Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phương pháp giải bài tập thực hành tính sai số trong phép đo đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí lớp 10

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Phương pháp giải bài tập thực hành tính sai số trong phép đo đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí lớp 10" nhằm giúp học sinh khắc sâu những kiến thức lí thuyết, có một hệ thống bài tập và phương pháp giải chúng, giúp các em có thể nắm được cách giải và từ đó chủ động vận dụng các phương pháp này trong khi làm bài tập có liên quan. Từ đó học sinh có thêm kỹ năng về cách giải các bài tập Vật lí.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phương pháp giải bài tập thực hành tính sai số trong phép đo đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí lớp 10

NỘI DUNG GIẢI PHÁP A. SỰ CẦN THIẾT, MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC THỰC HIỆN SÁNG KIẾN Chương trình, cấu trúc đề thi học sinh giỏi môn Vật lí lớp 10 cấp tỉnh năm học 2023- 2024. Thực hành tính sai số trong phép đo có 1 câu và chiếm số điểm là 2. Nên phương pháp giải bài tập thực hành tính sai số trong phép đo đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí lớp 10. Giúp các bạn học sinh trong đội tuyển ôn thi học sinh giỏi làm tốt câu thực hành góp phần nâng cao điểm thi và số giải. B. PHẠM VI TRIỂN KHAI VÀ THỰC HIỆN Đội tuyển thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí 10 của Trường THPT Tuần Giáo năm học 2023- 2024 C. NỘI DUNG I. Tình trạng giải pháp đã biết: Vật lí là một môn học khó và trừu tượng, cơ sở của nó là toán học. Bài tập Vật lí rất đa dạng và phong phú. Trong phân phối chương trình số tiết bài tâp lại hơi ít so với nhu cầu cần củng cố và nâng cao kiến thức cho học sinh. Chính vì thế, người giáo viên phải làm thế nào để tìm ra phương pháp tốt nhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn học này. Giúp học sinh việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải là rất cần thiết. Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự. Như chúng ta đã biết, công tác bồi dưỡng học sinh giỏi là một công việc khó khăn và lâu dài, đòi hỏi nhiều công sức của thầy và trò. Vậy để góp phần nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí10 chúng tôi đã đưa ra “Phương pháp giải bài tập thực hành tính sai số trong phép đo đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí lớp 10” nhằm giúp học sinh làm tốt câu hỏi thực hành trong đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh. II. Nội dung giải pháp 1. Mục đích cụ thể, chi tiết của giải pháp. 1
Đề tài nhằm giúp học sinh khắc sâu những kiến thức lí thuyết , có một hệ thống bài tập và phương pháp giải chúng, giúp các em có thể nắm được cách giải và từ đó chủ động vận dụng các phương pháp này trong khi làm bài tập có liên quan. Từ đó học sinh có thêm kỹ năng về cách giải các bài tập Vật lí. Nhằm xây dựng một chuyên đề sâu, chi tiết có thể làm tài liệu tham khảo cho các đồng nghiệp ôn luyện thi học sinh giỏi cấp tỉnh. 2. Mô tả bản chất, nội dung của giải pháp. Hệ thống các khái niệm, công thức tính sai số và bài tập áp dụng 2.1. Hệ thống lí thuyết + Phép đo trực tiếp: Đo trực tiếp một đại lượng bằng dụng cu đo, kết quả được đọc trực tiếp trên dụng cu đo đó. + Phép đo gián tiếp: Đo một đại lượng không trực tiếp mà thông qua công thức liên hệ với các đại lượng có thể đo trực tiếp. + Sai số hệ thống: Các dụng cụ đo các đại lượng Vật lí luôn có sự sai lệch do đặc điểm và cấu tạo của dụng cụ gây ra. Sai số hệ thống có tính quy luật và lặp lại ở tất cả các lần đo.Đối với một số dụng cụ, sai số hệ thống thường xác định bằng một nửa độ chia nhỏ nhất hoặc bằng một độ chia nhỏ nhất. + Sai số ngẫu nhiên: Sai số ngẫu nhiên là sai số xuất phát từ sai sót, phản xạ của người làm thí nghiệm hoặc từ những yếu tố bên ngoài.Để khắc phục sai số ngẫu nhiên, người ta thường tiến hành thí nghiệm nhiều lần và tính sai số để lấy giá trị trung bình Khi đo n lần cùng một đại lượng A, giá trị trung bình được tính là A1  A2  ...  An A n + Các xác định sai số của phép đo -Sai số tuyệt đối: Được xác định bằng hiệu số giữa giá trị trung bình các lần đo và giá trị của môi lần đo. Ai  A  Ai Với Ai là giá trị đo lần thứ i 2
Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo được tính theo công thức A1  A2  ...  An A  n Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số dụng cụ và sai số ngẫu nhiên A  A  Adc -Sai số tỉ đối (tương đối):Sai số tỉ đối của phép đo là tỉ lệ phần trăm giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lượng đó. Sai số tỉ đối cho biết mức độ chính xác của phép đo. A A .100% A + Cách xác định sai số phép đo gián tiếp -Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng Nếu X  Y  Z thì X  Y  Z -Sai số tỉ đối của một tích hay một thương bằng tổng sai số tỉ đối của các thừa số. Y Nếu A  X . thì  A   X   Y   Z Z Ym Nếu A  X n . thì  A  m. X  n. Y  k. Z Zk +Cách ghi kết quả đo -Kết quả đo đại lượng A được ghi dưới dạng một khoảng giá trị A = A ± A A : là sai số tuyệt đối thường được viết đến chữ số có nghĩa tới đơn vị của ĐCNN trên dụng cụ đo.Giá trị trung bình A được viết đến bậc thập phân tương ứng với A . 2.2. Bài tập vận dụng Bài 1: Quan sát các hình sau và phân tích các nguyên nhân gây ra sai số của phép đo trong các trường hợp được nêu Hướng dẫn giải - Trường hợp a) : Đặt bút không không dọc theo thước, đầu bút không trùng với vạch 3
số 0. - Trường hợp b) : Đặt mắt sai cách, hướng nhìn không vuông góc. - Trường hợp c) : Kim cân chưa được hiệu chỉnh về số 0 Bài 2 : Một bạn chuẩn bị thực hiện đo khối lượng của một túi trái cây bằng cân như hình vẽ. Hãy chỉ ra những sai số bạn có thể mắc phải. Từ đó nêu cách hạn chế các sai số đó. Hướng dẫn giải - Sai số hệ thống: cân chưa được hiệu chỉnh về vị trí 0 - Sai số ngẫu nhiên: do các yếu tố từ bên ngoài như gió, bụi hoặc đặt mắt nhìn không đúng - Cách khắc phục:Hiệu chỉnh kim cân về đúng vị trí vạch số 0. Khi đọc kết quả, mắt hướng vuông góc với mặt cân. Bài 3: Quan sát hình bên, hãy xác định sai số dụng cụ của hai thước đo Hướng dẫn giải - Hình 1: Thước có độ chia nhỏ nhất là 0,1 cm => Sai số dụng cụ là 0,1 cm - Hình 2: Thước có độ chia nhỏ nhất là 0,2 cm => Sai số dụng cụ là 0,2 cm Bài 4 : Cho bảng số liệu thể hiện kết quả đo khối lượng của một túi trái cây bằng cân đồng hồ. Em hãy xác định sai số tuyệt đố ứng với từng lần đo, sai số tuyệt đối và sai số tương đối của phép đo. Biết sai số dụng cụ là 0,1 kg Lần đo m (Kg) ∆𝒎 (kg) 1 4,2 - 2 4,4 - 3 4,4 - 4 4,2 - Trung bình ̅ =? 𝒎 ̅̅̅̅̅ = ? ∆𝒎 Hướng dẫn giải - Giá trị trung bình khối lượng của túi trái câu là: m1  m2  m3  m4 4, 2  4, 4  4, 4  4, 2 m   4,3 kg 4 4 - Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo: 4
m1  m  m1  4,3  4, 2  0,1 kg m2  m  m2  4,3  4, 4  0,1 kg m3  m  m3  4,3  4, 4  0,1 kg m4  m  m4  4,3  4, 2  0,1 kg - Sai số tuyệt đối trung bình của phép đo: m1  m2  m3  m4 0,1  0,1  0,1  0,1 m    0,1 kg 4 4 - Sai số tuyệt đối của phép đo: m  m  mdc  0,1  0,1  0, 2 kg - Sai số tương đối của phép đo: m 0, 2  .100%  .100%  4, 65% m 4, 2 - Kết quả phép đó: m  m  m  4,3  0, 2 kg Bài 5 : Cho bảng số liệu thể hiện kết quả đo đường kính của một viên bi thép bằng thước kẹp có sai số dụng cụ là 0,02 mm. Tính sai số tuyệt đối, sai số tương đối của phép đo và biểu diễn kết quả đo có kèm theo sai số Lần đo d (mm) ∆𝒅 (mm) 1 6,32 - 2 6,32 - 3 6,32 - 4 6,32 - 5 6,34 - 6 6,34 - 7 6,32 - 8 6,34 - 9 6,32 - Trung bình ̅=? 𝒅 ̅̅̅̅ ∆𝒅 = ? Hướng dẫn giải - Giá trị trung bình của đường kính viên bi: d1  d 2  d3  d 4  d5  d 6  d 7  d8  d9 d 6,33 mm 9 - Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo 5
d1  d  d1  6,33  6,32  0, 01 mm d 2  d3  d 4  d7  d9  6,33  6,32  0, 01 mm d5  d  d5  6,33  6,34  0, 01 mm d6  d8  6,33  6,34  0, 01 mm - Sai số tuyệt đối trung bình của phép đo: d1  d 2  ...  d9 d   0, 01 mm 9 - Sai số tuyệt đối của phép đo: d  d  ddc  0,01  0,02  0,03 mm - Sai số tương đối của phép đo: d 0, 03  .100%  .100% 0, 47% d 6,33 - Kết quả phép đo: d  d  d  6,33  0,03 mm Bài 6 : Trong giờ thực hành, một học sinh đo chu kì dao động của con lắc đơn bằng đồng hồ bấm giây. Kết quả 5 lần đo được cho ở bảng sau Lần đo 1 2 3 4 5 Chu kì T (s) 2,01 2,11 2,05 2,03 2,00 Cho biết thang chia nhỏ nhất của đồng hồ là 0,02s. a) Tính giá trị trung bình của chu kì dao động ? b) Tính sai số tuyệt đối và sai số tỷ đối của phép đo ? c) Biểu diễn kết quả đo kèm sai số ? Hướng dẫn giải a) Giá trị trung bình của chu kì dao động: T1  T2  T3  T4  T5 2, 01  2,11  2, 05  2, 03  2, 00 T   2, 04 s 5 5 b) Sai số tuyệt đối của mỗi lần đo: T1  T  T1  2, 04  2, 01  0, 03 s T2  T  T2  2, 04  2,11  0, 07 s T3  T  T3  2, 04  2, 05  0, 01 s T4  T  T4  2, 04  2, 03  0, 01 s T5  T  T5  2, 04  2, 00  0, 04 s - Sai số tuyệt đối trung bình của phép đo: 6
d1  d 2  ...  d5 0, 03  0, 07  0, 01  0, 01  0, 04 T    0, 03 s 5 5 - Sai số tuyệt đối của phép đo: T  T  Tdc  0,03  0,02  0,05 s - Sai số tỷ đối của của phép đo: T 0, 05  .100%  .100%  2, 45% T 2, 04 c) Kết quả đo chu kì: T  T  T  2,04  0,05  s  Bài 7 : Hai người cùng đo chiều dài của cánh cửa sổ, kết quả thu được như sau: - Người thứ nhất: d  120 1 cm - Người thứ hai: d  120  2 cm Trong hai người, ai là người đo chính xác hơn ? Vì sao ? Hướng dẫn giải - Sai số tỷ đối của phép đo của người thứ nhất: d1 1 1  .100%  .100%  0,83% d1 120 - Sai số tỷ đối của phép đo của người thứ hai: d2 2 2  .100%  .100%  1,67% d2 120 - Do 1   2 nên người thứ nhất đo chính xác hơn người thứ hai Bài 8 : Dùng một đồng hồ đo thời gian có độ chia nhỏ nhất 0,001 s để đo thời gian rơi tự do của một vật. Kết quả đo cho trong bảng sau: Lần đo t (s) ∆𝒕 (s) 1 0,399 - 2 0,399 - 3 0,408 - 4 0,410 - 5 0,406 - 6 0,405 - 7 0,402 - Trung bình - - Hãy tính thời gian rơi trung bình, sai số tuyệt đối và sai số tương đối của phép đo. Biểu diễn kết quả đo này. Hướng dẫn giải 7
t1  t2  ...  t7 - Thời gian rơi trung bình: t   0, 404  s  7 - Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo: t1  t  t1  0, 404  0,399  0, 005  s  t2  t  t2  0, 404  0,399  0, 005  s  t3  t  t3  0, 404  0, 408  0, 004  s  t4  t  t4  0, 404  0, 410  0, 006  s  t5  t  t5  0, 404  0, 406  0, 002  s  t6  t  t6  0, 404  0, 405  0, 001 s  t7  t  t7  0, 404  0, 402  0, 002  s  - Sai số tuyệt đối trung bình: t1  t2  ...  t7 t  0, 004 7 - Sai số tuyệt đối của phép đo: t  t  tdc  0, 005  s  - Sai số tương đối của phép đo: t 0, 005  .100%  .100% 1, 23% t 0, 404 - Kết quả của phép đo: t  t  t  4, 404  0, 005 Bài 9: Một học sinh dùng thước có ĐCNN là 1 mm và một đồng hồ đo thời gian có ĐCNN 0,01 s để đo 5 lần thời gian chuyển động của một chiếc xe đồ chơi chạy bằng pin từ điểm A  vA  0 đến điểm B. Kết quả đo được cho ở bảng sau Lần đo s (m) ∆𝒔 (m) t (s) ∆𝒕 (s) 1 0,546 - 2,47 - 2 0,554 - 2,51 - 3 0,549 - 2,42 - 4 0,560 - 2,52 - 5 0,551 - 2,48 - Trung bình - - - - a) Nên nguyên nhân gây ra sự sai khác giữa các lần đo ? b) Tính sai số tuyệt đối và sai số tỉ đối của phép đo s, t c) Biểu diễn kết quả đo s và t d) Tính sai sối tỉ đối  v sai số tuyệt đối v . Biểu diễn kết quả tính v Hướng dẫn giải a) Nguyên nhân gây ra sai khác giữa các lần đo: Do cấu tạo của dụng cụ thí nghiệm, thao tác khi đo chưa chuẩn xác. 8
b) Giá trị trung bình của phép đo s và t: s1  s2  s3  s4  s5 s  0,552  m  5 t t t t t t  1 2 3 4 5  2, 48  s  5 - Sai số tuyệt đối mỗi lần đo s1  s  s1  0,552  0,546  0, 006  m  t1  t  t1  2, 48  2, 47  0, 01 s  s2  s  s2  0,552  0,544  0, 008  m  t2  t  t2  2, 48  2,51  0, 03  s  s3  s  s3  0,552  0,549  0, 003  m  t3  t  t3  2, 48  2, 42  0, 06  s  s4  s  s4  0,552  0,560  0, 008  m  t4  t  t4  2, 48  2,52  0, 04  s  s5  s  s5  0,552  0,551  0, 001 m  t5  t  t5  2, 48  2, 48  0, 00  s  - Sai số tuyệt đối trung bình: s1  s2  s3  s4  s5 t  t2  t3  t4  t5 s   0, 005  m  t  1 0, 03  s  5 5 - Sai sô dụng cụ đo: sdc  0,0005 , tdc  0,005  s  - Sai số tuyệt đối của phép đo: s  s  sdc  0, 005  0, 0005  0, 0055  m  t  t  tdc  0, 03  0, 005  0, 035  s  - Sai số tỉ đối của phép đo: s 0, 0055 s  .100%  .100% 1% s 0,552 t 0, 035  t  .100%  .100%  1, 41% t 2, 48 - Kết quả phép đo: s  0,5520  0, 0055  m  t  2, 480  0, 035  s  c) Ta có công thức tính vận tốc: s v  0, 2225 m/s t - Sai số tỉ đối v   s t 2, 41% - Sai số tuyệt đối của phép đo: v v   v   v.v  0, 2225.2, 41%  0, 0053 m/s v - Kết quả tính: v  0, 2225  0, 0053m/s 2.3. Bài tập tự luyện Bài 1: Dùng một thước có ĐCNN 1mm và một đồng hồ bấm giây có ĐCNN 0,01 s để đo 5 lần thời gian dịch chuyển một vật chuyển động thẳng đều. Kết quả ta thu được bảng sau: 9
n s(m) t(s) 1 1,010 0,26 2 1,000 0,25 3 0,990 0,24 4 1,020 0,25 5 0,980 0,23 a. Tính sai số tuyệt đối của phép đo s và t và viết kết quả phép đo. b. Tính sai số tỷ đối và sai số tuyệt đối của phép đo tốc độ của vật và viết kết quả phép đo. Bài 2: Một vật chuyển động thẳng đều với quãng đường đi được s  (15,4  0,1)m trong thời gian t  (4,0  0,1) s. Biết tốc độ của chuyển động thẳng đều được tính bằng công s thức v  t a. Phép đo tốc độ của vật có sai số tỷ đối và sai số tuyệt đối bằng bao nhiêu? b.Viết kết quả đo tốc độ của vật Bài 3: Dùng một đồng hồ đo thời gian có độ chia nhỏ nhất 0,001 s để đo thời gian rơi tự do của một vật từ độ cao h xuống. Kết quả đo cho trong bảng sau: Lần đo Đại lượng Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Thời gian (s) 0,399 0,408 0,406 0,402 0,405 Tính giá trị trung bình, sai số tuyệt đối, sai số tỉ đối của phép đo thời gian và viết kết quả phép đo. Bài 4: Một thanh sắt có trọng lượng trong khoảng từ 10N đến 15N. Với dụng cụ gồm lực kế có giới hạn đo 8N và sợi dây nhẹ, không dãn, đủ dài. Em hãy thiết kế một phương án thí nghiệm để xác định trọng lượng của vật trên. Bài 5. Một học sinh dùng thước có độ chia nhỏ nhất 1mm đo chiều dài của bàn học ba lần được kết quả lần lượt là 2,456m; 2,454m; 2,458m, lấy sai số dụng cụ bằng độ chia nhỏ nhất. Hãy tính toán và viết kết quả đo chiều dài của chiếc bàn trên. 3. Những điểm khác biệt, tính mới của giải pháp so với giải pháp đã và đang được áp dụng. 10
Về phía giáo viên: Có thể giúp cho học sinh nắm vững hơn được kiến thức và có cách làm chính xác, nhanh đối với câu hỏi thực hành trong đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí 10. Về phía học sinh: Nắm được phương pháp giải giúp học sinh tự tin chủ động, tạo hứng thú trong học tập bộ môn. Giúp cho học sinh không còn cảm thấy sợ khi làm bài tập liên quan đến thí nghiệm thực hành. Tính ưu việt của giải pháp là lựa chọn tối ưu nhất hiện tại phù hợp với lực học của học sinh và cũng phù hợp với mục tiêu của bộ môn. III. Khả năng áp dụng của giải pháp Đội tuyển thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí 10 trường Tuần Giáo năm học 2023 - 2024 và các năm tiếp theo. Khi áp dụng “phương pháp giải bài tập thực hành tính sai số trong phép đo đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí lớp 10”. Tất cả học sinh trong đổi tuyển đều làm được các dạng tính sai số. Sáng kiến không những áp dụng ở học sinh trường THPT Tuần Giáo mà còn có thể áp dụng ở các trường trung học phổ thông khác khác trong tỉnh. IV. Hiệu quả, lợi ích thu được. Kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí 10 năm học 2023-2024 điểm thi cao và đạt nhiều giải. Vì vậy chúng tôi thấy phương pháp giải bài tập thực hành tính sai số trong phép đo đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí lớp 10 nhằm đã làm cho chất lượng môn thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí tăng lên rõ rệt, các em đã thích học môn Vật lí hơn. Kết quả thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí 10 trường THPT Tuần Giáo năm học 2023-2024 Số thứ tự Họ và tên Môn dự thi Điểm bài thi Giải 1 Nguyễn Huy Hoàng Vật lí 10 15,5 Ba 11
2 Ngô Thanh Hoà Vật lí 10 15,5 Ba 3 Nguyễn Diệu Hồng Vật lí 10 15,5 Ba 4 Nguyễn Minh Nhật Vật lí 10 14,25 Ba 5 Lê Huỳnh Nhật Bảo Vật lí 10 14 Ba 6 Nguyễn Xuân Đạt Vật lí 10 14,25 Ba 7 Đoàn Minh Quang Vật lí 10 11,5 Khuyến khích 8 Hoàng Thanh Bình Vật lí 10 13,25 Khuyến khích Hình ảnh vui mừng và phấn khởi của em khi nhận giấy chứng nhận học sinh giỏi 12
V. Phạm vi ảnh hưởng của giải pháp. Với phương phương pháp giải bài tập thực hành tính sai số trong phép đo đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật lí lớp 10 chúng tôi đã áp dụng và nhận thấy có ảnh hưởng đến việc thay đổi nhận thức của các em học sinh về việc tiếp cận kiến thức và các phương pháp giải bài tập. VI. Kiến nghị, đề xuất: Nên tổ chức nhiều đợt sinh hoạt chuyên môn cụm để các giáo viên có kinh nghiệm ở các trường trao đổi kinh nghiệm cho nhau để chất lượng môn Vật lí trong kì thi học sinh giỏi được nâng lên. D. Danh sách đồng tác giả: Số TT Họ và tên 1 Phan Thị Vân 2 Phạm Thùy Dương Tuần giáo, ngày tháng 4 năm 2024 Tuần giáo, ngày 12 tháng 4 năm 2024 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG NGƯỜI VIẾT SÁNG KIẾN ĐƠN VỊ (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, đóng dấu) Phan Thị Vân Phạm Thùy Dương 13
14