Thiết Kế Bộ Thí Nghiệm Phương Pháp Giảng Dạy Vật Lý Phổ Thông

AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
0


ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH AN GIANG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG.



KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ



ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

(CẤP TRƯỜNG)



Thiết kế một số thí nghiệm phương pháp giảng dạy
vật lý phổ thông






Chủ nhiệm đề tài: GIANG VĂN PHÚC

-2002-

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
1


MỤC LỤC


Phần 1
Đặt vấn đề trang 01
Phần 2
Mục đích trang 03
Phần 3
Lược khảo tài liệu trang 05
Phần 4
Thực hiện trang 11
Con lắc đơn và con lắc lò xo trang 13
Sóng dừng trang 16
Mâm quang trang 19
Trục quang trang 21
Bảng thí nghiệm điện một chiều trang 23
Ray chuyển động trang 25
Trụ rơi tự do trang 27
Thanh quay ly tâm trang 29
Đĩa mơmen trang 31
Các ứng dụng khác trang 33

Phần 5:
Kết luận và đề nghị trang 34
























THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
2

PHẦN 1:

ĐẶT VẤN ĐỀ

1. Vật lý là khoa học thực nghiệm. Việc giảng dạy vật lý có dùng thí nghiệm ở
nhà trường phổ thơng là một điều hết sức cần thiết.
Ở các nước tiên tiến, mỗi trường trung học có hệ thống thí nghiệm riêng cho
các mơn do các giáo viên trung học tự soạn thảo, thơng qua duyệt của hội đồng
khoa học và ban giám hiệu nhà trường và áp dụng vào giảng dạy. Vì vậy, hiệu
quả giảng dạ
y ở mỗi trường khác nhau dẫn đến uy tín của mỗi trường cũng khác
nhau trở thành niềm tự hào của mỗi giáo viên của trường đó.
Ở nước ta hiện nay, việc giảng dạy vật lý bằng thực nghiệm ở các trường phổ
thơng còn rất hạn chế vì nhiều ngun nhân:
• Nhiều thí nghiệm trong sách giáo khoa khơng thực hiện được do thiếu
phương tiện.

• Phương tiện thí nghiệm đượ
c trang bị thiếu thốn, lạc hậu và kém chính
xác. Khơng được cập nhật thường xun. Đây là tình trạng chung của các
trường phổ thơng trung học, nhất là các trường ở xa thành phố.

• Nhiều bài thí nghiệm khơng đủ thời gian thực hiện trong tiết dạy qui định
do các yếu tố phụ như giới thiệu dụng cụ, đo đạc, xử lý kết quả.

• Sinh viên chưa được quan tâm đúng mức về
vấn đề học tập, rèn luyện
nhằm hồn thiện và nâng cao khả năng tổ chức dạy vật lý bằng thí nghiệm.
• Các thí nghiệm vật lý mà sinh viên được học tập, rèn luyện (nếu có) ở

trường đại học chưa thật sự xác đáng với vấn đề cần truyền đạt, nhiều thí
nghiệm còn xa vời, mơ hồ.

• Đầu tư kinh phí cho phương diện này ở các tr
ường phổ thơng còn hạn
chế, khiêm tốn.
Từ các nhận định trên, ta thấy cần phải từng bước khắc phục các ngun
nhân trên để việc giảng dạy có hiệu quả hơn. Loại trừ các ngun nhân khách
quan, các vấn đề mang tính chủ quan và đặc thù chun mơn cần được phân
tích và đề nghị các hướng khắc phục.
2. Song song đó, trong xu thế chung hiện nay thể hiện qua hai kỳ thi tú tài và
đại học gần đây nhất, u cầu sự
hiểu biết chính xác và ứng dụng hiệu quả các
kiến thức được học của học sinh là thiết yếu. Vì vậy, việc nâng cao hiệu quả
giảng dạy với thí nghiệm đối với giáo viên vật lý trường phổ thơng và các giáo
sinh sắp tốt nghiệp là vấn đề đang đặt trước nhà trường đại học sư phạm.
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
3


3. Cuối cùng, việc xây dựng một bộ thí nghiệm vật lý riêng của trường ĐHAG
để phục vụ cho cơng tác đào tạo sinh viên sư phạm là đáng được quan tâm thực
thi.

PHẦN 2:


MỤC ĐÍCH

1. Mục đích: Theo kinh nghiệm, hầu hết các giáo sinh tốt nghiệp đại học
ngành sư phạm vật lý còn rất hạn chế trong việc sử dụng các phương pháp
dạy học thực nghiệm và nhất là kỹ năng giảng dạy với dụng cụ thí nghiệm. Do
đó, mục đích của đề tài nghiên cứu này là thiết kế một số dụng cụ thí nghiệm,
dùng cho các giáo sinh tập sử dụ
ng thành thạo để giảng dạy tốt hơn sau khi
tốt nghiệp và hơn nữa gợi mở khả năng sáng tạo để có thể tự tái tạo lại các
dụng cụ khi cần và tự thiết kế các dụng cụ mới.
Dựa trên chương trình vật lý phổ thơng trung học ở các cấp lớp 10, 11, 12
kết hợp với lý luận dạy học và tâm lý giáo dục các dụng cụ thí nghiệm phương
pháp giảng dạy vật lý phổ thơng cần phải đạt được các u cầu sau:
- Lột tả được tri thức cần truyền đạt.
- Sát thực với chương trình đào tạo vật lý phổ thơng.
- Có tính truyền thống về hình thức nhưng hiện đại về phương tiện tiến
hành.
- Khơng q phức tạp để sinh viên dễ tiếp cận và sử dụng giảng dạy có hiệu
quả.
- Chuẩn bị cho việc kế thừa, thiết kế tương thích để sẵn sàng kết nối với
các phương tiện nghe nhìn hiện đại như TV, máy vi tính, máy phóng ảnh,
over head,…
2. Các thí nghiệm đề nghị xây dựng: (in nghiêng)
Các thí nghiệm vật lý được trình bày tiếp theo đây là các thí nghiệm có thể
thực hiện được để dạy học và sẽ được biên soạn để sinh viên tham khảo.
Tuy nhiện trong điều ki
ện thực tế chưa thể xây dựng được đầy đủ nên chỉ
chọn các thí nghiệm tiêu biểu nhất để thực hiện. Các thí nghiệm in nghiêng
sẽ được nghiên cứu chế tạo. Các thí nghiệm còn lại có thể cho sinh viên học
và thực hiện khi làm đề tài tốt nghiệp hoặc tự thực hiện sau khi ra trường
cơng tác.
PHẦN CƠ HỌC:

2.1 Chuyển động thẳng đều, vận tốc:
2.2 Chuy
ển động tròn đều:
2.3 Gia tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều:
2.4 Quảng đường đi trong chuyển động thẳng biến đổi đều:
2.5 Sự rơi tự do – ống Newton:
2.6 Đo gia tốc rơi tự do:
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
4


2.7 Chuyển động tròn đều – gia tốc hướng tâm:
2.8 Tương tác trực tiếp và gián tiếp:
2.9 Sự cân bằng lực:
2.10 Định luật I Newton và Qn tính của các vật :
2.11 Định luật II Newton:
2.12 Định luật III Newton:
2.13 Lực đàn hồi – lực kế:
2.14 Lực ma sát nghỉ và ma sát trượt:
2.15 Chuyển động trên mặt phẳng nghiêng:
2.16 Chuyển động của vật ném ngang:
2.17 Lực tác dụng trong chuyển động tròn đều:
2.18 Định luậ
t bảo tồn động lượng:
2.19 Sự cân bằng của vật:
2.20 Hợp lực đồng qui:
2.21 Hợp lực song song:
2.22 Mơmen lực – qui tắc mơmen:
2.23 Các dạng cân bằng

2.24 Dao động điều hồ:
2.25 Giao thoa sóng cơ – Sóng dừng:
PHẦN NHIỆT HỌC
2.26 Định luật Boy – Mariotte:
2.27 Định luật Charles:
2.28 Phương trình trạng thái khí:
PHẦN ĐIỆN HỌC
2.29 Định luật Ohm trên đoạn mạch:
2.30 Định luật Ohm trên tồn m
ạch:
2.31 Định luật cảm ứng từ:
2.32 Hiện tượng cảm ứng điện từ:
2.33 Định luật Lenz:
PHẦN QUANG HỌC
2.34 Định luật phản xạ ánh sáng:
2.35 Định luật phản xạ tồn phần:
2.36 Định luật khúc xạ ánh sáng:
2.37 Thấu kính hội tụ:
2.38 Thấu kính phân kỳ:
2.39 Sự phân cực ánh sáng:
2.40 Hiệu ứng quang điện:

PHẦN 3:


THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
5

LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU

CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THƠNG:
1. Mở đầu:
Các thí nghiệm vật lý phổ thơng về bối cảnh có hai loại: thí nghiệm trên lớp và
thí nghiệm ngoại khố.
Thí nghiệm trên lớp theo mục đích được chia làm hai nhóm: thí nghiệm khảo
sát và thí nghiệm minh hoạ.
Thí nghiệm ngoại khố đối với đối tượng học sinh bình thường là thí nghiệm
kiểm chứng, thí nghiệm thực hành. Rất ít trường hợp cá biệt học sinh có thể
thực hiệ
n thí nghiệm khảo sát – học sinh giỏi.
Xét riêng các thí nghiệm có thể tiến hành trên lớp, chúng ta sẽ đi sâu vào loại
này vì tác dụng của nó rất lớn trong q trình dạy học vật lý.
2. Tình hình chung về vấn đề dụng cụ thí nghiệm:
Nhìn chung hiện nay, các dụng cụ thí nghiệm như đã dề nghị ở trên có
nhiều vấn đề cần được khắc phục.
Nổi bật hơn cả là mối mâu thuẫn giữa s
ự cần thiết phổ biến và giá thành.
Thứ đến là tính linh hoạt cơ động và trực quan, đủ độ chính xác.
Ngồi ra, vấn đề thời lượng trong việc giảng dạy cũng phải được tính đến
đối với phân bố chương trình như hiện nay.
Qua tham khảo, tham quan và kết hợp với kinh nghiệm giảng dạy ở
trường phổ thơng, chúng ta thấy có một số điểm cụ thể được trình bày tiế
p
theo sau.


3.1 Đối với dụng cụ giảng dạy về hiện
tượng Chuyển động thẳng đều ở các

trường đại học như ĐH KHTN, ĐH Cần
Thơ sử dụng đệm khí để khử trọng lực
và ma sát, tạo ra trạng thái tự do cho vật
chuyển động, đây là một dụng cụ kỹ thuật
rất cao và hiện đại. Tuy nhiên, áp d
ụng ở
thực tế các trường phổ thơng ttrung học
thì vấn đề lơn nhất là giá thành rất cao,
hơn nữa kích thước rất cồng kềnh và
nặng nề, hầu như khơng thể di chuyển
được nên chỉ thích hợp trong một phòng
cố định, lớp ít học sinh và khơng phục vụ
được đồng thời cho nhiều lớp cùng học
một đề tài.
Giải quyết được vấn đề v
ề tính cơ
động và giá thành, trong Bộ thí nghiệm
cơ học lớp 10 PTTH ( Phạm Đình Cương







r


P

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
6


– Paul Verhagen) do Viện khoa học giáo
dục VN phát hành đã sử dụng chuyển
động thẳng đứng của động tử trong ống
chất lỏng. Ở đây, trọng lực được khử
bằng lực ma sát nhớt. Vấn đề còn lại là
tính thuyết phục bởi các số liệu đo được
và thời gian thực hiện thí nghiệm.
Ở một số trường ĐHSP khác, thí
nghiệm này được thực hi
ện trên đường
ray, ma sát được khử bằng đối trọng qua
ròng rọc, với động tử có mang trên lưng

một băng giấy hoặc thước gỗ. Thời gian
được đánh dấu bằng một con lắc với cọ
vẽ lên thước gỗ. Dụng cụ như vậy rất
rườm rà và khơng thể mang lên lớp học
và triển khai trong thời gian cho phép,
mặt khác khả năng thực hiện thành cơng rất th
ấp.
Để có thể hồn thiện hơn dụng cụ thí nghiệm cho đề tài này, giải pháp
được đề xuất là sử dụng động tử chạy trên đường ray thẳng, ngắn gọn, ma
sát được khử bằng độ nghiêng hoặc đối trọng theo bố trí cổ điển. đồng thời,
để có được số đo tin cậy trong khoảng dịch chuyển ngắn, các số liệu thời
gian được ghi nhận bằ
ng cảm biến quang và đồng hồ kỹ thuật số. Cảm biến
được dùng là loại hồng ngoại để thí nghiệm khơng bị ảnh hưởng bởi mơi
trường.

3.2 Với đề tài Gia tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều và Quảng đường
đi trong chuyển động thẳng biến đổi đều, .
Đây là một vấn đề rất khó khăn. Tròng bộ thí nghiệ
m cơ học lớp 10 PTTH
( Phạm Đình Cương – Paul Verhagen), tác giả sử dụng máy atwood, máy
này cấu tạo khá phức tạp và đòi hỏi nhiều cơng sức chuẩn bị trước khi dạy
nên hạn chế khá lớn, nhất là vấn đề thời gian.
Ở một số trường đại học sư phạm, đề tài này sử dụng đường ray
nghiêng với các cảm biến cơ học, nhằm xác định tỉ l
ệ của đường di theo
cấp số ngun lẻ, kiểm chứng cơng thức s = at
2
/2 . Các cảm biến cơ khí đã
tỏ ra khiếm khuyết.

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
7







Đường ray nghiêng với các cảm biến cơ học

Do đó, ở ĐHAG, nhờ dùng các cảm biến quang hồng ngoại, độ chính xác
được nâng cao cho phép xác định được khoảng dich chuyển trong mỗi giây
để so sánh với nhau qua đó làm rõ vận tốc tăng những lượng bằng nhau
sau mỗi giây dịch chuyển là điều cần truyền đạt trong chuyển động thẳng
biến đổi đều.
3.3 Đề tài chuyển
động tròn đều và qn tính ly tâm. Dụng cụ truyền thống ở
nội dung này là một bộ gồm ít nhất hai vơ lăng bằng gang đũc trên một giá
đở, truyền động bằng dây đai, rất nặng nề. Chuyển động quay được tạo ra
bởi một tay quay do người sử dụng thực hiện. Đối tượng chuyển động là

quả nặng ly tâm liên kết với trục bằng một lò xo đàn hối tố
t.







Mâm quay ly tâm

Khó khăn gặp phải khi sử dụng dụng cụ này là sự cồng kềnh, giáo viên
phải quay nên giảm tập trung vào truyền đạt và kém thuyết phục hơn cả là
vấn đề vận tốc quay khơng đo được.
Để khắc phục các khó khăn nêu trên, cảit iến cần thực hiện là dụng cụ
gọn nhẹ, quay bằng động cơ đủ chậm để trự
c quan và tốc độ quay đo
được. Ở phạm vi đề tài nghiên cứu này, các dụng cụ điện tử như bộ điều
tốc, máy đo tần số đâ giúp thực hiện mong muốn đó.
3.4 Đề tài Sự rơi tự do: Dụng cụ truyền thống
của nội dung này là ống Newton để truyền đạt
định luật rơi một cách định tính. Để truyền đạt
về kiến thức gia tốc rơi, trong bộ bộ thí
nghiệm cơ học của Viện khoa học giáo dục
VN dùng vật rơi thẳng đứng với băng giấy
đánh dấu bằng bảng rung 100 Hz.
Dụng cụ này thể hiện rất tốt tính nhanh dần
đều và kết quả cho thấy chấp nhận đươc. Tuy
nhiên, nhiều trường chưa được trang bị.
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG

Dụng cụ đogia
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
8


Để nâng cao hiệu quả, cũng với cấu trúc
như thế, nhà cung cấp là Cơng ty Thắng Lợi
có thiết kế thêm hệ thống đồng hồ tự ghi bằng
điện tử. Tuy nhiên dụng cụ lại thuộc bộ thí
nghiệm Vật lý đại cương nên giá thánh q
cao và khơng nằm trong diện cung cấp cho
các trường phổ thơng trung học.
Khắc phục tính trạng trên, ở ĐHAG tích hợp tất cả các ưu điể
m của thiết
bị gồm hệ tự ghi điện tử và cảm biến vị trí quang học, nâng độ cao làm thí
nghiệm lên 1,50m và bố trí sao cho thí nghiệm tiến hành nhanh nhất để tiết
kiệm thời gian.
3.5 Đĩa mơmen được thiết kế với hình thức truyền thống như trước đây, tuy
nhiên kích thước đươc chế tạo khá lớn để tăng độ trực quan. Trong đó vấn
đề tạ
o cân bằng phiếm định và bảo đảm sự linh động của trục quay đã
được quan tâm khắc phục.

3.6 Dao động tự do là một dụng cụ rất được nhiều người quan tâm. Thơng
thường chỉ được thiết kế cho thí nghiệm vật lý đại cương. Dụng cụ truyền
thống gồm quả lắc và một đồng hồ bấm giây cầm tay.
Tuy nhiên, để
sử dụng vào giảng dạy phổ tthơng, nó hạn chế ở chỗ độ
trực quan thấp do kích thước nhỏ, sai số lớn và hiển thị kết quả đo với kích
cở rất nhỏ (đồng hồ tay).Mặt khác, việc thực hiện mất nhiều thời gian trong
giờ dạy nên khó triển khai và gần như khơng khả thi.
Nhằm hiện đại hóa và gia tăng độ trực quan, giảm thời gian th
ực hiện
trong giờ dạy vấn đề quản lý số chu kỳ dao động và giới hạn sai số đo thời
gian ở mức 0.01 giây được thực hiện tự động và kết hợp tất cả lên một hệ
thống để giảm số thao tác thí nghiệm.

3.7 Sự tổng hợp sóng – sóng dừng,

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
9




Dụng cụ ở một trường ĐH sư phạm
Ở nội dung này, thí nghiệm dùng dòng điện xoay chiều tần số 50 Hz điều
khiển bảng rung truyền dao động trên dây đàn hồi, Yếu điểm của nó là chỉ
có một tần số dao động.
Gần đây, ở các trường phổ thơng, các giáo viên có sáng kiến sử dụng
máy phát âm tần kết hợp với máy đo tần và b
ảng rung dùng nam châm

điện. Đó là một thành cơng lớn, chỉ có hạn chế ở chỗ thiết bị rất hiếm và giá
thành cao, đồng thời kết nối rườm rà.
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, dụng cụ tạo sóng dừng được thiết
kế với giá thành chấp nhận được (khoản 500 000đ đối với bộ tạo dao động
cơ học) kết hợp với máy đo tần số
kỹ thuật số. Tất cả được liên kết sẵn
gọn, nhẹ dễ sử dụng.

3.8 Định luật khúc xạ và phản xạ dùng dụng cụ là Mâm quang. có kích thước
nhỏ và dùng nguồn sáng cổ điển. Yếu điểm của nó là nguồn sáng loại này
khó tạo thành chùm sáng mỏng (hình tượng tia sáng).
Ở đây, mâm được cải tiến với các ưu điểm: thẳng đứng, tr
ực quan và
dùng nguồn sáng laser.

3.9 Các định luật quang hình dùng trục quang học. Dụng cụ này, yếu tố quan
trọng là vật sáng phải phát ra chùm phân kỳ đủ mạnh để đến được màn
hứng. Trong


CÁC CẢI TIẾN NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ TÍNH XÁC THỰC CỦA CÁC THÍ
NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THƠNG:
1. Thiết bị đo lường:
Hiện nay, trên hầu hết các trường ĐH sư phạm và các trường PTTH mà tơi
được biết, các thiết bị đo l
ường trong các thí nghiệm đại cương và phương
pháp còn hạn chế về độ chính xác, kém hiện đại và kích thước hiển thị nhỏ,
thiếu trực quan đối với số đơng học sinh. Một số tham số đo khơng thực hiện
được trực tiếp làm các thí nghiệm chưa lột tả được nội dung khoa học.
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG

AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
10


Khác với các trường, tơi mạnh dạn đề nghị một số thay đổi về phương tiện
đo lường. Hồn thiện các hệ thống đo truyền thống đồng thời chế tạo mới một
số thiết bị đo để đo các tham số mà trước đây chưa đo được trực tiếp (việc
này dựa trên các tiến bộ về kỹ thuật điện t
ử gần đây nhất) đồng thời tăng kích
thước các hệ thống hiển thị để phục vụ số đơng học sinh, bảo đảm quan sát
tốt ở khoảng cách từ 5m đến 7 m.
2. Tin học hố thí nghiệm:
Song song với việc cải tiến thiết bị, các thí nghiệm được xây dựng phải
được chuẩn hố các chỉ tiêu kỹ thuật, các số liệu đo đạc được chuẩn bị
tương
thích để trong tương lai có thể dễ dàng lập trình kết nối với máy vi tính để ghi
nhận, xử lý cũng như trình bày trên màn hình, TV, projector, overhead… Như
vậy, bộ thí nghiệm được xây dựng sẽ khơng ngừng được nâng cao. Các phát
triển về phương diện này cũng có thể dành cho các sinh viên khá giỏi làm đề
tài tốt nghiệp.
PHẦN 4:


THỰC HIỆN




A. Ý TƯỞNG VÀ DỰ KIẾN SẢN PHẨM:
Như đã trình bày trong phần đề cương, tác giả chọn ra một số các đề tài

tiêu biểu. Việc chọn thực hiện này dựa trên tình hình thiết bị ở các trường phổ
thơng trung học, khả năng thực thi và phù hợp trong điều kiện hiện tại về kỹ
thuật, phương tiện, vật tư.
Trong đó, các thiết bị ph
ục vụ cho chương trình 11 phổ thơng trung học rất
phổ biến nên khơng cần phải đầu tư nhiều. Song song đó, chương trình vật lý
10 rất quan trọng vì là nền tảng của cả chương trình vật lý phổ thơng trung
học, là kiến thức khai tâm cho học sinh. Đồng thời chương trình vật lý 12 lại
đóng vai trò quyết định để học sinh tốt nghiệp tú tài, thi đại học và ứng dụng
trong đời sống nên cả hai cầ
n được quan tâm đầu tư. Vì vậy, các đề tài được
chọn gồm:

Chương trình lớp 10

Chuyển động thẳng đều, vận tốc:
Gia tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều:
Quảng đường đi trong chuyển động thẳng biến đổi đều:
Sự rơi tự do:
Chuyển động tròn đều – gia tốc hướng tâm:
Định luật I Newton và Qn tính của các vật :
Định luật II Newton:
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
11


Định luật III Newton:
Chuyển động của vật ném ngang:
Lực tác dụng trong chuyển động tròn đều:

Định luật bảo tồn động lượng:
Mơmen lực – qui tắc mơmen:


Chương trình lớp 11

Định luật Ohm trên đoạn mạch:
Các mạch điện một chiều.


Chương trình lớp 12

Dao động điều hồ:
Giao thoa sóng cơ – Sóng dừng:
Định luật phản xạ ánh sáng:
Định luật phản xạ tồn phần:
Định luật khúc xạ ánh sáng:
Thấu kính hội tụ:
Thấu kính phân kỳ:
Các sản phẩm sẽ thực hiện phải nhằm mục đích giảng dạy các nội dung đã
được chọn và được thiết kế theo hướng sao cho mỗi mẫu sản phẩm dùng được
cho nhiều n
ội dung giảng dạy để tiết kiệm thời gian đầu tư của giáo sinh trong khi
học tập cũng như giảng dạy sau này.
B. SẢN PHẨM:
Các sản phẩm được lần lượt giới thiệu theo thứ tự chương trình từ vật lý 12
đến vật lý 10.
Trong đó, mỗi sản phẩm được mơ tả khái qt về kích thước, ngoại hình, q
trình nghiên cứu ,chế tạo, cách sử dụng khi giảng dạy và các
ưu khuyết điểm.

Ngồi ra vai trò của tri thức trong chương trình, nếu cần cũng được nhấn mạnh.
Sản hầu hết các sản phẩm được thực hiện đều theo ngoại hình truyền thống
giúp cho người khai thác dễ tiếp cận. Các cải tiến cần thiết đều được tự động hóa.
Để thiết kế và thực hiện được các máy móc hiện đại, cần vận dụng kiến th
ức từ
nhiều lĩnh vực: cơ khí, điện, điện tử, kỹ thuật số và hơn hết là các kinh nghiệm tích
lũy được trong giảng dạy ở trường phổ thơng trung học. Mặt khác vấn đề giá thành
cũng được quan tâm sao cho thấp hơn ngoại nhập và thấp hơn sản phẩm của các
đơn vị khác.








THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
12


I. Sản phẩm:
CON LẮC ĐƠN VÀ CON LẮC LỊ XO


1.
Cơng dụng:
Thiết bị này nhằm truyền đạt các kiến thức hết sức cơ bản và quan trọng
về dao động điều hồ. Kiến thức này đi xun suốt chương trịnh vật lý 12. .

Đối với thí nghiệm con lắc đơn, nó xác lập sự bất biến của đại lượng chu
kỳ đối với một hệ dao động xác định. Mặt khác nó còn thể hiện được sự phụ
thu
ộc chính xác của các đại lượng dao động vào độ dài dây treo và gia tốc
trọng trường theo quan hệ:
g
l
T
π
2=
và do đó nó còn được dùng để đo gia
tốc trọng trường.
Đối với thí nghiệm con lắc lò xo, nó tái hiện lại tồn bộ q trình thực hiện
dao động như sách giáo khoa mơ tả, đồng thời tính được các đại lượng dao
động phù hợp với lý thuyết.

2.
Mơ tả: Gồm một giá treo, một nam châm điện, một bộ nguồn DC, một mắt
thần điện tử để quan sát và ghi nhận chuyển động của động tử một cách
chính xác, một máy đếm kỹ thuật số sẽ đảm nhận việc đếm số chu kỳ dao
động từ 01 đến 99 chu kỳ và một máy đo thời gian.

Kích thước: Dài: 60cm Rộng: 30 cm Cao: 120 cm

3.
Thiết kế và lắp ráp:
3.1
Linh kiện cần dùng:
– Một máy đo thời gian hiển thị số.
– Một máy đếm số chu kỳ dao động hiển thị số.

– Các quả nặng hình cầu bằng nhựa, sắt,…
– Giá treo con lắc.
– Nguồn điện 12vDC.
– Cảm biến quang hồng ngoại.
3.2
Thiết kế: Thiết bị này, trước đây chưa có ở trường phổ thơng và là ước
mơ của các giáo viên vật lý tâm huyết. Gần đây, thí nghiệm này được vài
giáo viên thử chế tạo. Tuy nhiên, hạn chế ở chỗ độ trực quan thấp do kích
thước nhỏ, sai số rất lớn và hiển thị kết quả đo với kích cở rất nhỏ (đồng hồ
tay) nên hạn chế sự tham gia của học sinh vào thí nghi
ệm và bài học. Mặt
khác, việc thực hiện mất nhiều thời gian trong giờ dạy nên khó triển khai và
gần như khơng khả thi.
Đi tìm hướng giải quyết các khó khăn trên, cần giải quyết vấn đề quản
lý số chu kỳ dao động và giới hạn sai số đo thời gian ở mức 0.01 giây. Để
quản lý số chu kỳ dao động, tác giả sử dụng kỹ thuật đếm lùi quang học
trong các máy
đếm tiền kết hợp với mạch số chia 2, phần đánh dấu vị trí cân
bằng dùng cảm biến quang hồng ngoại (mắt thần). Phần đo thời gian, sử
dụng Chip thời gian với sai số thấp thiết kế thành máy đo thời gian kỹ thuật
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
13


số có thể khởi động và dừng ở hai chế độ, điều khiển tay và điều khiển xung
điện. Kết quả đo phải được duy trì lâu dài. Để ổn định và đồng bộ dao động
với máy đo thời gian, một bộ kích hoạt bằng nam châm điện được lắp đặt.
Cuối cùng liên kết tất cả lên một hệ cơ sao cho hiện tượng bắt
đầu và kết

thúc chỉ với một động tác bấm nút.
3.3
Lẳp ráp:
Kết nối các bộ phận như sơ đồ. Trong đó, điều chỉnh sao cho quả nặng
dao động ln di ngang qua cảm biển hơng ngoại, chú ý đèn chỉ thị lắp ở đây
phải chớp sáng mỗi khi động tử đi qua. Nối dây tín hiệu khởi động và dừng
bộ đếm vào sau máy đo thời gian,
Sơ đồ lắp ráp:










Nguồn 12 vDC
clear set start


8 8 8
Mode clear start


quả nặng
8: 8 8 : 88

Nam châm Cảm biến Máy đếm chu kỳ Máy đếm thời gian


4.
Áp dụng:
Chọn trước các độ dài dây treo sao cho chu kỳ dao động dễ ước lượng:
thí dụ 16cm, 25cm, 49cm, 64 cm, 81cm, 100cm,.. đánh dấu sẵn trên dây.
Thực hiện thí nghiệm con lắc đơn, đưa động tử về vị trí của nam châm
điện. đặt bộ phận đếm chu kỳ con số mong muốn, chuyển bộ đo thời gian
sang chế độ đếm .01 s và xố về zero.
Ấn nút bắt đầu, nam châm điện sẽ khởi
động q trình dao động, bộ đếm
chu kỳ sẽ tự động khởi động máy đo thời gian. Mắt thần quan sát q trình
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
14


này và báo cho bộ đếm mỗi khi động tử đi ngang vị trí cân bằng 2 lần. Bộ đếm
chu kỳ đếm lùi từ số đã định trước và dừng máy đo thời gian khi chu kỳ giảm
đến zero.
Thu thập kết quả đo theo hai cách:
Theo số chu kỳ đo từ vài chu kỳ đến vài chục chu kỳ trên một độ dài
dây treo.
Theo độ dài dây treo ở một số chu kỳ bằng nhau.
Kết quả mỗi l
ần đo được lưu trữ trực quan cho đến khi một lần đo mới
được tiến hành. Tồn bộ các thao tác thí nghiệm cho một lần đo chỉ mất

khoảng 100 giây nên khơng hao phí nhiều thời gian lên lớp.
Đối với con lắc lò xo, chỉ sử dụng máy đo thời gian và điều khiển bằng tay.
5.
Nhận xét:
5.1. Ưu điểm:
• Kích thước trực
quan, cho phép học
sinh tham gia cùng
tiến hành thí nghiệm.
• Thay đổi các tham
số thí nghiệm rất dễ
dàng.
• Nhanh, khơng hao
phí nhiều thời gian
lên lớp.
• Chính xác, thuyết
phục.
• Bảo đảm tất cả học
sinh đều quan sát tốt.
• Giá thành thấp
5.2. Khuyết điểm:
Đối với thí nghiệm
con lắc lò xo, q
trình đo đạc chưa
thực hiện được tự
động hố, mà giáo
viên phải thực hiện
việc khởi động và
dừng máy đo thời
gian.

Lý do là cơ cấu mắt thần ghi nhận vị trí quả nặng theo chiều dọc chế
tạo chưa thành cơng.




Hình dụng cụ con lắc đơn
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
15



Con lắc lò xo






THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG