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

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 không khả thi. Nhằm hiện đại hóa và gia tăng độ trực quan, giảm thời gian thực 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 NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 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 thông, các giáo viên có sáng kiến sử dụng máy phát âm tần kết hợp với máy đo tần và bảng rung dùng nam châm điện. Đó là một thành công 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, trực 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 THÔNG: 1. Thiết bị đo lường: Hiện nay, trên hầu hết các trường ĐH sư phạm và các trường PTTH mà tôi được biết, các thiết bị đo lường 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 đông học sinh. Một số tham số đo không thực hiện được trực tiếp làm các thí nghiệm chưa lột tả được nội dung khoa học. THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 10 Khác với các trường, tôi mạnh dạn đề nghị một số thay đổi về phương tiện đo lường. Hoàn 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 tử gần đây nhất) đồng thời tăng kích thước các hệ thống hiển thị để phục vụ số đông học sinh, bảo đảm quan sát tốt ở khoảng cách từ 5m đến 7 m. 2. Tin học hoá thí nghiệm: Song song với việc cải tiến thiết bị, các thí nghiệm được xây dựng phải được chuẩn hoá 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 không 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 thông 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 phục vụ cho chương trình 11 phổ thông trung học rất phổ biến nên không 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 thông 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 cần 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 Quán tính của các vật : Định luật II Newton: THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 11 Định luật III Newton: Chuyển động của vật ném ngang: Lực tác dụng trong chuyển động tròn đều: Định luật bảo toàn động lượng: Mômen lực – qui tắc mômen: Chương trình lớp 11 Định luật Ohm trên đoạn mạch: Các mạch điện một chiều. Chương trình lớp 12 Dao động điều hoà: Giao thoa sóng cơ – Sóng dừng: Định luật phản xạ ánh sáng: Định luật phản xạ toàn 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 nội 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 mô tả khái quát về kích thước, ngoại hình, quá trình nghiên cứu ,chế tạo, cách sử dụng khi giảng dạy và các ưu khuyết điểm. Ngoài 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 thức 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 thông 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 NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 12 I. Sản phẩm: CON LẮC ĐƠN VÀ CON LẮC LÒ XO 1. Công dụng: Thiết bị này nhằm truyền đạt các kiến thức hết sức cơ bản và quan trọng về dao động điều hoà. Kiến thức này đi xuyên 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 thuộc chính xác của các đại lượng dao động vào độ dài dây treo và gia tốc trọng trường theo quan hệ: g lT π2= 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 toàn bộ quá trình thực hiện dao động như sách giáo khoa mô tả, đồng thời tính được các đại lượng dao động phù hợp với lý thuyết. 2. Mô 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 thông 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 nghiệm và bài học. Mặt khác, việc thực hiện mất nhiều thời gian trong giờ dạy nên khó triển khai và gần như không 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 NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 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 luôn di ngang qua cảm biển hông 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 xoá về zero. Ấn nút bắt đầu, nam châm điện sẽ khởi động quá trình dao động, bộ đếm chu kỳ sẽ tự động khởi động máy đo thời gian. Mắt thần quan sát quá trình THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 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 lần đo được lưu trữ trực quan cho đến khi một lần đo mới được tiến hành. Toàn bộ các thao tác thí nghiệm cho một lần đo chỉ mất khoảng 100 giây nên không 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, không 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, quá trình đo đạc chưa thực hiện được tự động hoá, 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 công. Hình dụng cụ con lắc đơn THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 15 Con lắc lò xo THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 16 II. Sản phẩm: SÓNG DỪNG 1. Công dụng: Dụng cụ này nhằm truyền đạt hiện tượng tổng hợp sóng cơ học một chiều từ hai nguồn kết hợp. Xác lập mối quan hệ giữa tần số dao động và kích thước các bó sóng 2 λ=l , quan hệ giữa chiều dài dây L với số k nút sóng và bụng sóng . Nội dung này trong phân bố chương trình 12 chỉ truyền đạt trong vẻn vẹn tối đa 15 phút nên vấn đề thời gian rất quan trọng. Nhiều giáo viên chỉ cho chép công thức mà thôi. 2. Mô tả: Gồm một giá đỡ có lắp nguồn dao động cơ (bản rung), một dây đàn hồi được căng bằng kẹp hoặc quả nặng, một máy phát dao động cơ có tần số điều chỉnh được từ 15 Hz đến 150 Hz (tần số cơ) và một máy đo tần số kỹ thuật số. Kích thước: Dài: 120cm Rộng: 10 cm Cao: 20 cm 3. Thiết kế và lắp ráp: 3.1. Linh kiện cần dùng: – Giá đỡ dài 120 cm có lắp ròng rọc nhỏ ở một đầu. – Nguồn dao động cơ. – Một máy phát dao động cơ. – Máy đo tần số hiển thị số. – Dây đàn hồi mảnh dài hơn 120cm. 3.2 Thiết kế: Dụng cụ này, ở trường phổ thông, rất hiếm chỉ do các giáo viên tự chế tạo bằng bảng rung dao động theo điện xoay chiều 50Hz và đạt được một số yêu cầu rất hạn chế. Đó là chỉ thực hiện được hiện tượng với một số lực căng xác định và không có chỉ thị tần số nên hiệu quả kém, thời gian tiến hành dài, không đủ yêu cầu phân bố thời gian theo chương trình. Để nghiên cứu tăng hiệu quả, bảng rung được điều khiển bằng một máy dao động tần số cơ thiết kế từ Chip dao động cơ học, kết hợp với máy đo tần số hiển thị số 7 đoạn. Ở dụng cụ mới này, các nhược điểm nêu trên được khắc phục hoàn toàn. Mặt khác ứng dụng mới là có thể dùng lực căng qua ròng rọc với các quả nặng xác định để học sinh thực hành ngoại khoá. 3.3 Lẳp ráp: Kết nối như sơ đồ, ngõ ra máy phát dao động được nối với nguồn dao động cơ và máy đo tần số như sơ đồ. Căng dây đàn hồi lên giá. Trong trường hợp không cần chính xác cao, phía đầu dây cố dịnh chỉ cần kẹp lên khung tựa. THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 17 Sơ đồ: Máy phát dao động cơ Máy đo tần số 0.000 Chỉnh tần Nguồn dao động Giá đỡ 4. Áp dụng bài tập: Giáo viên căng dây đàn hồi ở một mức vừa phải và bật nguồn dao động. Kiểm soát tần số bằng máy đo và điều chỉnh tần số trên máy phát để có sóng dừng. Học sinh quan sát được các bụng và nút sóng. Giáo viên giảng giải cho học sinh. Thay đổi tần số, đếm số nút và bụng để khẳng định các kiến thức đã giảng giải. Cần làm rõ vai trò của số k phải là số nguyên. 5. Nhận xét: 5.1. Ưu điểm: • Luôn thành công ở mọi độ căng của dây. • Kích thước trực quan, đặt được ở mọi hướng. • Thay đổi các tham số thí nghiệm rất dễ dàng. • Nhanh, không hao phí nhiều thời gian lên lớp. • Chính xác, thuyết phục. • Bảo đảm tất cả học sinh đều quan sát tốt. • Gọn nhẹ, dễ mang chuyển. • Giá thành thấp. 5.2. Khuyết điểm: Biên độ dao động ở các tần số khác nhau chưa hoàn toàn bằng nhau do sự cộng hưởng cơ khí của bảng rung. Sơ đồ: THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 18 Máy phát dao động cơ Máy đo tần số 0.000 Chỉnh tần Nguồn dao động Giá đỡ 6. Áp dụng bài tập: Giáo viên căng dây đàn hồi ở một m Kiểm soát tần số bằng máy đo và điều dừng. Học sinh quan sát được các bụ cho học sinh. Thay đổi tần số, đếm số thức đã giảng giải. Cần làm rõ vai trò của số k phải là s 7. Nhận xét: 5.1. Ưu điểm: • Luôn thành công ở mọi độ căng củ • Kích thước trực quan, đặt được ở • Thay đổi các tham số thí nghiệm rấ • Nhanh, không hao phí nhiều thời g • Chính xác, thuyết phục. • Bảo đảm tất cả học sinh đều quan • Gọn nhẹ, dễ mang chuyển. • Giá thành thấp. 5.2. Khuyết điểm: Biên độ dao động ở các tần số khá sự cộng hưởng cơ khí của bảng rung. THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG ức vừa phải và bật nguồn dao động. chỉnh tần số trên máy phát để có sóng ng và nút sóng. Giáo viên giảng giải nút và bụng để khẳng định các kiến ố nguyên. a dây. mọi hướng. t dễ dàng. ian lên lớp. sát tốt. c nhau chưa hoàn toàn bằng nhau do AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 19 III. Sản phẩm: MÂM QUANG THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 20 1. Công dụng: Dụng cụ dùng để dạy các định luật phản xạ ánh sáng, khúc xạ ánh sáng và hiện tượng phản xạ toàn phần. Là các định luật cơ sở của quang hình học trong chương trình vật lý 12. 2. Mô tả: Dụng cụ gồm một bảng tròn chia độ đặt thẳng đứng. Ở giữa tâm của mâm có một giá đở hình đĩa bằng nam châm vĩnh cửu. Gương phẳng và các khối môi trường quang cần khảo sát có đế sắt để có thể hút chặt vào mặt đĩa. Hai thanh hướng trục xoay được quanh trục đủ chính xác, trên một thanh có nguồn sáng laser hình tia và thanh còn lại chứa màn hứng tia ló. Kích thước: Dài: cm Rộng: 55 cm Cao: 55 cm 3. Thiết kế và lắp ráp: 3.1. Linh kiện cần dùng: – Bảng chia độ – Nguồn sáng. – Màn hứng – Gương phẳng, khối môi trường trong suốt hình bán trụ. 3.2 Thiết kế: Dụng cụ này trước đây đã có ở một vài trường phổ thông, nhưng có dạng nằm ngang, kích thước nhỏ (25 cm - bằng kim loại đúc) dùng nguồn sáng đèn thông thường nên khó tạo thành tia mảnh nên học sinh rất khó quan sát và tham gia. Để gia tăng độ trực quan, kích cở của mâm được chế tạo lên đường kính 52 cm, dùng vật liệu nhẹ để đạt được một yêu cầu quan trọng là treo được thẳng đứng trên bảng đen. Một cải tiến đáng kể nữa là sử dụng nguồn sáng laser để tạo ra tia sáng mỏng, giúp học sinh củng cố khái niệm tia sáng và tiếp thu các định luật được trình bày. 3.3 Lẳp ráp: THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 21 4. Áp dụng bài tập: Định luật phản xạ ánh sáng: Giáo viên đặt gương phẳng dán sát lên đĩa nam châm, điều chỉnh phương vị chính xác, giới thiệu các mốc phương vị: pháp tuyến, tên gọi qui ước của các góc với học sinh. Chọn vị trí nguồn sáng, mở nguồn sáng tia. Xoay thanh hướng trục chứa màn hứng để tìm tia ló, ghi nhận các góc và nhận xét sơ bộ. Thực hiện tương tự với vài góc tới khác và kết luận thành định luật. Khúc xạ ánh sáng: Giáo viên đặt khối môi trường quang hình trụ lên đĩa, thực hiện tương tự như trên nhiều lần để đi đến kết luận định luật khúc xạ. Hiện tượng phản xạ toàn phần: Tăng góc tới, tìm góc khúc xạ nhiều lần cho đến khi đạt được góc giới hạn và vượt quá góc giới hạn, truy tìm tia ló sẽ thấy được hiện tượng phản xạ tại mặt phân cách môi trường. 5. Nhận xét: 5.1. Ưu điểm: • Treo thẳng đứng trên bảng đen. • Dùng nguồn sáng laser tạo tia sáng mảnh. • Kích thước trực quan • Thay đổi các tham số thí nghiệm rất dễ dàng. • Tiến hành thí nghiệm nhanh, không hao phí nhiều thời gian lên lớp. • Bảo đảm tất cả học sinh đều quan sát tốt. 5.2. Khuyết điểm: • Do độ chia trên bảng là 5 0 để học sinh dễ quan sát nên giáo viên cần tiến hành thử để có các chuẩn bị số liệu, đánh dấu các dấu chuẩn cần thiết bảo đảm tiến hành trên lớp thuận lợi. • Các độ chia trên bảng chưa được đánh số nên giáo sinh có thể dùng băng keo giấy để đánh số theo ý muốn cho mỗi lần thí nghiệm. THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 22 Hình Mâm quang THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 23 IV. Sản phẩm TRỤC QUANG 1.Công dụng: Dụng cụ dùng để dạy sự tạo ảnh qua các loại thấu kính, các quang hệ ghép như kính thiên văn, kính hiển vi, ống nhòm, máy chụp ảnh hình học trong chương trình vật lý 12. Nếu kết hợp với tế bào quang điện. máy đo điện áp thấp loại kỹ thuật số và kính phân cực dùng để dạy hiện tượng phân cực ánh sáng. 2. Mô tả: Dụng cụ gồm một trục dài thẳng đặt nằm ngang, nguồn sáng laser và nguồn sáng thường, các đế thấu kính và màn hứng tia ló. Bộ thấu kính gồm nhiều thấu kính hội tụ và phân kỳ. Vật mẫu là phim dương bản hình mũi tên. Kích thước: Dài: 120cm Rộng:10 cm Cao: 20 cm 3. Thiết kế và lắp ráp: 3.1. Linh kiện cần dùng: – Trục quang bằng nhôm hình. – Nguồn sáng cổ điển và nguồn sáng laser – Các đế thấu kính. – Bộ thấu phân kỳ và thấu kính hội tụ. – Phim mẫu chữ L và mấu số 1. – Màn hứng phẳng, mờ đục. 3.2 Thiết kế: Dụng cụ này có ở một số trường phổ thông, nhưng hầu như không được triển khai do các nhược điểm: trục làm bằng gang đúc nặng nề, nguồn sáng cổ điển, số thấu kính được cung cấp quá nghéo nàn về chủng loại cũng như số lượng, các đế thấu kính có qui cách đặc biệt khó cải tạo. Để giải quyết các nhược điểm trên, quang trục được làm bằng nhôm hình đủ độ chính xác, thẳng, nhẵn. Dùng nguồn sang laser kết hợp với nguồn sáng cổ điển. Đặc biệt, đế thấu kính được nghiên cứu chế tạo để thay đổi thấu kính rất nhanh. lượng thấu kính được chuẩn bị nhiều và rất phong phú về số liệu kỹ thuật. Do hệ trục rất nhẹ nên dễ xoay trở và có thể không cần nằm ngang. 3.3 Lắp ráp: Nguồn sáng thấu kính 01 thấu kính 02 màn hứng THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 24 4. Áp dụng bài tập: Dùng nguồn sáng thông thường chiếu lên phim mẫu, lắp thấu kính vào đế, di chuyển màn hứng để nhận được ảnh rõ, đo và ghi chú các khoảng cách d, d’ ,f . Kiểm chứng công thức thấu kính, thử lại với d1, d1’ và f. Thay thấu kính khác, tiếp tục thí nghiệm nếu cần. Dùng màn hứng và một thấu kính có tiêu cự ngắn thu một cảnh ở xa để mô phỏng máy ảnh. Ghép các thấu kính tái tạo các quang hệ thông dụng trong đời sống như kính thiên văn, kính hiển vi, ống nhòm. Nguồn sáng laser là ánh sáng đã phân cực nên giáo viên cần chú ý khi làm thí nghiệm phân cực ánh sáng. Chỉ cần một bản Polaroid là đủ để tạo hiện tượng phân cực ánh sáng. Dụng cụ còn có thể khai thác thí nghiệm thực hành ngoại khoá hệ thấu kính ghép. 5. Nhận xét: 5.1. Ưu điểm: • Kích thước trực quan. • Thay đổi thấu kính rất nhanh nhờ đế được thiết kế đặc biệt. • Bộ thấu kính rất phong phú có các tiêu cự liên tục, đủ chủng loại. • Bảo đảm tất cả học sinh đều quan sát tốt. • Kinh nghiệm cho thấy việc mô phỏng các dụng cụ như ống nhòm, kính thiên văn quan sát được ngay tạo sự hưng phấn mạnh trong học sinh, cuốn hút đối tượng vào tri thức dễ dàng. 5.2.. Khuyết điểm: • Do chế tác thủ công nên độ chính xác chỉ vừa đạt yêu cầu giảng dạy. Hình Trục quang THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 25 V. Sản phẩm: BẢNG THÍ NGHIỆM ĐIỆN MỘT CHIỀU 1. Công dụng: Dụng cụ dùng để dạy định luật Ohm là định luật cơ bản và quang trọng trong chương trình vật lý 11. Bảng còn được dùng để dạy sự ghép các linh kiện điện như tụ điện, điện trở ở các dạng song song và nối tiếp. 2. Mô tả: Dụng cụ gồm một bảng phẳng, trên bảng có kẻ sẳn một sơ đồ khuyết đa năng để có thể thực hiện nhiều sơ đồ thí nghiệm điện khác nhau. Hai máy đo kỹ thuật số: một vôn kế và một Ampe kế với số chỉ thị có kích thước lớn. Kích thước: Dài: cm Rộng:60 cm Cao:40 cm 3. Thiết kế và lắp ráp: 3.1 Linh kiện cần dùng: – Bảng đa năng. – Nguồn 12vDC ổn áp. – Ampe kế, vôn kế hiển thị số. 3.2 Thiết kế: Dụng cụ này có ở tất cả các trường phổ thông trung học. Với bảng lắp đặt và các điện kế cổ điển kích cở rất nhỏ, chỉ thích hợp cho học sinh thực hành ngọai khóa. Để có thể vận dụng vào giảng dạy trên lớp, bảng được thiết kế mới, lớn hơn với các máy đo điện kỹ thuật số được chế tạo từ các vi mạch chuyên dùng trong đo lường. Tuy nhiên một khó khăn khác phát sinh là kích thước hiển thị kết quả đo dạng tinh thể lỏng (LCD) rất nhỏ (cở 8mmm và không phát sáng). Qua nghiên cứu, kết quả đã lắp đặt được các máy đo hiệu điện thế và dòng điện chính xác có màn số hiển thị phát sáng với kích thước đủ lớn để học sinh có thể quan sát từ xa. Một cải tiến khác nữa là các linh kiện được thiết kế với qui cách thông dụng để người dùng có thể tự chế tạo thêm tùy ý. 3.3 Lắp ráp: Vôn kế Ampe kế 0.000 0.000 THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 26 VI. Sản phẩm: RAY CHUYỂN ĐỘNG 1. Công dụng: Dùng để dạy các nội dung thuộc chương trình vật lý lớp 10. Đây là các kiến thức cơ sở rất quan trọng đóng vai trò khai tâm học sinh: Các dạng chuyển động thẳng Các định luật Newton Chuyển động trên máng nghiêng trong trọng trường. 2. Mô tả: Dụng cụ gồm một đường ray thẳng nhẵn bằng nhôm nhẹ, có độ nghiêng chỉnh được và một nam châm điện để khởi tạo chuyển động, các xe ma sát thấp, các mắt thần đánh dấu vị trí, một máy đo thời gian điện tử. Kích thước: Dài: 150cm Rộng:10 cm Cao:30 cm 3. Thiết kế và lắp ráp: 3.1 Linh kiện cần dùng: – Một đường ray bằng nhôm nhẹ – Bàn Okan – Các xe (động tử) – Mắt thần đánh dấu vị trí. – Máy đo thời gian hiển thị số. – Nam châm điện. 3.2. Thiết kế Đây là một thí nghiệm kinh điển của cơ học. Trước đây thí nghiệm này thực hiện rất khó thành công do chuyển động diễn ra trên khoảng đường rất ngắn, thời gian nhỏ, sai số đo trên máy đo thời gian lớn vì giáo viên bấm bằng tay. Để thực hiện được cần cho động tử chuyển động trên đoạn đường rất dài. Giải quyết khó khăn trên, nhằm thu ngắn khoảng dịch chuyển trong phạm vi lớp học, phải chính xác hoá quá trình ghi nhận thời gian chuyển động. Chỉ có một cách là đánh dấu vị trí điều khiển máy đo thời gian bằng mắt thần điện tử để giảm sai số đo đủ cho số liệu thuyết phục. Máy đo thời gian được dùng là loại kỹ thuật số (trong thí nghiệm con lắc) và thiết lập quan hệ tự động hóa điều khiển, rút ngắn thời gian tiến hành, đạt độ chính xác và tỉ lệ thành công cao. Ngoài ra, để thể hiện vận tốc của động tử, máy đo vận tốc đã được quan tâm đầu tư chế tạo nhưng chưa thành công. Thay vào đó, giáo viên coa thể sử dụng thủ thuật sau: THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ PHOÅ THOÂNG AGU – ÑEØ TAØI NGHIEÂN CÖÙU KHOA HOÏC 27 Thử nghiệm trước các khoảng cách sao