Sử dụng đệm không khí thực hiện một số thí nghiệm trong dạy học phần cơ học vật lý 10 SGK thí điểm

Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

nguyễn bá kiên

sử dụng đệm không khí thực hiện một số
thí nghiệm trong dạy học phần cơ học
vật lý 10 sgk thí điểm

khoá luận tốt nghiệp đại học
ngành cử nhân s phạm vật lý

1


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Vinh - 2005

Mục lục
Trang
Phần một : Mở đầu
I

Lý do chọn đề tài .......................................................................................3

II Mục đích nghiên cứu .................................................................................4
III Khách thể và đối tợng nghiên cứu ...........................................................4

IV Giả thuyết khoa học ..................................................................................4
V

Nhiệm vụ nghiên cứu ...............................................................................5

VI Phơng pháp nghiên cứu ...........................................................................5
Phần hai : Nội dung
Chơng một. Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài
1.1

Thí nghiệm trong dạy học vật lý ............................................................6

1.1.1 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lý ..............................6
1.1.2 Các loại thí nghiệm đợc sử dụng trong dạy học vật lý ........................7
1.1.3 Yêu cầu chung đối với việc sử dụng thí nghiệm ...................................10
1.2

Phơng pháp thực nghiệm ....................................................................10

1.2.1 Phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lý ...............................10
1.2.2 Phơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý ....................................12
1.3

Đệm không khí ......................................................................................16

1.3.1 Nguyên tắc hoạt động ...........................................................................16
1.3.2 Chức năng của đệm không khí trong dạy học vật lý THPT ..................16
2

Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

1.3.3 Thực trạng việc sử dụng đệm không khí trong dạy học vật lý
ở bậc THPT hiện nay .............................................................................16
Chơng hai. Sử dụng đệm không khí thực hiện một số thí nghiệm trong
dạy học phần cơ học Vật lý 10 theo chơng trình mới.
2.1

Vai trò của đệm không khí trong dạy học phần cơ học
Vật lý 10 theo chơng trình mới ................................................... 17

2.2

Giới thiệu sơ lợc về đệm không khí và các dụng cụ sử dụng
kết hợp với nó ..................................................................18

2.3

Sử dụng đệm không khí thực hiện một số thí nghiệm phần cơ học 10 .... 21

2.4

Sử dụng các thí nghiệm trên đệm khí trong dạy học phần cơ học
- vật lý 10 theo chơng trình mới.. .................................................. 38
Phần ba : Kết luận chung .....................................................40

Tài liệu tham khảo .............................................................................................42

3


Khoá luận tốt nghiệp

Phần một :

SV: Nguyễn Bá Kiên

Mở đầu

I lý do chọn đề tài.

Chúng ta đang bớc đi trong những năm đầu của thế kỷ 21, thế kỷ mà thế giới sẽ
có nhiều chuyển biến mạnh mẽ. Đặc biệt là cuộc cách mạng khoa học công nghệ
hiện đại phát triển, sự bùng nổ thông tin, tri thức nhân loại tăng vọt về cả chất lợng và số lợng. Thế kỷ của nền kinh tế tri thức.
Đất nớc ta đang trong thời kỳ đổi mới, nền kinh tế đang trên đà phát triển. Trớc
tình hình đó, sự nghiệp giáo dục của nớc ta cũng cần có những bớc thay đổi căn
bản để thích ứng nhanh chóng với xu thế thay đổi của thế giới, đáp ứng đòi hỏi
ngày càng cao chất lợng đào tạo con ngời trong thời kỳ đổi mới.
Trong những năm gần đây, Bộ giáo dục và đào tạo đang đẩy mạnh việc biên
soạn lại chơng trình và sách giáo khoa phổ thông. Đây là một yêu cầu bức thiết để
nâng cao chất lợng đào tạo nguồn nhân lực cho sự nghiệp công nghiệp hoá - hiện
đại hoá đất nớc, để tiến kịp trình độ chung của các nớc trong khu vực khi nền
kinh tế tri thức phát triển mạnh mẽ.
Theo TS. Trần Viết Vợng Viện khoa học giáo dục: Định hớng chung và cơ
bản nhất của việc đổi mới chơng trình và sách giáo khoa phổ thông là đa học sinh
vào vị trí chủ thể của hoạt động nhận thức. Thực chất của việc đổi mới phơng
pháp dạy học là học sinh làm việc nhiều hơn, tranh luận nhiều hơn, suy nghĩ
nhiều hơn trên cơ sở các thí nghiệm, các thiết bị dạy học trực quan .

4


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Để đạt đợc các mục tiêu kỹ năng trên thì thiết bị dạy học đóng vai trò rất quan
trọng, là phơng tiện, công cụ chính để học sinh hoạt động, lĩnh hội tri thức.
Một trong những thiết bị dạy học hiện đại, góp phần nâng cao hiệu quả, độ chính
xác của các thí nghiệm Vật lý là đệm không khí .
Với đệm không khí , ngời ta gần nh loại bỏ đợc lực ma sát, vật chuyển
động trên đệm khí chỉ chịu tác dụng của hai lực cân bằng, đó là trọng lực và phản
lực của đệm khí.
Tuy nhiên, việc sử dụng đệm không khí nhằm nâng cao độ chính xác của các
thí nghiệm vật lý, đặc biệt là các thí nghiệm về chuyển động thẳng không có ma
sát, ở phổ thông còn rất hạn chế, cha đợc nhiều giáo viên quan tâm, khai thác triệt
để. Trong khi đó, với chơng trình và sách giáo khoa thí điểm Vật lý 10, đệm
không khí là một thiết bị dạy học đợc sử dụng phổ biến, ở nhiều bài, nhiều chơng.
Nhận thức đợc tầm quan trọng của đệm không khí trong dạy học chơng
trình thí điểm mới, cùng với sự hớng dẫn của thầy giáo Nguyễn Cảnh Vạn, tôi đã
lựa chọn đề tài Sử dụng đệm không khí thực hiện một số thí
nghiệm trong dạy học phần cơ học - Vật lý 10 sách giáo khoa thí
điểm để làm khoá luận tốt nghiệp.

II Mục đích nghiên cứu.

Khai thác việc sử dụng đệm không khí trong các thí nghiệm để nâng cao tính
chính xác của các phép đo, các quá trình, hiện tợng vật lý nghiên cứu. Từ đó nâng
cao chất lợng kiến thức vật lý cũng nh chất lợng dạy và học vật lý ở bậc THPT

theo chơng trình mới.
III Khách thể và đối tợng nghiên cứu.

Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học môn Vật lý bậc THPT theo chơng
trình sách giáo khoa mới.
5


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Đối tợng nghiên cứu: Sử dụng đệm không khí trong các thí nghiệm giáo khoa.
IV Giả thuyết khoa học.

Nếu sử dụng đệm không khí trong các thí nghiệm một cách phù hợp thì sẽ
nâng cao tính chính xác của các phép đo, các quá trình, hiện tợng vật lý nghiên
cứu. Từ đó nâng cao chất lợng dạy học vật lý bậc THPT.
V Nhiệm vụ nghiên cứu.

- Tìm hiểu vai trò của thí nghiệm và phơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật
lý phổ thông.
- Tìm hiểu đệm không khí và các thiết bị đo thời gian hiện số.
- Thực trạng việc sử dụng đệm không khí trong dạy học vật lý phổ thông hiện
nay.
- Nghiên cứu SGK vật lý bậc THPT theo chơng trình mới.
- Khai thác, sử dụng đệm không khí thực hiện một số thí nghiệm trong dạy học
phần cơ học 10.
VI Phơng pháp nghiên cứu.

Phơng pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết để nghiên cứu lý thuyết.
Phơng pháp quan sát, điều tra để nghiên cứu thực tiễn.
Phơng pháp thực nghiệm vật lý.
Phơng pháp thực nghiệm s phạm.
Các phơng pháp toán học toán học để xử lý số liệu.

6


Khoá luận tốt nghiệp

Phần hai :
Chơng một:

SV: Nguyễn Bá Kiên

Nội dung

cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

1.1 Thí nghiệm trong dạy học Vật lý
Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con ngời vào
các đối tợng 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
đợc tri thức mới.
1.1.1 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lý.
1.1.1.1 Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm của lý luận nhận thức.
Theo quan điểm của lý luận nhận thức, trong dạy học vật lý ở trờng phổ thông,
thí nghiệm có các chức năng:
- Thí nghiệm là phơng tiện của việc thu nhận tri thức.

- Thí nghiệm là phơng tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu đợc.
- Thí nghiệm là phơng tiện của việc vận dụng tri thức đã thu đợc vào thực tiễn.
- Thí nghiệm là một yếu tố không thể thiếu đợc của quá trình nhận thức vật lý.
1.1.1.2 Các chức năng của thí nghiệm theo quan điểm lý luận dạy học.
- Thí nghiệm có thể đợc sử dụng ở tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học.
+ Giai đoạn định hớng mục đích nghiên cứu: Có thể sử dụng thí nghiệm để đề
xuất vấn đề cần nghiên cứu, tạo tình huống có vấn đề.
+ Giai đoạn hình thành kiến thức mới: Thí nghiệm cung cấp một cách hệ
thống các cứ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát hoá quy nạp, kiểm tra tính đúng
7


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

đắn của giả thuyết hoặc hệ quả logic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, hình thành
kiến thức mới.
+ Giai đoạn củng cố kiến thức, kỹ năng: Thí nghiệm có thể đợc sử dụng một
cách đa dạng nhằm ôn tập, mở rộng, hệ thống hoá và vận dụng các kiến thức, kỹ
năng đã có của học sinh, giúp học sinh thấy đợc biểu hiện của các kiến thức này
trong tự nhiên, các ứng dụng của chúng trong đời sống và sản xuất.
+ Thí nghiệm là phơng tiện để kiểm tra, đánh giá kiến thức và kỹ năng của
học sinh.
- Thí nghiệm là phơng tiện góp phần phát triển nhân cách toàn diện của học sinh.
+ Thí nghiệm là phơng tiện nâng cao chất lợng kiến thức, rèn luyện kỹ năng
kỹ xảo về vật lý của học sinh.
+ Thí nghiệm là phơng tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức các quá
trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh.
+ Thí nghiệm là phơng tiện tổ chức các hình thức làm việc tập thể khác nhau,

bồi dỡng các phẩm chất đạo đức của học sinh.
- Thí nghiệm là phơng tiện đơn giản hoá và trực quan hoá trong dạy học vật lý.
Thông qua thí nghiệm mà ta có thể nghiên cứu các hiện tợng, các quá trình xảy ra
trong điều kiện có thể khống chế đợc, có thể quan sát, đo đạc đơn giản hơn, dễ
dàng hơn để đi tới nhận thức đợc nguyên nhân của mỗi hiện tợng và mối quan hệ
có tính quy luật giữa chúng với nhau.
1.1.2 Các loại thí nghiệm đợc sử dụng trong dạy học vật lý.
1.1.2.1 Thí nghiệm biểu diễn.
Thí nghiệm biểu diễn là loại thí nghiệm đợc giáo viên tiến hành ở trên lớp,
trong các giờ học nghiên cứu kiến thức mới và có thể ở các giờ học củng cố kiến
thức của học sinh.
Căn cứ vào mục đích sử dụng của thí nghiệm trong quá trình nhận thức của
học sinh, thí nghiệm biểu diễn gồm các loại:
8


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

- Thí nghiệm mở đầu: Là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho học sinh biết qua về
hiện tợng sắp nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú học
tập cho học sinh.
- Thí nghiệm nghiên cứu hiện tợng: Là thí nghiệm nhằm xây dựng hoặc kiểm
chứng lại kiến thức mới, đợc sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới.
Thí nghiệm nghiên cứu hiện tợng bao gồm:
+ Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát: Nhằm cung cấp các cứ liệu thực nghiệm để
từ đó khái quát hoá quy nạp, kiểm tra tính đúng đắn của giả thuyết hoặc hệ
quả logic rút ra từ giả thuyết đã đề xuất, giải quyết vấn đề đặt ra ở đầu giờ học,
từ đó xây dựng kiến thức mới.

+ Thí nghiệm nghiên cứu minh hoạ: Là thí nghiệm nhằm kiểm chứng lại kiến
thức đã đợc xây dựng bằng con đờng lý thuyết.
- Thí nghiệm củng cố: Là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của các kiến thức
đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng của kiến thức này trong sản xuất và
đời sống, đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải
thích hiện tợng hay cơ chế hoạt động của thiết bị, dụng cụ kỹ thuật.
1.1.2.2 Thí nghiệm thực tập.
Là thí nghiệm do học sinh tự tiến hành trên lớp, ngoài lớp, ngoài nhà trờng
hoặc ở nhà với các mức độ tự lực khác nhau.
- Thí nghiệm trực diện.
Tuỳ theo mục đích sử dụng, thí nghiệm trực diện có thể là thí nghiệm mở đầu,
thí nghiệm nghiên cứu hiện tợng hay thí nghiệm củng cố.
Thí nghiệm trực diện có thể đợc tổ chức dới hình thức thí nghiệm đồng loạt,
giáo viên chia học sinh thành các nhóm, tất cả các nhóm học sinh cùng một lúc
làm các thí nghiệm nh nhau, với các dụng cụ giống nhau để giải quyết cùng một
nhiệm vụ học tập.
9


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Thí nghiệm trực diện cũng có thể tổ chức dới hình thức thí nghiệm cá nhân,
các nhóm cùng lúc tiến hành các thí nghiệm khác nhau nhằm giải quyết các
nhiệm vụ bộ phận để đi tới giải quyết đợc nhiệm vụ tổng quát.
- Thí nghiệm thực hành.
Là loại thí nghiệm do học sinh thực hiện sau khi học xong một chơng, một
phần hay một học kỳ nhằm ôn tập củng cố và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, dới sự
hớng dẫn của trực tiếp của giáo viên.

Thí nghiệm thực hành có thể có nội dung định tính hoặc định lợng, song chủ
yếu là kiểm nghiệm lại các nội dung lý thuyết đã học. Thí nghiệm thực hành có
thể đợc tổ chức dới một trong các hình thức: Thí nghiệm thực hành đồng loạt. thí
nghiệm thực hành cá thể, thí nghiệm chuyên biệt.
- Thí nghiệm và quan sát vật lý ở nhà.
Là loại bài làm mà giáo viên giao cho từng học sinh hoặc các nhóm học sinh
thực hiện ở nhà.
Trong loại này, học sinh tiến hành thí nghiệm và quan sát vật lý trong điều
kiện không có sự hớng dẫn và kiểm tra trực tiếp của giáo viên. Vì vậy, nó đòi hỏi
cao tính tự giác, tự lực của học sinh trong học tập.
Hệ thống các loại thí nghiệm đợc sử dụng trong dạy học vật lý phổ thông có
thể mô tả bằng sơ đồ sau:

10


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

GV

TN
VậT Lý

HS

TN
thực tập

TN
biểu diễn

TN
mở đầu

TN
nghiên cứu
khảo sát

TN
nghiên cứu

TN
nghiên cứu
minh hoạ

TN
củng cố

TN
mở
đầu

TN
trực diện

TN
Nghiên
cứu

TN và
quan sát
ở nhà

TN
Củng
cố

TN
Đồng
loạt

TN
thực hành

TN
Cá
thể

TN
Chuyên
biệt

Hình 1
1.1.3 Yêu cầu chung đối với việc sử dụng thí nghiệm.
- Xác định rõ logic của tiến trình dạy học, trong đó việc sử dụng thí nghiệm
phải là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học. Phải đảm bảo cho học sinh ý
thức đợc sự cần thiết của thí nghiệm và hiểu rõ mục đích của thí nghiệm.
- Xác định rõ các dụng cụ cần sử dụng, sơ đồ bố trí thí nghiệm, các bớc tiến

hành thí nghiệm. Không xem nhẹ các dụng cụ thí nghiệm đơn giản.
- Đảm bảo cho học sinh ý thức đợc rõ ràng và tham gia tích cực vào tất cả các
giai đoạn thí nghiệm.
- Thử ngiệm kỹ lỡng thí nghiệm trớc giờ học, đảm bảo thí nghiệm phải thành
công, kết quả thí nghiệm phải đáng tin cậy.
- Đảm bảo các quy tắc an toàn khi sử dụng thí nghiệm.
1.2 Phơng pháp thực nghiệm.
1.2.1 Phơng pháp thực nghiệm trong nghiên cứu vật lý.
11


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Phơng pháp thực nghiệm là một trong những phơng pháp cơ bản trong nghiên
cứu vật lý học đợc ngời ta thờng dùng để thiết lập các định luật vật lý
gọi là các định luật thực nghiệm.
Galilê đợc công nhận là ông tổ của Vật lý thực nghiệm, ngời sáng lập ra phơng pháp thực nghiệm. Spaski đã nêu lên thực chất phơng pháp thực nghiệm của
Galilê nh sau: Xuất phát từ quan sát thực nghiệm, nhà khoa học xây dựng một giả
thuyết. Giả thuyết đó không chỉ đơn giản là sự tổng quát hoá các thí nghiệm đã
làm, nó chứa đựng một cái gì mới mẻ, không có sẵn trong từng thí nghiệm cụ thể.
Bằng phép suy luận logic và bằng toán học, nhà khoa học có thể từ giả thuyết đó
mà rút ra đợc một số hệ quả, tiên đoán một số sự kiện mới mà trớc đó cha biết
đến. Những hệ quả và sự kiện mới đó lại có thể dùng thực nghiệm để kiểm tra lại
đợc. Nếu sự kiểm tra đó thành công, nó khẳng định sự đúng đắn của giả thuyết và
khi đó, giả thuyết đợc coi là một định luật vật lý chính xác.
Phơng pháp thực nghiệm đã thể hiện một quan điểm mới mẻ, sâu sắc về nhận
thức tự nhiên, nhận thức chân lý. Niutơn đã làm rõ quan điểm đó bằng bốn quy
tắc sau:

Quy tắc 1 : Đối với mỗi hiện tợng, không thừa nhận những nguyên nhân nào
khác ngoài những nguyên nhân đủ để giải thích nó. Quy tắc này là sự khẳng định
vai trò của lý trí con ngời trong nhận thức chân lý, gạt bỏ những luận điểm tôn
giáo, kinh viện, không có liên quan đến khoa học.
Quy tắc 2 : Những hiện tợng nh nhau luôn luôn đợc quy về cùng một nguyên
nhân. Quy tắc thể hiện t tởng nhân quả, quyết định luận của Niutơn: Một nguyên
nhân xác định phải gây ra một hệ quả xác định.
Quy tắc 3 : Tính chất của tất cả các vật có thể đem ra thí nghiệm đợc, mà ta
không thể làm cho nó tăng lên hoặc giảm xuống thì đợc coi là tính chất của mọi
vật nói chung. Quy tắc này là sự quy nạp khoa học, cho phép ta khái quát hoá
những trờng hợp riêng lẻ để tìm ra những định luật tổng quát.
12


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Quy tắc 4 : Bất kỳ khẳng định nào rút ra từ thực nghiệm, bằng phơng pháp
quy nạp đều là đúng chừng nào cha có những hiện tợng khác giới hạn hoặc mâu
thuẫn với khẳng định đó. Quy tắc này thể hiện quan điểm biện chứng về tính tơng
đối và tuyệt đối của chân lý. Nó thừa nhận mỗi chân lý khoa học đều có thể đợc
chính xác hoá thêm, đợc hoàn chỉnh thêm từng bớc một, nhng trong mỗi bớc của
quá trình nhận thức nó vẫn hoàn toàn có giá trị khoa học.
Với phơng pháp và t tởng nói trên, Niutơn đã đạt đợc những thành tựu rực rỡ
trong nghiên cứu cơ học và ảnh hởng sâu sắc đến toàn bộ sự phát triển của vật lý
học trong nhiều thế kỷ sau.
1.2.2 Phơng pháp thực nghiệm trong dạy học Vật lý.
1.2.2.1 Các giai đoạn của phơng pháp thực nghiệm.
Trong dạy học vật lý, phơng pháp thực nghiệm cũng là phơng pháp quan trọng

để giúp cho học sinh bằng hoạt động của bản thân mình mà có thể tái tạo, chiếm
lĩnh đợc các kiến thức vật lý. Ngời giáo viên có thể phỏng theo phơng pháp thực
nghiệm của các nhà khoa học mà tổ chức cho học sinh hoạt động theo các giai
đoạn sau:
Giai đoạn 1 : Giáo viên mô tả một hoàn cảnh thực tiễn hay biểu diễn một vài thí
nghiệm và yêu cầu học sinh dự đoán diễn biến của hiện tợng, tìm nguyên nhân
hoặc xác lập một mối quan hệ nào đó. Học sinh cần phải suy nghĩ tìm tòi mới trả
lời đợc.
Giai đoạn 2 : Giáo viên hớng dẫn, gợi ý cho học sinh xây dựng một câu trả lời
dự đoán ban đầu, dựa vào sự quan sát tỷ mỉ kỹ lỡng, dựa vào kinh nghiệm bản
thân, vào những kiến thức đã có. Những dự đoán này có thể còn thô sơ, có vẻ hợp
lý nhng cha chắc chắn.
Giai đoạn 3 : Từ giả thuyết dùng suy luận logic hay suy luận toán học suy ra
một hay một số hệ quả: Dự đoán một hiện tợng trong thực tiễn, một mối quan hệ
13


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

giữa các đại lợng vật lý.
Giai đoạn 4 : Xây dựng và thực hiện một phơng án thí nghiệm để kiểm tra xem
hệ quả dự đoán trên có phù hợp với kết quả thực nghiệm không. Nếu phù hợp thì
giả thuyết trên trở thành chân lý, nếu không phù hợp thì phải xây dựng giả thuyết
mới.
Giai đoạn 5 : ứng dụng kiến thức. Học sinh vận dụng kiến thức để giải thích
hay dự đoán một số hiện tợng trong thực tiễn, để nghiên cứu các thiết bị kỹ thuật.
Thông qua đó, trong một số trờng hợp, ta đi tới giới hạn áp dụng của kiến thức và
xuất hiện mâu thuẫn nhận thức mới cần giải quyết.

1.2.2.2 Các mức độ sử dụng phơng pháp thực nghiệm trong dạy học vật lý.
Giai đoạn 1
Mức độ 1: Học sinh tự lực phát hiện vấn đề, nêu câu hỏi. Giáo viên giới thiệu
hiện tợng xảy ra đúng nh thờng thấy trong tự nhiên để học sinh tự lực phát hiện
những tính chất hay những mối quan hệ đáng chú ý cần nghiên cứu.
Mức độ 2: Giáo viên tạo ra một hoàn cảnh đặc biệt trong đó xuất hiện một hiện
tợng mới lạ, lôi cuốn sự chú ý của học sinh, gây cho họ sự ngạc nhiên, sự tò mò.
Từ đó, học sinh nêu ra một vấn đề, một câu hỏi cần giải đáp.
Mức độ 3: Giáo viên nhắc lại một vấn đề, một hiện tợng đã biết và yêu cầu học
sinh phát hiện xem có chỗ nào cha đợc hoàn chỉnh, cha đầy đủ cần tiếp tục
nghiên cứu.
Giai đoạn 2
Risa Fâyman cho rằng Các định luật vật lý có nội dung rất đơn giản nhng
biểu hiện của chúng trong thực tế lại rất phức tạp . Bởi vậy, từ sự phân tích các
hiện tợng thực tế đến việc dự đoán những mối quan hệ đơn giản nêu trong các
định luật là cả một nghệ thuật. Cần cho học sinh làm quen dần.

14


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Mức độ 1: Dự đoán định tính: Trong những hiện tợng thực tế phức tạp, dự đoán
những nguyên nhân chính, mối quan hệ chính chi phối hiện tợng. Có thể có rất
nhiều dự đoán mà ta sẽ phải lần lợt tìm ra cách bác bỏ.
Mức độ 2: Dự đoán định lợng. Những mối quan hệ định lợng thờng đợc biểu
diễn bằng một số ít hàm số đơn giản nh : Tỷ lệ thuận, tỷ lệ nghịch, hàm số bậc
nhất, hàm số bậc hai, hàm lợng giác... Việc dự đoán định lợng có thể dựa trên một

số cặp số liệu đợc biều diễn trên đồ thị, dựa trên dạng của đồ thị mà dự đoán mối
quan hệ hàm số giữa hai đại lợng.
Mức độ 3: Những dự đoán đòi hỏi một sự quan sát chính xác, tỷ mỷ, một sự
tổng hợp nhiều sự kiện thực nghiệm, không có điều kiện thực hiện ở lớp, vợt qua
khả năng của học sinh. Khi này, giáo viên có thể dùng phơng pháp kể chuyện lịch
sử để giới thiệu các giả thuyết mà các nhà bác học đã đa ra.
Giai đoạn 3
Việc suy ra hệ quả đợc thực hiện bằng suy luận logic hay suy luận toán học.
Mức độ 1: Hệ quả có thể quan sát, đo lờng trực tiếp.
Mức độ 2: Hệ quả không quan sát đợc trực tiếp bằng các dụng cụ đo mà phải
tính toán gián tiếp qua việc đo các đại lợng khác.
Mức độ 3: Hệ quả suy ra trong điều kiện lý tởng. Có nhiều trờng hợp hiện tợng
thực tế bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố tác động không thể loại trừ nhng ta chỉ xét
quan hệ giữa một số ít yếu tố. Nh vậy hệ quả suy ra từ giả thuyết chỉ gần đúng.
Giai đoạn 4
Việc bố trí thí nghiệm kiểm tra thực chất là tạo ra những điều kiện đúng nh
những điều kiện đã nêu trong việc suy luận ra hệ quả.
Mức độ 1: Thí nghiệm đơn giản, học sinh đã biết cách thực hiện các phép đo, sử
dụng các dụng cụ đo.

15


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Mức độ 2: Học sinh đã biết nguyên tắc đo các đại lợng nhng việc bố trí thí
nghiệm cho sát với điều kiện lý tởng có khó khăn. Giáo viên phải giúp đỡ bằng
cách giới thiệu phơng án làm để học sinh thực hiện.

Mức độ 3: Khi thí nghiệm kiểm tra là những thí nghiệm kinh điển rất phức tạp
và tinh tế, không thể thực hiện đợc ở trờng phổ thông, giáo viên mô tả cách bố trí
thí nghiệm rồi thông báo kết quả các phép đo để học sinh gia công các số liệu, rút
ra kết luận hoặc giáo viên thông báo cả kết luận.
Giai đoạn 5
Những ứng dụng của các định luật thờng có ba dạng: Giải thích hiện tợng, dự
đoán hiện tợng và chế tạo thiết bị đáp ứng một yêu cầu của đời sống, sản xuất.
Mức độ 1: Học sinh chỉ cần vận dụng định luật vật lý để làm sáng tỏ nguyên
nhân của hiện tợng hoặc tính toán trong điều kiện lý tởng. Đó có thể là những bài
tập do giáo viên nghĩ ra.
Mức độ 2: Xét một ứng dụng kỹ thuật đã đợc đơn giản hoá để có thể chỉ cần áp
dụng một vài định luật vật lý.
Mức độ 3: Xét một ứng dụng kỹ thuật mà học sinh không những phải vận dụng
những định luật vật lý vừa đợc thiết lập mà còn phải vận dụng tổng hợp những
hiểu biết những kinh nghiệm về nhiều lĩnh vực khác của vật lý.
Dạy học các kiến thức vật lý bằng phơng pháp thực nghiệm là một hớng u
tiên ở trờng phổ thông. Để thực hiện mỗi giai đoạn của phơng pháp thực nghiệm
đòi hỏi phải có những suy nghĩ sáng tạo và có kỹ năng, kỹ xảo về nhiều mặt.
Những bài học mà học sinh có thể tham gia đầy đủ vào cả 5 giai đoạn trên là
không nhiều. Đó là những bài mà việc xây dựng giả thuyết không đòi hỏi một sự
phân tích qúa phức tạp và có thể kiểm tra giả thuyết bằng những thí nghiệm đơn
giản, sử dụng những dụng cụ đo lờng mà học sinh đã quen thuộc.
Bởi vậy, ngời giáo viên phải tuỳ thuộc theo nội dung của kiến thức, tuỳ theo
trình độ học sinh, điều kiện trang bị cơ sở vật chất ở trờng phổ thông mà vận dụng
16


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

linh hoạt các mức độ sử dụng phơng pháp này. Trong khi áp dụng phơng pháp
thực nghiệm, ngời giáo viên cần phối hợp với các phơng pháp nhận thức khác nh
phơng pháp phân tích tổng hợp, phơng pháp quy nạp diễn dịch để hiệu quả
dạy học là cao nhất.
1.3 Đệm không khí
1.3.1 Nguyên lý hoạt động.
Dùng máy bơm thổi không khí nén qua các lỗ nhỏ trên mặt máng để nâng vật
lên. Vật không tiếp xúc trực tiếp với máng, ma sát bị triệt tiêu.
1.3.2 Chức năng của đệm không khí trong dạy học vật lý THPH.
Với đệm không khí, ta có thể tạo ra đợc một chuyển động gần nh loại bỏ đợc
lực ma sát. Đó là chức năng nổi trội nhất của đệm không khí. Từ đó đã giải quyết
đợc nhiều vấn đề trong quá trình dạy học vật lý, giúp nâng cao chất lợng kiến
thức vật lý cũng nh chất lợng dạy học môn vật lý ở trờng phổ thông.
Chúng ta có thể sử dụng đệm không khí kết hợp với máy vi tính hoặc các thiết
bị đo thời gian hiện số, giúp cho việc giảng dạy một số vấn đề đợc trực quan hơn,
hiệu quả hơn nh : Chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi đều, các
định luật Niwtơn, định luật bảo toàn động lợng, dao động cơ học ...
Đệm không khí có thể đợc sử dụng trong các thí nghiệm biểu diễn của giáo viên
hoặc trong các thí nghiệm thực hành của học sinh.

1.3.3 Thực trạng việc sử dụng đệm không khí trong dạy học vật lý ở bậc
THPT hiện nay.

17


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Cơ học là một phần quan trọng của vật lý 10 THPT hiện hành, chiếm tổng số
50 tiết theo phân phối chơng trình. Việc dạy học cơ học 10 đòi hỏi cần có một số
thí nghiệm biểu biểu diễn trong quá trình xây dựng các khái niệm, các định luật
mới nh thí nghiệm về chuyển động thẳng đều, thẳng biến đổi đều, thí nghiệm xây
dựng các định luật Niutơn, thí nghiệm về định luật bảo toàn động lợng Những
thí nghiệm này đều xét trong điều kiện lý tởng là không có ma sát. Trong các thí
nghiệm đó, sử dụng đệm không khí là một phơng án đạt hiệu quả cao.
Tuy nhiên, trình bày của sách giáo khoa vật lý 10 hiện hành không sử dụng
đệm không khí mà chủ yếu sử dụng các máng trợt. Hơn nữa, việc trang bị đệm
không khí cho các trờng phổ thông còn hạn chế. Theo điều tra các trờng THPT ở
thành phố Vinh, chỉ một số trờng nhng các thiết bị hỗ trợ kèm theo nh bơm nén
khí, đồng hồ đo thời gian cũng không đồng bộ, đầy đủ. Không những vậy, sử
dụng đệm không khí trong dạy học đòi hỏi nhiều về mặt thời gian. Với 45 phút
mỗi tiết học trên lớp, nếu giáo viên không có sự phân phối hợp lý thì rất khó hoàn
thành mục tiêu dạy học đề ra. Vì vậy, việc sử dụng đệm không khí trong dạy học
hiện nay gặp rất nhiều khó khăn, nếu có cũng mới dừng lại ở những thí nghiệm
biểu diễn mang tính chất định tính, cha đợc khai thác triệt để trong quá trình dạy
học.

18


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

chơng hai : sử dụng đệm không khí xây dựng một số thí
nghiệm trong dạy học phần cơ học vật lý 10 theo chơng trình mới.
2.1

Vai trò của đệm không khí trong dạy học phần cơ học vật lý

10 theo chơng trình mới.
Với u điểm nổi trội là có thể tạo ra đợc một chuyển động thẳng gần nh loại bỏ
đợc ma sát, đệm không khí kết hợp với các thiết bị đo thời gian là một thiết bị thí
nghiệm quan trọng, đợc sử dụng khi dạy học nhiều vấn đề, đặc biệt là ở phần cơ
học.
Đệm không khí có thể đợc sử dụng trong các thí nghiệm biểu diễn của giáo
viên. Cụ thể gồm các thí nghiệm:
- Khảo sát thực nghiệm chuyển động thẳng đều, chuyển động thẳng biến đổi
đều.
- Khảo sát chuyển động của một vật dới tác dụng của các lực cân bằng.
- Khảo sát mối quan hệ giữa lực tác dụng và gia tốc.
- Khảo sát tơng tác giữa hai vật.
Các thí nghiệm về tơng tác giữa hai vật đợc thực hiện trên đệm không khí nhằm
cung cấp các cứ liệu để đi đến xây dựng định luật bảo toàn động lợng.
Đệm không khí là một thiết bị kỹ thuật, góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp
cho học sinh. Giáo viên có thể cho học sinh làm quen với đệm không khí thông
qua các bài thực hành, kiểm chứng các kiến thức đã học nh đo gia tốc của một
chuyển động thẳng ...
Tóm lại, sử dụng đệm không khí đã giúp cho việc dạy học phần cơ học Vật
lý 10 đợc thuận lợi và hỉệu quả hơn, góp phần nâng cao chất lợng kiến thức vật lý,

19


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

thúc đẩy việc sử dụng các hình thức dạy học tích cực, nâng cao chất lợng dạy học
vật lý phổ thông.
2.2 Giới thiệu sơ lợc về đệm không khí và các dụng cụ sử dụng
trong các thí nghiệm.

Hình 2
2.2.1 Băng đệm khí.
Băng đệm khí đợc làm từ hợp kim nhôm, có dạng một hộp rỗng dài 1,2m hoặc
1,5m, hai đầu bịt bằng hai tấm nhựa cứng T1, T2 . Đầu T1 kín, đầu T2 có lỗ nối
thông với bơm nén khí. Mặt trên của băng có dạng chữ V ngợc, rất phẳng và
nhẵn, trên hai mặt băng có nhiều lỗ nhỏ đợc phân bố đều dọc theo băng cho khí
phun ra.
2.2.2 Bơm nén khí và ống dẫn khí nén.

20


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

2.2.3 Các cổng quang điện D, D':
Gồm một điốt Đ1 phát ra tia hồng ngoại và một điốt Đ2 nhận tia hồng ngoại
từ Đ1 chiếu sang. Dòng điện cung cấp cho Đ1 đợc lấy từ đồng hồ đo thời gian.
Khi có vật chắn chùm tia hồng ngoại từ Đ1 sang Đ2 sẽ phát ra tín hiệu truyền
theo dây dẫn đi tới máy đếm, điều khiển đồng hồ hoạt động tức thì, gần nh không
có quán tính.
Hai cổng quang điện đợc lắp trên thanh đỡ có thể dịch chuyển dọc theo băng
đệm khí. Thớc mm gắn trên băng và mũi tên trên thanh đỡ giúp ta xác định vị trí

hai cổng quang điện.
2.2.4 Động tử ( Xe trợt ).
Đó là các vật trợt có tiết diện hình chữ V ngợc, dài khoảng 150mm. Khối lợng
động tử khoảng 200g, có thể đeo các gia trọng vào hai bên thành để thay đổi khối
lợng của nó. Trên động tử có rãnh để cắm các tấm cản quang có chiều dài l khác
nhau. Tấm cản quang có dạng chữ I hoặc chữ U.
2.2.5 Dụng cụ đo thời gian.
2.2.5.1 Đồng hồ bấm giây điều khiển bằng các cổng quang điện (Hình 3)
Sơ đồ nguyên lý làm việc

2


3

1
Hình 3

Hình 4

21

4


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Trong dụng cụ này, một đồng hồ bấm giây điện tử (1) đợc điều khiển đóng mở

bằng một Rơle điện (2). Rơle này mắc nối tiếp với một điốt quang (3) và hoạt
động bằng nguồn một chiều cỡ 6V. ánh sáng chiều vào điốt quang từ một đèn
mun (4) và đợc bố trí nh cổng quang điện.
Khi không có vật chắn chùm sáng chiếu vào điốt quang, điện trở của nó lúc
này nhỏ, cỡ 100 , Rơ le hoạt động làm mạch đồng hồ mở.
Khi có vật chắn chùm sáng chiếu vào điốt quang, điện trở của nó lúc này rất
lớn, Rơle không hoạt động, mạch đồng hồ đóng.
Nh vậy, bằng việc điều khiển ánh sáng chiếu vào điốt quang này, ta có thể
điều khiển đợc hoạt động của đồng hồ bấm giây.
2.2.5.2 Đồng hồ đo thời gian hiện số.
Là loại dụng cụ đo thời gian chính xác cao (độ chia nhỏ nhất 0,001- 0,01s).
Nó có thể hoạt động nh một đồng hồ bấm giây đợc diều khiển bằng các cổng
quang điện.
- Trên mặt đồng hồ có hai ổ cắm 5 chân, một nút ấn và một núm chuyển mạch.
+ ổ E1 có 5 chân, đợc nối với cổng quang điện D, vừa cung cấp dòng điện cho
cổng D, vừa nhận tín hiệu từ D gửi về.
+ ổ E2 đợc nối với cổng quang điện D' và có chức năng nh trên.
+ Nút Reset : Đa số chỉ của đồng hồ về giá trị 00.00.
+ Núm chuyển mạch MODE ( kiểu làm việc ) dùng để lựa chọn kiểu làm việc
cho đồng hồ đo thời gian.
- Các chế độ làm việc của đồng hồ.
+ Đặt núm MODE ở vị trí A B : Đo khoảng thời gian mà một vật chắn nhỏ
lớt qua cả hai cổng quang điện.
Khi có tín hiệu từ D chuyển sang E1 thỉ đồng hồ bắt đầu hoạt động.
Khi có tín hiệu từ D' chuyển sang E2 thì đồng hồ ngừng hoạt động.
22


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Khoảng thời gian ngăn cách từ khi có tín hiệu thứ nhất đợc hiện trên mặt số của
đồng hồ.
+ Đặt núm MODE ở vị trí A hoặc vị trí B : đo khoảng thời gian mà vật chắn
nhỏ lớt qua cổng quang điện D hoặc D'.
Khi mép trớc của tấm cản quang tới cổng quang điện thì đồng hồ bắt đầu
tính thời gian.
Khi mép sau đi qua cổng thì nó ngừng đếm. Đồng hồ sẽ hiện thời gian để
vật đi đợc đoạn đờng l bằng chiều dài của tấm cản quang.
2.2.6 Bộ phận kích thích chuyển động

Là một con lắc vật lý, một đầu gắn quả nặng,
có thể điều chỉnh độ cao của quả nặng lập với
phơng thẳng đứng các góc khác nhau ( ứng
với các mức kích thích khác nhau ).

Hình 5
2.2.7 Các phụ kiện khác.
Các gia trọng chữ nhật, các quả cân nhỏ ( 1g, 2g, 5g ), thớc đo 2000mm, ròng
rọc, dây treo, hộp đựng quả cân, đĩa đệm kê chất vít ...
2.3 Sử dụng đệm không khí thực hiện một số thí nghiệm phần cơ
học 10 .
2.3.1 Thí nghiệm 1 (TN1) : Kiểm chứng định luật I Niutơn,
23


Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

1, Mục đích.
Khảo sát chuyển động của xe dới tác dụng của các lực cân bằng. Nghiệm lại
định luật I Niutơn.

2, Dụng cụ thí nghiệm.
a, Băng đệm khí có 3 chân vít điều khiển thăng bằng.
b, Bơm nén khí và ống dẫn khí nén.
c, Xe trợt ( động tử ) và các tấm cản quang dạng chữ U, I.
d, Hai đồng hồ bấm giây điều khiển bằng cổng quang điện.
e, Bộ phận kích thích chuyển động.
g, Thớc đo.
h, Các phụ kiện khác: Các quả cân nhỏ ( 1g, 2g, 5g ), ròng rọc, dây treo,
cốc nhỏ đựng quả cân...
3, Lắp ráp thí nghiệm
- Băng đệm khí đợc lắp đặt trên mặt bàn phẳng, vững chắc. Hai cung đàn hồi
đợc lắp ở hai đầu băng để tránh cho xe chạy đập vào hai tấm chắn T 1, T2 làm hỏng
xe hoặc gãy các tấm chắn.
- Đo độ dài tấm cản quang chữ U. Lắp tấm cản quang lên động tử.
- Lắp ống dẫn khí nén nối thông băng đệm khí và máy bơm. Bật điện cho máy
bơm khí hoạt động.
- Đặt động tử lên băng đệm khí và tiến hành điều chỉnh thăng bằng cho hệ
thống nhờ các vít và đĩa đệm. Hệ thống đợc xem là thăng bằng khi động tử đứng
yên hoặc không chuyển động u tiên theo hớng nào. Để đảm bảo độ chính xác, thí
nghiệm cần thực hiện trong điều kiện không có gió.
Thí nghiệm đợc bố trí nh hình sau.

24

Khoá luận tốt nghiệp

SV: Nguyễn Bá Kiên

Hình 6
3, Tiến hành thí nghiệm
Ban đầu, hai cổng quang điện đặt ở các vị trí x1 = 60 cm và x2 = 80 cm trên
băng đệm khí. Mép trớc xe trợt ở vị trí x0 = 20 cm.
Xe trợt đợc cung cấp một vận tốc ban đầu sau khi va chạm với quả nặng của
bộ phận kích thích chuyển động.
Cho hệ thống các thiết bị hoạt động. Đồng hồ đo thời gian đa về 0.00 (s)
- Đặt quả nặng ở vị trí = 200 và thả không vận tốc đầu đến va chạm với xe trợt.
- Ghi thời gian xe chuyển động trên quãng đờng h = 4 cm ( bằng độ dài tấm
cản quang) từ các đồng hồ.
- Đặt các cổng quang điện ở các vị trí x 3 = 100 cm; x4 = 120 cm và lặp lại các
bớc trên.
Ta có bảng kết quả :
Bảng1.
Vị trí
Thời gian
t(s)

x1

x2

x3

x4

( 60cm )
0,19

( 80cm )
0,19

( 100cm)
0,20

(120cm)
0,19

25