skkn một số phương án thực hành đo gia tốc rơi tự do dùng cho học sinh THPT

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

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH ĐO GIA TỐC RƠI TỰ
DO DÙNG CHO HỌC SINH THPT

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

THANH HỐ NĂM 2018
1


MC LC
Trang
1. Mở đầu

3

2. Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

3

2.1.C sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm và giải pháp đã sử dụng
để giải quyết vấn đề
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

3
9

2.3. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục,
với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

10

3. Kết luận và kiến nghị

10

Tài lệu tham khảo

11

2


1. MỞ ĐẦU
1.1. Lí do chọn đề tài.
Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm, mọi định luật hiện tượng
đều được rút ra từ thực nghiệm hoặc được kiểm chứng bằng thực nghiệm.
Chính vì vậy mà từ lâu, thực nghiệm đã trở thành một phần không thể thiếu
trong các bài giảng mơn vật lí. Vậy nhưng trong q trình dạy học bản thân
tơi cịn gặp nhiều khó khăn khi dạy các tiết thực hành. Có nhiều nguyên nhân
dẫn đến khó khăn trên như: Các bộ thí nghiệm như trong bài học thực hành ở
phịng thí nghiệm của nhà trường còn chưa đảm bảo về số lượng cũng như
chất lượng. Mỗi lớp thường khoảng 45 học sinh nhưng mỗi bài thực hành chỉ
khoảng 1,2 bộ có thể dùng được , vậy nên rất nhiều học sinh dù rất muốn trực

tiếp làm thí nghiệm nhưng khơng được làm mà chỉ có thể đứng quan sát các
bạn làm. Vì vậy tơi đã hướng dẫn các em xây dựng những phương án thực
hành khác và tận dụng các thiết bị đang có ở phịng thí nghiệm để thực hiện
theo phương án thực hành mới.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Hiện nay, xu hướng đổi mới về phương pháp dạy học ở trường phổ thơng
là tích cực hố q trình hoạt động nhận thức của học sinh. Đối với bộ môn
Vật lý, xu hướng trên được thể hiện rõ trong nhiều mặt, trong đó có việc tăng
cường hoạt động thực nghiệm của học sinh.Trong khi dạy các bài thực hành
phải làm sao để từ những cơ sở lý thuyết và các bài toán đã làm học sinh tích
cực xây dựng các phương án thực hành mới, chứa khơng chỉ tìm hiểu mình
phương án thực hành mà sách giáo khoa đã đưa ra. Việc bồi dưỡng cho các
em các kĩ năng thực nghiệm và xây dựng những phương pháp thí nghiệm mới
của riêng mình từ những bài tốn thí nghiệm giúp các em hiểu đúng hơn về
bản chất của mơn Vật Lý từ đó các em sẽ u thich mơn vật lý hơn và tích
cực vận dụng kiến thức vật lý vào sáng tạo kĩ thuật và đời sống.
1.3. Đối tượng nghiên cứu

3


Trong bài sáng kiến kinh nghiệm này tơi trình bày một số phương án có
thể áp dụng để xác định gia tốc rơi tự do nhằm làm đa dạng thêm cho các
phương án thực nhiệm
1.4. Phương pháp nghiên cứu.
Bằng phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết từ những cơng thức
đã học, những bài tốn vật lý đã làm từ đó xây dựng các phương án thí
nghiệm. Trong cùng giờ thực hành sẽ phân cho các tổ khác nhau tiến hành đo
theo các phương án khác nhau, tín hành thu thập thông tin, xử lý số liệu, so
sánh kết quả của các tổ với nhau và rút ra ưu nhược điểm của từng phương án.

2. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1. Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm và các giải pháp đã xử dụng
để giải quyết vấn đề
Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng chuyển động rơi tự do
1. cơ sở líthuyết
Khi một vật rơi trong khơng khí mà sức cản của khơng khí rất nhỏ
so với trọng lực tác dụng lên vật thì ta có thể coi đó là chuyển động rơi tự do.
Trong chuyển động rơi tự do, ta có cơng thức :
h

1 2
gt
2

s  g t 2

;

Trong đó : h là quãng đường vật rơi được trong thời gian t
s là hiệu quãng đường vật đi được sau những khoảng thời gian t liên tiếp .
Do đó có thể xác định gia tốc trọng trường theo hai phương án
Phương án 1: Đo độ cao nơi thả vật, thời gian vật rơi từ đó tính gia tốc
trọng trường theo cơng thức :

g

2h
t2

Phương án 2: Cố định khoảng thời gian t, xác định vị trí của vật rơi

sau những khoảng thời gian t liên tiếp.
4


Từ đó tính ∆s = s2 - s1 = s3 - s2
Tính gia tốc trọng trường theo cơng thức:

g

s
t2

2. Thực nghiệm
k

*) Phương án 1:

1
2

a. Dụng cụ :
Bộ thí nghiệm gồm một máy đo thời gian,
một giá có vạch chia độ được gắn một nam châm
điện, khố K có hai chốt 1 và 2.
b. Tiến hành thí nghiệm
Lúc đầu cho khố K đóng vào chốt 1 khi đó

Q

nam châm điện được nuôi bởi nguồn điện sẽ hút

chặt viên bi sắt. Đưa kim chỉ của đồng hồ về vạch
số 0.
Gạt khoá K sang chốt 2, dòng điện qua nam châm bị ngắt viên bi được
nhả ra và rơi tự do đồng thời đồng hồ bắt đầu chạy. Tới khi viên bi rơi chạm
thanh Q, đồng hồ sẽ dừng chạy. Đọc thời gian rơi t của viên bi trên đồng hồ
và độ cao h trên thước ta xác định được g
*. Phương án 2
a. Dụng cụ
Một giá thí nghiệm có gán thước, phía trên gắn một nam châm được kết
nối với camera.
Một viên bi sắt có gắn tấm phản quang
Một đầu thu có kết nối với máy tính
b. Tiến hành thí nghiệm
Khởi động chương trình VideoCom trên máy tính để màn hình hiện lên
đồ thị toạ độ, thời gian của vật
Gắn viên sắt có tấm phản quang lên giá bằng lực hút của nam châm

5


Bấm F9 trên bàn phím, máy bắt đầu đo, dịng điện nuôi nam châm bị
ngắt, viên bi rơi xuống, camera sẽ phát ra ánh sáng đỏ, ánh sáng này được
phản xạ trên các tấm phản quang và được camera thu lại. Nhờ tín hiệu phản
xạ, camera có thể xác định được vị trí của vật và vẽ đồ thị x - t. Từ đồ thị hoặc
từ bảng số liệu máy tính thu được ta có thể tính gia tốc trọng trường theo công
thức
a

s
t2

Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng đệm khơng khí
1, Cơ sở lí thuyết
Xét chuyển động của một hệ vật m1, m2

m1

m1, đặt trên mặt phẳng ngang không ma sát
Gia tốc hệ vật: a 

P2
m2 g

(1)
m1  m2 m1  m2

m2

Gọi độ cao của vật lúc đầu là h
1
2h
h  at 2 � a  2 (2)
2
t
Tõ (1) vµ (2) � g 

m1  m2 2h
m  m2 2h
* 2 �g 1
* 2

m2
m2
t
t

2, thực nghiệm
a. Dụng cụ
Đệm khơng khí là một ống hình hộp dài, trên mặt có đục các lỗ nhỏ.
Khi bơm nén khí hoạt động, nó sẽ thổi khơng khí vào trong ống, khơng khí sẽ
thốt ra từ các lỗ nhỏ đó. Đặt một xe trượt có mặt dưới phù hợp với bề mặt
của đệm khơng khí lên trên thì giữa xe trượt và đệm khơng khí hình thành một
lớp khơng khí máng. Trong q trình chuyển động xe chỉ trượt trên lớp
khơng khí mà khơng chạm trực tiếp lên đệm do đó lực ma sát tác động lên xe
là rất nhỏ và có thể bỏ qua.
6


Các dụng cụ cần cho thực nghiệm gồm: đệm không khí, xe trượt, các
quả nặng, cân, đồng hồ bấm giây, giá có gắn thước.
b. TiÕn hµnh thùc nghiƯm
+ Điều chỉnh sự cân bằng của đệm khơng khí
+ Cân các khối lng m1, m2
+ Đặt xe trợt m1 lên đệm không khí và cho m 1 giữ bởi
nam châm điện
+ Xác định độ cao của m2
+ Ngắt dòng điện nuôi nam châm đồng thời cho
đồng hồ bấm dây hoạt động. Khi m 2 chạm đất, cho đồng
hồ ngừng hoạt động.
+ Xác định thời gian chuyển động t và thay các đại lợng đo đợc vào công thức ta xác định đợc gia tèc träng trêng.
Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng máy Atút

1, C¬ së lÝ thuyÕt
Xét hai vật m1, m2 nối với nhau bởi sợi dây không dãn vắt qua rịng rọc
cố định, có khối lượng khơng đáng kể.

Gia tốc của hệ vật: a 

P1  P2 m1  m2

g
m1  m2 m1  m2

Gọi độ cao ban đầu của hệ vật là h,
thời gian kể từ khi hệ chuyển động đến khi m1 chạm đất là t
Ta có:

1
2h
h  at 2 � a  2
2
t

Do đó:

2h m1  m2
2h m1  m2

g
�
g


.
t 2 m1  m2
t 2 m1  m2

m2

m1

h

7


Xác định được h, t, m1, m2 ta xác định được g
2, thực nghiệm
a. Dụng cụ
Dụng cụ thí nghiệm gồm một giá có gắn rịng rọc và thước mét, hai vật
m1, m2 được nối với nhau qua sợi dây không dãn, đồng hồ bấm dây, cân.
2. Tiến hành thí nghiệm
+ Cân khối lượng m1, m2 và lắp lên hệ ròng rọc
+ Giữ cố định m2, đo khoảng cách từ m1 đến mặt đất
+ Thả cho m2 chuyển động đồng thời cho đồng hồ hoạt động
+ Khi m1 chạm đất ngắt đồng hồ
Dựa vào các hiệu số đo được, thay vào cơng thức tính g
Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng mặt phẳng nghiêng
1, C¬ së lÝ thuyÕt
XÐt mét vật chuyển động trợt trên một mặt phẳng nghiêng
với góc nghiªng α
Gia tèc cđa vËt

a = g(sinα - kcosα )
�g

a
sin -kcos

m

Gọi l là chiều dài mặt phẳng nghiêng
h

1
2l
l at 2 � a  2
2
t
Do ®ã

g


s

2l
1
2
t sin   k cos

Nếu nâng dần độ cao của mặt phẳng nghiêng thì khi
0

g

mà

tag0=

k

vật

bắt

đầu

trợt.

Do

đó:

2l
1
t 2 sin tg 0 .cos
Để tính ta đo độcao h và chiều dài của mặt phẳng

nghiêng
8

sin  

h
l

cos   1  sin 2 

2, Thùc nghiƯm
a. Dơng cơ
Dơng cơ thÝ nghiƯm gåm mét mỈt phẳng nghiêng, một
xe trợt, thớc đo, đồng hồ bấm dây
b. Tiến hành thực nghiệm
+ Đặt vật trên máng nghiêng và nâng dần góc nghiêng
cho tới khi vật bắt đầu trợt. §o h, l tÝnh tg0
tg 0 

h
l 2  h2

+ Nâng độ cao của mặt phẳng nghiêng lên để > 0
+ Đặt vật m lên trên đỉnh mặt phẳng nghiêng và thả
vật đồng thời cho đồng hồ chạy. Tới khi vật chạm chân mặt
phẳng nghiêng thì ngắt đồng hồ.
+ Đo các giá trị h, l để tính các giá trị sin, cos, và
thay các giá trị tìm đợc vào công thức tính g
* Chú ý:
Nếu dùng đệm không khí ta có thể bỏ qua ma sát và do
đó:
g

a
2l
2
sin  t .sin 

Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng con lắc đơn
1, c¬ së lÝ thuyÕt
Con lắc đơn là con lắc gồm một vật nặng m gắn vào một sợi dây mảnh,
nhẹ, không dãn chiều dài l được treo tại điểm O
Khi con lắc dao động với góc cực đại ỏ 0 nhỏ, chu kì dao động của con
lắc là
l
T 2
2
2g l
 T 4 .
g
 g

4 2 l
T2

9


Đo T, l ta xác định được g
2, thực nghiệm
a. Dụng cụ
Dụng cụ thực nghiệm là một con lắc đơn có chiều dài cỡ 1m, quả nặng
cỡ 1Kg, thước mét, cân, đồng hồ bấm giây.

b. Tiến hành thực nghiệm
+ Đo chiều dài l cuả dây treo, đo khối lượng m của quả nặng.
+ Treo con lắc đơn lên trên điểm treo O rồi cho con lắc đơn dao động
với biên độ nhỏ.
+ Đo thời gian để con lắc dao động 50 T bằng đồng hồ bấm giây
+ Tính T và thay vào cơng thức tính gia tốc trọng trường
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm học sinh thường chỉ phụ thuộc vào
phương án thí nghiệm đã được trình bày trong sách giáo khoa, chưa chịu khó
làm nhiều dạng bài tập từ đó có cơ sở lý thuyết để xây dựng nhiều phương án
thí nghiệm mới. Một hạn chế nữa là trong phòng thực hành của nhà trường
nhiều khi chỉ có một hoặc vài bộ thí nghiệm dùng cho bài thực hành đã được
trình bày trong sách giáo khoa mà lớp lại đông học sinh nên nhiều em khơng
trực tiếp được tham gia làm thí nghiệm. Khi xây dựng được nhiều phương án
thí nghiệm, giáo viên sẽ tạo cho học sinh sự say mê nghiên cứu và tư duy
sáng tạo trong học tập. đồng thời có thể kết hợp nhiều thiết bị sẵn có trong
phịng thực hành để tạo thành các bộ thí nghiệm khác nhau cho cả lớp cùng
làm thí nghiệm.
2.3 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với
bản thân, đồng nghiệp và nhà trường.
Khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm trên vào q trình dạy học tơi nhận thấy
học sinh đã hiểu đầy đủ hơn cái hay, cái đẹp của môn Vật lý. Vật lý không
phải chỉ là những phương trình những con số mà tất cả những bài tốn phức
tạp đó đều giúp chúng ta đo đặc và tìm ra được những thông số cần thiết để
10


ứng dụng vào khoa học kĩ thuật. Khi dạy cho học sinh thiết kế các phương án
thực hành, học sinh đã thực sự say mê với môn học hơn, say mê cả giải toán
Vật lý và thiết kế phương án thực hành rất đơn giản từ kết quả của những bài

tốn Vật lý phức tạp. Học sinh khơng chỉ tích cực, chủ động, sáng tạo trong
các giờ học trên lớp mà cịn say mê học, tìm tịi tự làm thực nghiệm lúc ở nhà.
Việc thiết kế các phương án thực nghiệm giúp học sinh hiểu đầy đủ hơn ý
nghĩa của mơn học, học sinh khơng chỉ tích cực học mà cịn biết vận dụng tốt
kiến thức mơn 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 phương 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 khơng chỉ say sưa học
tập hơn mà các em cịn có sáng kiến trong khoa học kĩ thuật, góp phần vào sự
tiến bộ của khoa học và cơng nghệ.

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG

Thanh Hố, ngày 20 tháng 04 năm 2018

ĐƠN VỊ

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

Tào Thị Hạnh

11


Tài liệu tham khảo.
1- V. LANGUé - Những bài tập hay vỊ thÝ nghiƯm VËt LÝ –
Ngêi dÞch : Ngun 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 §HQGHN

12


DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MÀ TÁC GIẢ
ĐÃ ĐƯỢC SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐÁNH GIÁ ĐẠT TỪ LOẠI C
TRỞ LÊN
Số thứ tự
Tên đề tài
Năm học đạt
Loại
1
Giúp học sinh giải nhanh một số bài toán 2007-2008
C
Vật Lý
2

Phương pháp giải bài tập về dòng điện 2010-2011

C

xoay chiều
3

Một số kinh nghiệm làm học sinh u 2012-2013

C

thích mơn học vật lý
4

Thiết kế một số phương án thực hành đo 2015-2016

C

hệ số ma sát

13