngang của từ trường Trái Đất.

8. Xác định chiết suất của nước và tiêu cự của thấu kính phân kì

 Theo SGK 11 nâng cao (Bài 56 theo chương trình)

- Xác định chiết suất của nước và tiêu cự của TKPK.

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng, lắp ráp, bố trí các linh kiện quang và kĩ năng tìm ảnh

của vật cho bởi thấu kính.

 Theo SGK 11 cơ bản (Bài 35 theo chương trình)

- Biết được phương pháp xác định tiêu cự của TKPK bằng cách ghép nó đồng trục

với một TKHT để tạo ra ảnh thật của vật thật qua hệ hai thấu kính.

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng giá quang học để xác định tiêu cự của TKPK.

9. Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn. Xác định chu kì

dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường.

 Theo SGK 12 nâng cao (Bài 13 theo chương trình)

- Hiểu được phương án thí nghiệm để xác định chu kì của con lắc đơn và con lắc

lò xo thẳng đứng.

- Thực hiện được phương án xác định chu kì dao động con lắc đơn bằng thí

nghiệm thật và chu kì dao động của con lắc lò xo bằng thí nghiệm ảo.

- Tính được gia tốc trọng trường từ kết quả thí nghiệm.

- Củng cố kiến thức về dao động cơ, kĩ năng sử dụng thước đo độ dài và đồng hồ

đo thời gian. Bước đầu làm quen với phòng thí nghiệm ảo.

 Theo SGK 12 cơ bản (Bài 6 theo chương trình)

- Khảo sát thực nghiệm để phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng, chiều dài

= π

con lắc đơn đối với chu kì dao động T. Từ đó tìm ra công thức tính chu kì

T 2

l g

và ứng dụng tính gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm.

10. Xác định tốc độ truyền âm

 Theo SGK 12 nâng cao (Bài 20 theo chương trình)

- Đo bước sóng của âm trong không khí dựa vào hiện tượng cộng hưởng giữa dao

động của cột không khí trong ống và dao động của nguồn âm. Biết tần số của âm,

tính được tốc độ truyền âm trong không khí.

- Rèn luyện kĩ năng xác định độ dài của cột không khí trong ống khi âm nghe thấy

có cường độ lớn nhất.

11. Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp

 Theo SGK 12 nâng cao (Bài 34 theo chương trình)

- Biết cách khảo sát mạch xoay chiều bằng thực nghiệm, hiểu ý nghĩa thực tế của

những đại lượng cơ bản là trở kháng, sự lệch pha, hiện tượng cộng hưởng điện.

- Dùng dao động kí điện tử, máy phát âm tần và các dụng cụ đo thông thường để

làm thực nghiệm, liên hệ giữa các phép đo cụ thể với việc vẽ giản đồ Fre-nen.

- Bằng thực nghiệm củng cố kiến thức về dao động điện từ.

 Theo SGK 12 cơ bản (Bài 19 theo chương trình)

- Tập dùng đồng hồ hiện số đa năng để đo điện áp xoay chiều.

- Vận dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để xác định L, r, C, Z và cosϕ của đoạn

mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp.

12. Đo bướ c sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa

 Theo SGK 12 nâng cao (Bài 42 theo chương trình)

- Quan sát hiện tượng giao thoa của ánh sáng trắng qua khe Y-âng.

- Xác định bước sóng của ánh sáng đơn sắc dựa vào hiện tượng giao thoa của ánh

sáng đơn sắc qua khe Y-âng.

- Rèn luyện kĩ năng sử dụng các dụng cụ thí nghiệm để tạo ra hệ vân giao thoa.

 Theo SGK 12 cơ bản (Bài 29 theo chương trình)

- Quan sát hệ vân giao thoa tạo bởi khe Y-âng, sử dụng chùm sáng laze.

- Đo bước sóng ánh sáng.

1.2.7. Những thuận lợi và khó khăn khi dạy học thí nghiệm thực hành Vật lí trong chương trình THPT hiện nay.

Qua tìm hiểu từ các phương tiện thông tin đại chúng và ý kiến các chuyên

gia, tôi thấy việc dạy học TNTH hiện nay có những thuận lợi sau:

- Kinh phí dành cho việc mua sắm thiết bị tăng lên, các trường đều có kế hoạch xây

dựng các phòng thí nghiệm chuyên biệt cho từng môn, có nhân viên thiết bị.

- Bộ dụng cụ cho các bài thực hành đã hoàn chỉnh về cơ bản các thiết kế và chế tạo.

- Các GV và HS có nhiều nguồn tư liệu, phim ảnh, phần mềm mô phỏng hướng dẫn

về thí nghiệm hơn, đặc biệt internet là nguồn tham khảo hữu ích nhất.

- Việc dạy học TNTH hiện nay là bắt buộc, điều này được thể hiện rõ trong phân

phối chương trình với việc quy định bài nào sẽ lấy điểm kiểm tra một tiết. Do vậy

GV quan tâm đầu tư hơn cho tiết dạy thực hành và HS nhận thấy được tầm quan

trọng, sự gắn bó mật thiết giữa việc học lý thuyết và học kỹ năng trong môn Vật lí.

- Các trường đại học sư phạm đều có đầu tư trang thiết bị thực hành Vật lí phổ

thông và tăng cường các môn học TNTH trong chương trình đào tạo sinh viên.

- Ngày càng có nhiều cuộc thi liên quan tới TNTH như thi chọn học sinh giỏi thực

hành thí nghiệm THCS và THPT ở các tỉnh, thi sáng kiến tự làm TNTH của GV,

hay như thi GV dạy giỏi các tiết học thực hành. Đây là cơ sở và động lực để mọi

người quan tâm hơn tới TNTH và nhìn nhận đúng đắn hơn tầm quan trọng của nó.

Bên cạnh đó, việc dạy học TNTH cũng gặp nhiều khó khăn sau:

- Hầu hết các GV đều thiếu kĩ năng thực hành thí nghiệm, kể cả các GV trẻ được

đào tạo sau này. Có nhiều lí do, nhưng lí do chính đó là TNTH không phải là chủ đề

quan trọng trong các kì thi tốt nghiệp và đại học, khiến cả người dạy và người học

không xem trọng việc truyền đạt và tiếp nhận kiến thức thuộc lĩnh vực này.

- HS thiếu kĩ năng thực hành thí nghiệm, thiếu kĩ năng hoạt động nhóm, …

- Ở một số bài thực hành, số thí nghiệm cần thực hiện quá nhiều, trong khi thời gian

1 tiết thực hành cố định 45 phút.

- Số lượng TN trong mỗi bài thực hành thường từ 3 đến 5 TN. Tuy nhiên nội dung

và cách tiến hành các TN chỉ dài khoảng 1 đến 2 trang SGK nên chưa thể hiện được

hết các bước tiến hành cụ thể. Do đó HS nếu chỉ dựa vào SGK để chuẩn bị bài (và

thường cũng chỉ dựa vào SGK vì không có nhiều tài liệu tham khảo) thì sẽ khó nắm

bắt nội dung và khi tiến hành TN thường mất nhiều thời gian. Còn đối với GV, cũng

phải dành nhiều thời gian để giải thích, hướng dẫn chi tiết hơn cho HS nhằm đảm

bảo các TN thành công. Như vậy, để dạy và học được hết số lượng TN trong mỗi

bài thực hành với thời lượng 45 phút cần biên soạn, thiết kế, chuẩn bị kĩ càng một

số tư liệu hỗ trợ như: hình ảnh dụng cụ, hình ảnh minh họa về các thao tác sử dụng

dụng cụ, cách lắp ráp các bộ TN, các câu hỏi định hướng giúp HS chuẩn bị bài và

GV kiểm tra bài, vở tường trình TN với hướng dẫn chi tiết,…cũng như cần rèn

luyện cho HS cách làm việc khoa học, an toàn, cẩn thận từ khâu chuẩn bị bài đến

khi tiến hành TN và báo cáo kết quả cuối cùng.

- Một trong những yêu cầu của thí nghiệm thực hành là tính đồng bộ, nhưng thực tế

lại không được như vậy. Thiết bị nếu có ở các trường phần lớn thiếu cả về số lượng

và chất lượng, điều này phần nào ảnh hưởng đến tâm lý của GV và HS. Do chất

lượng kém nên kết quả đo không chính xác, khó thực hiện các thao tác, sau mỗi đợt

thực hành đều có những tổn hao và việc thay thế chúng diễn ra trong thời gian dài.

1.2.8. Thực trạng thí nghiệm thực hành môn Vật lí THPT và một số giải pháp cải tiến thực trạng hiện nay.

Yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học Vật lí hiện nay gắn liền với đổi mới

thiết bị và phương pháp sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí. Trong những năm

qua, mặc dù tất cả các trường phổ thông của nước ta đã được trang bị đầy đủ các

thiết bị theo Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu của Bộ Giáo dục và Đào tạo nhưng

hiệu quả sử dụng chúng vẫn còn nhiều hạn chế, vì vậy mà TNTH chưa đáp ứng

được yêu cầu. Tình trạng đó do một số nguyên nhân chính sau:

- Năng lực TN của GV còn hạn chế cả về kĩ thuật tiến hành lẫn phương pháp sử

dụng trong dạy học. Phần đông GV ít quan tâm về tư duy thực nghiệm mà hay thiên

về tư duy toán học qua các bài tập tính toán, dẫn tới HS học Vật lí gần như

học Toán nên năng lực vận dụng kiến thức trong cuộc sống của HS rất hạn chế.

- Bản thân thiết bị còn hạn chế về chất lượng và khả năng hỗ trợ hoạt động nhận

thức của HS theo phương pháp mới.

- Điều kiện để sử dụng TN còn hạn chế: thời gian chuẩn bị ít, địa điểm không phù

hợp, thiếu phòng học bộ môn hoặc trang thiết bị không phù hợp.

- Trách nhiệm của nhà sản xuất (có thiết bị mà không dùng được, có dùng được thì

cũng chóng hỏng).

- Thiếu một sự quản lí chỉ đạo, động viên những người tốt, việc tốt trong sử dụng và

cải tiến sáng tạo TNTH hiện có.

- Hầu hết các TNTH được trình bày dưới hình thức phần lớn là bày sẵn từng bước.

- Nhiều trường được trang bị quá ít các bộ TN giống nhau nên việc cho thực hành

đồng loạt với khoảng 50 HS/lớp là rất khó, dù đã vận dụng nhiều phương án tổ chức

khác nhau như chia lớp thành các nhóm nhỏ (số lượng HS/nhóm tùy thuộc sĩ số lớp,

số bộ dụng cụ và thời gian), khi một nửa số nhóm thực hành thì nửa còn lại viết báo

cáo, sưu tầm thêm phương án với các dụng cụ tự chế...

- Về nguyên tắc, ngay từ đầu năm học hoặc kết thúc mỗi học kì, Ban giám hiệu nhà

trường cần chỉ đạo các tổ chuyên môn tiến hành rà soát, đánh giá tình trạng trang

thiết bị dạy học, lập bảng kiểm kê, bổ sung sửa chữa thiết bị dạy học cũng như mua

sắm các vật liệu tiêu hao. Riêng tổ chuyên môn phải có kế hoạch thực hành cho HS

trong năm học, thống nhất mẫu báo cáo thực hành, biên soạn các câu hỏi gợi mở

hướng dẫn thực hành và xử lí kết quả, cách thức kiểm tra đánh giá, tránh bị sơ cứng

và rập khuôn theo SGK hoặc các tài liệu hướng dẫn. Thực tế thì nhiều trường công

lập và cả các trường THPT chuyên Vật lí (chưa kể đến các loại hình trường học

khác như dân lập, tư thục hay quốc tế) không thực hiện nghiêm túc những yêu cầu

trên. Càng ngày càng ít GV yêu thích và tâm huyết với thí nghiệm thì làm sao

những HS đam mê nhận được sự dìu dắt.

Để cải tiến thực trạng trên, trong Sách giáo dục và thư viện trường học số 31

[12], PGS.TS Nguyễn Xuân Thành đã đưa ra một số giải pháp xu hướng sau:

- Một là, nâng cao chất lượng của thiết bị thí nghiệm

Để có thể nâng cao chất lượng sử dụng TN trong dạy học, trước hết cần phải

nâng cao chất lượng của thiết bị. Muốn vậy, bên cạnh việc nghiên cứu để thiết kế

các bộ TN phù hợp với yêu cầu đổi mới về phương pháp dạy học cần phải nghiên

cứu để hoàn thiện qui trình sản xuất và kiểm tra chất lượng sản phẩm. Đặc biệt là

phải thống nhất được khuôn mẫu để đảm bảo được tính đồng bộ của thiết bị nhằm

đảm bảo tính thẩm mĩ, độ chính xác, độ bền vững và khả năng thay thế, sữa chữa.

Ngoài các bộ TN với dụng cụ đo truyền thống, ngày nay việc sử dụng máy vi tính

hỗ trợ các TN nói chung và TN vật lí nói riêng đã được sử dụng khá phổ biến, các

bộ TN loại này đều có một nguyên tắc chung là sử dụng các cảm biến để đo các

thông số vật lí và số liệu được xử lí bằng các phần mềm máy tính. Tuy nhiên, do giá

thành nhập khẩu khá cao nên số trường được trang bị các bộ TN loại này còn ít.

Ngoài ra, việc sử dụng của GV và HS còn gặp nhiều khó khăn do giao diện của

phần mềm bằng tiếng Anh. Vì vậy, trong khi nước ta chưa sản xuất được thì cần

nhập khẩu cảm biến và bộ ghép nối với phần mềm giao diện tiếng Việt, kết hợp với

các thiết bị TN có sẵn hoặc chế tạo mới.

- Hai là, đổi mới phương pháp bồi dưỡng GV về kĩ năng sử dụng TN

Chỉ có các bộ TN tốt chưa đủ mà điều quan trọng nhất là phải đào tạo một

đội ngũ GV có chất lượng cao, muốn vậy cần đổi mới phương pháp đào tạo và bồi

dưỡng GV theo hướng tăng cường hoạt động tự học, tự bồi dưỡng bằng cách phát

triển nguồn tư liệu điện tử như video clip, phần mềm mô phỏng về TNTH ...

- Ba là, tổ chức hoạt động học tập cho HS trong phòng học bộ môn

HS không thể tiến hành TN tốt trong điều kiện phòng học chật chội, ẩm thấp

được. Hiện nay đã có khá nhiều địa phương trang bị các phòng học bộ môn, tuy

nhiên việc bố trí trang thiết bị trong đó còn khá nhiều điểm bất cập.

- Bốn là, thiết kế các bộ TNTH dùng chung cho nhiều bài thực hành của cùng một

cấp học hoặc các cấp khác nhau.

Điều này sẽ giúp tiết kiệm chi phí sản xuất cũng như chi phí trang bị cho các

trường. Thực tế giải pháp này đã được thể hiện ở lớp 10 với bộ TN dùng chung cho

hai bài thực hành đo gia tốc rơi tự do và đo hệ số ma sát trượt, ở lớp 11 là hai bài đo

suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa và khảo sát đặc tính chỉnh lưu của

diode bán dẫn và đặc tính khuếch đại của transistor. Về giải pháp này thì trên Tạp

chí thiết bị giáo dục số 68 – tháng 4/2011 có đăng bài viết Thiết kế bộ thiết bị dạy

học tối thiểu môn Vật lí dùng chung cho trường THCS và THPT.

- Năm là, tăng số tiết thực hành lên cho phù hợp với xu thế chung của giáo dục thế

giới và tương ứng với tính chất của môn khoa học thực nghiệm.

Với việc bổ sung thi thực hành thí nghiệm Vật lý trong kì thi HSG quốc gia,

có thể thấy Bộ Giáo Dục và Đào Tạo đang cố gắng thay đổi tình trạng dạy học thực

hành, trước hết ở các trường THPT chuyên Vật lí.

1.3. Ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành.

1.3.1. Mục đích điều tra

Khi tiến hành điều tra tôi đặt ra những mục tiêu chính sau đây: tìm hiểu đặc

điểm các bộ TNTH trong chương trình Vật lí THPT hiện có ở phòng thí nghiệm của

nhà trường, tình trạng hiện tại, những thuận lợi và khó khăn về mặt thiết bị, phương

án và kĩ thuật tiến hành khi thực hiện thí nghiệm trên các bộ TNTH này. Hiện nay

trên thị trường có khá nhiều công ty sách thiết bị trường học nên trong giới hạn luận

văn này tôi chỉ tìm hiểu các bộ TNTH của công ty sách thiết bị trường học thành

phố Hồ Chí Minh và công ty sách thiết bị trường học Đồng Nai, đây là những nhà

sản xuất đã cung cấp thiết bị cho phòng thí nghiệm của nhà trường.

1.3.2. Đối tượng và phương pháp điều tra

- Các GV Vật lí của trường tác giả công tác, các chuyên gia về thí nghiệm thực hành

gồm PGS.TS Nguyễn Xuân Thành (đang công tác tại Đại học Sư phạm Hà Nội 1),

anh Nguyễn Minh Tân (đang công tác tại công ty sách thiết bị trường học TPHCM).

- Sử dụng kết hợp các phương pháp thu thập thông tin gồm phỏng vấn, quan sát,

đọc và nghiên cứu tài liệu.

1.3.3. Kết quả điều tra

Có một sự thuận lợi trong quá trình điều tra là bản thân tôi đang là GV kiêm

nhiệm và trong 5 năm công tác tại phòng thí nghiệm của nhà trường, tôi đã thường

xuyên trao đổi và lắng nghe ý kiến của nhiều GV ở mọi nơi về các nội dung điều tra

trên, vì vậy mà độ chính xác của các thông tin tương đối cao. Phòng thí nghiệm nhà

trường hiện có đủ tất cả các bộ TN của các bài thực hành chương trình Vật lí THPT

hiện tại, bao gồm cả chương trình chuẩn và chương trình nâng cao. Tất cả những

thông tin tôi thu thập được trong nhiều năm qua được tổng hợp trong bảng 1.2.

Bảng 1.2 - Bảng tổng hợp kết quả điều tra ưu nhược điểm của một số bộ thí

nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và

kĩ thuật tiến hành.

Bộ TNTH 1: Khảo sát sự rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do * Ưu điểm - Bằng tính toán, ta biết được với một vật bắt đầu rơi tự do thì khi đi qua 5cm đầu

tiên chỉ hết 0,1s, đi qua 15cm tiếp theo hết 0,1s, đi qua 60cm tiếp theo chỉ mất 0,2s

... và dùng đồng hồ bấm giây thông thường rất khó để ta đo được các khoảng thời

gian trên, dù các đồng hồ bấm giây điện tử ngày nay dễ dàng đạt độ phân giải 0,01s

hay hơn nữa, bởi vì tốc độ phản xạ thần kinh và đáp ứng cơ bắp của con người chỉ

vào khoảng 0,1s. Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng

quang điện đã khắc phục được khó khăn về mặt kĩ thuật khi nghiên cứu chuyển

động rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do: vật rơi rất nhanh nên khó đo chính xác thời

gian rơi những quãng đường ngắn.

- Các khoảng cách s trong SGK cơ bản được đưa ra có ý đồ giúp kiểm tra nhanh

mức độ chuẩn xác của các khoảng thời gian đo dựa trên tính chất của chuyển động

(s2 = 4s1, s3 = 9s1, s4 = 16s1).

* Nhược điểm

- Bộ phận hư chủ yếu là nam châm, cổng quang, hộp công tắc và dây nối.

- Hộp hứng vật rơi nhỏ, khi vật rơi xuống thì hay nảy ra ngoài, gây ra những âm

thanh ngoài ý muốn và tạo cảm giác khó chịu cho những người thực hiện.

- Thời gian bấm công tắc không phải bằng 0 mà mất một khoảng nhất định. Với loại

công tắc không có hỗ trợ của mạch điện tử thì tính ngắt hay đóng tức thời của công

tắc phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo của công tắc và cách bấm của mỗi người. Khi

thao tác bấm không nhanh sẽ làm đồng hồ chạy không ngừng, nhiều lúc phải thực

hiện các động tác phi sư phạm như một tay giữ công tắc, một tay gõ mạnh và nhanh

vào nút chứ không bấm nhả một cách bình thường.

- Tính không đồng thời của công tắc kép và nam châm gây ra sai số đáng kể: Trong

thí nghiệm chỉ dùng một cổng quang điện thì công tắc là dụng cụ tạo xung bắt đầu

đếm, còn cổng quang tạo xung ngừng đếm. Thời điểm bắt đầu đếm, cũng là thời

điểm vật hình trụ rời khỏi nam châm (nam châm được ngắt điện). Để thực hiện

đồng thời hai nhiệm vụ đó, công tắc được thiết kế dạng kép, nghĩa là với một thao

tác bấm, công tắc phải vừa ngắt mạch nam châm ngay vừa đồng thời tạo ra xung

đếm (hình vẽ). Hai sự kiện này phải đồng bộ thì kết quả thí nghiệm mới chính xác,

nếu không đạt sẽ xảy ra trường hợp đồng hồ đếm trước khi vật rơi.

- Khi dùng liên tục (khoảng 2 tiết học), nam châm nóng lên và không còn hút được

vật hoặc nếu có hút thì vật ở tư thế nghiêng ngửa, hoạt động ghi đo của đồng hồ

cũng không còn ổn định.

- Các đầu cắm của dây dẫn nối nam châm và công tắc có sự tiếp xúc không tốt nên

nhiều lúc không có điện để điều khiển nam châm hút vật.

- Bộ thiết bị đo hiện đại, cho giá trị đo chính xác hơn nhưng lại không minh họa

được cả quá trình, HS chỉ có thể đo gián tiếp được gia tốc của một lần rơi mà không

thấy được cả quá trình rơi nên thiếu niềm tin đó là chuyển động nhanh dần đều.

Dùng bộ rung điện thì thô sơ hơn, minh họa quá trình rơi tường minh hơn nhưng giá

Bộ TNTH 2: Đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học * Ưu điểm - Đo hệ số ma sát khi vật đang chuyển động trượt trên mặt phẳng nghiêng (thông

trị đo lại có sai số lớn hơn.

qua đo gia tốc a và góc nghiêng α) là một phương pháp đo khách quan và cho kết

quả đáng tin cậy hơn các phương pháp khác.

- Bộ thiết bị giúp đo chính xác thời gian, việc thiết kế thước đo góc trên máng giúp

đọc trực tiếp giá trị góc nghiêng, không phải đo gián tiếp góc qua các chiều dài.

- Máng trượt có thước milimet và cổng quang có vạch chỉ thị giúp xác định dễ và

chính xác vị trí.

* Nhược điểm

- Tương tự như khi làm thí nghiệm rơi tự do, khi xét các quãng đường nhỏ (cổng

quang gần nam châm), nếu không bấm nhả nhanh công tắc thì đồng hồ không dừng

lại khi vật bắt đầu qua cổng quang.

- Với thước đo góc, kích thước của sợi dây dọi lớn gần ngang bằng khoảng ĐCNN

của thước đo góc nên gây khó khăn trong việc đọc giá trị góc.

- Chân máng nghiêng không vững ảnh hưởng đến chuyển động của vật.

- Các bộ TNTH của Đồng Nai có hộp đỡ vật bằng nhựa và nhỏ nên khi vật đi xuống

thì có khi lăn cả ra ngoài, nhiều hộp bị nứt bể do vật va chạm mạnh. Các bộ TNTH

của TPHCM có hộp đỡ bằng nhôm cứng và được lắp ráp kiên cố vào máng trượt.

- Độ nhám bề mặt của máng trượt không còn như nhau sau nhiều lần TN, lực ma sát

Bộ TNTH 3: Tổng hợp hai lực * Ưu điểm - Khác bộ TN SGK: lò xo thay cho dây thun, có thêm thanh định vị.

trượt thay đổi ảnh hưởng đến chuyển động của vật.

- So với SGK, bộ thiết bị có thước đo góc (một số nhà sản xuất còn chế tạo các

thước đo góc có lớp bột nam châm mỏng phía sau để có thể gắn trực tiếp lên bảng,

không phải dùng nam châm nút áo gắn đè vào bảng thép).

- Sử dụng dụng cụ hợp lí: dùng lực kế sẽ dễ dàng thay đổi phương, chiều và độ lớn

của hai lực thành phần.

- Bộ thí nghiệm thực tế có thao tác tiến hành đơn giản hơn. Chẳng hạn, theo SGK

thì độ chính xác của việc xác định điểm đặt của lực tổng hợp (độ dài a) phụ thuộc

nhiều vào kĩ năng dùng bút lông (hay phấn) để đánh dấu các điểm đặt của các lực và

dựng các lực thành phần trên bảng sắt, thực tế ta đã không gặp khó khăn trong việc

vẽ hình vì có thể đọc ngay vị trí điểm đặt lực trên thước gắn ngay trên thanh rắn.

* Nhược điểm

- Các nam châm đính trên lực kế không dính chặt vào bảng từ nên xảy ra trường

hợp nếu lực lớn thì các lực kế không được giữ cố định trên bảng, nếu dính quá chặt

thì lại khó điều chỉnh.

- Thước đo góc dán trên bảng thép xa mặt phẳng chứa các dây nên việc ngắm điểm

đo góc gặp sai số lớn.

- Khi đã điều chỉnh cho tâm thước đo góc trùng điểm đồng quy của hai lực thì hai

dây lại không nằm trên vạch chia của thước khiến việc đọc số liệu không chính xác.

- Việc xác định sự song song của thanh định vị và thanh rắn mang tính chất chủ quan do khoảng cách giữa hai thanh tương đối lớn. Bộ TNTH 4: Đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng. * Ưu điểm

- Bộ dụng cụ sử dụng bình thông nhau khá đơn giản và chi phí sản xuất thấp, có thể

tận dụng một số dụng cụ dùng chung như giá đỡ, lực kế, thước kẹp, thậm chí có thể

tự chế được cả vòng kim loại và bình thông nhau.

- Đo hệ số căng bề mặt bằng thí nghiệm bứt vòng kim loại ra khỏi mặt chất lỏng mà

nó bị dính ướt hoàn toàn là phương án đơn giản, dễ thực hiện và cho kết quả khá

chính xác so với các phương án khác như dùng ống mao dẫn, ống pipet, hai bản mặt

song song... Trước kia, bộ dụng cụ dựa trên phương pháp này sử dụng cân đòn tạo

khó khăn trong việc đo chính xác giá trị lực căng mặt ngoài và việc trang bị một số

lượng lớn cân đòn cho giáo dục đại trà là một vấn đề lớn. Mặt khác, nếu GV và HS

chế tạo bộ thí nghiệm tự chế như trình bày ở trang 248 SGV 10 nâng cao cũng chỉ

mang tính chất khắc phục tình hình thiếu trang thiết bị hoặc rèn luyện năng lực

nghiên cứu chứ khó đáp ứng các tiêu chí thực hành.

* Nhược điểm

- Sau một thời gian sử dụng, vòng nhôm mỏng bị méo mó làm cho việc đo đường

kính trở nên thiếu chính xác và tấm chỉ thị bên trong một số lực kế cũng bị xiên đi

nên việc đọc số chỉ kém chính xác.

- Với bộ thiết bị của Đồng Nai, phần nối giữa ống nhựa và cốc được dán keo khô

cứng và dễ bị đứt gãy ra.

- Cách mắc dây treo tại trung tâm làm cho mặt đáy vòng khó song song mặt thoáng.

- Lực kế tuy có ĐCNN nhỏ (0,001N) nhưng chất lượng không tốt vì các lò xo

không dãn đều, sai số dụng cụ của lực kế góp phần làm sai số tỉ đối của phép đo lớn

- Bộ thí nghiệm không có hộp đỡ như SGK nên phải cầm một cốc của bình thông

nhau đưa xuống phía dưới bàn.

- Lực kế chỉ được móc vào giá đỡ ngang nên lung lay, không thẳng đứng. Điều này

làm cho vòng nhôm khi bị kéo lên thường dễ chạm vào thành cốc.

- Không có một ghi chú bắt buộc về lượng nước sử dụng ở hai cốc nên mọi người

thực hiện thí nghiệm này đều lúng túng không biết lấy bao nhiêu thì đủ. Nhiều lần

lấy nhiều hơn cần thiết nên nước chảy ra ngoài và tốc độ nước chảy khiến không

đọc kịp số chỉ lực kế tại thời điểm bứt vòng.

- Thao tác hạ giá đỡ xuống thấp để vòng nhôm vừa sắp chạm vào mặt nước chiếm nhiều thời gian vì thường hạ quá lố khiến vòng ngập sâu trong nước. Bộ TNTH 5: Đo suất điện động và điện trở trong của nguồn điện(pin điện hóa) * Ưu điểm - Phương án đo có tính đến điện trở ampe kế là đúng yêu cầu thực nghiệm.

- Bộ thiết bị gồm mạch điện và các linh kiện được thiết kế trong một hộp nhỏ gọn.

- Các phương án thiết kế đều rèn luyện kĩ năng xử lí kết quả bằng đồ thị.

- Bộ thiết bị có cả biến trở con chạy và biến trở xoay, tạo điều kiện thực hiện các

phương án trong cả hai SGK.

* Nhược điểm

- Các tiếp điểm trong mạch (hộp pin, biến trở, phích cắm dây nối và bảng mạch

điện) không tốt, khi có tác động của ngoại cảnh (như làm rung bàn thí nghiệm, đụng

chạm vào dây dẫn...) thì kết quả hiển thị trên đồng hồ đo hiện số lập tức thay đổi,

nếu không chú ý thì kết quả thu được không chính xác (đo r ra giá trị âm).

- Một số điện trở bảo vệ và biến trở xoay có giá trị không đúng như thông báo, nếu

không đo lại thì sẽ tăng sai số của phép đo.

- Phương án dùng đồ thị để xử lí kết quả đo cho kết quả ngoại suy khá chính xác.

Tuy nhiên, bắt buộc người làm thí nghiệm phải nắm vững phương pháp đồ thị, hay

- Phương án dùng điện trở bảo vệ R0 là đúng yêu cầu về mặt sư phạm (tránh tình trạng người làm không để ý cho giá trị biến trở về 0 và tạo ra dòng đoản mạch làm pin nóng lên). Tuy nhiên, việc mắc vôn kế vào hai đầu đoạn mạch chứa nguồn và R0 làm cho biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn có thêm R0, điều này không gây ra sự phức tạp trong tính toán nhưng lại gây ra sai số nếu xác định sai R0. - Phương án dùng hai cặp giá trị (U, I) bất kì để giải hệ tìm E, r rất nhanh nhưng các

sử dụng thành thạo các phần mềm công nghệ thông tin về vẽ đồ thị thực nghiệm.

kết quả giải từ việc lấy ngẫu nhiên có khi lại ra âm hoặc lệch quá xa nhau.

Bộ TNTH 6: Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của tranzito - Bài thực hành này đã được giảm tải nên chỉ dùng để dạy cho lớp chuyên.

- Thí nghiệm này đòi hỏi kĩ năng vẽ đồ thị khá cao.

- Mạch điện khảo sát tương đối phức tạp.

* Ưu điểm - Chiết áp điện tử giúp thay đổi được cường độ dòng điện chạy qua các vòng dây.

Bộ TNTH 7: Xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất.

* Nhược điểm

- Vòng dây của một số bộ thí nghiệm bị đứt bên trong nên không có dòng điện. Bộ TNTH 8: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì. * Ưu điểm - Bộ thiết bị đảm bảo sự đồng trục của các thấu kính, có thể di chuyển và đọc vị trí

các dụng cụ dễ dàng trên giá, còn được dùng để giảng dạy kiến thức về ống nhòm.

- Các đèn chiếu sáng ở các bộ thiết bị không giống nhau về độ rộng chùm sáng nên ảnh thu được có độ sắc nét và hình dạng không giống nhau. Để chùm sáng phát ra từ đèn chiếu sáng toàn bộ vật thì phải dịch chuyển hoặc xoay bóng đèn đi một chút để dây tóc bóng đèn nằm trong tiêu diện của kính tụ quang. Khi đó, trên màn ảnh được dịch chuyển dọc theo băng quang học, ta luôn thu được một vết sáng có dạng gần tròn, có kích thước gần bằng kích thước của mặt kính tụ quang. - Việc thiết kế số 1 chắn sáng khiến dễ hiểu lầm số 1 là vật (số 1 được sơn đen).

* Nhược điểm

Thực chất phần trong suốt xung quanh số 1 mới chính là vật phát sáng, nhà sản xuất

đã lợi dụng sự tương phản vì khi ảnh sáng nhất là lúc số 1 đen nhất.

- Kết quả thu được khi thực hành theo phương án SGK phụ thuộc nhiều vào việc

tìm đúng vị trí của các ảnh thật, tức phụ thuộc kĩ năng của người làm thí nghiệm.

Việc xác định vị trí ảnh rõ nét cũng chủ quan, người đo cũng không tin tưởng vào

Bộ TNTH 9: Khảo sát các định luật thực nghiệm của con lắc đơn. Xác định chu kì dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo. Đo gia tốc trọng trường. * Ưu điểm - Nguyên tắc đo thời gian của bộ thiết bị tương tự như bộ đo gia tốc rơi tự do và đo

khả năng nhìn của mắt mình. Sau một thời gian cố gắng nhìn thì khá mỏi mắt.

hệ số ma sát. Việc sử dụng đồng hồ đo hiện số và cổng quang giúp xác định chính

xác hơn thời gian cần đo, người thực hiện chỉ còn phải chú ý đếm chính xác số dao

động toàn phần mà con lắc đã thực hiện. Dùng đồng hồ bấm giây thì đòi hỏi phải có

sự kết hợp đồng thời các thao tác: vừa quan sát một vị trí và vừa bấm đồng hồ.

- Trong bộ thiết bị của TPHCM, vị trí cổng quang có thể thay đổi, ở biên hay VTCB

hay vị trí bất kì, nên tùy trường hợp mà sau khi con lắc thực hiện một dao động toàn

phần, số đo hiển thị trên máy là 1 chu kì hay nửa chu kì hay một thời gian không

đặc biệt nào đó. Do đó, người thực hiện có nhiều lựa chọn trong phép đo chu kì.

- Bộ thiết bị có 3 bi khối lượng khác nhau và được gắn với dây treo nhờ ốc vít,

không phải móc gộp lại như SGK nên dao động con lắc không bị ảnh hưởng và dễ

xác định trọng tâm của vật hơn.

* Nhược điểm

- Bộ thiết bị chưa đảm bảo điểm treo con lắc cố định, không có thước đo góc.

- Khó tạo ra dao động có biên độ nhỏ với các con lắc có chiều dài ngắn. - Việc vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T và T2 vào chiều dài l của con lắc đơn

mà chỉ có 3 cặp số liệu thì khó có độ chính xác cao. Cái được chỉ là các kết luận

mang tính chất định tính.

- Phương án đưa ra trong SGK khiến người đo phải thực hiện rất nhiều thí nghiệm

để có các kết luận cần thiết.

- Thực tế ta không cần đo chính xác các giá trị góc lệch, chỉ là đảm bảo góc bé hơn 100, nên việc đo góc không trực tiếp qua thước đo độ mà qua các chiều dài làm xuất

hiện thêm các thao tác không thật sự cần thiết, tức là tốn thêm thời gian.

- Thao tác xác định biên độ góc tốn khá nhiều thời gian do phải đặt và canh chỉnh

Bộ TNTH 10: Xác định tốc độ truyền âm. * Ưu điểm Bộ thiết bị chế tạo gọn nhẹ và tốt, phương án đưa ra hợp lí và dễ thực hiện hơn so

thước đo góc để đọc số liệu hay phải đo các chiều dài rồi suy ngược ra góc.

với bộ thiết bị thực hiện thay đổi chiều dài cột nước trước kia.

* Nhược điểm

- Khó xác định chính xác vị trí cộng hưởng âm.

- Việc thực hành đồng loạt khó thực hiện vì sự nhiễu loạn âm thanh giữa các nhóm. Bộ TNTH 11: Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp. * Ưu điểm: Bộ thiết bị được chế tạo gọn nhẹ trong hộp nhựa, chất lượng rất tốt.

- Phương án dùng giản đồ vectơ Fresnel để xác định giá trị của điện dung và độ tự cảm là không tối ưu vì số liệu đo có sai số, không vẽ chính xác được Bộ TNTH 12: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa. * Ưu điểm - Bộ thiết bị được chế tạo gọn nhẹ trong hộp gỗ, có thể thay đổi khoảng cách D từ

* Nhược điểm

màn tới mặt phẳng hai khe và tạo 3 cặp khe Young với khoảng cách a khác nhau.

- Nguồn laze có công suất phù hợp, không gây nguy hiểm cho HS.

* Nhược điểm

- Vân giao thoa trên màn bị nhòe nên đo khoảng vân kém chính xác, người đo khá mỏi mắt sau một thời gian làm thí nghiệm.

1.4. Kết luận chương 1

Việc tìm hiểu tương đối kĩ những nội dung trên đã giúp tôi có một cái nhìn

tổng thể về thí nghiệm nói chung và thí nghiệm thực hành Vật lí nói riêng. Từ kết

quả điều tra trên, tôi nhận thấy việc cải tiến một số TNTH là hết sức cần thiết.

Trong giới hạn luận văn, tôi chỉ trình bày các nghiên cứu mà theo ý kiến của cá

nhân tôi và các đồng nghiệp, có tồn tại một số nhược điểm cần nhanh chóng khắc

phục để đảm bảo việc thực hành thí nghiệm thuận lợi và các ý tưởng cải tiến nằm

trong khả năng thực hiện của bản thân. Những phương án trong SGK mà không

được dùng phổ biến hiện nay, tức là các thiết bị không thuộc diện sản xuất đại trà

được Bộ duyệt đầu tư thì tôi cũng không nghiên cứu, tôi sẽ chọn các TNTH trình

bày trong cả hai chương trình chuẩn và nâng cao nhưng đa phần là chương trình

chuẩn vì hiện tại khá nhiều trường dạy học bám sát chương trình này và các bộ

dụng cụ thực tế đang sử dụng ở các trường cũng được chế tạo theo mẫu SGK này.

CHƯƠNG 2. CẢI TIẾN MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

2.1. Thí nghiệm đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học

2.1.1. Tăng độ chính xác của phép đo hệ số ma sát nghỉ

Từ lí thuyết ta thấy giá trị hệ số ma sát nghỉ cần xác định sẽ càng gần giá trị

thực nếu giá trị góc nghiêng đo được khi vật bắt đầu trượt càng chính xác, độ chính

xác này không chỉ phụ thuộc vào thao tác thực hiện mà còn phụ thuộc độ chính xác

của dụng cụ đo. Chỉ cần một sự thay đổi rất nhỏ của góc nghiêng thì vật cũng có thể

chuyển sang trạng thái trượt. Trong bộ thí nghiệm, thước đo góc được gắn trên

máng nhôm giúp đọc trực tiếp giá trị góc nghiêng, không phải đo gián tiếp góc qua

các chiều dài, tuy nhiên sợi dây dọi của thước có kích thước lớn gần ngang bằng

khoảng độ chia nhỏ nhất của thước đo góc nên không thể đọc chính xác góc được.

→ Cải tiến về mặt thiết bị

 Cải tiến 1: Thay dây dọi ở thước đo góc bằng sợi dây chỉ mảnh, có chú ý đảm

bảo điểm đầu dây dọi trùng gốc của thước.

Hình 2.1 – Thước đo góc với dây dọi là dây chỉ mảnh.

 Cải tiến 2: Thay thước đo góc của bộ thí nghiệm bằng thước đo góc tự chế vẽ

trên giấy bìa cứng có độ chia nhỏ hơn.

Khi dùng thước đo độ để đo góc α, sai số tỉ đối trong phép đo góc khoảng 3 -

5%. Từ nhận xét rằng nếu kéo dài các vạch trên thước đo góc thì với cùng một góc

ở tâm ta sẽ có các cung chắn có chiều dài lớn bé khác nhau. Do đó, khi làm thước đo góc lớn hơn, ta có thể tạo ra độ chia nhỏ nhất là 0,50 hay 0,250. Có thể gắn thước

tại giữa hoặc đầu máng bằng băng keo hai mặt.

Hình 2.2 - Thước đo góc tự chế bằng giấy rôki.

 Cải tiến 3: Chế tạo cơ cấu nâng hạ máng nghiêng thay cho việc dùng tay

Như đã phân tích, để giảm sai số phép đo hệ số ma sát nghỉ ta cần giảm sai

số trong việc đo góc. Sau khi tăng độ chính xác của thước đo góc, tôi khắc phục sai

số do chủ quan của người thực hiện bằng việc chế tạo một giá đỡ có thể thay đổi độ

cao sử dụng ván ép và bùlong. Việc chế tạo không mất nhiều thời gian, có thể chế

tạo số lượng nhiều với chi phí thấp và chủ yếu dùng khi cần thực hiện thí nghiệm

nghiên cứu.

Hình 2.3 - Bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát nghỉ với giá đỡ thay đổi độ cao.

2.1.2. Tăng độ chính xác của phép đo hệ số ma sát trượt

Đo hệ số ma sát khi vật đang chuyển động trượt trên mặt phẳng nghiêng

thông qua đo gia tốc a và góc nghiêng α đã được đánh giá là một phương pháp đo

khách quan và cho kết quả đáng tin cậy hơn các phương pháp khác. Nhưng do đây

thực chất là bộ thí nghiệm rơi tự do chuyển thành nên cũng gặp khó khăn khi sử

dụng hệ thống công tắt đóng ngắt: Thời gian bấm công tắc không phải bằng 0 mà

mất một khoảng nhất định, để kiểm nghiệm ta cắm chốt của công tắc vào cổng A

(hay B), chuyển mạch về MODE A (hay MODE B) và bấm công tắc thì thời gian

hiển thị trên đồng hồ là thời gian công tắc ngắt điện.

Nguyên lí đo thời gian của hệ thống công tắc - đồng hồ như sau: Khi khóa K

mở (nhấn nút trên hộp công tắc), đồng hồ đo thời gian bắt đầu đếm. Thời điểm đó

tương ứng với vật khảo sát bắt đầu chuyển động. Nếu chùm tia hồng ngoại tại cổng

quang E bị ngắt thì đồng hồ ngừng đếm. Điều này xảy ra khi vật hình trụ đi đến

cổng E và bắt đầu chắn tia. Như vậy, có thể xác định thời gian tính từ thời điểm bắt

đầu trượt đến thời điểm cổng E bắt đầu bị chắn sáng.

ĐếnA

Đến B

Hình 2.4 - Nguyên lí đo thời gian của hệ thống đồng hồ đo thời gian và

cổng quang điện [2], trong đó: A, B là các ổ cắm 5 chân của đồng hồ;

E là cổng quang điện; V là vật trụ; N là nam châm điện; K là công tắc.

Trong thí nghiệm chỉ dùng một cổng quang điện thì công tắc là dụng cụ tạo

xung bắt đầu đếm, còn cổng quang tạo xung ngừng đếm. Thời điểm bắt đầu đếm,

cũng là thời điểm vật hình trụ rời khỏi nam châm. Để thực hiện đồng thời hai nhiệm

vụ này thì công tắc phải được thiết kế dạng kép, nghĩa là với một thao tác bấm,

công tắc phải vừa ngắt mạch nam châm ngay vừa đồng thời tạo ra xung đếm.

Lối ra tạo xung đếm cho đồng hồ

Lối ra cấp điện cho nam châm

Hình 2.5 - Nguyên lí cấu tạo công tắc kép.

−

tan

Thực tế, tính không đồng thời của công tắc kép và nam châm đã gây ra sai số đáng kể trong phép đo thời gian, gia tốc a = 2s/t2 tính được sẽ nhỏ hơn và kết quả đo

µ t

a cos

sẽ lớn hơn, nhiều khi giá trị tính được lớn hơn cả hệ số ma sát

nghỉ. Thực tế các nhóm có thể giảm sai số bằng cách đo khá nhiều lần và chọn ra

những lần đo có kết quả gần nhau, nhưng như thế sẽ tốn khá nhiều thời gian.

→ Cải tiến về mặt phương án

 Cải tiến 1: đo hệ số ma sát trượt bằng phương pháp động lực học, sử dụng hai

cổng quang điện và không dùng nam châm điện.

Cơ sở lí thuyết của phương án đo như sau: khi một vật chuyển động trượt

thẳng nhanh dần đều không vận tốc đầu với gia tốc a. Gọi O, A và B lần lượt là vị

trí đầu, vị trí khi đi qua cổng quang 1 và 2 của vật. Đặt tA, tB và tA → B lần lượt là

thời gian vật đi từ O đến A, O đến B và A đến B. Áp dụng các công thức của

)

(

− 2 BAt →

. Đo chuyển động ta tìm được công thức tính gia tốc của vật là

−

tan

góc nghiêng α ta tính được hệ số ma sát trượt, vẫn theo công

µ t

a cos

thức .

Hình 2.6 - Bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát sử dụng hai cổng quang.

 Cải tiến 2: đo hệ số ma sát trượt bằng phương pháp vận dụng định luật bảo toàn

năng lượng, sử dụng một cổng quang và dùng nam châm điện.

Trong tài liệu bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương trình SGK lớp 10 THPT

môn Vật lí của Bộ GD&ĐT có trình bày một cách đo hệ số ma sát trượt bằng

phương pháp vận dụng định luật bảo toàn năng lượng, cơ sở lí thuyết của phương

pháp này là: Nếu một vật nằm trên mặt phẳng nghiêng góc α so với mặt phẳng

α . Cho vật trượt xuống không vận tốc đầu từ vị trí đó, sau khi

= tW mgh mgssin

ngang tại một vị trí có độ cao h so với mặt phẳng ngang thì có thế năng trọng trường

đi được đoạn đường s thì nó có tốc độ v, một phần thế năng ban đầu chuyển thành

dW mv / 2

= −µ

α −

α . Từ

động năng , phần còn lại dùng thắng công của lực ma sát trượt

mg cos .s

tan

W W A

Fmst

µ = t

Fmst

v 2gs cos

suy ra . Xác định

v, đo s và α ta sẽ tính được µt.

Các thao tác tiến hành như sau: Đặt máng nghiêng góc α sao cho vật có thể

trượt xuống dễ dàng và không dừng giữa chừng. Mở công tắc đồng hồ, nhấn nút

RESET cho đồng hồ về giá trị 0000. Đặt đồng hồ ở MODE B. Dịch chuyển cổng

quang đến vị trí cách trụ thép một khoảng s. Cho trụ thép trượt không vận tốc đầu từ

nam châm xuống chân máng nghiêng, thời gian ∆t hiện trên đồng hồ là thời gian trụ

thép chắn cổng quang. Đo đường kính d của khối trụ (bằng thước kẹp) sẽ tính được

tốc độ tức thời của nó ở nơi đặt cổng quang theo công thức v = d/∆t.

2.1.3. Thí nghiệm xác định hệ số ma sát trượt giữa gỗ và gỗ

Hiện nay, bộ thiết bị đo hệ số ma sát trượt sử dụng cổng quang điện và đồng

hồ đo thời gian hiện số đã được sản xuất đại trà, nhiều trường đã trang bị và sử dụng

hiệu quả. Tuy nhiên, bên cạnh đó vẫn còn không ít trường chưa trang bị hoặc có

nhưng vì nhiều lí do không dùng được. Do đó, việc GV tự tìm hiểu và tiến hành đo

hệ số ma sát trượt giữa gỗ và gỗ theo phương án SGK 10 nâng cao là giải pháp để

khắc phục tình trạng trên, hơn nữa các dụng cụ lại dễ tìm và chi phí không lớn. Về

bố trí thí nghiệm và hướng dẫn thực hiện của SGK, tôi có một số nhận xét sau:

- Lực kế chỉ móc vào điểm cố định như hình thì khó nằm ngang, sự ma sát với vỏ

lực kế sẽ làm cho số liệu đọc được trên lực kế không phải là độ lớn lực ma sát trượt.

- Việc kéo đều chỉ thực hiện được nếu độ nhám bề mặt không đổi, hơn nữa chuyển

động quan sát được có thật sự đều hay không thì cũng khó khẳng định được.

- Với dây kéo được buộc phía cuối khúc gỗ trượt và tư thế kéo dây như hình 25.4

SGK thì người kéo không thể kiểm tra sự không đổi của số chỉ lực kế, cần thêm

người đọc số chỉ lực kế khi kéo đều.

→ Cải tiến về mặt thiết bị và kĩ thuật tiến hành

Để thay đổi kĩ thuật tiến hành của thí nghiệm, ngoài các dụng cụ như lực kế

ống (giới hạn đo 2 N và 5 N), hệ thống giá đỡ (gồm đế 3 chân, trụ thép, khớp đa

năng), các khối gỗ và tấm gỗ với bề mặt nhám đều (trên khối gỗ có các lỗ hình trụ

tròn để đặt các vật nặng), các tấm giấy rôki, các gia trọng có trọng lượng 0,5 N thì

tôi đã sử dụng thêm kẹp đa năng để giữ cho lực kế thật sự nằm ngang.

Với những dụng cụ này, tôi thực hiện các thí nghiệm sau: khảo sát sự phụ

thuộc của độ lớn lực ma sát trượt Fmst vào diện tích tiếp xúc giữa hai bề mặt, vào độ

lớn của áp lực N, vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.

Hình 2.7 - Bố trí thí nghiệm đo hệ số ma sát trượt giữa gỗ - gỗ

với giá đỡ và kẹp đa năng.

Hình 2.8 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của lực ma sát trượt vào áp lực.

Hình 2.9 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào bản chất bề mặt tiếp xúc.

Hình 2.10 - Thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào diện tích tiếp xúc.

2.1.4. Hiệu quả cải tiến

Trước khi cải tiến

- Dây dọi có kích thước khá to so với ĐCNN 1,00 đã làm cho việc đọc số đo góc trở

nên khó khăn, người đọc phân vân nên đọc giá trị phía trên hay dưới.

- Máng trượt được nâng hạ bằng tay theo cảm tính nên không đều.

- Các nam châm của các bộ thí nghiệm đo hệ số ma sát trượt hoạt động không ổn

định, kết quả đo thời gian vẫn phụ thuộc nhiều vào tốc độ bấm.

- Kết quả đo tµ

tµ

trước cải tiến được trình bày trong bảng 2.1 bên dưới: Bảng 2.1- Kết quả đo dùng 1 cổng quang trước cải tiến

(gia tốc g ở TPHCM theo SGK cơ bản)

Chọn α = 300, s = 60 cm; g = 9,79 m/s2

tµ

t∆µ

Lần t (s) a (m/s2)

1 0,346 1,671 0,380 0,004

2 0,344 1,793 0,366 0,018

3 0,341 1,720 0,375 0,009

4 0,359 1,552 0,394 0,010

5 0,370 1,461 0,405 0,021

Trung bình 0,384 0,0124

Sai số tỉ đối 3,2 %

Sau khi cải tiến

- Việc thay dây dọi ở thước đo góc bằng sợi dây chỉ mảnh có kích thước bằng vạch

chia giúp cho việc đọc số đo trở nên nhanh chóng. - Thước đo góc tự chế với độ chia nhỏ nhất 0,50 cho phép đọc giá trị góc đến một số

lẻ thập phân, nhờ vậy đã giảm sai số trong việc đo góc.

- Giá đỡ thay đổi độ cao cho phép giảm từ từ góc nghiêng của máng trượt nhưng

thực tế cho thấy không cải thiện được tình hình bao nhiêu vì vẫn có tác động đến

trạng thái của vật trong quá trình vặn bùlong, không chế được bùlong có bước ren

lớn nên việc thay đổi độ cao diễn ra rất chậm, tốn nhiều thời gian làm thí nghiệm.

- Việc đo thời gian bằng 2 cổng quang với chế độ MODE A↔B và 1 cổng quang

với chế độ MODE A (hoặc MODE B) mà không cần dùng nam châm và hộp công

tắc đã giúp thời gian đo ở các lần thí nghiệm không lệch nhau xa như trước nên

người đo không cần phải tiến hành nhiều lần thí nghiệm để chọn ra các giá trị gần

nhau, tức là đã giảm bớt được khó khăn cho người đo cả về mặt thao tác lẫn thời

tµ

gian tiến hành. Các kết quả đo

Bảng 2.2 - Kết quả đo sau cải tiến được trình bày trong bảng 2.2 và 2.3: tµ bằng phương án cải tiến dùng 2 cổng quang với chế độ

MODE A↔B, không dùng nam châm và công tắc, bề mặt trượt là nhôm.

t∆µ

Chọn α = 300, OA = 20 cm, s = 60 cm, g = 9,79 m/s2 tµ t (s) Lần a (m/s2)

1 0,323 2,055 0,001 0,335

2 0,323 2,055 0,001 0,335

3 0,324 2,042 0 0,336

4 0,329 1,980 0,002 0,344

5 0,320 2,093 0,006 0,330

Trung bình 0,002 0,336

Sai số tỉ đối 0,6 %

Bảng 2.3 - Kết quả đo tµ bằng phương án cải tiến dùng 1 cổng quang với chế độ

MODE A, không dùng nam châm và công tắc, bề mặt trượt là nhôm.

tµ∆

Chọn α = 300 ± 0,50,s = 600,0 ± 0,5 (mm),d = 29,90 ± 0,02 (mm),g = 9,79 (m/s2)

tµ

Lần ∆t v = d/∆t

0,3338 0,0048 1 0,019 1,574

0,3338 0,0048 2 0,019 1,574

0,3576 0,0190 3 0,020 1,495

0,3338 0,0048 4 0,019 1,574

0,3338 0,0048 5 0,019 1,574

0,3386 0,0076 TB

2,2% Sai số tỉ đối

Kết quả tính trong các bảng cho thấy các sai số tỉ đối của các phép đo sau cải tiến

thu được (0,6%; 2,2%) đều nhỏ hơn giá trị trước khi cải tiến.

- Với số liệu trong thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào N, dùng phương

pháp đồ thị để xác định hệ số ma sát trượt (hoặc tính theo công thức như SGK). Với

kết quả thu được, tôi thấy hoàn toàn có thể cho HS thực hiện tốt thí nghiệm này.

Hình 2.11 - Bảng số liệu và đồ thị khảo sát sự phụ thuộc của Fmst vào N.

2.2. Thí nghiệm đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng

Phương pháp bứt vòng kim loại ra khỏi mặt chất lỏng mà nó bị dính ướt hoàn

toàn là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và cho kết quả khá chính xác so với các

phương pháp khác (phương pháp dùng ống mao dẫn, ống pipet, hai bản mặt song

song...). Trước kia, bộ dụng cụ dựa trên phương pháp này sử dụng cân đòn tạo khó

khăn trong việc đo chính xác giá trị lực căng bề mặt và việc trang bị một số lượng

lớn cân đòn cho giáo dục đại trà là một vấn đề lớn. Mặt khác, nếu GV và HS chế tạo

bộ thí nghiệm tự chế như trình bày ở trang 248 SGV 10 nâng cao cũng chỉ mang

tính chất khắc phục tình hình thiếu trang thiết bị hoặc rèn luyện năng lực nghiên cứu

chứ khó đáp ứng được các tiêu chí thực hành. Bộ dụng cụ mới sử dụng bình thông

nhau khá đơn giản và chi phí sản xuất thấp, có thể tự chế được.

2.2.1. Giảm thời gian đo các đường kính của vòng nhôm

Có thể đo một chiều dài bằng nhiều dụng cụ và nhiều cách khác nhau nhưng

khi đo các chiều dài không quá lớn thì dùng thước kẹp sẽ cho kết quả có độ chính

xác cao hơn. Khi tiến hành đo đường kính trong của vòng nhôm tròn bằng thước

kẹp thì người đo thường hay lúng túng không biết chiều dài đang đo có phải là

đường kính trong không nên dẫn đến mất nhiều thời gian cho thao tác đo này.

→ Cải tiến về mặt thiết bị

Để tiết kiệm thời gian đo, tôi dùng

bút chì kẻ 3 đường kính ở mặt ngoài và mặt

1 3’

trong, sau đó đánh dấu các cặp vạch là hai

đầu của đường kính (có thể dùng loại bút

khác nhưng đảm bảo các đường kẻ không bị

2’

2

•

mất đi khi vòng ngập trong nước). Những

cặp vạch này đã được xác định tương đối

chính xác và người đo có thể chọn bất kì

cặp vạch nào, 3 cặp vạch ứng với 3 lần đo

3 1’

(nếu chỉ đánh dấu 1 cặp vạch thì sẽ tạo ra sự

Hình 2.12 - Mô phỏng vòng nhôm sau khi đánh dấu các cặp vạch. thiếu niềm tin ở người đo).

Chú ý là để đo các đường kính, ta

kẹp ở sát phía dưới đáy của vòng vì vòng được chế tạo không thật sự là hình trụ.

Hình 2.13 - Đo đường kính ngoài của vòng nhôm đã đánh dấu các cặp vạch

Hình 2.14 - Đo đường kính trong của vòng nhôm đã đánh dấu các cặp vạch

2.2.2. Thay đổi cách mắc dây treo vòng nhôm để đảm bảo mặt phẳng vòng song song với mặt thoáng của chất lỏng khi thực hành.

Cách mắc một dây treo ở tâm như bộ dụng cụ thực tế làm cho mặt đáy của

hầu hết các vòng nhôm khó song song với mặt thoáng do sự phân bố không đều

khối lượng trên vòng. Điều này dẫn đến việc trước khi toàn bộ vòng bứt ra thì đã có

một phần vòng tách ra trước, như thế thì hiệu (F – P) không có giá trị bằng lực căng

mặt ngoài tác dụng lên toàn bộ chu vi vòng.

→ Cải tiến về mặt thiết bị

Để mặt đáy vòng song song với mặt thoáng thì cần mắc thêm các đoạn dây

treo có thể thay đổi chiều dài vào các điểm trên vòng để dễ cân chỉnh độ nghiêng

của vòng. Ở đây tôi dùng 3 dây phụ thêm với dây trung tâm có sẵn, trong đó dây

trung tâm được móc vào lực kế, các dây phụ thêm được buộc không quá chặt vào

dây trung tâm bằng đoạn dây chỉ nhỏ. Sau khi thiết kế xong, ta đặt vòng úp xuống

mặt bàn ngang, kéo dây trung tâm căng thẳng đứng lên, sau đó kéo căng các đoạn

dây chỉ còn lại. Chú ý phải cố định được điểm buộc các đoạn dây chỉ vào vòng.

Dây trung tâm

•

Điểm buộc

Dây treo phụ

Vòng nhôm

Hình 2.15 - Mô phỏng vòng nhôm với 3 dây treo phụ thêm.

2.2.3. Giảm tốc độ nước chảy để việc đọc số chỉ lực kế dễ dàng

Một vấn đề gặp phải khi thực tế thí nghiệm với bình thông nhau là nếu một

người thực hiện đồng thời việc hạ cốc nước và đọc số chỉ lực kế hay hai người thực

hiện hai thao tác riêng này thì mặc dù đã cố gắng hạ từ từ cốc nhưng nhiều lúc nước

vẫn chảy từ cốc này sang cốc kia tương đối nhanh, dẫn đến đọc không kịp số chỉ lực

kế hoặc đọc nhưng thiếu chính xác.

→ Cải tiến về mặt thiết bị và kĩ thuật tiến hành

Có nhiều cách để giảm lưu lượng nước chảy từ cốc này sang cốc kia, nhưng

điều quan trọng là phải đảm bảo mực nước hạ xuống đều. Để làm giảm tốc độ nước

chảy, có thể tiến hành như sau: trong khi một tay hạ cốc B, tay còn lại bóp ống

silicon để giảm tiết diện ống, lượng nước chảy từ cốc A sang cốc B trong một đơn vị

thời gian sẽ giảm. Thao tác này rất đơn giản, không cần thay đổi gì ở bộ dụng cụ

nhưng khó đảm bảo việc hạ đều của mực nước. Do đó, thay vì dùng tay thì tôi dùng

kẹp giấy để bóp đoạn ống silicon trước khi hạ cốc nước cao xuống.

Hình 2.16 - Dùng kẹp giấy để giảm tốc độ nước chảy.

Cũng có thể sử dụng khóa và ống nhựa trong bộ dụng cụ y tế truyền nước

biển. Khi thiết kế phải dùng súng bắn keo silicon đế kết nối ống nhựa với các cốc

bằng van xe máy.

Hình 2.17 - Bộ thí nghiệm với khóa và ống nhựa trong bộ dụng cụ truyền nước biển.

Hình 2.18 - Bộ thí nghiệm tự chế với hộp nhựa đựng thực phẩm có kích thước lớn.

2.2.4. Định sẵn lượng nước cần đổ vào các cốc để vừa đủ thí nghiệm

Theo hướng dẫn của SGK, trước khi

tiến hành thí nghiệm, cần đổ nước vào hai Giá đỡ

cốc của bình thông nhau là 50% dung tích

mỗi cốc. Tuy nhiên, thực tế xảy ra tình

Lực kế trạng nước đổ ra ngoài trong khi thực hành Cốc

Vòng do những nguyên nhân sau: Cốc

- Chưa tính đến chiều dài ống silicon nối

hai cốc và các thao tác cụ thể khi thực hành.

- Theo hình vẽ trong SGK, cốc A đặt trên Hình 2.19 - Mô phỏng bộ thí nghiệm bàn thí nghiệm nằm ngang, cốc B đặt trên đo hệ số căng bề mặt trong SGK. một bàn đỡ nhỏ đồng thời là chân đế của

giá đỡ với độ cao xác định so với mặt bàn. Khi hạ cốc B xuống bàn thì lượng nước

ở cốc A chảy qua hết cũng không đầy cốc B. Thực tế thí nghiệm dùng đế 3 chân nên

không có chỗ để cốc B, vì vậy mà người đo phải dùng tay nâng hạ cốc B.

→ Cải tiến về mặt thiết bị và kĩ thuật tiến hành

Để xác định lượng nước cần đổ vào các cốc ứng với một ống silicon có chiều

dài xác định, tôi làm như sau: Đặt hai cốc cùng trên bàn thí nghiệm ngang và sát

cạnh bàn, để cốc B ở vị trí thấp nhất có thể rồi đổ nước gần đầy cốc B, làm như vậy

thì chắc chắn sẽ không xảy ra việc nước trào ra ngoài vì sau khi đưa B lên mặt bàn

thì lượng nước này sẽ được phân bổ qua cốc A và tổng lượng nước ở hai cốc luôn

nhỏ hơn dung tích của một cốc.

A B

Đổ nước vào gần đầy cốc Đưa cốc B xuống A

B Bàn thí nghiệm

Hình 2.20 - Mô phỏng thao tác xác định lượng nước cần đổ vào các cốc.

Để việc xác định lượng nước đơn giản và tốn ít thời gian thì trên các cốc tôi

dán sẵn các thước giấy milimét làm các vạch chuẩn định mức.

Hình 2.21 - Cốc nhựa với thước milimet được dán dọc chiều dài cốc.

Số chỉ của lực kế lúc màng nước bứt ra sẽ khác nhau nếu phần vòng nhôm

ngập trong nước là khác nhau. Việc tiến hành hạ giá đỡ ngang để vòng nhôm vừa

sắp chạm mặt nước đòi hỏi sự cẩn thận và chính xác cao, nếu vòng nhôm bị ngập

nhiều thì cần phải thực hiện lại cho đến khi được. Để tiết kiệm thời gian, tôi nghĩ

nên hoán đổi các thao tác tiến hành đi một chút như sau:

- Đặt cốc A và cốc B trên bàn thí nghiệm ngang nhưng chưa đổ nước vào hai cốc.

- Lắp đặt giá đỡ, lực kế ở độ cao sao cho khi treo vòng nhôm vào thì mặt đáy vòng

nằm ở mức đã định ở cốc A.

- Tiến hành đổ nước từ từ vào cốc B cho đến khi mực nước sắp chạm vào vòng

nhôm (giai đoạn mực nước sắp chạm vào đáy vòng cần phải thực hiện rất từ từ).

Cho nước vào cốc

B A Cốc B Cốc A

Hình 2.22 – Mô phỏng thao tác cải tiến cho vòng nhôm chạm mặt nước

2.2.5. Chế tạo giá đỡ có thể thay đổi độ cao một cách từ từ thay cho việc dùng bình thông nhau.

Như đã nói ở trên, sai số chủ yếu trong thí nghiệm này nằm ở việc xác định

số chỉ lực kế ngay lúc vòng vừa bứt ra khỏi màng nước. Với dụng cụ là bình thông

nhau thì tôi đã dùng kẹp giấy để giảm tốc độ nước chảy giữa hai cốc. Vấn đề đặt ra

là nếu không sử dụng bình thông nhau thì làm thế nào để có thể quan sát kịp số chỉ

lực kế. Trong quá trình suy nghĩ, tôi đã tham khảo ý tưởng giá đỡ thay đổi độ cao

của hãng Cornelsen. Ở Đồng Nai chỉ mỗi trường THPT Trấn Biên là có bộ thí

nghiệm của hãng này, qua tìm hiểu tôi biết giá thành giá đỡ này khoảng chục triệu,

vì vậy chỉ một số ít trường mới trang bị một cái để cho GV hay HS giỏi nghiên cứu.

Hình 2.23 - Bộ dụng cụ và giá đỡ thay đổi độ cao của hãng Cornelsen.

Nguyên tắc hoạt động của giá đỡ này tương tự như của cái Đội bán ngoài thị

trường (cái rẻ nhất giá 270.000 đồng, sau khi mua về ta gắn thêm tấm đỡ phía trên

nữa là xong). Số tiền để mua sắt la 20 và đinh tán hết khoảng 60000 đồng nên tôi

nghĩ các GV có thể làm thử để dùng trong thí nghiệm nghiên cứu.

Song song đó, dưới sự trợ giúp của một người anh làm thợ mộc tôi đã chế tạo

các giá đỡ khác có chức năng tương tự. Giá đỡ bánh xoay chế tạo với cách vận hành

giống máy cắt giấy ở các tiệm photocopy và giá đỡ dùng bùlong.

Hình 2.24 - Cái Đội bán ngoài thị trường

Hình 2.25 - Giá đỡ làm theo mẫu của hãng Cornelsen

Hình 2.26 - Giá đỡ bánh xoay bằng gỗ

Hình 2.27 - Lắp đặt hệ thống thí nghiệm với giá đỡ dùng bùlong và kẹp đa năng

2.2.6. Hiệu quả cải tiến

Trước khi cải tiến

- Người đo loay hoay xác định hai điểm đầu đường kính trong và ngoài nên thời

gian đo nhiều, không định lượng được lượng nước cần phải lấy nên có khi nước

chảy ra bàn và sàn phòng thí nghiệm làm mất vệ sinh. Khi treo vòng vào lực kế thì

gặp khó khăn trong việc đặt sao cho mặt phẳng vòng nhôm song song với mặt

thoáng chất lỏng, đa phần vòng nhôm bị đặt lệch dẫn đến sai số lớn trong phép đo

lực căng. Thời gian bứt vòng nhanh nên khó quan sát số chỉ lực kế hơn.

- Số liệu đo trong một lần thí nghiệm trước cải tiến được trình bày trong bảng 2.4:

Bảng 2.4 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước trước khi cải tiến.

D d P F ∆D ∆d Fc ∆Fc Lần (mm) (mm) (N) (N) (N) (mm) (mm) (N)

1 49,90 0,014 48,40 0,200 0,0370 0,0560 0,0190 0,0035

2 49,36 0,680 48,14 0,460 0,0390 0,0550 0,0160 0,0005

3 51,00 0,960 48,60 0,000 0,0390 0,0510 0,0120 0,0035

4 50,30 0,260 48,90 0,300 0,0380 0,0560 0,0180 0,0025

5 49,62 0,420 48,96 0,360 0,0385 0,0510 0,0125 0,0030

∆ = ∆ + ∆

TB 50,04 0,467 48,60 0,264 0,0155 0,0013

= 0,0013 + 0,0005 = 0,0018 (N)

F c

' c

Sai số trong phép đo lực căng:

π= (

+ D d

)

Lực căng: Fc = 15,5 ± 1,8 (mN)

= 3,1416(50,04 + 48,60) = 309,89 (mm)

∆ = ∆ + ∆ + ∆ D

= 0,467 + 0,264 + 0,050 = 0,781 (mm)

σ =

0, 050 (N / m)

Tổng chu vi vòng tròn:

cF L

15,5 309,89

∆

Hệ số căng bề mặt:

∆ σ σ

∆ L L

1,8 0, 781 15,5 309,89

F c F c

11,61% + 0,25% = 11,86 % Sai số phép đo:

Sau khi cải tiến

- Với các cặp vạch đã được đánh dấu sẵn thì việc đo các đường kính diễn ra nhanh

chóng. Thí nghiệm với các cặp cốc đã dán thước milimet định mức sẵn lượng nước

cần lấy vừa đủ để thí nghiệm thì không còn tình trạng nước chảy ra bàn và sàn

phòng thí nghiệm. Việc dùng 4 dây để treo vòng nhôm đã đảm bảo sau khi treo

vòng vào lực kế thì mặt phẳng vòng nhôm song song với mặt thoáng chất lỏng.

Trong các phép đo, tôi đã sử dụng vòng nhôm được buộc dây theo cách này.

- Trong các phương án cải tiến làm giảm tốc độ chảy của nước giữa hai cốc thì tôi

thấy cách sử dụng kẹp giấy là đơn giản và hiệu quả. Qua tiến hành làm thực tế, thời

gian bứt vòng chậm hơn nên dễ quan sát số chỉ lực kế hơn, tuy nhiên thời gian bứt

vòng này còn phụ thuộc độ chênh lệch mực nước ban đầu của hai cốc, nhiều lúc

không cần nhả kẹp thì vòng cũng đã bứt. Dùng bộ ống nhựa và khóa trong truyền

nước biển thì tốc độ chảy lại quá nhỏ nên mất nhiều thời gian thực hiện thí nghiệm.

Số liệu đo trong một lần thí nghiệm dùng kẹp giấy được trình bày trong bảng 2.5:

Bảng 2.5 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước sử dụng kẹp giấy.

D d P F ∆D ∆d Fc ∆Fc Lần (mm) (mm) (N) (N) (N) (mm) (mm) (N)

1 49,90 0,060 48,40 0,030 0,0385 0,0580 0,0195 0,0009

2 49,80 0,160 48,54 0,110 0,0385 0,0585 0,0200 0,0004

3 50,00 0,040 48,44 0,010 0,0380 0,0590 0,0210 0,0006

4 49,98 0,020 48,38 0,050 0,0380 0,0590 0,0210 0,0006

5 50,00 0,140 48,40 0,030 0,0385 0,0590 0,0205 0,0001

∆ = ∆ + ∆

TB 49,96 0,084 48,43 0,046 0,0204 0,0005

= 0,0005 + 0,0005 = 0,0010 (N)

F c

' c

Sai số trong phép đo lực căng:

π= (

+ D d

)

Lực căng: Fc = 20,4 ± 1,0 (mN)

= 3,1416(49,96 + 48,43) = 309,10 (mm)

∆ = ∆ + ∆ + ∆ D

= 0,084 + 0,046 + 0,050 = 0,180 (mm)

Tổng chu vi vòng tròn:

=cF L

20, 4 309,10

∆

Hệ số căng bề mặt: = 0,066 (N/m)

∆ σ σ

1, 0 20, 4

0,180 309,10

∆ L L

F c F c

- Các giá đỡ được chế tạo đều chưa mang lại hiệu quả như dự định: + Giá đỡ làm theo mẫu của hãng Cornelsen do tự chế không có kĩ thuật cơ khí nên

= 4,90% + 0,06% = 4,96 % Sai số phép đo:

chất lượng không cao, khi nâng hạ đều gây ra tác động làm màng nước bức ra.

+ Giá đỡ bánh xoay không khả thi cho giảng dạy đại trà do có nhiều nhược điểm:

++ Chế tạo tốn nhiều thời gian và công sức do thiết kế cầu kì, đặt biệt là phải đảm

bảo sự đồng trục. Tốc độ xuống khá chậm do bước ren của bùlong nhỏ.

++ Chuyển động của bánh gỗ cũng ảnh hưởng lớn đến trạng thái cân bằng của bề

mặt chất lỏng (đây là nhược điểm lớn so với phương pháp bình thông nhau: nước đi

xuống, cốc đứng yên không ảnh hưởng gì).

++ Kích thước tương đối lớn nên phải dùng trụ thép dài hơn và dùng kẹp đa năng để

kẹp lực kế sao cho vòng nhôm vừa sắp chạm mặt nước.

++ Làm bằng gỗ nên khi thực hiện không cẩn thận thì nước đổ ra làm hư gỗ.

+ Giá đỡ dùng bùlong có thiết kế đơn giản, chuyển động của bùlong và bàn đỡ khá

đều đặn, chi phí khá thấp nên có thể dùng cho việc giảng dạy số đông và thực hiện

được nghiên cứu với vòng nhôm có đường kính lớn hơn. Tuy nhiên, khó khắc phục

được kích thước do bản chất của thiết kế phải để tay vào bên trong vặn bùlong.Cũng

như giá đỡ bánh xoay, bốn chân đều có bốn con tán để có thể điều chỉnh cho mặt

bàn đỡ nằm ngang và không cập kênh.

- Nhận xét chung:

+ Các phương án cải tiến đưa ra đều rút ngắn được thời gian tiến hành thí nghiệm,

thao tác dễ dàng hơn nên kết quả đọc được rõ ràng và chính xác hơn. Điều này rất

quan trọng vì khi làm thí nghiệm với tâm lí sợ không kịp thời gian thì kết quả đo

bao giờ cũng không đạt yêu cầu, càng nguy hiểm hơn nếu người đo thực hiện hành

vi chế số liệu ảo.

+ Việc nghiên cứu chế tạo giá đỡ thay đổi độ cao, tuy có thực hiện được nhưng hiệu

quả không đạt, nhiều nhược điểm như thao tác vận hành chậm và có tác động tới

trạng thái của vòng, kết quả đo được có sai số lớn, đó là chưa kể đến yếu tố thời

gian và tính kinh tế. Điều đó cho thấy phương án với bình thông nhau hiện nay vẫn

là tối ưu đối với việc phục vụ cho giảng dạy thực hành đại trà ở các trường THPT.

2.3. Thí nghiệm đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa.

2.3.1. Khắc phục tình trạng số liệu hiển thị trên đồng hồ không ổn định

Khi tiến hành thí nghiệm này, người làm thường hay gặp tình trạng số liệu

hiển thị trên các đồng hồ đo điện nhảy liên tục do những nguyên nhân sau:

- Các đồng hồ hiện số có đặc điểm khá nhạy với sự thay đổi điện áp hay dòng điện.

- Điện trở của mạch không ổn định do các chỗ tiếp xúc trong mạch (hộp pin, biến

trở, phích cắm dây nối và bảng mạch điện) không tốt, dẫn đến kết quả thay đổi khi

có tác động của bên ngoài như bàn thí nghiệm bị rung, dây dẫn bị đụng chạm.

- Điện trở trong của pin và biến trở tăng theo nhiệt độ do thời gian phát điện lâu, sự

thay đổi này làm cho dòng điện trong mạch thay đổi theo.

→ Cải tiến về mặt thiết bị

Để quá trình điện hóa ở trong pin ổn định và biến trở không bị dòng điện làm

tăng nhiệt độ liên tục thì mỗi lần đọc một số liệu xong nên sử dụng công tắc để ngắt

mạch điện và chờ vài giây sau mới đóng mạch lại. Trong một phương án khắc phục

điện trở tiếp xúc, tôi thay hộp pin con ó to của bộ thí nghiệm bằng hộp pin con ó

nhỏ (hộp 2 pin và hộp 4 pin) mua ở chợ Nhật Tảo và sử dụng kẹp cá sấu để có sự

tiếp xúc tốt. Việc sử dụng hộp pin có thuận lợi là tạo bộ nguồn mắc nối tiếp có điện

trở trong lớn hơn.

Hình 2.28 - Một số hộp pin có trên thị trường.

Các dây dẫn chế tạo bởi các công ty trong nước chỉ hàn chì ở đầu dây, sau đó

dùng ốc vít vặn lại nhưng được một thời gian thì các ốc vít bị lung lay và điện trở

chỗ tiếp xúc không ổn định. Tìm hiểu cấu tạo của các dây dẫn của Đức ở phòng thí

nghiệm nhà trường, tôi thấy sợi dây được hàn chì chặt vào phích cắm, vì vậy mà

điện trở của mạch không bị thay đổi khi chạm vào dây. Áp dụng điều này, tôi đã

hàn chì lại tất cả các phích cắm của các dây dẫn dùng trong thí nghiệm.

Hình 2.29 - Dây dẫn với một đầu đã được hàn chặt lại.

2.3.2. Cải thiện kĩ năng vẽ đồ thị biểu diễn kết quả đo trên giấy kẻ ô li

Trong nhiều thí nghiệm thực hành, giá trị của một đại lượng Vật lí có thể

được xác định từ đồ thị. Kĩ năng vẽ đồ thị bằng tay là một trong những kĩ năng thực

nghiệm quan trọng cần rèn luyện cho người làm thực nghiệm, nhưng do thiếu tài

liệu hướng dẫn và ít được luyện tập thường xuyên nên người đo thường mắc nhiều

sai sót và tốn nhiều thời gian vẽ đồ thị. Ở trang 86 và 87 của SGV 11 cơ bản có vẽ

mẫu đồ thị từ số liệu đo được nhưng khi phân tích chi tiết thì thấy rằng các tác giả

xác định các điểm rất đại khái và thiếu chuẩn xác. Dưới đây tôi sẽ trình bày cách vẽ

đồ thị trên một trang giấy vở với các chú ý chung như sau:

- Vì các số liệu cần đo có giá trị dương nên đồ thị vẽ được chỉ nằm ở góc phần tư

thứ nhất của hệ trục OIU. Do đó, ta vẽ các phần dương của hai trục tọa độ ở vạch ô

ngoài cùng của trang giấy (có chừa lề).

- Để ý các giá trị của I và U đo được trong thực tế ta thấy giá trị của I biến thiên

trong khoảng rộng hơn nên ta vẽ trục I (trục hoành) ở chiều dọc của trang giấy và

trục U (trục tung) ở chiều ngang của trang giấy.

- Khi lấy số liệu, ta di chuyển biến trở trên một khoảng đủ rộng để các giá trị thu

được cách xa nhau một khoảng tương đối, đồng nghĩa với các điểm trên đồ thị cũng

cách xa nhau một khoảng đủ để các chấm không gần khít nhau. Về nguyên tắc,

càng có nhiều cặp số liệu thì đồ thị vẽ được càng chuẩn xác. Ở đây tôi chọn từ 7

đến 10 cặp giá trị (I , U) với Imax, Umax vẫn nằm trong trang giấy.

 Các bước thực hiện

- Để chia độ trên trục I và trục U ta chú ý các giá trị Imax và Umax, sau đó tính toán

xem nửa ô li vở trên các trục sẽ tương ứng với bao nhiêu mA, bao nhiêu mV sao

cho các điểm cách xa nhau tương đối và không gian trang vở vẫn còn đủ để thực

hiện phép ngoại suy.

- Khi vẽ đồ thị phải chú ý chia giá trị sao cho gần đúng nhất nhưng do vì độ chia

quá nhỏ nên không yêu cầu phải chính xác một cách tuyệt đối.

- Sau khi xác định được các điểm ứng với các cặp giá trị đã chọn trên đồ thị ta tiến

hành vẽ đoạn thẳng đi qua các điểm này theo đúng phương pháp vẽ đồ thị đã trình

bày ở chương I. Chú ý rằng ta không cần vẽ các ô sai số hay chữ thập do chúng có

kích thước khá nhỏ mà chỉ cần thể hiện bằng một chấm. Sai số chủ yếu khi vẽ đồ thị

bằng tay là do cách thực hiện vẽ đồ thị phụ thuộc nhiều vào yếu tố chủ quan như

thước kẻ, nét bút, mắt quan sát...

- Khi vẽ đoạn thẳng nối các điểm thì mỗi người sẽ vẽ một đoạn thẳng khác nhau

nhưng do độ dốc của chúng chênh lệch nhau không đáng kể nên kết quả không khác

nhau nhiều lắm.

- Trên thị trường hiện nay (ở các nhà sách), có bán giấy ô li kĩ thuật (khổ có kích

thước 50 cm x 70 cm chỉ có giá 5000 đồng) chuyên dùng cho vẽ đồ thị thực

nghiệm. Vẽ đồ thị trên giấy này sẽ thuận lợi trong việc chia độ trên các trục, cho

hình ảnh có kích thước lớn và kết quả ngoại suy chính xác hơn. Ngoài ra, các phần

mềm vẽ đồ thị cũng là công cụ hữu ích để kiểm tra nhanh kết quả thực nghiệm.

2.3.3. Hiệu quả cải tiến

Trước khi cải tiến

- Số liệu hiển thị trên các đồng hồ đo không ổn định do chỗ tiếp xúc trong mạch

không tốt. Kết quả là số liệu đo được bị thay đổi do tác động của ngoại cảnh khiến

người đo không biết đọc giá trị nào và cho rằng đồng hồ bị hư.

- Việc vẽ đồ thị bằng tay không chính xác dẫn đến kết quả ngoại suy cũng sai theo.

Sau khi cải tiến

Sau khi hàn lại các đầu dây thì không còn tình trạng nhảy số liệu lung tung

nữa, các nhóm thực hành bình thường với tâm lí khá thoải mái. Các hộp pin AA và

kẹp cá sấu mua ở ngoài thị trường đều hoạt động tốt, tạo điều kiện thực hiện các thí

nghiệm đo suất điện động và điện trở trong của bộ pin. Để nhấn mạnh hiệu quả thực

hiện của mình, đáng lẽ tôi phải đưa vào phần trình bày này một số số liệu trước khi

cải tiến, tuy nhiên tôi nghĩ là không cần thiết vì những gì thu được thật sự thì không

nhất thiết phải có nguồn minh chứng. Các thí nghiệm đã tiến hành và kết quả:

- Dụng cụ: Bảng mạch điện của bộ thí nghiệm đại trà, 2 đồng hồ đo điện đa năng

hiện số dùng làm vôn kế và ampe kế, hộp pin đôi, 2 pin tiểu (mắc nối tiếp vào hộp

pin), 1 pin con ó to và hộp pin, điện trở thuần R0 = 10 Ω, biến trở con chạy, khóa K

đóng ngắt mạch thay bằng việc tháo lắp ampe kế ra khỏi mạch.

- Thí nghiệm 1: Vôn kế mắc vào hai đầu đoạn mạch chứa pin và R0, vôn kế để ở

thang 20 DCV, ampe kế để ở thang 200 DCmA, sử dụng 1 pin con ó to và hộp pin.

+ Khi mạch hở (tháo dây nối ampe kế ra khỏi mạch): vôn kế chỉ U = E = 1,56 V.

+ Khi mạch kín và di chuyển con chạy của biến trở, ta thu được số liệu ở bảng 2.6:

Bảng 2.6 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 1.

I (mA) 14,5 15,9 17,7 19,5 22,7 26,9 31,6 37,7 47,5 64,6

U (V) 1,40 1,39 1,37 1,35 1,31 1,26 1,21 1,14 1,03 0,85

Có thể thấy ngay mức độ hiệu quả của kết quả cải tiến qua đồ thị vẽ bằng

phần mềm Excel. Ta có phương trình đồ thị U = f(I) vẽ được bằng Excel là y = -

11,132x + 1,15634. So sánh với phương trình U = E - I (r + R0) ta suy ra E =

Chart Title

y = -11.132x + 1.5634 R2 = 0.9995

1.5

Linear (U)

0.5

0.02

0.04

0.06

0.08

1,5634V và r = 1,132 Ω.

Hình 2.30 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.6

- Thí nghiệm 2: Vôn kế mắc vào hai đầu đoạn mạch chứa pin, vôn kế để ở thang

2000 DCmV, ampe kế để ở thang 200 DCmA, sử dụng 1 pin con ó to và hộp pin.

+ Khi mạch hở (tháo dây nối ampe kế ra khỏi mạch): vôn kế chỉ U = E = 1541 mV.

+ Khi mạch kín và di chuyển con chạy của biến trở, ta thu được số liệu ở bảng 2.7:

Bảng 2.7 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 2.

I (mA) 13,9 14,9 15,9 17,2 18,5 20,4 28,7 32,3 38,5 47,8 64,6

U (V) 1384 1373 1362 1346 1332 1310 1216 1175 1104 999 810

Vôn kế mắc vào 2 đầu đoạn mạch chứa pin và Ro

1.5

y = -11.336x + 1.5414 R2 = 1

U (V)

Linear (U (V))

0.5

0.02

0.04

0.06

0.08

Hình 2.31 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.7

Ta có phương trình đồ thị suy ra E = 1,5414 V và r = 1,336 Ω.

- Thí nghiệm 3: Vôn kế để ở thang 20 DCV mắc vào hai đầu đoạn mạch chứa bộ

nguồn gồm 2 pin tiểu mắc nối tiếp, ampe kế để ở thang 200 DCmA.

+ Khi mạch hở (tháo dây nối ampe kế ra khỏi mạch): vôn kế chỉ U = E = 2,75 V.

+ Khi mạch kín và di chuyển con chạy của biến trở, ta thu được số liệu ở bảng 2.8:

Bảng 2.8 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 3.

I (mA) 24,6 28,4 30,8 33,4 38,5 60,0 68,7 81,2 95,6 118 146,9

Vôn kế mắc vào hai cực của bộ nguồn

2.7

y = -2.719x + 2.7355 R2 = 0.9988

2.6

U (V)

2.5

Linear (U (V))

2.4

2.3

0.05

0.1

0.15

0.2

U (V) 2,67 2,66 2,65 2,64 2,63 2,57 2,55 2,52 2,47 2,41 2,34

Hình 2.32 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.8

Từ phương trình đồ thị, ta suy ra: Eb = 2,7355 V và rb = 2,719 Ω.

- Thí nghiệm 4: Sử dụng hộp pin đôi tạo ra bộ nguồn gồm 2 pin tiểu mắc nối tiếp,

vôn kế mắc vào hai đầu đoạn mạch chứa pin và R0, vôn kế lúc này để ở thang 20

DCV, ampe kế để ở thang 200 DCmA.

+ Khi mạch hở (tháo dây nối ampe kế ra khỏi mạch): vôn kế chỉ U = E = 2,74 V.

+ Khi mạch kín và di chuyển con chạy của biến trở, ta thu được số liệu ở bảng 2.9:

Bảng 2.9 - Bảng số liệu đo U – I trong thí nghiệm 4.

I (mA) 25,1 26,3 27,5 30,1 32,3 35,0 48,7 56,1 66,1 76,6 93,5

Vôn kế mắc vào hai đầu đoạn mạch chứa bộ nguồn và Ro

U (V)

Linear (U (V))

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

y = -13.259x + 2.7782 R2 = 0.9999

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

U (V) 2,45 2,43 2,41 2,38 2,35 2,31 2,13 2,04 1,90 1,76 1,54

Hình 2.33 - Đồ thị U = f(I) vẽ bằng Excel với số liệu trong bảng 2.9.

Từ phương trình đồ thị, ta suy ra: Eb = 2,7782 V và rb = 3,259 Ω.

- Khi thực hiện vẽ đồ thị trên giấy ô li vở theo hướng dẫn thì kết quả thu được sai

lệch rất ít so với đồ thị vẽ được bằng phần mềm Excel.

 Vẽ đồ thị trên giấy ô li vở

Hình 2.34 - Đồ thị U = f(I) vẽ trên giấy ô li vở với số liệu trong bảng 2.6.

Độ chia các trục: trục hoành 1/2 ô li là 1 mA, trục tung ¼ ô li là 0,01 V.

Kết quả: E = 1,56 V, Im = 140 mA, suy ra r = 1,1429 Ω

 Vẽ đồ thị trên giấy ô li nhỏ kĩ thuật (kích thước ô li nhỏ hơn ¼ ô li vở một tí)

Hình 2.35 - Đồ thị U = f(I) vẽ trên giấy ô li nhỏ với số liệu trong bảng 2.6

Độ chia các trục: trục hoành 1 ô li là 1 mA, trục tung 1 ô li là 0,01 V.

Kết quả: E = 1,56 V, Im = 141 mA, suy ra r = 1,0638 Ω

2.4. Thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính phân kì

2.4.1. Tạo cơ sở đảm bảo sự đồng trục của các thấu kính

Bộ thiết bị với ưu điểm là hệ thống giá quang học và con trượt được thiết kế

dọc theo đường giữa giá đã đảm bảo sự đồng trục của hệ thấu kính, có thể di chuyển

và đọc vị trí các TK dễ dàng trên giá. Tuy nhiên, trong quá trình thực hành, người

đo thường không chú ý đến việc phải đảm bảo sự đồng trục của các thấu kính và

mặt thấu kính phải vuông góc với trục chính, dẫn đến kết quả đo không chuẩn xác.

Có thể khẳng định điều này từ ví dụ về sự tạo ảnh qua TKHT: Theo hình 2.36 ta

thấy nếu ban đầu TKHT đặt vuông góc với giá quang học thì khi TK không đặt

vuông góc nữa sẽ tương tự như việc ta quay TK đi một góc nhỏ nào đó quanh trục

thẳng đứng, khi đó khoảng cách từ vật tới TK sẽ giảm (d2 < d1) và vì tiêu cự TK

không đổi nên khoảng cách từ ảnh tới TK thay vì là d’1 sẽ là d’2 > d’1. Việc TK

quay tương tự như trường hợp TK đặt vuông góc với giá và ta di chuyển vật trên

mặt phẳng chứa trục chính và vuông góc với TK.

(2) (1)

Trục chính khi TK ở vị trí (1)

O • S d2 Trục chính khi TK ở vị trí (2)

(2) S •

(1) • S’ (1) • S

(2) • S’

Hình 2.36 – Mô phỏng sự tạo ảnh qua TKHT với điểm sáng không thuộc trục chính

Cả vật và ảnh khi này đều không còn nằm trên trục chính của TK nữa nên

ảnh thu được khi điều chỉnh rõ nét thật ra chỉ là hình chiếu của ảnh lên màn. Có thể

kiểm tra xem ảnh thu được có đúng không ta xét sự bằng nhau về tỉ lệ chiều cao

giữa vật và ảnh với tỉ số các khoảng cách từ vật và ảnh tới TK, tất nhiên là độ chính

xác còn tùy thuộc vào kết quả đo chiều dài.

→ Cải tiến về mặt thiết bị

Trên các con trượt và trục cắm ta dán các vạch đứng trùng nhau. Khi thực

hành, người đo có thể dựa vào các vạch này để canh chuẩn xem các mặt TK có thật

sự vuông góc với giá không và có cao bằng nhau không. Có thể dùng dây dọi nhưng

thực tế cho thấy các thao tác canh chuẩn dây dọi tốn nhiều thời gian.

Hình 2.37 - Các vạch đứng được dán vào trục thấu kính và con trượt.

2.4.2. Tăng độ chính xác của kết quả xác định vị trí ảnh trên màn

Trong thí nghiệm này, kết quả thu được phụ thuộc nhiều vào kĩ năng và chủ

quan của người thực hiện trong việc tìm đúng vị trí của các ảnh thật. Sau nhiều lần

đo, tôi thấy số liệu thu được rất ít trường hợp cho kết quả tiêu cự là -7cm theo như

số liệu của nhà sản xuất cung cấp.

Theo hướng dẫn của các tài liệu, để giảm sai số mắc phải thì sau khi dịch

chuyển màn và tìm được vị trí ảnh rõ nét, ta cần xê dịch màn tiến lùi quanh vị trí

này nhằm tìm được vị trí mắt cảm thấy ảnh rõ nét nhất, loại bỏ những lần đo có kết

quả sai lệch nhiều. Tuy nhiên, thực tế là sau nhiều lần thí nghiệm thì người làm sẽ

khá mỏi mắt và không tin tưởng vào khả năng nhìn của mắt mình nữa. Vì vậy cần

thiết phải có một hệ thống tương đối đơn giản bổ trợ cho việc quan sát của mắt.

→ Cải tiến về mặt thiết bị

Theo lí thuyết, khi ảnh thu được trên màn là rõ nét nhất thì năng lượng ánh

sáng tập trung trên màn là lớn nhất. Trước bài thực hành này HS đã được học kiến

thức về dòng điện trong chất bán dẫn và các linh kiện bán dẫn trong đó có quang

điện trở. Thông tin mà các em thu được là điện trở của quang điện trở sẽ bị giảm

mạnh khi được chiếu sáng và một số ứng dụng trong thực tế. Do đó, việc dùng

quang điện trở kết hợp với việc quan sát bằng mắt vừa giúp phát hiện chính xác hơn

vị trí ảnh rõ nét nhất vừa giúp HS thấy được trực tiếp một ứng dụng thực tế của linh

kiện bán dẫn này.

TK hoặc hệ TK màn

vật sáng A U (3V)

ảnh LDR

Hình 2.38 - Sơ đồ tạo ảnh của vật qua thấu kính với màn gắn quang điện trở

Trong sơ đồ trên, quang điện trở LDR được gắn trên màn hứng ảnh tự chế

bằng giấy bìa cứng hoặc mica và được lắp vào một mạch kín như hình 2.38. Nếu

ánh sáng chiếu vào nó càng nhiều thì điện trở của nó càng nhỏ, và khi U được giữ

không đổi (nguồn một chiều này có thể lấy từ biến thế nguồn hoặc hộp pin chứa 2

pin tiểu AA) thì ampe kế sẽ chỉ giá trị lớn nhất ứng với ảnh thu được rõ nét nhất.

Hình 2.39 - Mạch điện có quang điện trở gắn trên màn hứng ảnh tự chế.

Tuy nhiên, nhìn vào sơ đồ ta sẽ thấy ngay vấn đề là quang điện trở chỉ

thường lắp tại một vị trí cố định trên màn ảnh và kích thước bề mặt của nó là nhỏ (khoảng 6 mm2), trong khi kích thước ảnh lớn và chiều cao ảnh thay đổi theo vị trí.

Mặc dù về lí thuyết khi ảnh rõ nét thì toàn bộ ảnh sáng đều nhau và quang điện trở

có thể nằm bất kì ở vị trí nào trên ảnh, nhưng khi thực hành thì gặp khó khăn là ảnh

rõ nét không lúc nào cũng nằm tại vị trí quang điện trở.

Nếu tiến hành thiết kế sao cho vị trí của quang trở có thể thay đổi thì các thao

tác dịch chuyển quang trở sẽ làm cho thí nghiệm thêm phức tạp. Theo lí thuyết

quang hình học, nếu như vật sáng là một điểm sáng nằm trên trục chính thì ảnh

cũng là một điểm sáng nằm trên trục chính. Như vậy, nếu trong thí nghiệm ta thực

hiện được với nguồn sáng điểm thì việc quan trọng còn lại chỉ là phải bố trí nguồn

sáng điểm và quang điện trở nằm trên trục chính chung của hai thấu kính.

TK hoặc hệ TK A U (3V)

trục chính • Điểm sáng LDR

màn • ảnh điểm

Hình 2.40 - Sơ đồ tạo ảnh của điểm sáng qua thấu kính với màn gắn quang điện trở

Để tạo ra nguồn sáng điểm tôi thực hiện hai phương án sau:

 Phương án 1: Điều chỉnh đèn chiếu để tạo ra chùm sáng song song tới hệ TK.

Trên mỗi đèn chiếu sáng có hai ốc vít, một giúp điều chỉnh vị trí trên trục

ngang của tim đèn và một giúp điều chỉnh vị trí trên trục đứng. Nếu tim đèn nằm

đúng tiêu diện vật của kính tụ sáng thì ta sẽ được chùm sáng song song.

Ốc vít 2 thay đổi hướng chiếu của đèn.

Ốc vít 1 cố định đế đèn vào thành hộp.

Kính tụ sáng.

Đèn Đế đèn Hộp đèn.

Hình 2.41 - Mô phỏng cấu tạo của đèn chiếu sáng trong bộ thí nghiệm

Để kiểm tra chùm sáng đèn phát ra có thật sự là chùm sáng song song với

trục chính chưa ta đặt đèn và màn lên giá, đặt màn ảnh hứng chùm sáng, dịch

chuyển màn và đồng thời quan sát xem vị trí và kích thước của vết sáng hứng được

trên màn có thay đổi không.

Trong sơ đồ tạo ảnh hình 2.42: Tim đèn S0 ở tiêu diện vật qua kính tụ sáng cho ảnh

S ở vô cực, ảnh S này là vật đối với TKPK O1 và qua TK cho ảnh S’ ở tiêu diện ảnh

của TKPK, ảnh S’ lại là ảnh đối với TKHT O2 và qua TK cho ảnh S”. Để có được

ảnh thật S” trên màn ta chú ý là khoảng cách O1O2 phải lớn hơn tiêu cự của TKHT

O2. Ảnh thu được trên màn là ảnh của tim đèn, và vì tim đèn có kích thước không

quá bé nên ảnh chỉ được xem gần như là ảnh điểm (thực ra ta đang xét hệ quang học

gồm ba TK). Như vậy, tiêu cự của TKPK cần tìm là f1 = d’1 = l – d2. Xác định d’2

và l từ các vị trí của TK và màn trên giá quang học. Đã biết f2 và có d’2 ta suy ra d2,

từ đó tìm được f1.

S ở ∞

O2 S” O1 S’

Màn TKHT f2 TKPK f1

d’2 l

|d’1|

Hình 2.42 – Sơ đồ tạo ảnh qua hệ hai TK với chùm sáng tới song song

Trong thí nghiệm, ta đo tiêu cự f2 của TKHT bằng khoảng cách giữa TKHT

và màn khi không có TKPK (khoảng cách này sẽ rất gần với giá trị của nhà sản xuất

đưa ra nếu chùm sáng thật song song với trục chính của TK). Khi đặt TKPK vào

chắn chùm song song thì điểm sáng được dời về gần TKHT và ta phải dời màn ra xa

để hứng ảnh điểm. Do vậy, để thu được số liệu trong thời gian cho phép mà không

gặp lúng túng, tôi đặt hai TK sao cho S’ nằm ngoài đoạn O1O2 (chắc chắn nhất là

để hai TK cách nhau một khoảng lớn hơn f2, vị trí TKHT và màn ban đầu cũng phải

hợp lí sao cho còn có thể di chuyển màn về cuối giá quang học.

Cũng có thể đặt đồng loạt các TK và màn lên giá rồi điều chỉnh vị trí của các

dụng cụ này sao cho thu được ảnh điểm sáng nhất trên màn. Tuy nhiên, cách làm

này không mang tính sư phạm và khoa học.

Hình 2.43 - Điều chỉnh vị trí tim đèn để được chùm sáng song song

 Phương án 2: Dùng đèn Led công suất cao làm nguồn sáng điểm.

Để việc sử dụng quang điện trở hiệu quả hơn, ta cần thiết phải tạo ra nguồn

sáng điểm thật sự để thu được ảnh điểm có kích thước nhỏ hơn diện tích bề mặt của

quang điện trở. Với yêu cầu này thì đèn Led sẽ là sự lựa chọn tốt nhất.

Trên thị trường linh kiện điện tử hiện nay có khá nhiều đèn Led công suất cao

với các giá thành tương ứng khác nhau. Trong thí nghiệm này tôi dùng đèn led có

công suất 3W giá 35000 đồng mua ngoài tiệm điện tử (có thể dùng led công suất

1W giá 10000 đồng), nguồn điện cấp cho đèn led không được quá 3V. Để vẫn đảm

bảo sự đồng bộ của bộ thiết bị thì tôi thay số 1 chắn sáng bằng một mảnh tròn (tôi

chế từ tấm thẻ sim điện thoại) có cùng đường kính và gắn đèn tại tâm của mảnh tròn

này. Nhược điểm của sử dụng đèn led là do công suất lớn nên sau một thời gian

ngắn đế tản nhiệt của đèn rất nóng, nếu mảnh tròn sử dụng có nhiệt độ nóng chảy

thấp thì sẽ bị chảy ra, vì vậy mà khi chế tạo cần chú ý kĩ điều này.

Trong thí nghiệm ta có thể đặt TKPK gần hoặc xa vật sáng hơn so với TKHT

, các thao tác tiến hành như trong SGK cơ bản và nâng cao.

O2 S” O1 S S’

Màn TKHT f2 TKPK f1

d’1 d’2 l

Hình 2.44 – Sơ đồ tạo ảnh qua hệ TK với nguồn sáng điểm trên trục chính

Hình 2.45 - Thay số 1 chắn sáng bằng đèn Led công suất cao đặt tại tâm mảnh tròn.

Hình 2.46 - Thí nghiệm chọn vị trí ảnh để định vị trí gắn quang điện trở trên màn.

Hình 2.47 - Thí nghiệm với đèn Led công suất cao và màn có gắn quang điện trở.

2.4.3. Thiết kế chữ L trong suốt thay thế cho số 1 chắn sáng

Việc thiết kế số 1 chắn sáng khiến hầu hết HS hiểu lầm số 1 là vật sáng (số 1

được sơn đen). Thực chất phần trong suốt xung quanh số 1 mới chính là vật phát

sáng, việc thực hiện tìm ảnh rõ nét nhất dựa trên sự tương phản hình ảnh (khi ảnh

sáng nhất là lúc số 1 đen nhất). Mặt khác, ảnh của tim đèn qua hệ TK cũng xuất

hiện trên màn trong khi điều chỉnh tìm vị trí ảnh rõ nét nên cũng gây ra nhầm lẫn.

→ Cải tiến về mặt thiết bị

Việc thiết kế chữ L trong suốt đã có ở các công ty thiết bị trong và ngoài

nước. Ở đây tôi chỉ giới thiệu vật dụng và cách thức làm của mình với phương châm

lồng ghép vào bộ thiết bị hiện có để vẫn đảm bảo tính hệ thống và đồng trục. Các

bước thực hiện như sau: Tháo phần tròn có số 1 ra khỏi tấm đế giữ bằng cách cạy từ

từ vòng tròn nẹp ra, cắt hai miếng bìa nhựa trong suốt và cứng với kích thước như

phần tròn, dùng viết bi vẽ đường viền chữ L với kích cỡ tùy ý lên một trong hai

miếng bìa trên, dùng băng keo hai mặt dán phim đen lấy trong đĩa A (hoặc giấy bìa

màu đen) lên theo viền chữ L rồi đặt lại vào trong tấm đế. Đặt miếng bìa còn lại ép

vào miếng bìa chữ L trước khi đặt vòng tròn nẹp lại.

Hình 2.48 - Số 1 của bộ thiết bị, chữ L trong suốt dùng làm vật sáng và đĩa A.

2.4.4. Hiệu quả cải tiến

Trước khi cải tiến

- Vật dụng để thí nghiệm là vật có kích thước, nếu đặt không thẳng sẽ rất khó quan

sát được vị trí chính xác cần đọc nên kết quả đo thường sai lệch nhiều so với kết quả

do nhà sản xuất đưa ra, tốn nhiều thời gian để đọc kết quả.

- Giá trị đo được mang tính ngẫu nhiên và có chênh lệch nhiều giữa các lần đo.

- Kết quả đo tiêu cự của TKPK trong một lần thí nghiệm được ghi trong bảng 2.10:

Bảng 2.10 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK trước khi cải tiến

Vị trí trên thước

Lần d d’ f (1) của (2) của ∆f TKHT Màn TKPK đo (cm) (cm) (cm) vật vật (cm) M L Lo AB AB

1 28 24,8 21,4 16,6 60 8,2 -3,4 -5,81 0,32

2 30 26,8 23,3 18,9 65 7,9 -3,5 -6,28 0,15

3 28 22,6 19 14,4 42 8,2 -3,6 -6,42 0,29

4 32 28 25,7 24,4 55 3,6 -2,3 -6,37 0,24

5 25 16,2 23 9 35 7,2 -3,2 -5,76 0,37

ε =

= -6,13 ± 0,27 (cm) với sai số tỉ đối

= 4,4 %

Trung bình -6,13 0,27

± f∆=

∆ f f

Kết quả đo: f

Sau khi cải tiến

- Vạch đối chiếu giúp kiểm tra nhanh sự đồng trục của các dụng cụ.

- Việc sử dụng quang điện trở tuy có làm cho bộ thí nghiệm thêm cồng kềnh nhưng

người đo có thêm phương tiện kiểm chứng kết quả quan sát của mình, nhờ vậy tăng

độ tin cậy của kết quả đo. Thí nghiệm với ảnh điểm cho kết quả gần với giá trị do

nhà sản xuất cung cấp (từ -7 cm đến -6 cm), trước đây số nhóm ra kết quả trong

khoảng trên không nhiều, ngay cả khi may mắn đo ra cũng không tin là chính xác.

- Không còn tình trạng nhầm lẫn đâu là vật sáng khi thực hành với chữ L trong suốt,

số liệu thu được cũng gần với giá trị của nhà sản xuất cung cấp.

- Kết quả đo tiêu cự f của TKPK sau cải tiến được ghi trong bảng 2.11, 2.12 và

2.13 bên dưới:

Bảng 2.11 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK bằng cách điều chỉnh đèn chiếu

để tạo ra chùm sáng song song tới hệ thấu kính.

Lần l (cm) d’2 (cm) f2 (cm) d2 (cm) f1 (cm) = d’1= l – d2 Δf1

1 18,0 16,9 10,0 24,49 -6,49 0,04

2 19,0 16,5 10,0 25,38 -6,38 0,15

3 20,0 16,1 10,0 26,39 -6,39 0,14

4 21,0 15,7 10,0 27,54 -6,54 0,01

5 22,0 15,3 10,0 28,87 -6,87 0,34

ε =

= -6,53 ± 0,14 (cm) với sai số tỉ đối

= 2,1%

Trung bình -6,53 0,14

± f∆=

∆ f f

Kết quả đo: f

Bảng 2.12 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK với đèn LED công suất cao

Lần l d1 f2 d’2 d2 d’1 f1 (cm) = Δf1 đo (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm)

1 -3,45 7,0 13,0 10,0 25,5 16,45 0,17 -6,80

2 -3,63 8,0 14,0 10,0 23,1 17,63 0,02 -6,65

3 -3,85 9,0 15,0 10,0 21,3 18,85 0,10 -6,73

4 -3,9 10,0 16,0 10,0 20,1 1,90 0,24 -6,39

5 11 17 10 19,0 21,11 -4,11 0,07 -6,56

= -6,63 ± 0,12 (cm) với sai số tỉ đối =ε 1,81%

Trung bình 0,12 -6,63

± f∆=

Kết quả đo: f

Bảng 2.13 - Kết quả đo tiêu cự f của TKPK với chữ L trong suốt

Tiêu cự Vị trí (2) Vị trí (1) Vị trí Vị trí Vị trí Tiêu cự

TKHT của vật của vật TKPK TKHT màn TKPK

10 cm 20,0 26,8 30,5 49,0 67 -5,713 cm

5 cm 16,8 25,2 29,1 60,6 67 -5,711 cm

2.5. Thí nghiệm đo tốc độ truyền âm trong không khí

2.5.1. Ứng dụng kĩ thuật điện tử để hỗ trợ việc xác định vị trí pittông khi có cộng hưởng âm.

Như đã trình bày trong bảng thống kê ở chương I, chất lượng của bộ thí

nghiệm này là khá tốt, nhưng khi thực hiện thì gặp những vấn đề sau:

- Cảm giác mệt mỏi khi nghe âm thanh phát ra trong một thời gian dài.

- Việc xác định các chiều dài của cột khí trong ống khi có cộng hưởng âm

phụ thuộc chủ yếu vào khả năng phân biệt mức cường độ âm của tai người đo nên

số liệu ghi nhận được cũng mang tính chất chủ quan, ngay cả khi tiến hành theo

phương án tìm vị trí pittông mà tai không nghe thấy âm, tuy nhiên điều này cũng

không cải thiện tình hình do có một khoảng di chuyển chứ không phải một vị trí của

pittông mà tai ta không có cảm giác âm.

→ Cải tiến về mặt thiết bị

Hiện nay, việc sử dụng kĩ thuật điện tử và công nghệ thông tin trong thí

nghiệm thực hành vật lí không phải là mới. Đối với thí nghiệm này thì nhiều nơi đã

dùng các cảm biến âm và các phần mềm ghi đồ thị dao động âm hiển thị trên máy vi

tính. Giải pháp dùng kĩ thuật điện tử hỗ trợ việc xác định vị trí cộng hưởng âm của

tôi đưa ra ở đây dựa trên nguyên tắc ghi đồ thị dao động của âm bằng dao động kí

điện tử, đó là chuyển tín hiệu âm thành tín hiệu điện và được minh họa trong hình

10.7 SGK 12 cơ bản. Nhìn qua có thế thấy thiết kế đơn giản nhưng để chế tạo và sử

dụng được trong thực tế mất khá nhiều thời gian, nhất là quá trình tìm hiểu cách sử

dụng dao động kí.

Để chuyển dao động âm thành dao động điện thì ta chỉ cần dùng 1 micro.

Tuy nhiên, để có thể hiển thị được tín hiệu trên dao động kí thì ta cần thêm 1 mạch

khuếch đại tín hiệu mua ở các tiệm điện tử và nguồn 9V DC để nuôi mạch. Do

phạm vi kiến thức có hạn nên tôi không bàn luận đến sơ đồ và nguyên tắc hoạt động

của mạch khuếch đại, chỉ trình bày việc kết nối với mạch và cấp nguồn để tín hiệu

hiển thị trên màn hình của dao động kí.

Hình 2.49 - Bộ dụng cụ ghi đồ thị dao động âm với dao động kí.

Hình 2.50 – Đồ thị dao động âm hiển thị trên màn hình dao động kí.

2.5.2. Hiệu quả cải tiến

Bộ dụng cụ được chế tạo có ưu điểm là chi phí khá thấp so với việc đầu tư

các cảm biến và tạo điều kiện cho người đo có thể phối hợp dùng cả thính giác và

thị giác để tăng độ chính xác của kết quả đo, tận dụng được ích lợi của các dao động

kí có sẵn ở phòng thí nghiệm của nhà trường. Có mặt hạn chế là do xung quanh vẫn

còn có các nguồn âm khác nên tín hiệu âm được ghi nhận không chỉ là của mỗi thí

nghiệm, đồ thị hiển thị không được sắc nét mà bị nhiễu, tạo ra không ít khó khăn

cho việc quan sát, nên dùng trong điều kiện không gian tương đối yên lặng.

2.6. Kết luận chương 2

Việc đề xuất và thực hiện các cải tiến chiếm nhiều thời gian nhất trong tổng

thời gian làm luận văn của tôi, bởi vì tất cả những ý kiến đưa ra không phải lúc nào

cũng đúng, cũng đảm bảo yêu cầu đối với thiết bị thí nghiệm thực hành. Có những

cải tiến đã có nhiều người làm, đã được trình bày trong nhiều quyển sách tham khảo

và tôi chỉ học tập làm theo, cụ thể là những cải tiến sau:

1. Tăng độ chính xác của phép đo hệ số ma sát trượt.

2. Xác định hệ số ma sát trượt giữa gỗ - gỗ với giá đỡ và kẹp đa năng.

3. Thiết kế chữ L trong suốt thay thế cho số 1 chắn sáng.

Hoàn thành được nội dung của chương này là cả một sự nỗ lực rất lớn của

bản thân, cho dù những cải tiến này không có gì đặc biệt lớn lao và chưa được kiểm

nghiệm trong thực tế ở phạm vi rộng nhưng ít nhất nó cũng khích lệ việc nghiên cứu

tìm giải pháp khắc phục những khó khăn trong quá trình làm thí nghiệm thực hành.

Những thành công bước đầu của những cải tiến ở một số thí nghiệm thực hành đã

tạo cho tôi thêm niềm tin trong việc tiếp tục suy nghĩ những cải tiến mới ở các thí

nghiệm thực hành khác.

Do quá trình làm luận văn kéo dài và cũng xác định ngay từ đầu là những cải

tiến thực hiện với mục đích giúp cho các thí nghiệm thực hành được tiến hành đơn

giản và hiệu quả hơn, không đề cập tới tiết dạy học các thí nghiệm thực hành đã cải

tiến này đạt hiệu quả ra sao nên tôi không tiến hành thực nghiệm sư phạm mà chỉ

đánh giá kết quả cải tiến bằng các số liệu chủ quan của mình và những ý kiến đóng

góp từ GV và HS. Chính vì vậy mà tôi không thể khẳng định chắc chắc rằng người

khác tiến hành lại các cải tiến cũng sẽ thu được những kết quả khả quan như tôi đã

thu được. Tuy nhiên, tôi vẫn khẳng định các cải tiến là có hiệu quả.

CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

3.1. Đo hệ số ma sát trượt giữa giấy và thép

Đặc điểm của bộ thiết bị hiện tại cho phép đo hệ số ma sát trượt giữa các bề

mặt khác nhau. Trong thí nghiệm này, tôi sử dụng một đoạn giấy khổ A3 và ép vào

bề mặt máng, đảm bảo mặt giấy phẳng lì để không làm gia tốc của vật thay đổi.

Hình 3.1 – Bộ thiết bị sau khi thay bề mặt nhôm bằng giấy khổ A3.

Các kết quả đo đạc được trình bày trong bảng 3.1 và 3.2 bên dưới:

Bảng 3.1 - Kết quả đo tµ dùng 1 cổng quang với chế độ MODE A

- Quãng đường: s = 600,0 ± 0,5 (mm) - Góc nghiêng: α = 300 ± 0,50

- Đường kính khối trụ: d = 29,90 ± 0,02 (mm)

(gia tốc g ở TPHCM theo SGK cơ bản)

α −

tan

- Lấy g = 9,79 m/s2

t∆µ

µ = t

v 2gs cos

Lần ∆t (s) v = d/∆t (m/s)

1 0,027 1,107 0,4569 0,0028

2 0,027 1,107 0,4569 0,0028

3 0,028 1,068 0,4652 0,0055

TB 0,4597 0,0037

Sai số tỉ đối 0,8%

Bảng 3.2 - Kết quả đo tµ dùng 2 cổng quang với chế độ MODE A↔B.

(gia tốc g ở TPHCM theo SGK cơ bản)

−

- Các số liệu: α = 300, OA = 20 cm, s = 60 cm - Lấy g = 9,79 m/s2

( 2 OB

)2

−

tan

µ t

t∆µ

a cos

2 t → A B

Lần t (s)

0,875 1 0,495 0,4741 0,0002

0,875 2 0,495 0,4741 0,0002

0,882 3 0,493 0,4733 0,0006

0,875 4 0,495 0,4741 0,0002

0,878 5 0,494 0,4737 0,0002

TB 0,4739 0,0003

Sai số tỉ đối 0,06%

Một số nhận xét:

- Số liệu thu được đạt độ ổn định khá lớn, sai số của phép đo nhỏ.

- Sau một thời gian sử dụng, bề mặt của máng nhôm xuất hiện những vết xước làm

cho sự không đồng đều độ nhám bề mặt tăng lên, chuyển động của vật khi đó sẽ bị

ảnh hưởng. Để bộ thiết bị vẫn sử dụng được thì GV cần chuyển yêu cầu trong SGK

thành đo hệ số ma sát trượt giữa giấy và thép. Cũng có thể chia đôi các nhóm cho

tiến hành song song hai thí nghiệm, từ sự so sánh kết quả HS sẽ khắc sâu kiến thức

hệ số ma sát phụ thuộc bản chất hai bề mặt tiếp xúc. Cách làm này còn đạt yêu cầu

về tính kinh tế, mỗi mẩu giấy có thể sử dụng trong một đợt thí nghiệm với 10 lớp.

3.2. Khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng đến kết quả đo hệ số ma sát trượt theo phương pháp động lực học.

Với thí nghiệm thực hành này, có ý kiến cho rằng nên tiến hành với các góc nghiêng trong khoảng 300 đến 350. Vậy lời khuyên trên xuất phát từ lí do nào vì

theo lí thuyết, với mọi góc nghiêng lớn hơn góc giới hạn thì vật đều trượt. Để tìm

lời giải thích, trước tiên tôi thực hiện đo hệ số ma sát trượt giữa hai bề mặt thép –

nhôm và thép – giấy bằng bộ thiết bị dùng hai cổng quang với các góc nghiêng khác

nhau. Số liệu đo đạc được ghi lại trong các bảng 3.3 và 3.4 bên dưới.

Bảng 3.3 - Các số liệu thực nghiệm đo hệ số ma sát trượt

giữa hai bề mặt thép – nhôm với các góc nghiêng khác nhau

Vật đặt tại O cách cổng quang 1 một đoạn bằng 20 cm (OA = 20 cm, OB =

(gia tốc g ở Thành phố Hồ Chí Minh theo SGK cơ bản).

60 cm). Lấy g = 9,79 m/s2

tµ

t → A B

a Góc α tA → B

0,237 0,235 0,238 0,237 0,235 0,2364 3,8357 0,4459

0,281 0,272 0,276 0,275 0,275 0,2758 2,8181 0,4633

0,325 0,317 0,309 0,314 0,346 0,3222 2,0649 0,4427

0,445 0,395 0,423 0,436 0,424 0,4246 1,1890 0,4371

450 400 350 300 250 0,594 0,521 0,526 0,621 0,547 0,5618 0,0677 0,4587

Bảng 3.4 - Các số liệu thực nghiệm đo hệ số ma sát trượt

giữa hai bề mặt thép – giấy với các góc nghiêng khác nhau

Vật đặt tại O cách cổng quang 1 một đoạn bằng 1 cm (OA = 1 cm, OB = 41 cm).

(gia tốc g ở Thành phố Hồ Chí Minh theo SGK cơ bản).

Lấy g = 9,79 m/s2

t → A B

tµ

a Góc α tA → B

0,395 0,408 0,412 0,391 0,400 0,4012 3,6274 0,4760

0,423 0,441 0,455 0,447 0,457 0,4446 2,9538 0,4452

0,459 0,456 0,478 0,480 0,509 0,4764 2,5726 0,3794 450 400 350

0,501 0,505 0,505 0,492 0,491 0,4988 2,3468 0,3006

300 250 0,586 0,586 0,586 0,588 0,584 0,5860 1,7003 0,2747

Một số nhận xét:

tµ của hai bề mặt tiếp xúc nhôm và thép theo SGK cơ bản là 0,47. Do trên

- Giá trị

thị trường có nhiều loại thép khác nhau nên kết quả trên chấp nhận được. Hiện tôi

tµ của hai bề mặt tiếp xúc giấy và thép nên không thể

không có số liệu về giá trị

kiểm định kết quả đo của mình có mức độ chính xác tới đâu.

- Các số liệu cho thấy với các góc nghiêng đều có thể tiến hành thí nghiệm. Nhưng theo tôi phải khẳng định nên tiến hành với các góc lân cận 350 vì hai lí do sau:

+ Với góc nhỏ quá thì khi đặt lên máng vật có thể trượt nhưng không trượt hết

quãng đường cần đo thời gian. Thông thường, lực ma sát trượt tác dụng khi có

chuyển động thì nhỏ hơn giá trị cực đại của lực ma sát nghỉ khi không có chuyển

động. Do đó, tại góc nghiêng αo vật bắt đầu trượt (lực kéo tác dụng lên vật khi đó là

mgsinαo) thì tại góc nghiêng α nhỏ hơn αo một ít vật sẽ trượt với tốc độ không đổi.

+ Với góc lớn quá thì khi trượt xuống chân máng vật có động năng lớn làm hư hộp

đỡ. Mặt khác, theo lí thuyết, giá trị của hệ số ma sát trượt có phụ thuộc vào tốc độ

của vật vì khi một mặt kim loại khô trượt lên một mặt kim loại khác thì có những

mảnh kim loại tí xíu được xé ra khỏi mỗi mặt này, điều này làm độ nhám bề mặt

thay đổi. Chưa kể trụ thép là một vật rắn có kích thước, với những góc lớn thì khả

năng vật thực hiện chuyển động quay trước chuyển động trượt là rất cao.

3.3. Đo hệ số căng bề mặt của nước nguyên chất với những khung nhôm có hình dạng đường chu vi mặt ngoài khác nhau.

Một câu hỏi được nhiều GV và HS đặt ra với bộ thiết bị này là tại sao lại sử

dụng vòng nhôm tròn, có thể thực hiện với các khung nhôm có hình dạng khác

không? Theo lí thuyết thì độ lớn của lực căng bề mặt tác dụng lên một đoạn thẳng

của đường giới hạn bề mặt tỉ lệ với chiều dài đoạn đó, tức là ta có thể làm thí

nghiệm với các khung nhôm có hình dạng khác nhau. Thực hiện các thí nghiệm với

vòng nhôm tròn và các khung nhôm hình chữ nhật để cùng đo hệ số căng bề mặt của nước cất ở 31,60C, tôi thu được các kết quả ghi trong bảng 3.5 bên dưới:

Bảng 3.5: Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước nguyên chất

với những khung nhôm có hình dạng đường chu vi mặt ngoài khác nhau.

Vòng nhôm tròn Khung nhôm hình chữ nhật 1

- Chu vi ngoài: - Chu vi ngoài:

2.3,14.49,88 = 313,2464 mm (38,20 + 25,16).2 = 126,72 mm

- Chu vi trong: - Chu vi trong:

2.3,14.48,30 = 308,2852 mm (36,60 + 23,74).2 = 120,68 mm

- Trọng lượng: P = 0,038 N - Trọng lượng: P = 0,025 N

- Lực kéo bứt màng nước: F = 0,059 N - Giá trị σ: 68,1.10-3 N/m - Lực kéo bứt màng nước: F = 0,040 N - Giá trị σ: 60,6.10-3 N/m

Khung nhôm hình chữ nhật 2 Khung nhôm hình chữ nhật 3

- Chu vi ngoài: - Chu vi ngoài:

(50,70 + 24,60).2 = 150,6 mm (76,10 + 37,80).2 = 227,8 mm

- Chu vi trong: - Chu vi trong:

(48,80 + 23,42).2 = 144,44 mm (74,14 + 36,48).2 = 221,24 mm

- Trọng lượng: P = 0,031 N - Trọng lượng: P = 0,059 N

- Lực kéo bứt màng nước: F = 0,048 N - Giá trị σ: 57,6.10-3 N/m - Lực kéo bứt màng nước: F = 0,079 N - Giá trị σ: 44,5.10-3 N/m

Hình 3.2 - Các khung nhôm vuông, chữ nhật và tấm nhôm dùng trong thí nghiệm.

Một số nhận xét:

- Kết quả thu được với vòng nhôm tròn là gần nhất với số liệu ghi trong các sách tra

cứu. Có thể chỉ ra nguyên nhân ở đây là tại 4 đỉnh hình chữ nhật là các điểm kì dị,

hình dạng màng chất lỏng sẽ khác đi so với vòng nhôm tròn, khi đó tổng lực căng

bề mặt lúc màng chất lỏng bứt ra không bằng tích của hệ số căng bề mặt và tổng

chu vi đường giới hạn như trường hợp vòng nhôm tròn.

- Tiến hành với khung nhôm vuông tôi gặp khá nhiều khó khăn trong việc tìm kiếm

và thực hiện đo đạc. Dù chọn khung có cạnh 3 mm, cao chỉ 8 mm nhưng trọng

lượng của khung đã gần đạt tới giới hạn đo của lực kế là 0,01 N của bộ thiết bị đại

trà. Nếu sử dụng lực kế có giới hạn đo lớn hơn thì lại có ĐCNN lớn hơn nên việc so

sánh các số liệu đo được sẽ khập khiễng. Vì vậy tôi không thực hiện phép đo này.

- Rất khó thực hiện thí nghiệm với đường giới hạn chỉ là một đoạn thẳng bằng tấm

nhôm phẳng vì không đảm bảo được sự tiếp xúc đều của cạnh tấm nhôm với mặt

nước, dẫn đến khi hạ mực nước xuống thì một phần của cạnh bị tách trước làm cho

toàn bộ phần nhôm tiếp xúc nhanh chóng bứt ra.

3.4. Kiểm nghiệm lại sự phụ thuộc của hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic vào nhiệt độ.

Theo lí thuyết, hệ số căng bề mặt của chất lỏng phụ thuộc nhiệt độ, cụ thể là

giảm khi nhiệt độ tăng. Giá trị hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic ở các

nhiệt độ khác nhau đã được ghi trong tài liệu của các tác giả nước ngoài [10], [11]:

Bảng 3.6 - Giá trị hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic ở các nhiệt độ

khác nhau được ghi trong một số tài liệu nước ngoài.

t (0C) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 300

σnước 75,6 71,18 66,18 60,75 54,9 48,63 42,225 35,4 28,57 14,4 (mN/m)

σrượu 24,4 21,9 19,2 16,4 13,4 10,1 6,7 3,3 0,1 - (mN/m)

Dụng cụ để tiến hành là bộ thí nghiệm đại trà và cảm biến đo nhiệt độ (hoặc

nhiệt kế thông thường). Để có kết quả đo ứng với các nhiệt độ khác nhau trong một

thời gian xác định, tôi thực hiện thay đổi nhiệt độ của chất lỏng bằng hai cách sau:

- Cách 1: đun chất lỏng đến nhiệt độ cao (thấp hơn nhiệt độ sôi) rồi đổ vào một cốc

của bình thông nhau, cốc này đặt trong một chậu điều nhiệt lớn. - Cách 2: đặt cốc đựng chất lỏng ở nhiệt độ thấp (khoảng 200C) vào trong chậu điều

nhiệt lớn chứa nước nóng ở nhiệt độ gần nhiệt độ sôi.

Thực hiện thí nghiệm với cách 1, tôi thu được kết quả sau:

- Trọng lượng vòng nhôm: P = 0,043 N

⇒ = π

D 49,64mm; d

48,04 mm L

+ (D d) 3,14.(49,64 48,04) 306,72 mm

- Đường kính ngoài và đường kính trong của vòng nhôm:

- Giá trị hệ số căng bề mặt của nước ở các nhiệt độ được ghi trong bảng 3.7:

Bảng 3.7 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước ở một số nhiệt độ.

σ (N/m)

F (N)

cF (N)

Nhiệt độ (0C)

30,3 0,064 0,021 0,0685

45,0 0,061 0,018 0,0587

51,3 0,059 0,016 0,0522

68,1 0,058 0,015 0,0489

71,0 0,056 0,013 0,0424

0.08

0.06

77,8 0,052 0,009 0,0293

a u c t a m e b

0.04

c o u n

0.02

g n a c

o s e h

100

nhiet do

Hình 3.3 - Đồ thị biểu diễn kết quả đo hệ số căng bề mặt của nước theo nhiệt độ.

- Giá trị hệ số căng bề mặt của rượu etylic ở các nhiệt độ được ghi trong bảng 3.8 Bảng 3.8 - Kết quả đo hệ số căng bề mặt của rượu etylic 960 ở một số nhiệt độ.

F (N)

σ (N/m)

cF (N)

Nhiệt độ (0C)

29,0 0,052 (5) 0,009 0,0293

50,5 0,051 (5) 0,008 0,0261

Một số nhận xét:

- Kết quả thu được giống với các kết luận lí thuyết và thực nghiệm đã có. Do hệ số

căng bề mặt của rượu thay đổi ít theo nhiệt độ nên tôi chỉ thu được 2 số liệu. - Trong thí nghiệm tôi dùng cồn trắng 960 lấy ở phòng thí nghiệm Hóa (không dùng

cồn xanh ở ngoài bán vì trong nó có chất tạo màu nên chắc chắn đã làm thay đổi

chút ít bản chất của cồn nguyên chất).

100

Hình 3.4- Bộ dụng cụ đo hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic theo nhiệt độ.

3.5. Kết luận chương 3

Các TNTH mở rộng trên đây do tôi đề xuất và đã nhận được sự góp ý của

Thầy hướng dẫn. Qua đó cho thấy rằng nếu có điều kiện thì GV không chỉ cho HS

thực hiện những yêu cầu trong SGK không thôi mà nên khai thác tối đa hết chức

năng của các bộ dụng cụ trong hoàn cảnh thiếu thiết bị thí nghiệm Vật lí cung cấp

cho các trường học hoặc có nhưng không đạt yêu cầu chất lượng.

101

KẾT LUẬN CHUNG

Đối chiếu với mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài, luận văn đã đạt

được một số kết quả sau:

 Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

- Tìm hiểu về TN Vật lí nói chung và TNTH Vật lí nói riêng về đặc điểm, vai

trò, những yêu cầu về mặt kĩ thuật và phương pháp dạy học, các phương pháp đánh

giá và biểu diễn kết quả phép đo, các yêu cầu cơ bản trong việc chế tạo thiết bị

TNTH, những thuận lợi và khó khăn khi dạy và học các bài TNTH trong cả hai

chương trình chuẩn và nâng cao hiện nay.

- Tình trạng thiết bị và những khó khăn gặp phải khi tiến hành các TNTH

trên các bộ thiết bị hiện có ở các trường phổ thông. Kết quả điều tra giúp tôi chọn ra

một số TNTH cần cải tiến và có thể cải tiến về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật

tiến hành trong khả năng của mình.

 Cải tiến được 5 thí nghiệm thực hành là Đo hệ số ma sát bằng phương pháp

động lực học, Đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng, Đo suất điện động và điện trở

trong của pin điện hóa, Đo tiêu cự thấu kính phân kì và Đo tốc độ truyền âm trong

không khí. Qua số liệu thực nghiệm và sự trao đổi với các GV và HS, tôi khẳng

định tính khả thi và hiệu quả của hầu hết các cải tiến.

 Đề xuất mở rộng một số TNTH với mục đích khai thác tối đa chức năng của

các bộ thiết bị và tạo nguồn tư liệu giảng dạy các đối tượng HS đam mê nghiên cứu.

Trên đây là tất cả những công việc tôi đã thực hiện để hoàn thành luận văn.

Những kiến thức và kinh nghiệm có được từ đề tài này sẽ làm cơ sở để tôi tiếp tục

hoàn thiện các cải tiến đã trình bày trong luận văn, thực hiện cải tiến những TNTH

khác với mục tiêu cuối cùng là giúp nâng cao hiệu quả của việc thực hành thí

nghiệm Vật lí ở trường THPT. Do những kết quả thu được khá nhỏ bé so với quy

mô rộng lớn, phức tạp của đối tượng nghiên cứu và yêu cầu thực tế đặt ra nên tôi rất

102

mong nhận được những nhận xét, đánh giá và góp ý của các chuyên gia, Thầy Cô và

bạn bè đồng nghiệp nhằm bổ sung và hoàn thiện đề tài này.

103

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Trường Đại học Sư phạm Kĩ Thuật TPHCM, Thí nghiệm Vật lí đại cương A1.

2. Bộ GD&ĐT, Tài liệu tập huấn phát triển chuyên môn giáo viên trường THPT

chuyên – Môn Vật lí – Chuyên đề thí nghiệm thực hành (7 - 2011).

3. PGS.TS Ngô Quang Huy, Phương pháp thực nghiệm khoa học vật lí.

4. Bộ GD&ĐT, Tài liệu Thí nghiệm thực hành trường THPT Môn Vật lí (9 - 2011).

5. Nguyễn Trọng Sửu, Hướng dẫn thực hiện chương trình sách giáo khoa lớp 12 –

môn Vật lí.

6. Bộ GD&ĐT, Tài liệu Bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương trình, sách giáo

khoa lớp 10 Trung học phổ thông môn Vật lí.

7. PGS Nguyễn Đức Thâm, TS Nguyễn Ngọc Hưng, TS Phạm Xuân Quế, Phương

pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông.

8. TS Nguyễn Mạnh Hùng, Phương pháp dạy học vật lí ở trường Trung học phổ

thông - trang 74.

9. TS Lê Thị Thanh Thảo, Một số cơ sở của dạy học vật lí hiện đại (Từ lý luận đến

thực tiễn) - trang 50.

10. N.I.Kôskin, M.G.Sirkêvich, Sổ tay vật lý cơ sở, NXB Mir 1987 - trang 97.

11. N.I.Kariakin, K.N.Búxtrôv, P.X.Kirêêv, Sách tra cứu tóm tắt về vật lí, NXB Mir

1978 - trang 978.

12. PGS.TS. Nguyễn Xuân Thành, Nâng cao chất lượng sử dụng thí nghiệm trong

dạy học vật lí ở trường phổ thông – Sách giáo dục và thư viện trường học (số

31 – 2010).

13. Lương Duyên Bình và các cộng sự (2006), Vật lí 10, NXBGD.

14. Lương Duyên Bình và các cộng sự (2006), Vật lí 10 – Sách giáo viên, NXBGD.

15. Nguyễn Thế Khôi và các cộng sự (2006), Vật lí 10 nâng cao, NXBGD.

16. Nguyễn Thế Khôi và các cộng sự (2006), Vật lí 10 nâng cao – Sách giáo viên,

NXBGD.

17. Lương Duyên Bình và các cộng sự (2009), Vật lí 11, NXBGD.

104

18. Lương Duyên Bình và các cộng sự (2009), Vật lí 11 – Sách giáo viên, NXBGD.

19. Nguyễn Thế Khôi và các cộng sự (2009), Vật lí 11 nâng cao, NXBGD.

20. Nguyễn Thế Khôi và các cộng sự (2009), Vật lí 11 nâng cao – Sách giáo viên,

NXBGD.

21. Lương Duyên Bình và các cộng sự (2010), Vật lí 12, NXBGD.

22. Lương Duyên Bình và các cộng sự (2010), Vật lí 12 – Sách giáo viên, NXBGD.

23. Nguyễn Thế Khôi và các cộng sự (2010, Vật lí 12 nâng cao, NXBGD.

24. Nguyễn Thế Khôi và các cộng sự (2010), Vật lí 12 nâng cao – Sách giáo viên,

NXBGD.

25. Phạm Đình Cương, Thí nghiệm vật lí ở trường Trung học phổ thông, NXBGD.

26. Công ty cổ phần sách và thiết bị trường học TPHCM, Hướng dẫn sử dụng bộ

dụng cụ thí nghiệm thực hành lí 10.

27. Công ty cổ phần sách và thiết bị trường học TPHCM, Hướng dẫn sử dụng bộ

dụng cụ thí nghiệm thực hành lí 11.

28. Công ty cổ phần sách và thiết bị trường học TPHCM, Hướng dẫn sử dụng bộ

dụng cụ thí nghiệm thực hành lí 12.

29. Trần Kim Ngôn, Tài liệu hướng dẫn thực hành thí nghiệm Vật lí lớp 10 phổ

thông theo chương trình cải cách giáo dục (2002), NXB Trẻ.

30. Trần Kim Ngôn, Tài liệu hướng dẫn thực hành thí nghiệm Vật lí lớp 11 phổ

thông theo chương trình cải cách giáo dục (2002), NXB Trẻ.

31. Trần Kim Ngôn, Tài liệu hướng dẫn thực hành thí nghiệm Vật lí lớp 12 phổ

thông theo chương trình cải cách giáo dục (2002), NXB Trẻ.

32. Phạm Kim Chung, Bài giảng phương pháp dạy học Vật lí ở trường trung học

phổ thông (2006).

33. Phan Trọng Ngọ, Dạy học và phương pháp dạy học trong nhà trường (2005),

NXB Đại học Sư phạm.

34. Nguyễn Hữu Châu, Những vấn đề cơ bản về chương trình và quá trình dạy học

(2005), NXB Giáo dục.

105

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. Hệ thống câu hỏi điều tra tình trạng thiết bị của một số bộ thí

nghiệm thực hành hiện có ở các trường THPT.

Câu 1. Theo ý kiến riêng của mình, thầy/cô đánh giá như thế nào về mức độ cần

thiết của việc dạy học tiết thực hành ở trường phổ thông? Theo thầy/cô, các bài thực

hành Vật lí trong SGK hiện nay đã được thiết kế rõ ràng và đầy đủ chưa?

Câu 2. Trường của thầy/cô đã có phòng thí nghiệm Vật lí chưa? Phụ trách phòng thí

nghiệm Vật lí tại trường của thầy/cô là nhân viên thiết bị, giáo viên kiêm nhiệm hay

mỗi GV phải tự chuẩn bị thí nghiệm khi cần sử dụng?

Câu 3. Thầy/cô có dạy đủ các tiết thực hành Vật lí trong chương trình không? Nếu

không thì thầy/cô vui lòng cho biết những nguyên nhân nào khiến thầy/cô không

dạy đủ số tiết thực hành theo quy định? (Có thể đánh dấu vào nhiều lựa chọn)

Lựa chọn

 Không có đủ dụng cụ thí nghiệm để thực hành.

 Mất tiết lí thuyết nên lấy tiết thực hành để dạy bù.

 Không có thời gian chuẩn bị dụng cụ và tiến hành thí nghiệm trước.

 Bị trùng giờ thực hành với các GV khác.

 Các bộ thí nghiệm cho kết quả đo sai số nhiều nên nếu tiến hành làm rất vô ích.

 Nhận thấy không cần thiết phải dạy vì nội dung không có trong đề kiểm tra/thi.

 Nhà trường không yêu cầu và cũng không kiểm tra GV có dạy hay không.

Nguyên nhân khác: ………… Câu 4. Khi tự mình tiến hành các thí nghiệm thực hành và khi quan sát HS thực

hành, thầy/cô thấy có những khó khăn nào về mặt thiết bị, phương án thí nghiệm và

kĩ thuật tiến hành của từng thí nghiệm thực hành trong cả chương trình Vật lí THPT

mà người thực hiện thí nghiệm thường hay gặp phải?

Câu 5. Thầy/cô vui lòng cho biết ý kiến về các biện pháp khắc phục những khó

khăn hiện nay, cũng như mức độ cần thiết của giải pháp mình đưa ra.

Phụ lục 2. Một số hình ảnh và đoạn phim liên quan đến các thí nghiệm cải tiến

(lưu trong CD).

Luận văn Thạc sĩ Giáo dục học: Cải tiến một số bộ thí nghiệm thực hành trong chương trình Vật lí trung học phổ thông

Chủ đề:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Trần Nguyễn Nam Bình

CẢI TIẾN MỘT SỐ BỘ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH

TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................. 3

MỤC LỤC ........................................................................................ 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................ 7

DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................. 8

DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................. 10

MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1

1. Lí do chọn đề tài ....................................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................... 2

3. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 2

4. Đối tượng và khách thể nghiên cứu ........................................................ 3

5. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 3

6. Giả thuyết khoa học ................................................................................. 3

7. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 3

8. Những đóng góp mới của đề tài nghiên cứu .......................................... 4

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

........................................................................................................... 5

1.1. Các vấn đề về thí nghiệm Vật lí ............................................................ 5

1.2.. Các vấn đề về thí nghiệm thực hành Vật lí [7] ................................. 11

1.3. Ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành. 34

1.4. Kết luận chương 1 ............................................................................... 42

CHƯƠNG 2. CẢI TIẾN MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC

HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC

PHỔ THÔNG ................................................................................. 43

2.1. Thí nghiệm đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học .......... 43

2.1.4. Hiệu quả cải tiến .............................................................................. 51

2.2. Thí nghiệm đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng ............................... 54

2.3. Thí nghiệm đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa. .. 68

2.4. Thí nghiệm đo tiêu cự thấu kính phân kì .......................................... 77

2.5. Thí nghiệm đo tốc độ truyền âm trong không khí ............................. 89

2.6. Kết luận chương 2 ............................................................................... 91

CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT MỞ RỘNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM

THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG

HỌC PHỔ THÔNG ...................................................................... 92

3.1. Đo hệ số ma sát trượt giữa giấy và thép ............................................. 92

3.2. Khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng đến kết quả đo hệ số ma sát trượt theo phương pháp động lực học. ..................................................... 94

3.3. Đo hệ số căng bề mặt của nước nguyên chất với những khung nhôm có hình dạng đường chu vi mặt ngoài khác nhau. ................................... 95

3.4. Kiểm nghiệm lại sự phụ thuộc của hệ số căng bề mặt của nước và rượu etylic vào nhiệt độ. ............................................................................ 98

3.5. Kết luận chương 3 ............................................................................. 100

KẾT LUẬN CHUNG .................................................................. 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................... 103

PHỤ LỤC ..................................................................................... 105

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài

2. Mục đích nghiên cứu

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

4. Đối tượng và khách thể nghiên cứu o Đối tượng nghiên cứu: Các phương án cải tiến một số TNTH Vật lí ở trường

5. Phạm vi nghiên cứu o Nội dung: Cải tiến về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành. o Địa bàn: Các trường THPT trong tỉnh Đồng Nai và một số tỉnh lân cận. o Thời gian: Từ tháng 3/2012 đến tháng 8/2012.

6. Giả thuyết khoa học

7. Phương pháp nghiên cứu

8. Những đóng góp mới của đề tài nghiên cứu

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Các vấn đề về thí nghiệm Vật lí

1.2.. Các vấn đề về thí nghiệm thực hành Vật lí [7]

y

+

+

+

+

+

+

x