Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành Vật Lý trong chương trình trung học phổ thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến "Sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành Vật Lý trong chương trình trung học phổ thông" nhằm nâng cao hiệu quả việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong quá trình dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành Vật Lý trong chương trình trung học phổ thông

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM ADDESTATION DẠY HỌC CÁC BÀI THỰC HÀNH VẬT LÝ TRONG CHƢƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LĨNH VỰC: VẬT LÝ 1
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƢỜNG THPT TÂN KỲ 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM ADDESTATION DẠY HỌC CÁC BÀI THỰC HÀNH VẬT LÝ TRONG CHƢƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Môn : Vật lý Người thực hiện : Đậu Văn Minh Tổ chuyên môn : Khoa học tự nhiên Năm học : 2021 - 2022 Số điện thoại : 0816421678 2
PHẦN MỘT: ĐẶT VẤN ĐỀ I. Lý do chọn đề tài Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, do đó vai trò của thí nghiệm vật lý là rất quan trọng. Việc giáo viên tổ chức cho học sinh tiếp xúc với thí nghiệm trong quá trình học môn vật lý là tất yếu. Đặc biệt các bài thực hành thí nghiệm vật lý trong chương trình là bắt buộc. Qua thực hành thí nghiệm học sinh nắm vững tri thức, biến tri thức thành niềm tin, hình thành những năng lực thực nghiệm khoa học, kích thích hứng thú học tập bộ môn và bồi dưỡng những phẩm chất và năng lực cần thiết của người lao động mới như: năng lực quan sát, tính chính xác, cẩn thận, cần cù, tiết kiệm, hợp tác và tổ chức lao động khoa học. Thí nghiệm là phương tiện giúp học sinh được trải nghiệm – Thông qua thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải làm việc tự lực hoặc hợp tác nhóm , nhờ đó có thể phát huy vai trò cá nhân hoặc tính cộng đồng trách nhiệm trong công việc của các học sinh. Để thí nghiệm vật lý được thành công thì thiết bị thí nghiệm và phương án thí nghiệm đóng vai trò quan trọng. Kết quả thí nghiệm chính xác, kiểm chứng lý thuyết sẽ tạo niêm tin , hứng thú học tập cho học sinh, đồng thời tạo thuận lợi cho giáo viên trong việc sử dụng thí nghiệm vật lý và đổi mới phương pháp dạy học phát triển phẩm chất năng lực học sinh. Thực tế dạy học qua nhiều năm sử dụng, theo thời gian một số thiết bị đã bộc lộ những hạn chế, gây ra lúng túng cho giáo viên và học sinh làm mất niềm tin, hứng thú học tập thông qua thí nghiệm . Do đó cần chọn các bộ thí nghiệm vật lý có tính chính xác và hiện đại phù hợp với sự phát triển của khoa học công nghệ. Thông qua các bài thực hành, học sinh 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, để đạt được các mục đích trên thì cần phải đảm bảo được các yếu tố như điều kiện cơ sở vật chất, kĩ năng hướng dẫn của giáo viên, thời gian, sự chuẩn bị của giáo viên và học sinh, nhất là các thiết bị thí nghiệm đo có độ chính xác cao và đồng bộ. Dạy học trực tuyến, các thiết bị thí nghiệm cảm biến kết nối máy tính cho kết quả đo nhanh đồng thời sử dụng phần mềm xử lí số liệu cho kết quả nhanh giúp học sinh thấy rõ bản chất hiện tượng vật lý, tiếp thu bài học một cách dễ dàng và góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 3
Trong quá trình dạy học vật lý, chúng tôi sử dụng các thiết bị thí nghiệm hiện có ở trường, trong đó có thiết bị thí nghiệm cảm biến Addestation với mục đích tổ chức các tiết thí nghiệm lý thú, thông qua thí nghiệm vật lý nhằm hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực của học sinh. Với lí do đó tôi chọn đề tài „Sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành Vật Lý trong chương trình trung học phổ thông‟. II. Mục đích nghiên cứu Nhằm nâng cao hiệu quả việc sử dụng thiết bị thí nghiệm trong quá trình dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông. III. Đối tƣợng khảo sát thực nghiệm Bộ thí nghiệm Addestation và các bộ thí nghiệm hiện có ở trường THPT. Các bài thí nghiệm thực hành trong chương trình vật lý THPT. Xây dựng phương án thí nghiệm và sử dụng hợp lý bộ thí nghiệm Addestion trong quá trình dạy học các bài thực hành thí nghiệm vật lý. Phương pháp thực nghiệm và phân tích tổng hợp kinh nghiệm. Phương pháp thực nghiệm sư phạm: tổ chức hoạt động dạy và học, ghi chép, chụp ảnh, quay phim, khảo sát kết quả học tập, rút kinh nghiệm giờ dạy, phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm. Điều tra phân tích thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation trong dạy học vật lý. IV. Đóng góp mới của đề tài Điều tra được thực trạng sử dụng thiết bị thí nghiệm Addestation dạy học Vật lý ở một số trường THPT của tỉnh Nghệ An. Phân tích các nguyên nhân, khó khăn, xây dựng phương án thí nghiệm và sử dụng hợp lý bộ thí nghiệm Addestion dạy học các bài thực hành thí nghiệm vật lý. V. Thời gian nghiên cứu Từ tháng 10 năm 2021 đến tháng 3 năm 2022. 4
PHẦN HAI: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I. Thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành trong chƣơng trình vật lí trung học phổ thông. Trong chương trình vật lí trung học phổ thông hiện hành có 9 bài thí nghiệm thực hành: Phần cơ học gồm có thí nghiệm khảo sát chuyển động rơi tự do, xác định gia tốc rơi tự do; xác định hệ số ma sát trượt; khảo sát các định luật dao động của con lắc đơn. Thí nghiệm điện gồm: xác định suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa; khảo sát đặc tính chỉnh lưu của Đi ốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của Tranzito; khảo sát mạch điện xoay chiều RLC. Thí nghiệm quang học gồm: xác định tiêu cự của thấu kính phân kỳ; xác định bước sóng ánh sáng. Phần nhiệt học có thí nghiệm xác định hệ số căng bề mặt chất lỏng. Để tìm hiểu thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation tôi đã tiến hành khảo sát bằng phiếu đối với 30 giáo viên dạy môn vật lý ở trường THPT ở một số trường THPT ở tỉnh Nghệ An . Sau khi thu thập, phân tích, tổng hợp qua các phiếu điều tra cho kết quả như sau: I.1.Thống kê về mức độ sử dụng bộ thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính trong dạy học vật lý THPT. 17% sử dụng thường xuyên Ít sử dụng 57% 27% Chưa sử dụng Biểu đồ thống kê mức độ sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học vật lý. 5
I.2.Thống kê về sự cần thiết sử dụng thiết bị thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính trong dạy học vật lý THPT. 17% 30% Rất cần thiết Cần thiết Không cần thiết 53% Biểu đồ thống kê sự cần thiết sử dụng thiết bị thí nghiệm có kết nối máy tính I.3. Nguyên nhân và khó khăn của thực trạng sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học vật lí trung học phổ thông. Mặc dù vật lí là môn khoa học thực nghiệm tuy nhiên việc sử dụng thiết bị thí nghiệm hiện đại có kết nối máy tính trong dạy học vật lý lại ít giáo viên sử dụng là do việc dạy học thí nghiệm vật lí không thành công, kết quả thí nghiệm thiếu thuyết phục đối với học sinh, nên giáo viên có tâm lí e ngại sử dụng sử dụng thí nghiệm trong dạy học. Giáo viên sử dụng chưa thành thạo thiết bị thí nghiệm hiện đại có kết nối máy tính, tốn nhiều thời gian chuẩn bị thí nghiệm, nên giáo viên ngại không tiến hành được các thí nghiệm. Sĩ số lớp học đông học sinh, số lượng thiết bị thí nghiệm không đủ cho các nhóm học sinh thí nghiệm; giáo viên không bao quát và trợ giúp hết các nhóm học sinh thí nghiệm dẫn đến không hoàn thành đúng kế hoạch bài dạy, nên giáo viên ít lựa chọn các thí nghiệm. Thiếu tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm; hình thức kiểm tra và thi cũng là một rào cản giáo viên tìm tòi, sáng tạo trong việc sử dụng thiết bị thí nghiệm. Trên có sở phân tích nguyên nhân và khó khăn đã đề cập ở trên chúng tôi thấy việc sử dụng bộ bí nghiệm Addestation có kết nối máy tính là cần thiết và cần có tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm để khi sử dụng thí nghiệm có kết quả thuyết phục, rút ngắn thời gian thí nghiệm và xử lí số liệu nhằm khắc phục những khó khăn nêu trên. 6
Việc sử dụng các các thiết bị thí nghiệm truyền thống - không ghép nối với máy vi tính và việc sử dụng các thí nghiệm có ghép nối với máy vi tính cùng có chung tiến trình như sau: - Tiến hành thí nghiệm để có thể quan sát được hiện tượng, quá trình vật lí cần nghiên cứu. - Thu thập số liệu đo; xử lí số liệu đo và trình bày kết quả thí nghiệm. Từ các kết quả xử lí đó, tìm ra hay chứng tỏ sự tồn tại các mối quan hệ có tính qui luật trong hiện tượng, quá trình đang nghiên cứu. Cùng có một tiến trình như nhau, song thiết bị thí nghiệm kỹ thuật số có thể ghép nối với máy vi tính có sự hỗ trợ của phần mềm, nhiều công việc được hoàn thành tự động theo một chương trình đã định sẵn, vì thế giảm được đáng kế thời gian thu thập và xử lí số liệu nên cho kết quả thí nghiệm nhanh hơn. Khâu thu thập số liệu đo là khâu hết sức quan trọng trong thực nghiệm. Trong mỗi lần thí nghiệm thường phải đo từ 2 đại lượng trở lên và lại phải đo nhiều giá trị khác nhau. Rồi cùng một thí nghiệm lại phải tiến hành nhiều lần, đo nhiều lần. Từ các số liệu đó nếu xử lí số liệu không có sự hỗ trợ của máy tính và các phần mềm hỗ trợ thì thời gian, công sức thu thập số liệu, xử lí số liệu là rất đáng kể và ở nhiều thí nghiệm công việc này là khó khăn đối với giáo viên và học sinh . Thí nghiệm có kết nối với máy vi tính, nhờ máy vi tính và phần mềm, ta có thể phân tích, xử lí số liệu theo các chương trình do phần mềm định sẵn, ý định phân tích, xử lí số liệu như thế nào là do giáo viên hay học sinh lựa chọn. Còn các phép tính toán cụ thể như: cộng, trừ, nhân, chia, bình phương, khai căn..., lập các biểu bảng, vẽ các đồ thị về các mối quan hệ giữa các đại lượng đang nghiên cứu đều do máy vi tính thực hiện. Các kết quả tính toán, các biểu bảng cũng như các đồ thị này cũng được hiển thị ngay trên màn hình máy vi tính . Quá trình tính toán, lập biểu bảng hay vẽ đồ thị này máy vi tính chỉ làm trong trong vài giây tới một vài phút. Kết quả hiển thị trên màn hình là hoàn toàn chính xác và rất khoa học, đẹp đẽ. Còn trong thí nghiệm không được kết nối và hỗ trợ của máy vi tính việc lập biểu bảng, tính toán hay vẽ đồ thị trong quá t nh xử lí số liệu một cách “thủ công” thường chiếm rất nhiều thời gian và nhiều khi cũng rất khó khăn. Có thể đưa ra ví dụ cụ thể sau để so sánh ưu nhược điểm giữa thí nghiệm có hỗ trợ của máy vi tính và không có hỗ trợ của máy vi tính: Trong thí nghiệm xác định suất điện động và điện trở trong của Pin điện hóa. Thí nghiệm không có kết nối máy vi tính sau khi thu thập số liệu về hiệu điện thế và cường độ dòng điện thì việc vẽ đồ thị để tìm mỗi quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế mất rất nhiều thời gian. Còn thí nghiệm có kết nối máy tính Addestation sau khi thực hiện xong phép đo chỉ việc ấn vào biểu tượng 7
vẽ đồ thị là đồ thị được hiển thị trên màn hình và lựa chọn phương pháp hồi quy tuyến tính là hiển thị luôn mỗi quan hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế. Thí nghiệm khảo sát các định luật con lắc đơn, học sinh và giáo viên mất rất nhiều thời gian để vẽ các đồ thị về mỗi quan hệ giữa chu kỳ, bình phương của chu kỳ với chiều dài con lắc đơn. Còn thí nghiệm Addestation có kết nối máy tính và hỗ trợ của phần mềm thì việc vẽ đồ thị chỉ mất vài chục giây. Đồ thị có thể phóng to thu nhỏ và có thể hiển thị nhiều đồ thị trên màn hình để học sinh quan sát. Việc sử dụng thí nghiệm có kết nối với máy vi tính và có hộ trợ của phần mềm kết hợp với các phương tiện dạy học không có kết nối với máy vi tính trong dạy học thí nghiệm thực hành vật lí trong chương trình vật lí phổ thông có ý nghĩa rất quan trọng; một mặt phát huy được tính ưu việt của thí nghiệm kết nối với máy vi tính như kể trên, mặt khác đảm bảo rèn luyện các kĩ năng và phương pháp đo lường, tính toán đối với các đại lượng cơ bản của vật lí. Ở trường trung học phổ thông hiện nay có các thí nghiệm không có kết nối máy vi tính và bộ thí nghiệm Addestation có kết nối máy vi tính và phần mềm hỗ trợ; giáo viên và học sinh cần từng bước tiếp cận với các thí nghiệm có ghép nối với máy vi tính bên cạnh các thí nghiệm với các thiết bị đo và cách xử lí số liệu truyền thống để nâng cao hiệu quả dạy học. II. Cơ sở lý thuyết sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy các bài thí nghiệm thực hành trong chƣơng trình vật lý THPT. II.1. Bộ thí nghiệm Adestation Bộ thí nghiệm Addestation gồm các cảm biến và thiết bị thu thập và xử lí tín hiệu cầm tay aMixer MGA cùng với phần mềm Addestation MGA có thể kết nối máy tính. Phần mềm Addestation MGA là phần mềm dùng cho các thí nghiệm vật lý hoạt động nhờ lấy các tín hiệu từ bộ cảm biến đưa vào aMixer MGA có thể kết nối máy vi tính. Sau đó xử lí và biểu diễn số liệu dưới nhiều dạng khác nhau như: bảng số liệu, đồ thị, biểu đồ… phụ thuộc vào ý đồ của người sử dụng. II.2. Khảo sát chuyển động rơi tự do. Xác định gia tốc rơi tự do. Thí nghiệm sử dụng cổng quang điện kết nối với aMixer MGA thu thập thời gian chuyển động của thước nhựa, hiển thị bằng đồ thị từ đó tính được vận tốc của các dải đen trên thước nhựa tại các thời điểm khác nhau. Cổng quang điện hoạt động dựa trên việc phát và thu tia hồng ngoại giữa đầu phát và đầu thu. Trong trường hợp không có vật cản đường truyền tia hồng ngoại giữa đầu phát và đầu thu, đầu thu sẽ Hình 2.1 8
nhận đầy đủ tín hiệu và cổng quang điện sẽ sinh ra một điện áp 5V. Nếu có vật nào đó ở giữa đầu phát và đầu thu, tia hồng ngoại sẽ bị chặn và cổng quang điện sẽ không sinh điện áp – Hình 2.1. Một thước nhựa có bảy dải đen, độ rộng mỗi dải đen là rơi tự do qua cổng quang điện Thước nhựa – Hình 2.2, khi dải đen chắn tín hiệu giữa đầu phát và đầu thu thì cổng quang điện không sinh ra điện áp, qua thiết bị xử lý tín hiệu aMixer MGA và phần mềm Addestation MGA hiển thị đồ thị là những vùng trũng – Hình 2.3, từ đồ thị Cổng quang xác định thời gian của vùng trũng 1 là t1; tính điện vận tốc V1 = Trụ thép Tương tự xác định thời gian của vùng trũng 7 là t7; tính vận tốc V7 = Miếng xốp aMixer MGA Đồng thời aMixer MGA thu thập thời điểm đầu t1 mà dải đen đầu tiên đi qua và thời điểm t7 là dải đen thứ bảy đi qua cổng quang điện.Từ đó Đế trụ tính được gia tốc rơi tự do: g = . Hình 2.2 Vùng trũng 1 Vùng trũng 7 t1 + t7 + Hình 2.3 9
II.3. Đo hệ số ma sát trƣợt Cơ sở của thí nghiệm là dùng cảm biến chuyển động để thu thập thời gian và tọa độ chuyển động của vật trượt trên mặt phẳng nghiêng một góc α, qua thiết bị xử lý tín hiệu aMixer MGA để vẽ đồ thị tọa độ thời gian – Hình 2.4. Từ đồ thị xác định thời gian t và quãng đường S của một vật trượt không vận tốc ban đầu trên mặt phẳng nghiêng rồi tính gia tốc a = và tính hệ số ma sát trượt = tanα - Hình 2. 4 Cảm biến chuyển động Đây là loại cảm biến sử dụng sóng siêu âm được phát ra trong một phạm vi không gian nhất định để giám sát và theo dõi sự chuyển động của bất kì vật thể nào trong phạm vi đó. Thông qua phản xạ của sóng âm, cảm biến này sẽ phát hiện và tính toán sự chuyển động của vật thể trong môi trường ấy một cách chính xác nhất. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cảm biến chuyển động như sau: Cảm biến siêu âm với cấu tạo chứa đầu dò điện âm và mô-đun điện tử sẽ sử dụng đầu dò điện âm, cảm biến đo mức truyền một loạt các xung siêu âm lan ra bề mặt. Hay nói cách khác đó là bản thân cảm biến sẽ phát ra sóng liên tục với tốc độ của sóng siêu âm. Khi sóng siêu âm tiếp xúc với các vật cản thì sẽ phát tính hiệu xung truyền về cảm biến siêu âm - Hình 2.5. Sau đó, cảm biến sẽ phân tích và chuyển đổi thành tín hiệu analog để biết được khoảng cách từ vật cản đến cảm biến là bao nhiêu. Do đó chúng ta có thể đo được khoảng cách từ cảm biến đến vật cản. Hình 2.5 10
II.4. Xác định hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng Cảm biến lực Thí nghiệm sử dụng cảm biến lực để đo trọng lực P của vòng nhôm và hợp lực F của trọng lực và lực căng bề mặt chất lỏng – Hình 2.6. Treo vòng nhôm vào cảm biến lực, để đo trọng lực P của vòng nhôm. Điều chỉnh vòng nhôm vừa chạm bề mặt chất lỏng trong cốc thì cảm biến lực đo được lực tổng hợp F = Fc + P của lực căng và trọng lực. Tính lực căng bề mặt chất lỏng: FC = F – P Dùng thước kẹp đo đường kính trong d và Hình 2.6 đường kính ngoài D của vòng nhôm, rồi tính hệ số căng mặt ngoài của chất lỏng. ( ) II. 5. Xác định suất điện động và điện trở trong của Pin Biểu thức hiệu điện thế mạch ngoài trong một mạch điện kín UN = E – Ir muốn xác định suất điện động E và điện trở trong r thì thiết lập mạch điện trên bảng điện aMatrix như hình 2.7. Kẹp 2 đầu cảm biến dòng điện và cảm biến điện thế vào mạch (đầu đỏ kẹp vào chiều “+”, đầu đen kẹp vào chiều “-”). Cảm biến điện thế và cảm biến dòng điện đo hiệu điện thế và cường độ dòng điện. Thay đổi điện áp bằng cách điều chỉnh biến trở và đo điện áp và cường độ dòng điện nhiều lần và ghi vào bảng số liệu. Sử dụng phần mềm Addestation vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện, hồi quy tuyến tính được phương trình dạng y = b - ax, so sánh với biểu thức hiệu điện thế mạch ngoài ở trên xác định được điện trở trong r = a và suất điện động của Pin E = b. Hình 2.7 11
II.6. Khảo sát đặc tính chỉnh lƣu của đi ốt bán dẫn Thiết lập mạch điện như hình dưới trên bảng điện aMatrix – hình 2.8. Kẹp 2 đầu cảm biến dòng điện và cảm biến điện thế vào mạch (đầu đỏ kẹp vào chiều “+”, đầu đen kẹp vào chiều “-”) để đo điện áp và dòng điện phân cực thuận. Sau đó đổi cực của Điốt và đo điện áp và dòng điện phân cực ngược. Hình 2.8 Sử dụng phần mềm Addestation vẽ đồ thị biểu diễn mỗi quan hệ giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện. II.7. Khảo sát dao động của con lắc đơn Thí nghiệm này sử dụng cảm biến chuyển động quay kết nối với aMixer MGA – Hình 2.9a, để ghi và hiển thị đồ thị tọa độ dao động của con lắc đơn theo thời gian. Sử dụng phần mềm Addestation để xác định thời gian t của n dao động của con lắc đơn bằng cách xác định độ lệch thời gian của n dao động – Hình 2.9b. Xác định chu kỳ dao động T = . Hình 2.9a 12 Hình 2.9b
Đo chu kỳ của nhiều con lắc đơn có chiều dài, khối lượng khác nhau và kích thích dao động với biên độ khác nhau để khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố chiều dài, khối lượng và biên độ dao động của con lắc đơn tới chu kì dao động của con lắc đơn. Ghi tệp thí nghiệm bằng cách ấn vào biểu tượng Dùng phần mềm Addestation vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T vào l và đồ thị phụ thuộc của T2 vào l và phương pháp hồi quy tuyến tính tìm hệ số tỉ lệ của của T2 với l. Từ đồ thị nhận xét, kết luận về sự ảnh hưởng của chiều dài, khối lượng và biên độ dao động của con lắc đơn đối với chu kỳ dao động. II.8. Khảo sát mạch điện RLC mắc nối tiếp Thiết lập mạch điện trên aMatrix như hình 2.10. Dùng cảm biến điện thế kết nối aMixer MGA ghi đồ thị biến thiên của điện áp xoay chiều theo thời gian. Sử dụng phần mềm Addestation xác định hiệu điện thế xoay chiều UR; UL; UC; hai đầu các đoạn mạch R, L, C – Hình 2.11. Hình 2.10 Hình 2.11 Biết tần số dòng điện f và điện trở R, xác định được độ tự cảm L của cuộn cảm và điện dung C của tụ điện = L= = C= III. Phƣơng án sử dụng bộ thí nghiệm Addestation dạy học các bài thực hành trong chƣơng trình vật lý THPT. III.1. Thực hành khảo sát chuyển động rơi tự do. Hình 3.1 Xác định gia tốc rơi tự do. 13
III.1.1. Mục đích + Đo vận tốc của thước nhựa có các dải đen tại các thời điểm khác nhau. + Xác định gia tốc rơi tự do tại nơi thí nghiệm. III.1.2. Dụng cụ thí nghiệm 1 aMixer MGA 1 cổng quang điện 1 thước nhựa (có 7 dải đen, mỗi dải rộng 0,02m) 1 trụ đỡ với kẹp 1 miếng xốp III.1.3.Tiến hành thí nghiệm 1. Bật công tắc bên hông aMixer MGA – Hình 3.1 2. Cắm cổng quang điện vào kênh 1 của MGA – Hình 3.2. 3. Đặt trụ đỡ lên bàn. Kẹp cổng quang điện vào trụ đỡ và điều chỉnh độ cao của nó sao cho ở vị trí thấp nhất có thể. Đảm bảo cổng quang điện song song với mặt bàn. Hình 3.2 4. Đặt miếng xốp trên sàn và ngay dưới cổng quang điện. 5. Ấn nút trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. 6. Giữ thước nhựa thẳng đứng và đặt nó tại vị trí sao cho vạch đen thấp nhất trên thước nhựa nằm ngay bên trên cổng quang điện như hình 3.3. 7. Thả tay để thước nhựa rơi qua cổng quang điện. 8. Khi thước nhựa chạm sàn, ấn nút để ngừng Hình 3.3 thu thập dữ liệu. Sẽ thu được đồ thị có dạng đường thẳng đứng như hình 3.4a. 14
Vùng trũng Hình 3.4a Hình 3. 4b 9. Nhấn vào biểu tượng và nhấn vào giữa đồ thị để phóng to. Màn hình sẽ hiển thị 7 vùng trũng như hình 3.4b 10. Nhấn vào biểu tượng , sau đó nhấn chọn cạnh đi xuống của vùng trũng 1. Một dấu “+” sẽ xuất hiện. Giá trị x cho biết thời điểm bắt đầu xuất hiện vùng trũng 1. 11. Tiếp tục nhấn chọn vào cạnh đi lên của vùng trũng 1. Một dấu “+” khác sẽ xuất hiện. Sử dụng + + các nút mũi tên trên MGA để di Cạnh đi xuống Cạnh đi lên chuyển dấu “+” tới điểm mong muốn – Hình 3.5. Giá trị x cho biết thời điểm kết thúc vùng trũng. Hình 12. Màn hình xuất hiện 2 số liệu ở góc trên bên trái. Lưu ý số liệu thứ 1 “Độ lệch thời gian” cho biết khoảng thời gian từ lúc bắt đầu và kết thúc của vùng trũng 1. Ghi tệp thí nghiệm bằng cách ấn vào biểu tượng . Hình 3.5 13. Nhấn vào điểm bất kỳ trên đồ thị. Màn hình sẽ xuất hiện dòng số liệu “Thời điểm trung bình” cho biết thời điểm trung bình giữa lúc bắt đầu và kết thúc của vùng trũng 1. Ghi lại giá trị này vào bảng 3.1. 14. Làm tương tự các bước 11 – 13 với vùng trũng 2 đến 7. Ghi lại các số liệu thu được vào bảng 3.1. 15. Tắt MGA và cất giữ các dụng cụ. III.1.4. Kết quả thí nghiệm 15
Đo vận tốc các dải đen trên thƣớc nhựa rơi tự do Đồ thị trên aMixer MGA sau khi phóng to như hình 3.6. Nhấn vào biểu tượng sau đó nhấn chọn cạnh đi xuống của các vùng trũng từ 1 đến 7 và ghi số liệu về khoảng thời gian xuất hiện vùng trũng và thời điểm xuất hiện vùng trũng và tính vận tốc của dải đen trên thước nhựa có độ rộng 0,02m kết quả thể hiện ở bảng 3.1. Hình 3.6 Bảng 3.1 Biết độ rộng của mỗi dải đen trên thước nhựa là = 0.02m Vùng trũng Khoảng thời Thời điểm Vận tốc của gian xuất hiện(s) xuất hiện(s) dải đen (m/s) Vùng trũng 1 0,01931 0,833 1,036 Vùng trũng 2 0,01448 1,001 1,243 Vùng trũng 3 0,01180 1,030 1,553 Vùng trũng 4 0,01073 1,053 1,864 Vùng trũng 5 0,00912 1,075 2,070 Vùng trũng 6 0,00858 1,093 2,331 Vùng trũng 7 0,00805 0,980 2,484 16
Hình 3.7a - Thời gian vùng trũng 1 Hình 3.7b – Thời gian vùng trũng 7 17
Sự xuất hiện bảy vùng trũng là do bảy dải đen trên thước chắn tín hiệu thu và phát của cổng quang điện, cổng quang điện không sinh điện áp. Biết độ rộng của mỗi dải đen trên thước nhựa là 0.02m. Dựa vào số liệu thu được ở bảng 3.1, tính vận tốc của dải đen (làm tròn đến phần thập phân thứ 3) và ghi lại kết quả vào bảng 3.1. Từ kết quả bảng 3.1 ta thấy vận tốc của thước tăng đều chứng tỏ rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều.Tính gia tốc rơi tự do g dựa trên công thức: g = = = 9,850 m/s2 Trong đó, v1 và v7 là vận tốc của dải đen 1 và 7; t1 và t7 là thời điểm xuất hiện của vùng trũng 1 và 7. Đo gia tốc rơi tự do g Từ đồ thị xác định khoảng thời gian xuất hiện và thời điểm xuất hiện vùng trũng 1 và 7 tính gia tốc rơi tự do ghi ở bảng 3.2. Hình 3.7a và 3.7b và hình 3.8a, 3.8b là kết quả thí nghiệm lần 1 và lần 5. Bảng 3.2 Biết độ rộng của mỗi dải đen trên thước nhựa là = 0.02m Lần thí Vùng Khoảng Thời Vận Gia tốc nghiệm trũng thời gian điểm tốc của rơi tự (m/s2) xuất xuất dải đen do g2 hiện(s) hiện(s) (m/s) (m/s ) 1 1 0,01931 0,833 1,036 9,850 0,288 7 0,00805 0,980 2,484 2 1 0,01897 0,781 1,054 9,584 0,554 7 0,00821 0,942 2,436 3 1 0,01932 1,342 1,035 10,321 0,183 7 0,00827 1,476 2,418 4 1 0,01985 0,852 1,008 10,286 0,148 7 0,00831 0,988 2,407 5 1 0,01931 0,852 1,036 10,647 0,509 7 0,00805 0,988 2,484 Giá trị trung bình 10,138 0,336 18
Hình 3.8a – Thí nghiệm lần 5 Hình 3.8b – Thí nghiệm lần 5 Giá trị trung bình của gia tốc rơi tự do: ̅ = 10,138 m/s2 19
Sai số tuyệt đối trung bình : ̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅̅ ̅̅̅̅ = = 0,336 m/s2 Gia tốc rơi tự do g = ̅ ̅̅̅̅ = (10,138 0,336) m/s2 III.1.5. Nhận xét và kết luận: Thí nghiệm Addestation sử dụng vật rơi là thước nhựa mỏng phẳng, để sức cản không khí là không đáng kể thì phải rơi thước thẳng đứng và quá trình rơi thước đi giữa đầu phát và đầu thu của cổng quang điện. III.2. Thực hành xác định hệ số ma sát trƣợt III.2.1. Mục đích + Nghiên cứu về tác động của lực ma sát lên vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng. + Biết cách đo và tổng hợp kết quả đo hệ số ma sát trượt. III.2.2. Dụng cụ thí nghiệm 1 aMixer MGA 1 cảm biến chuyển động 1 bộ thí nghiệm cơ học – động lực học III.2.3. Tiến hành thí nghiệm 1. Bật công tắc bên hông aMixer MGA. 2. Lắp cảm biến chuyển động lên giá và sắp xếp như hình 3.9 Cảm biến chuyển động Khớp nối Giá thí nghiệm Thước đo góc Trụ thép Mẫu vật trượt aMixer MGA Đế trụ Hình 3.9 3. Cắm cảm biến chuyển động vào kênh 1 của MGA. 20