Thiết kế một số phương án thực hành đo hệ số ma sát dùng cho HS lớp 10

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG
---------

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

THIẾT KẾ MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH ĐO HỆ SỐ
MA SÁT DÙNG CHO HỌC SINH LỚP 10

Người thực hiện: Tào Thị Hạnh
Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc lĩnh vực môn: Vật lý

THANH HOÁ NĂM 2016
1


MC LC
Trang
1. Mở đầu
2
2. Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
3
2.1. Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm và các giải pháp
đã sử
dụng

để

giải

quyết

vấn

đề

3
2.2. Một số bài tập lập phơng án thực hành
9
2.3. Thực trạng vấn đề trớc khi áp dụng sáng kiến kinh
nghiệm

10

2.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động
giáo dục,
với bản thân đồng nghiệp và nhà trờng
10
3. Kết luận và kiến nghị
10
Tài liệu tham khảo
11

2


THIT K MT S phơng án
thực hành đo hệ số ma sát DùNG CHO học sinh lớp 10.
1- m u
Vt lý l mt mụn khoa hc thc nghim, mi nh lut hin tng u c

rỳt ra t thc nghim hoc c kim chng bng thc nghim. Vy nhng
trong quỏ trỡnh dy hc bn thõn tụi cũn gp nhiu khú khn khi dy cỏc tit
thc hnh hoc khi dy cỏc tit hc cú cỏc nh lut hin tng c rỳt ra t
thớ nghim. Cú nhiu nguyờn nhõn dn n khú khn trờn nh: Cỏc b thớ
nghim trong phũng thớ nghim ca nh trng cũn cha m bo v s
lng cng nh cht lng. Mi lp thng khong 45 hc sinh nhng mi
bi thc hnh ch khong 3,4 b cú th dựng c, vy nờn rt nhiu hc sinh
dự rt mun trc tip lm thớ nghim nhng khụng c lm m ch cú th
ng quan sỏt cỏc bn lm; Mt khú khn na l thi gian dnh cho vic lm
thớ nghim trong mt tit hc l rt ngn. Nu l thớ nghim biu din thỡ ch
do giỏo viờn hoc mt vi bn cựng lm, c lp qua sỏt ghi s liu rỳt ra
nh lut hin tngThi gian lm thớ nghim ngn vỡ ch trong mt tit
hc va phi lm thớ nghim, va phi x lớ s liu rỳt ra cỏc kt lun. Hc
sinh ch c quan sỏt m nhng bn ngi bn di thỡ khú m quan sỏt
c.
3


Hiện nay, xu hng i mi v phng phỏp dy hc trng ph
thụng l tích cực hoá quá trình hoạt động nhận thức của học
sinh. Đối với bộ môn Vật lý, xu hớng trên đợc thể hiện rõ trên
nhiều mặt, trong đó có việc tăng cờng hoạt đng thực
nghiệm của học sinh không chỉ trong giờ học chính khoá mà
còn cả trong các giờ học ngoại khoá và kể cả ở nhà nữa. Việc
bồi dỡng cho các em có kĩ năng thực nghiệm và xây dựng
những phơng pháp thí nghiệm

mới của riêng mình từ

những bài toán thí nghiệm giúp các em hiểu đúng hơn về

bản chất của môn Vật Lý từ đó các em sẽ yêu thích môn vật
lý hơn và tích cực vận dụng kiến thức vật lý vào sáng tạo kĩ
thuật và đời sống .
Việc bồi dỡng cho các em kĩ năng thực nghiệm đòi hỏi giáo
viên mất rất nhiều công sức: tìm tòi tài liệu, tổ chức cho các
em thực hành. Một điều khó hơn là phải suy nghĩ tìm tòi
cách dạy sao cho học sinh ham mê thí nghiệm, các em không
những làm những bài tập định sẵn mà phải tự sáng tạo
những bài tập thực nghiệm, những phơng pháp mới của riêng
mình.
Theo hớng đó,qua thực tế tôi đã soạn đợc một số bài thực
nghiệm dành cho các em học sinh phổ thông và thấy rằng
chúng giúp ích rất nhiều trong việc nâng cao niềm đam mê
của học sinh đối với môn học Vật lý. Sau đây tôi xin trình
bày một số phơng án thực hành đo hệ số ma sát dùng cho
học sinh lớp 10.
2. Nội dung sáng kiến kinh nghiệm
2.1. Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm và các
giải pháp đã áp dụng để giải quyết vấn đề.
4


Phơng án 1: Đo hệ số ma sát nghỉ bằng cách thay đổi khối
lợng vật và dùng cân để xác định khối lợng từ đó xác định
đợc hệ số ma sát nghỉ
a,Cơ sở lí thuyết
M
Fms

Cho cơ hệ nh hình vẽ

M

T

- khi khối lợng của vật m còn nhỏ
hệ cha chuyển động thì lực ma sát

T

nghỉ Fms giữa vật M và mặt phẳng ngang

m

bằngvới trọng lực P của vật m
- Tăng dần khối lợng của vật m đến khi

P

M bắt đầu trợt thì lực ma sát nghỉ đạt giá trị cực đại
Fms = à Mg = mg
Từ đó tính đợc hệ số ma sát nghỉ à =

m
g

(1)

b, Tiến hành thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, ban đầu để khối lợng của vật

m nhỏ để hệ không chuyển động. Tăng dần khối lợng của m
đến khi hệ bắt đầu chuyển động thì dừng lại. Cân khối lợng M và m, thay vào công thức (1) tính đợc hệ số ma sát
nghỉ à .
*) Nhận xét : Trong phơng án
này, có thể thay hệ bằng dây

x

xích. Khi vật bắt đầu tự trợt
à =

x
Lx

x và L tỉ lệ với số mắt đếm đợc.
c, Kết quả đo theo phơng án 1:
Lần đo m

m

M

M

à

5


1

2
3

25g
50g
80g
*) Sai số:

1g
1g
1g

1g
1g
1g

0,250
0,250
0,267

à = 0.256

à = à(
Kết quả.

100g
200g
300g

m M

+
) = 0.01
m
M

à = 0.26 0.01

Phơng án 2: Đo hệ số ma sát trợt bằng cách cho vật chuyển
động chậm dần đều

M

a,Cơ sở lí thuyết
Chọn hai vật có khối lợng m =

m

M. Thả cho rơi từ độ cao h. Sau
khi m tới đất, M còn đi thêm một

h

đoạn s. Ta có:
-Lúc đầu khi thả cho m từ độ
cao h thì cả hai vật chuyển
động với cùng gia tốc là
a=

mg à Mg mg à mg g
=

= (1 à )
m+M
m+m
2

- Vận tốc của hệ ngay trớc khi m
chạm đất là
v 2 = 2ah = gh ( 1 à )

(2.1)

- Khi m chạm đất vật M còn đI
thêm đợc đoạn đờng s nữa thì
dừng lại. áp dụng định luật bảo
toàn năng lợng cho vật M trên
đoạn đờng s ta có :
1
Mv 2 = à .Mg .s v 2 = 2 à gs
2

(2.2)
6


à=

Từ (2.1) và (2.2) tìm đợc :

h
h + 2s

Gọi L là quãng đợng tổng cộng mà M đi đợc thì
L = h + s s = L h .
Vậy à =

h
2L h

(3.2)

b, Tiến hành thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, chọn 2 vật có khối lợng nh
nhau. Ban đầu giữ cơ hệ cho vật m cách mặt đất độ cao
h.
-Đo độ cao h và đánh dấu vị trí ban đầu của vật M
-Thả cho m chuyển động đến khi M dừng lại thì đánh dấu
vị trí của M
- Đo tổng quãng đờng L=h+s mà M đã đi
*Thay các giá trị đo đợc vào biểu thức (3.2) để tính à
Ưu điểm của phơng pháp nàylà cách bố trí và tiến hành thí
nghiệm rất đơn giản loại bỏ đợc sai số chủ quan.
Kết quả đo theophơng án 2:
Lần đo
1
2
3
Trung

h (m)
0,30

0,30
0,30
h = 0,30

h
0,01
0,01
0,01
h = 0,01

L (m)
0,73
0,75
0,74
L = 0,74

L
0,01
0,01
0,00
L = 0,01

bình
*)

h = 0,30 0,01
L = 0,74 0,01
h
à=
Sai số:

= 0,254
2L h
à = à (

Kết quả:

h 2L
h
+
+
) = 0,05
h 2L h 2L h

à = 0,25 0,05

7


Phơng án 3 : Đo hệ số ma sát trợt bằng cách cho vật trợt từ
trên mặt phẳng nghiêng xuống mặt phẳng nằn ngang
a,Cơ sở lí thuyết
Mặt phẳng nghiêng và mặt ngang cùng hệ số ma sát. Bố trí
thí nghiệm nh hình vẽ.
A
h

m


B

D

C

Cho vật trợt từ A không vận tốc ban đầu. Vật trợt xuống
mặt phẳng nghiêng và dừng lại tại D trên mặt phẳng ngang.
áp dụng định luật bảo toàn năng lợng ta có :
mg.AB = à mgcos.AC + à mg.CD
Với AC.cos = BC ta tìm đợc : à =

AB
h
=
BC + CD l

(4.1)

( Với l = BD )
b, Tiến hành thí nghiệm
Bớc 1: Bố trí thí nghiệm nh hình vẽ. Lu ý sử dụng vật kích
thớc nhỏ và các mặt nghẳng AC, CD phải dài, góc nhỏ để
khắc phục va chạm của vật với mặt phẳng ngang tại C.
Bớc 2: Đánh dấu một điểm A trên mặt phẳng nghiêng,đo độ
cao của điểm A:

h=AB

Bớc 3: Thả cho vật trợt không vận tốc ban đầu từ điểm A. Vật
trợt xuống mặt phẳng nghiêng và dừng lại tại D trên mặt

phẳng ngang. Đo khoảng cách l=BD
* Thay các giá trị h và l đã đo đợc vao (4.1) để tìm à
Kết quả đo theo phơng án 3:
8


Lần đo
1
2
3
Trung

h
0,01
0,01
0,01
h = 0,01

h (m)
0,15
0,15
0,15
h = 0,15

bình

h = 0,15 0,01
h
*) Sai số :
à = = 0,262

l

l (m)
0,575
0,562
0,580
l = 0,572

l
0,003
0,010
0,008
l = 0,007

l = 0,572 0,007

h l
à = à
+ ữ = 0,021
h
l

à = 0,26 0,02

Kết quả.

Phơng án 4: Đo hệ số ma sát trợt bằng cách dùng vật và lò xo
đàn hồi
a,Cơ sở lí thuyết

l0

*Treo vật khối lợng m vào đầu lò xo
( hình 1 )

l

l

Khi vật ở vị trí cân bằng lò xo giãn đoạn l
l = l l0 =

mg
k

(3.1)

*Gắn chặt một đầu lò xo
vào giá đỡ
( hình 2).
Đặt cho vật tiếp xúc lò xo
( không gắn với lò xo )


A


O

B

đánh dấu vị trí O của vật.
Đa vật tới điểm A sao cho lò xo bị
nén đoạn l rồi thả nhẹ vật
chuyển động
đợc đoạn đờng s đến B rồi dừng
lại
9


áp dụng định luật bảo toàn năng lợng ta có:
1
à mgs
k .l 2 = à .mgs l 2 = 2
2
k

Từ (3.1) và (3.2) ta có :

(3.2)
l l l0
=
2s
2s

à=

(3.3)

b, Tiến hành thí nghiệm
Bớc1. Dùng thớc đo chiều dài tự nhiên l0 của lò xo và chiều
dài l của lò xo khi vật nằm cân bằng.
Bớc 2 : Gắn chặt một đầu lò xo vào giá đỡ (hình 2).
Đặt cho vật tiếp xúc lò xo ( không gắn với lò xo ), đánh dấu
vị trí O của vật.
Bớc 3: Trên mặt phẳng ngang,
lấyđiểm A

với OA = l.

Bớc 4: Đa vật đến vị trí A, lò xo nén một đoạn l. Thả vật
tự do, vật đến vị trí B thì dừng lại. Đo khoảng cách AB = s.
* Thay các giá trị l, l0, s đã đo đợc vào (3.3) ta sẽ tìm đợc à
Phơng án 5 : Đo hệ số ma sát nghỉ bằng cách kéo cho vật
đổ
a,Cơ sở lí thuyết
áp dụng với khối có kích thớc lớn.
Lúc đầu tác dụng F ở M rất gần A
sao cho vật bắt đầu trợt: F =à
mg.

r
P

Nâng dần điểm đặt M lên cao

r
F

M

h

khi đến vị trí N nào đó thì vật
bắt đầu quay quanh A.
Vậy

mg

l
= F.h = à.mgh
2

à=

l
2h

(5.1)
B

l

A
10


b, Tiến hành thí nghiệm

r
Bớc 1: bố trí thí nghiệm nh hình vẽ, ban dầu tác dụng lực F
vào điểm M sao cho vật trợt trên mặt phẳng nằm ngang
r
Bớc 2: Nâng dần điểm đặt của lực tác dụng F đến vị trí N
nào đó thì vật bắt đầu quay quanh A. Đo h = AN, l = AB
* Thay giá trị h, l đo đợc vào (5.1) ta tính đợc à
Ưu điểm: không cần biết F bằng bao nhiêu nên ta tránh đợc
sai số.
Phơng án 3: sử dụng mặt phẳng nghiêng
Lần đo
1
2
3
Trung

h (m)
0,15
0,15
0,15
h = 0,15

bình

h
0,01
0,01
0,01
h = 0,01

h = 0,15 0,01
h
*) Sai số :
à = = 0,262
l

l (m)
0,575
0,562
0,580
l = 0,572

l
0,003
0,010
0,008
l = 0,007

l = 0,572 0,007

h l
à = à
+ ữ = 0,021
l
h
Kết quả.

à = 0,26 0,02

2.2. Một số bài tập lập phơng án thực

hành
Bài tập 1:
Giả sử có một ván gỗ, một thanh cùng loại gỗ đó và một chiếc
thớc. Hãy đa ra phơng pháp đo hệ số ma sát giữ gỗ đối với
gỗ.
Bài tập 2:
Làm thế nào xác định hệ số ma sát của thanh trên mặt
phẳng nghiêng mà chỉ dùng một lực kế. Biết rằng độ
11


nghiêng của mặt phẳng là không đổi và không đủ lớn để
cho thanh tự trợt.
Bài tập 3:
Cho một dây xích gồm nhiều mắt xích nhỏ giống nhau.
Tìm cách xác định hệ số ma sát giữa dây xích và mặt
bàn mà không dùng thêm bất cứ một dụng cụ gì.
Bài tập 4 : Lập các phơng án xác định hệ số ma sát trợt
giữa khối gỗ hình hộp và một mặt cong bất kì .
2.3. Thực trạng vấn đề trớc khi áp dụng sáng kiến kinh
nghiệm
Trớc khi áp dụng sáng kiến trên tôi nhận thấy học sinh cha
thực sự hiểu đúng bản chất và vai trò của môn vật lý. Học
sinh học vật lý chủ yếu học thuộc lí thuyết và giải toán Vật
lý thuộc đủ các loại phức tạp khác nhau, không cần và cũng
không thể hiểu đó là cái gì và để làm gì và mình sẽ gặp
ở đâu trong cuộc đời ngoại trừ trờng hợp có thể gặp lúc đi
thi. Chính vì vậy mà học sinh cha thực sự say mê với môn
học và cha vận dụng đợc kiến thức đã học vào cuốc sống.
2.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt

động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trờng.
Khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm trên vào quá trình dạy
học tôi nhận thấy học sinh đã hiểu đầy đủ hơn cái hay, cái
đẹp của môn Vật lý. Vật lý không phải chỉ là những phơng
trình những con số mà tất cả những bài toán phức tạp đó
đều giúp chúng ta đo đặc và tìm ra đợc những thông số
cần thiết để ứng dụng vào khoa học kĩ thuật. Khi dạy cho
học sinh thiết kế các phơng án thực hành, học sinh đã thực
sự say mê với môn học hơn, say mê cả giải toán Vật lý và thiết
12


kế phơng án thực hành rất đơn giản từ kết quả của những
bài toán Vật lý phức tạp. Học sinh không chỉ tích cực, chủ
động, sáng tạo trong các giờ học trên lớp mà còn say mê học,
tìm tòi tự làm thực nghiệm lúc ở nhà. Việc thiết kế các phơng án thực nghiệm giúp học sinh hiểu đầy đủ hơn ý
nghĩa của môn học, học sinh không chỉ tích cực học mà còn
biết vận dụng tốt kiến thức môn học vào cuộc sống và khoa
học sáng tạo kĩ thuật.
3. Kết luận và kiến nghị
Qua thực tế giảng dạy, tôi thấy rằng việc dạy cho các em
thiết kế phơng án thực hành đã làm cho học sinh thực sự
hứng thú và say mê với môn học. Học sinh xác định đúng
đắn hơn mục đích học tập. Học sinh không chỉ say sa học
tập hơn mà các em còn có sáng kiến trong khoa học kĩ
thuật, góp phần vào sự tiến bộ của khoa học và công nghệ.
Tài liệu tham khảo.
1- V. LANGUé - Những bài tập hay về thí nghiệm Vật Lí
Ngời dịch : Nguyễn văn thiều NXBGD
2- Nguyễn tú anh, vũ nh ngọc, vũ ngọc hồng, nguyễn thế

khôi, nguyễn trọng hải, lê hơng quỳnh Thực hành vật lí đại
cơng tập I NXBGD
3 Nguyễn thợng chung-Thí nghiệm thực hành Vật lí chọn
lọc.NXBGD
4- GS Dơng trọng bái, TS Cao ngọc viễn - Các bài thi quốc
gia chọn học sinh giỏi THPT . NXB ĐHQGHN

13


XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG

Thanh Hoá, ngày 12 tháng 03 năm 2016

ĐƠN VỊ

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của
mình viết, không sao chép nội dung của
người khác

Tào Thị Hạnh

14