Boi duong nang khieu vat ly

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (197.46 KB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

BỒI DƯỠNG NĂNG KHIẾU VẬT LÝ CHO HỌC SINH PHỔ THƠNG 
BẰNG THÍ NGHIỆM

TRÊN CÁC THIẾT BỊ KHOA HỌC RẺ TIỀN TỰ TẠO
 Đàm Trung Đồn

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH QG HN
MỞ ĐẦU

Mục tiêu của của việc mở các lớp chuyên Vật lý là để thúc đẩy việc phát hiện và
bồi dưỡng năng khiếu Vật lý trong học sinh phổ thông trung học, hướng các em đó
phấn đấu theo đường khoa học.. Tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá năng khiếu Vật
lý là trực giác Vật lý. Trực giác vật lý cũng do rèn luyện mà có. Tuy nhiên nếu dựa
vào việc học qua sách vở thì chỉ khi đã đạt độ uyên bác nhất định.mới có được trực
giác vật lý tốt. Học sinh phổ thơng chưa có những điều kiện như vậy nên tốt nhất là
phải rèn luyện thông qua thực nghiệm, vì trong thực nghiệm bản chất của hiện tương
được bộc lộ với đủ khía cạnh của nó. Vì thế ở các nước tiên tiến, người ta coi rất trọng
khâu thực nghiệm Vật lý ở các trường trung học. Tại APhO cũng như IPhO, để chọn ra
các học sinh có năng khiếu Vật lý, người ta dành 40% tổng số điểm của bài thi cho bài
thực hành. Tiếc thay ở nước ta tình trạng học Vật lý chay vẫn rất phổ biến và chưa tìm
được cách khắc phục.

Một nhà nghiên cứu động vật hoang dã gần đây đã nhận xét: ”Voi châu Phi ngày
nay ngà ngắn hơn trước”. Tình trạng săn bắn trộm voi lấy ngà đã khiến các cá thể ngà
ngắn có điều kịên sinh tồn tốt hơn, đẩy cả quần thể voi phát triển theo chiều hướng ấy.
Nếu học chay vẫn giúp học sinh dễ dàng vượt qua các kỳ thi để đạt các danh hiệu học
sinh giỏi, thủ khoa v.v, dạy chay vẫn được thừa nhận là hồn thành tốt nhiệm vụ của
giáo viên, thì khơng biết quy luật chọn lọc tự nhiên sẽ đưa nền vật lý ở nước ta đến bến
bờ nào?

PHẢI CHĂNG VÌ THIẾU THIẾT BỊ NÊN PHẢI DAY CHAY?

Có người cho rằng ở trường phổ thơng phải dạy chay vì thiếu thiết bị hoặc vì
thiết bị khơng đồng bộ. Thực trạng đó có thật. Nhưng thiếu và khơng đồng bộ là vì ta
u cầu phải làm các thí nghiệm theo cách đã vạch sẵn, với các thiết bị quy định. Thí
nghiệm cách ấy tuy cũng bổ ích cho học sinh đại trà, song nó chỉ là một hình thức minh
họa bài giảng nên dễ thấy nhàm chán. Để khuyến khích tinh thần sáng tạo, kích thích
lịng u khoa học trong học sinh u thích Vật lý, cịn cần những kiểu thí nghiêm
khác. Hội đồng khoa học quốc tế của IPhO và APhO cho rằng học sinh năng khiếu Vật
lý phải như E. Fermi, trong mọi tình huống đều có thể tiến hành thí nghiệm để rút
ra điều mình quan tâm. Vì thế bài thí nghiệm cho các em phải mang sắc thái của một
thí nghiệm chuyên sâu nhưng dùng mọi thiết bị có trong tầm tay, kể cả thiết bị thơ sơ,
với cách tiến hành độc đáo. Các bài thi thực hành của IPhO thể hiện rõ điều ấy. Có thể
kể ra đây vài ví dụ:

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Học sinh phổ thơng khơng thể làm thí nghiêm như thế vì một sai sót nhỏ có thể nguy
hiểm đến tính mạng. Nhưng thí nghiệm ở đây lại rất an tồn, vì dụng cụ được phát chỉ
là 1 miếng gốm áp điện trong bật lửa gas, một máng trượt và một vài quả nặng
( khoảng vài chục gam ). Học sinh phải tự đề ra mô hình của hiện tượng tạo ra cao thế
khi đập nhẹ vào miếng áp điện, và tiến hành thí nghiệm.

IPhO 2000: Nghiên cứu quang phổ kế cách tử phản xạ và áp dụng để đo phổ
quang dẫn của quang trở CdS. Học sinh phải dùng máy đơn sắc dùng cách tử phản
xạ, đo năng lượng ελ dλ của ánh sáng đơn sắc mà máy cung cấp theo bước sóng, để vẽ

được đặc trưng phổ của quang trở dRε

λdλ

(λ) . Nhưng thiết bi được giao (hình 2) chỉ là

một vài chiếc đồng hồ vạn năng, vài bóng đèn 12V kèm theo nguồn điện, một mảnh đĩa
CD dán trên một thước nhựa và đồ thị của hàm phân bố Plank ở vài nhiệt độ khác
nhau.

Những ví dụ trên cho thấy người ta cố tình khơng dùng các bộ thí nghiệm đồng
bộ, các dụng cụ đắt tiền, chỉ sử dụng thiết bị thông thường mà hầu hết các trường phổ
thơng đều có, và các linh kiện có thể tìm mua dễ dàng trên thị trường, nhờ đó có thể
tuyển c ớch thc nhng hc sinh cú nng khiu.

M
á
n
g
t
r
ợ
t
B
ú
a
3
4
,
6
g
P
Z
T
:
2

k
h
ố
i
n
g
ợ
c
c
h
i
ề
u
n
h
a
u
ố
c
v
í
t
K
h
e
đ
á
n
h
đ

i
ệ
n

e
8
7
,
5
g
H
Ã
m
c
a
o
s
u
S

thớ 
nghiê
m đo 
thế 
đánh 
thủng 
của 
khơng 
khí tai 
IPhO

1992

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Những bài thí nghiệm như thế khơng đòi thiết bị phức tạp và đồng bộ. Nhưng để
dựng được những bài thí nghiệm ấy phải giáo viên phải thành thạo về các phép đo
thông thường, hiểu nguyên lý của các loại thiết bị đo cơ bản, và phải rất linh hoạt, sáng
tạo trong việc thiết kế các phép đo những đại lượng chưa biết. Nói khác đi, phải có khả
năng dùng mọi thứ có trong tầm tay để làm thí nghiệm, và biết triệt để khai thác các
thơng tin mà một thí nghiệm có thể đem lại. Đó chính là điều mà ta cần bồi dưỡng cho
học sinh năng khiếu. Và đó lại là điểm yếu rất rõ nét trong đội ngũ giáo viên hiện nay.

SO SÁNH HIỆU QUẢ ĐÀO TẠO VỚI THÍ NGHIỆM BẰNG DỤNG CỤ THƠNG
THƯỜNG VÀ THÍ NGHIỆM BẰNG BỘ DỤNG CỤ ĐỒNG BỘ

Để so sánh hiệu quả đào tạo của thí nghiệm bằng dụng cụ thơng thường và thí
nghiệm bằng bộ dụng cụ đồng bộ, ta hãy xét bài thí nghiệmquen thuộc: “ nghiên cứu
chuyển động của một hạt hình cầu trong chất lưu và ứng dụng để đo độ nhớt của
chất lưu”. Nguyên lý của phép đo dựa trên phương trình cân bằng lực tác dụng lên hạt
hình cầu bán kính R chuyển động trong chất lỏng độ nhớt η với tốc độ V:

125,0
12,0 V

KΩ

TÊm t«n Ngn ®iƯn

Cơc nam ch©m

Miếng nhựa uốn cong Màn chắn sáng

( vỏ hộp sũa )

Manh đĩa CD

Bóng đèn

50W 12V

Quang trë Ôm kế

S thớ nghiờm nghiờn cu quang phổ kế dùng cách tử phản xạ

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

4
3πR

(ρV− ρL)g=6πRηV (1)

Từ phép đo R, V, ρV , ρL, ta suy ra η.

Thiết bị đồng bộ để làm thí nghiệm này (hình 3a) gồm một ống thủy tinh đựng dầu,
hai rơle quang đặt cách nhau khoảng d (cho trước) để cho chạy và dừng một đồng hồ
điện tử chính xác đến 1/100sec, một nam châm điện để thả các viên bi thép bán kính R
và khối lượng riêng đã biết, và hai đèn chiếu sáng cảm biến của rơle quang để xác định
thời điểm viên bi đi ngang qua cảm biến. Làm thí nghiệm với thiết bị này rất nhàn, chỉ
cần bấm nút thả cho bi rơi, đọc số chỉ của đồng hồ, qua đó tính V để suy ra độ nhớt. Do
khơng đổi được điều kiện thí nghiệm mà phép đo khơng hấp dẫn, học sinh học được

khơng nhiều .

Thí nghiệm với đồ dùng thơng thường (hình 3b) chỉ có một đồng hồ bấm giây, một chai
nhựa đựng dầu ăn trên đó có đánh dấu 2 vạch chuẩn cách nhau khoảng d, một bơm tiêm
chứa dung dịch nước muối nồng độ thay đổi được.

Học sinh trước tiên phải đo khối lượng riêng của nước muối ρV và của dầu ρL.Dùng

bơm tiêm, nhỏ từng giọt nước muối trong dầu và theo rõi sự rơi của từng giọt trong

Star
t

Sto
p

đồng hồ

điện tử

t msec

Laser

d

DÇu

Bi thÐp

N íc muèi

NC điện

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

dầu.. Muốn đo được độ nhớt, học sinh phải kiểm tra lại độ chính xác của phương trình
(1) bằng cách cho R thay đổi ( nhập 2, 3 hoặc 4 giọt nước thành một hạt to ), cho ( ρV –

ρL) thay đổi ( dùng nước muối nồng độ khác nhau ), rồi dùng đồ thị để kiểm tra độ

chính xác của phương trình (1) khi cho cả hai đại lượng trên thay đổi đồng thời.
Ngoài ra học sinh cịn có thể đánh giá ảnh hưởng của hình dạng vật rơi đến độ chính
xác của cơng thức (1) ( hạt nước nhỏ gần dạng cầu, hạt to bị bẹp lại ) v.v. Một thí
nghiệm như thế có ý nghĩa như một tiểu luận nhỏ đối với học sinh, và rõ ràng các em
học được ở đây nhiều điều. Ngồi ra học sinh có thể làm thí nghiệm khơng cần trang bị
đặc biệt.

Quen với cách làm như thế, học sinh sẽ có nhiều sáng kiến để làm các thí nghiệm chính
xác trong trường hợp khơng có đủ phương tiện chuẩn. Ví dụ chỉ có cân chính xác đến
0,1g , nguồn điện accu dung lượng 0,5 ampe.giờ, và phải đo điện tích nguyên tố e

bằng phương pháp điện phân. Thông thường ta nghĩ ngay đến việc điện phân dung dịch
CuSO4 và xác định e theo công thức e=

qμ

2 mN trong đó N là số Avogadro, μ là khối

lượng nguyên tử của Cu, q là điện lượng chạy qua bình điện phân, và m là khối lượng
Cu đọng ở cực âm.

Tính tốn đơn giản cho thấy lượng Cu thu được chỉ vào khoảng 0,3g, do đó sai số tỷ

đối của phép cân lên đến 30%. Với phương tiện như thế không thể đo e một cách
chính xác

Nhưng nếu khơng dùng các cách đo thuờng mô tả
trong sách giáo khoa, mà điện phân dung dịch acit, rồi
đo khối lượng của dung dịch chất điện phân mà H2

sinh ra đã chiếm chỗ ( hình 4 ), thì tình trạng lại hồn
tồn khác. Ta thấy thể tích H2 thu được khi điện phân,

tính ở điều kiện tiêu chuẩn, vào cỡ 100cm3. Khối

lượng chất lỏng dời chỗ sẽ vào khoảng 100g.

Như vậy sai số tỷ đối của phép cân chỉ là 0,1%. Và

nếu chỉ yêu cầuđo e với mức chính xác tỷ đối khoảng
1% thì học sinh cịn có thể dùng một cân địn tự tạo
để tiến hành thí nghiệm tại nhà.

Tiến thêm bược nữa, với thiết bị thông thường có trong tầm tay mà học sinh tồn quyền
sử dụng, các em có thể bố trí các thí nghiệm theo nguyên lý hiện đại, làm tăng đáng kể
chất lượng của thí nghiệm. Ví dụ phải đo nhiệt độ nóng chảy của Parafin mà trong
tay chỉ có một lượng nhỏ chất này. Theo cách truyền thống, sẽ phải vẽ đồ thị biểu diễn
nhiệt độ T của parafin theo thời gian trong q trình đun nóng nó cho tới khi nóng chẩy.
( Hình 5a), và điểm nóng chảy là đoạn ngang của đồ thị T(t). Rất khó tìm được đoạn
ngang như vậy trong thí nghiệm này. Nếu dùng điốt bán dẫn làm nhiệt kế, và bố trí thí
nghiệm kiểu đo nhiệt vi sai (hình 5b) ta có thể tìm điểm nóng chảy rất dễ dàng trên đồ
thị V21(V1).

Từ những ví dụ trên ta thấy hiệu quả giáo dục của thí nghiệm làm bằng đồ
dùng thông thường rất cao. Do các dụng cụ đó rẻ tiền hoặc có thể tự tạo nên khi thí
nghiệm các em khơng bị ức chế, và được tồn quyền làm chủ thí nghiệm của mình .

+ _

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Các em sẽ dám mạnh dạn thay đổi cách bố trí thí nghiệm, điều kiện thí nghiệm , nhờ
đó học hỏi được nhiều và sáng kiến nảy nở.

TỰ CHẾ TẠO THIẾT BỊ KHOA HOC RẺ TIỀN

Chế tạo thiết bị khoa học rẻ tiền là điểm mấu chốt trong cách giảng dạy Vật lý
thực nghiệm đã nói trên. Ngày nay có thể tự tạo các thiết bị đó một cách dễ dàng vì kỹ
thuất đo các đại lượng bằng phương pháp điện đã rất phát triển, các loại cảm biến đều
có thể mua dễ dàng trên thị trường , các bộ sử lý tín hiệu có thể lắp ráp nhanh chóng
bằng các vi mạch chuẩn, và thiết bị hiển thị ( mVkế số) giá rẻ không ngờ ( 50.000đ
một chiếc ). Tuy chất lượng của thiết bị tự tạo chưa thể so sánh với các thiết bị khoa
học chính thống, nhưng để học về thực nghiệm vật lý và tiến hành các phép đo với độ
chính xác vừa phải , chúng hồn tồn đáp ứng được. Nếu dùng các cảm biến , vi
mạch và thiết bị hiển thị chất lượng cao, thì thiết bị tự tạo chính là các thiết bị chủ
lực trong các hệ đo mà nhà nghiên cứu thực nghiệm nào cũng phải tự chuẩn bị
cho mình nếu muốn thu được các kết quả độc đáo. Vì thế cho học sinh làm quen ngay
với những thiết bị như vậy là rất cần thiết..

Để minh họa có thể lấy máy so màu tự tạo và đường cong chuẩn của nó với dung
dịch xanh methylen làm ví dụ (hình 5).

V21~T2-T1

V1
V21

Dầu
Parafin

Điố
t
T2
T1
Parafin

(a) Đo theo cách th ờng H×nh (3) (b) §o nhiÖt vi sai

Bót Laser Quang trë CdS

Pin 3V Hộp thuỷ tinh dựng chất có màu Ôm kế 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
Nồng độ C. 10-2g/ l
LnR(MΩ)

2.0

1/0

-1.0

0.0

-2.0

-3.0

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Ở Australia, người ta cũng đã phát triển cũng đã phát triển một thiết bi tương tự
nhưng đơn giản hơn , và đã chứng tỏ rằng những thíêt bị ấy hồn tồn có thể dùng
trong các phịng thí nghiệm sinh hóa thay cho các thiết bị đắt tiền. Chỉ tính riêng ý
nghĩa kinh tế của của thiết bị này cũng có thể khiến người ta xửng sốt

Giá mua của một thiết bị so mầu tiêu chuẩn chất lượng trung bình : 1500-3500USD.
Vật tư cần để làm 1 thiết bị so màu tự tạo có thể thay thế các máy đo chuẩn khi
không cần độ chính xác rất cao và giá mua các vật tư ấy ở Hànội hiện nay:

Một đồng hồ vạn năng số 3,5 digit (50.000 đg ). Một bút laser (20.000đ). Một
quang trở CdS ( 10.000đg). Ống nước bằng PVC (2000đg). Một ống nhựa dán ống
nước ( 3000đg). Một đôi pin và giá để pin (15.000đg). Một đọan 6cm nhôm hộp
( thường dùng làm cửa nhơm kính ) ( 1000đg). Một thước nhựa bằng Plexyglass
(3000đg). Kính trong suốt : 10cm2. Một miếng giấy ráp ( 1000đg). Tổng cộng :
Ít hơn 10 USD.

Cơng cụ phải dùng : cưa; rũa.; kéo mỗi thứ một cái; diêm và một ngọn nến.

Thời gian cần để làm 1 thiết bị , đo và vẽ đường cong chuẩn ( do chính tác giả tự
làm từ A đến Z tại nhà) : khoảng 1,5 ngày.

KẾT LUẬN

</div>