Khóa luận Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm chuyển động thẳng để phục vụ dạy học phần cơ học trong chương trình SGK lớp 10 THPT

tầm quan sát của học sinh. Thí nghiệm cần được lặp lại vài lần Yêu cầu trong việc xử lí kết quả thí nghiệm: Thu nhận cứ liệu phải trung thực, đủ để khái quát rút ra kết luận. Xử lí số liệu phải đủ thời gian, thực hiên một cách chu đáo. Những yêu cầu đối với thí nghiệm trực diện Yêu cầu trong việc lựa chọn thí nghiệm trực diện để sử dụng trong dạy học vật lí: Các thí nghiệm trực diện được sử dụng trong các trường hợp sau: Các dụng cụ thí nghiệm không quá phức tạp; việc bố trí tiến hành thí nghiệm không quá khó đối với học sinh; hiện tượng vật lí diễn ra trong các thí nghiệm dễ quan sát, không quá phức tạp. Có thể sử dụng các dụng cụ, vật liệu dễ kiếm trong đời sống hàng ngày, quen thuộc với học sinh. Nội dung của các thí nghiệm cần thực hiện mang tính chất định tính hoặc bán định lượng. Tuy nhiên cũng cần tăng dần các thí nghiệm trực diện định tính ở các lớp trên. Các thí nghiệm không đòi hỏi nhiều thời gian trong bố trí và tiến hành thí nghiệm. Việc sử dụng các dụng cụ và tiến hành thí nghiệm phải đảm bảo an toàn cho học sinh, không làm hỏng thí nghiệm. Yêu cầu trong việc chuẩn bị thí nghiệm trực diện: Đối với giáo viên: Chuẩn bị phương án thí nghiệm ngay khi soạn bài, dự đoán các phương án thí nghiệm mà học sinh có thể đề xuất, phân tích ưu, nhược điểm và lựa chọn một phương án phù hợp Chia nhóm học sinh Soạn một bản hướng dẫn thí nghiệm cho học sinh. Đối với học sinh: thực hiện nhiệm vụ mà giáo viên đã giao cho. Yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của học sinh trong thí nghiệm trực diện: Bố trí các bàn thí nghiệm thành vòng cung hoặc chữ U để tiện theo dõi, giúp đỡ. Đảm bảo cho học sinh các nhóm đều tích cực, tự lực trong giờ học. Phối hợp các hình thức làm việc cá nhân, theo nhóm, làm việc chung toàn lớp. Giáo viên đóng vai trò là người tổ chức, hướng dẫn, trọng tài. Những yêu cầu đối với thí nghiệm thực hành Yêu cầu trong công việc chuẩn bị thí nghiệm thực hành Đối với giáo viên: Tìm hiểu kĩ nội dung SGK, xác định rõ nhiệm vụ cần giao cho học sinh, cách thức kiểm tra, đánh giá việc thực hiện các nhiệm vụ đó. Chuẩn bị đầy đủ, kiểm tra chất lượng các dụng cụ cần thiết cho mỗi nhóm học sinh. Làm thử tất cả các thí nghiệm trong bài thực hành để dự kiến các khó khăn mà học sinh có thể gặp phải, cách thức hướng dẫn học sinh vượt qua khó khăn đó. Nếu cần thiết có thể điều chỉnh nội dung, yêu cầu bài thực hành trong SGK cho phù hợp với trường phổ thông. Đối với học sinh: Nghiên cứu SGK, chuẩn bị sẵn bản báo cáo theo mẫu SGK Tự tìm kiếm, chế tạo các dụng cụ theo chỉ dẫn trong bài thực hành. Yêu cầu trong việc tổ chức và hướng dẫn hoạt động tự lực của học sinh trong thí nghiệm thực hành Phân nhóm và bố trí bàn thí nghiệm được thực hiện như trong thí nghiệm trực diện. Đầu buổi thí nghiệm thực hành: kiểm tra chuẩn bị của hịc sinh, hướng dẫn sử dụng dụng cụ. Trong lúc các nhóm học sinh tiến hành công việc: giáo viên theo dõi, kịp thời tháo gỡ khó khăn học sinh gặp phải Sau khi học sinh làm xong thí nghiệm: yêu cầu học sinh tháo rỡ các chi tiết đã lắp ráp, sắp xếp gọn gàng, yêu cầu học sinh nộp báo cáo ngay hoặc cho về nhà hoàn chỉnh nốt. KẾT LUẬN CHƯƠNG I Trong chương này chúng tôi đã tổng hợp, phân tích các kiến thức về lí luận và phương pháp giảng dạy và làm rõ các vấn đề sau: Mục tiêu, nhiệm vụ dạy học vật lí ở trường phổ thông Quá trình dạy học nói chung; quá trình dạy học vật lí; sự khác biệt quá trình dạy học và quá trình nghiên cứu khoa học; tính khoa học, phát huy tính tích cực, tự chủ sáng tạo của quá trình dạy học vật lí Các phương pháp dạy học vật lí Từ đó, chúng tôi chỉ ra các bước cần tiến hành để thiết kế phương án dạy học một tiết học sao cho vừa khoa học, vừa phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Cuối cùng, chúng tôi chỉ ra đặc điểm, chức năng, yêu cầu của thí nghiệm trong dạy học vật lí; phân loại thí nghiệm vật lí. CHƯƠNG II : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỂ PHỤC VỤ DẠY HỌC PHẦN CƠ HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH SGK VẬT LÍ 10 THPT 1. Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học một số kiến thức về chuyển động thẳng trong chương trình vật lí 10 Chuyển động thẳng đều (mục 5 bài 2 SGK Vật lí 10NC) Ở phần này cần có thí nghiệm một vật chuyển động thẳng đều, để từ đó làm rõ định nghĩa chuyển động thẳng đều: “ Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng, trong đó chất điểm có vận tốc tức thời không đổi ”. Tuy nhiên trong thực tế, không thể đo được vận tốc tức thời, mọi vận tốc ta đo được đều là vận tốc trung bình của vật trên một quãng đường nào đó. Nhưng ta có thể làm gần đúng bằng cách đo các đoạn đường liên tiếp vật đi được trong những khoảng thời gian ngắn, tính vận tốc trung bình của vật trên những đoạn đường đó, nếu các vận tốc trung bình đó bằng nhau ta có thể ngoại suy rằng: nếu ta có thể tiến hành khảo sát với các khoảng thời gian ngắn hơn nữa (tiến về 0) thì các vận tốc cũng sẽ bằng nhau, nói khác đi: vận tốc tức thời không đổi. Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng để dạy học mục 5 bài 2 SGK Vật lí 10NC “chuyển động thẳng đều” là: bộ thí nghiệm tạo ra chuyển động thẳng đều, cho phép đo được các quãng đường vật đi được trong những khoảng thời gian ngắn liên tiếp (khoảng thời gian đó là ngắn so với toàn bộ thời gian vật chuyển động). Khảo sát thực nghiệm chuyển động thẳng (bài 3 SGK Vật lí 10 NC) “Khảo sát chuyển động thẳng” là một bài thực hành. Bài thực hành được học sau khi học sinh học các kiến thức chung về chuyển động cơ, vận tốc trong chuyển động thẳng, chuyển động thẳng đều. Bài thực hành nhằm củng cố cho học sinh kiến thức về tọa độ của vật tại các thời điểm khác nhau, vận tốc trong chuyển động thẳng, đồ thị tọa độ theo thời gian, vận tốc theo thời gian. Do đó, bài thực hành cần có thí nghiệm về một vật chuyển động thẳng, chuyển động thẳng này không nên là chuyển động thẳng đều vì như thế việc xác định tọa độ, vận tốc, đồ thị tọa độ, vận tốc theo thời gian khá đơn giản và quen thuộc với học sinh, chuyển động thẳng này cũng không nên quá phức tạp, do đó, chuyển động thẳng biến đổi đều là thích hợp nhất. Cũng như đối với thí nghiệm chuyển động thẳng đều nói trên, ta không xác định được vận tốc tức thời. Do đó, bộ thí nghiệm cần cho phép ghi lại chuyển động của vật sao cho từ đó có thể tính được vận tốc trung bình của vật trên một đoạn đường ngắn trong khoảng thời gian ngắn. Ta có thể coi vận tốc trung bình đó là vận tốc tức thời tại thời điểm đầu (hoặc cuối) của vật trên đoạn đường. Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “khảo sát chuyển động thẳng” là: bộ thí nghiệm tạo ra một chuyển động thẳng biến đổi đều, cho phép xác định vị trí của vật tại những thời điểm khác nhau, cho phép đo được các quãng đường vật đi được trong những khoảng thời gian ngắn liên tiếp (khoảng thời gian đó là ngắn so với toàn bộ thời gian vật chuyển động) để từ đó xác định vận tốc trung bình của vật trên đoạn đường đó. 1.3 Chuyển động thẳng biến đổi đều (mục 2 bài 4 SGK Vật lí 10NC) Ở phần này cần có thí nghiệm một vật chuyển động thẳng biến đổi đều, để từ đó làm rõ định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều: “ Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng, trong đó chất điểm có gia tốc tức thời không đổi ”. Ở phần trước đó, học sinh đã học định nghĩa gia tốc trung bình, gia tốc tức thời do đó, để làm rõ định nghĩa chuyển động thẳng biến đổi đều như trên thì gia tốc của vật phải được tính thông qua vận tốc và thời gian. Tức là bộ thí nghiệm phải tạo ra chuyển động thẳng biến đổi đều, cho phép xác định vận tốc trung bình để từ đó xác định gia tốc trung bình trong một khoảng thời gian ngắn (so với toàn bộ thời gian chuyển động). Vậy, yêu cầu bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học mục 2 bài 4 SGK Vật lí 10NC “chuyển động thẳng biến đổi đều” cũng giống như yêu cầu của bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy bài “khảo sát chuyển động thẳng” Định luật I Niu-tơn (bài 14 SGK Vật lí 10NC) Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật I Niu-tơn: “nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều”. Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy bài này là: thí nghiệm trong đó có một vật chuyển động dưới tác dụng của lực ma sát đã làm giảm đến mức có thể, sao cho khi đó có thể coi gần đúng rằng vật chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0. Thí nghiệm phải cho phép đo vận tốc của vật và chứng tỏ rằng vật gần như chuyển động thẳng đều. Định luật II Niu-tơn (bài 15 SGK Vật lí 10 NC) Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật II, tức là thí nghiệm kiểm nghiệm a~F, a~1/m. Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài : “Định luật II Niu-tơn” là: bộ thí nghiệm tạo ra một vật chuyển động biến đổi đều, chuyển động của vật được ghi lại sao cho từ đó có thể xác định được gia tốc của vật có; lực tác dụng, khối lượng của vật có thể xác định được, có thể thay đổi và xác định được sự thay đổi đó. Định luật III Niu-tơn (bài 15 SGK Vật lí 10 NC) Định luật III Niuton: Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối. Yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “Định luật II Niu-tơn” là: bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học nội dung kiến thức đó phải tạo ra được tương tác giữa hai vật mà học sinh có thể quan sát được phương và chiều của lực tương tác đồng thời có thể đo được độ lớn của lực tương tác. 1.7 Định luật bảo toàn động lượng (bài 31 SGK Vật lí 10 NC) Bài này cần thí nghiệm cho phép nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng. Để cho đơn giản thì thí nghiệm cần nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng trong va chạm của 2 vật, đó có thể là va chạm mềm hoặc va chạm đàn hồi trực diện. Tức là thí nghiệm cho phép kiểm nghiệm công thức: Vậy, yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học bài “Định luật bảo toàn động lượng” là: bộ thí nghiệm cho phép tạo ra 2 vật chuyển động thẳng đều, có thể xác định được khối lượng các vật, vận tốc của các vật trước và sau va chạm. Sau khi phân tích kiến thức về chuyển động thẳng nói trên, ta nhận thấy rằng: yêu cầu đối với bộ thí nghiệm sử dụng khi dạy học các kiến thưc đó đều có chung đặc điểm: bộ thí nghiệm cần tạo ra chuyển động thẳng của vật, ghi lại được chuyển động của nó sao cho từ đó có thể xác định được vận tốc, gia tốc trung bình trong khoảng thời gian ngắn (so với toàn bộ thời gian chuyển động của vật), thêm vào đó ma sát cần giảm đến mức có thể để kết quả ít sai số và phục vụ nhu cầu nghiên cứu định luật I Niuton. Do đó, có thể thiết kế một bộ thí nghiệm dùng chung khi dạy các kiến thức về chuyển động thẳng. 2. Các bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đã có [7] Bộ thí nghiệm cần rung điện Hình 2.1 Bộ thí nghiệm cần rung điện Nguyên tắc hoạt động: Vật cần khảo sát gắn một băng giấy. Khi vật chuyển động, băng giấy chuyển động theo và trượt trên 1 con lăn, phía trên băng giấy có 1 ngòi bút dao động với chu kì 0,02s. Dao động của ngòi bút được tạo ra nhờ đồng hồ cần rung: khi cho dòng điện 220V vào đồng hồ thì ngòi bút dao động cùng tần số dòng điện, đồng hồ được lắp cố định ở đầu đoạn đường chuyển động của vật. Hình ảnh chấm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyển động của vật. Ưu điểm: Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền có thể sử dụng rộng rãi Bộ thí nghiệm có thể dùng để nghiên cứu nhiều kiến thức: chuyển động thẳng đều, nhanh dần đều, sự rơi tự do, định luật II Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng. Nhược điểm: Cần rung cố định và khá cồng kềnh, xe kéo theo băng giấy dài, việc bố trí một hệ thống như vậy khá phức tạp và không phải chuyển động nào cũng có thể bố trí được. Băng giấy chuyển động, ngòi bút cố định nên khó trong nhận thức đối với học sinh. Phải sử dụng đến kiến thức hệ vật khi nghiên cứu định luật II Niutơn. Bộ thí nghiệm băng đệm khí Hình 2.2 Bộ thí nghiệm băng đệm khí Nguyên tắc hoạt động: Vật là các xe chuyển động trên một băng khí. Băng này có các lỗ nhỏ li ti, khí được bơm qua các lỗ để các xe được chuyển động trên một lớp khí – ma sát nhỏ. Bộ thí nghiệm có 2 cổng quang, 1 đồng hồ hiện số. Đồng hồ liên kết với 2 cổng quang, có nhiều chế độ: đồng hồ có thể đo thời gian các cổng quang bị che lấp, đo thời gian từ lúc cổng 1 bị che đến lúc cổng 2 bị che. Tùy vào phương án đo mà sử dụng đồng hồ và cổng quang cho hợp lí. Từ thời gian hiện trên đồng hồ, đường kính viên bi, khoảng cách 2 cổng quang ta xác định được vận tốc, gia tốc của vật. Ưu điểm Thời gian được đo bằng đồng hồ hiện số, xe chuyển động trên lớp khí ma sát nhỏ do đó sai số nhỏ. Có thể dùng để nghiên cứu nhiều kiến thức: chuyển động thẳng đều, nhanh dần đều, định luật II Niu-tơn, định luật bảo toàn động lượng. Nhược điểm Phải sử dụng đến kiến thức hệ vật khi nghiên cứu định luật II Niutơn. Phải thực hiện nhiều lần thí nghiệm để nghiên cứu cùng một chuyển động. Không sử dụng được khi nghiên cứu sự rơi tự do, định luật III Niutơn. Dụng cụ đòi hỏi chi phí cao, khó phổ biến rộng rãi. Bộ thí nghiệm cồng kềnh, tính di động không cao, khó mang xuống lớp học. Bộ thí nghiệm máng CT 10-2 Hình 2.3 Bộ thí nghiệm máng CT 10-2 Nguyên tắc hoạt động: Vật là viên bi có đường kính d lăn trên 1 máng có thể thay đổi góc nghiêng. Bộ thí nghiệm có 2 cổng quang, 1 đồng hồ hiện số. Đồng hồ liên kết với 2 cổng quang, có nhiều chế độ: đồng hồ có thể đo thời gian các cổng quang bị che lấp, đo thời gian từ lúc cổng 1 bị che đến lúc cổng 2 bị che. Tùy vào phương án đo mà sử dụng đồng hồ và cổng quang cho hợp lí. Từ thời gian hiện trên đồng hồ, đường kính viên bi, khoảng cách 2 cổng quang ta xác định được vận tốc, gia tốc của vật. Ưu điểm: Thời gian đo bằng đồng hồ hiện số, vật lăn trên máng ít ma sát do đó sai số nhỏ. Gọn nhẹ, dễ sử dụng. Nhược điểm : Phải thực hiện nhiều lần thí nghiệm để nghiên cứu cùng một chuyển động Không sử dụng được để nghiên cứu định luật bảo toàn động lượng Dụng cụ đòi hỏi chi phí cao 2.4 Bộ thí nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn: - Bố trí thí nghiệm: Hình 3 Hình 2.4: Bộ thí nghiệm về lực tương tác giữa hai xe lăn - Nguyên tắc hoạt động: Hai xe được nối với nhau bằng sợi dây cước có một nút buộc vào thanh sắt nhỏ nằm ngang ở giữa dây. Khi đốt sợi chỉ buộc ép lò xo ở đầu xe lăn thứ nhất thì lò xo bật ra, làm hai xe tương tác với nhau và chuyển động ngược chiều nhau. Khi dây cước được kéo căng, nó sẽ bị buộc chặt vào thanh sắt nhỏ và làm hai xe dừng lại. Ta đo được quãng đường mà hai xe đi được trong cùng một khoảng thời gian, từ đó tính được vận tốc của từng xe. Coi vận tốc này là vận tốc lúc xe dừng lại ta tính được gia tốc của từng xe. Với vận tốc ban đầu là vận tốc lúc hai xe bắt đầu tương tác. Biết khối lượng và gia tốc của hai xe ta có thể so sánh được độ lớn lực tương tác của hai xe. Phương và chiều của lực tương tác chính là phương và chiều chuyển động của hai xe - Ưu điểm: Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền nên có thể sử dụng rộng rãi ở các trường phổ thông. Kết quả thí nghiệm dễ xử lý để đưa ra kết luận cho bài học - Nhược điểm: Bộ thí nghiệm cho kết quả bằng cách đánh dấu bằng sợi dây cước nên sai số lớn Khi tiến hành thí nghiệm phải chú ý nhiều chi tiết như quấn chỉ, đốt chỉ, buộc dây cước để kết quả thu được có độ chính xác hơn Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ tương tác từ Hình 2.5: Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ tương tác từ + Nguyên tắc hoạt động - Vật là hai xe lăn, một xe có gắn giá để gia trọng, một xe có gắn đồng hồ tương tác từ. Xe chuyển động trên một máng có gắn thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray bằng các dây nối từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V. - Giữa 2 thanh ray có 1 băng giấy, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khi đồng hồ hoạt động và xe chuyển động thì ngòi bút chấm đều đặn trên băng giấy. Hình ảnh chấm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyển động của vật. + Ưu điểm Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh Chỉ tiến hành một lần thí nghiệm cho một chuyển động nhưng thu được nhiều số liệu. Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền có thể sử dụng rộng rãi ở các trường phổ thông. Kết quả thí nghiệm dễ xử lý để đưa ra kết luận cho bài học + Nhược điểm Pit tông, xi lanh ngắn nên đồng hồ lắc rất mạnh Ma sát lớn nên kết quả thí nghiệm vẫn còn sai số Không nghiên cứu được định luật III Niu tơn Bộ thí nghiệm nghiên cứu định luật III Niu – tơn Hình 2.6: Bộ thí nghiệm nghiên cứu định luật III Niu – tơn + Nguyên tắc hoạt động - Vật là hai xe lăn, một xe có gắn giá để gia trọng, một xe treo gia trọng. Đồng hồ tương tác từ được gắn trên hai xe. Xe chuyển động trên một máng có gắn thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray bằng các dây nối từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V. - Bên cạnh 2 thanh ray có 1 băng giấy, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khi đồng hồ hoạt động và xe chuyển động thì ngòi bút chấm đều đặn trên băng giấy. Hình ảnh chấm mực trên băng giấy cho ta thông tin chuyển động của vật. + Ưu điểm Bộ thí nghiệm hoạt động với nguyên tắc dễ hiểu đối với học sinh Chỉ tiến hành một lần thí nghiệm cho một chuyển động nhưng thu được nhiều số liệu. Bộ thí nghiệm gọn nhẹ, rẻ tiền có thể sử dụng rộng rãi ở các trường phổ thông. Kết quả thí nghiệm dễ xử lý để đưa ra kết luận cho bài học + Hạn chế : Không nghiên cứu được : Các dạng chuyển động thẳng Định luật I Niu – tơn Định luật II Niu – tơn Định luật bảo toàn động lượng => Từ hạn chế của hai bộ thí nghiệm có sử dụng đồng hồ tương tác từ trên, chúng tôi đã nghiên cứu chế tạo bộ thí nghiệm có thể đáp ứng được đầy đủ hơn nhu cầu của người sử dụng. 3. Thiết kế bộ thí nghiệm Ý tưởng Đồng hồ đo thời gian kiểu tương tác từ vẫn là một gợi ý quan trọng trong việc thiết kế chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng mới. Bởi vì : Đồng hồ có thiết kế nhỏ gọn Sử dụng nguồn điện 12V đảm bảo nguyên tắc an toàn. Nguyên tắc hoạt động dễ hiểu Ứng dụng đồng hồ đo thời gian tương tác từ trong chế tạo bộ thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng mới: lắp đồng hồ lên vật và thiết kế hệ thống đưa điện lên đồng hồ, hệ thống này hoạt động ổn định trong khi xe chuyển động. Ý tưởng cho hệ thống dẫn điện: đồng hồ lắp trên 1 xe, nối với các bánh xe (bánh xe làm bằng kim loại dẫn điện), xe chuyển động trên các thanh ray dẫn điện, điện đưa vào các thanh ray bằng các dây nối từ nguồn thứ cấp của biến thế 220V-12V. Ý tưởng cho hệ thống ghi lại chuyển động: bên cạnh 1 thanh ray có 1 băng giấy được giữ chắc và phẳng, trên đồng hồ gắn 1 ngòi bút, khoảng cách giữa ngòi bút và băng giấy có thể thay đổi sao cho khi đồng hồ hoạt động và xe chuyển động thì ngòi bút chấm đều đặn trên băng giấy. Khi nghiên cứu định luật III Niu- tơn, ta sử dụng gia trọng nối vào xe bằng một sợi dây nên ta phải xẻ rãnh trên máng để sợi dây xuyên qua và phải để hệ thống này trên một độ cao nhất định nhờ hai chân đế. Ngoài ra cần có thêm các bộ phận khác: Bộ phận cung cấp vận tốc ban đầu cho vật Bộ phận chặn xe Hai chân đế để nghiên cứu định luật II và định luật III Niu-tơn. Bộ phận đo góc nghiêng, bộ phận đỡ gia trọng 3.2 Mô hình bộ thí nghiệm 220V Biến thế 220V-12V Súng vận tốc Bộ phận chặn xe Xe định luật bảo toàn động lượng Đồng hồ Gia trọng Bộ phận đỡ vật máng Thanh ray Sợi dây Chân đế Biến thế 220V-12V Nguồn 220V Đồng hồ Gia trọng Bộ phận đỡ vật máng Thanh ray Sợi dây Chân đế Biến thế 220V-12V Nguồn 220V Chân đế Bộ phận đo góc nghiêng Đồng hồ Gia trọng Bộ phận đỡ vật máng Thanh ray Sợi dây Chân đế Biến thế 220V-12V Nguồn 220V Hình 3.2 :Mô hình bộ thí nghiệm 4. Chế tạo bộ thí nghiệm 4.1 Máng và các thanh ray (1) - Máng: tấm gỗ có kích thước 101x12x2,5 (cm) có xẻ rãnh ở giữa. - Rãnh có kích thước 80x1,5x2,5 (cm) - Thanh ray: sử dụng thanh ray trong các cửa khung nhôm kính (các thanh ray này không có lớp mạ cách điện). Cố định các thanh ray lên máng: khoảng cách 2 thanh ray là 5cm, chiều dài thanh ray là 100cm. Thanh ray được nối với nguồn điện bằng các chốt điện. - Băng giấy và bộ phận giữ giấy: băng giấy có chiều dài là 84cm, chiều rộng là 2,5cm, băng giấy được kẹp giữa 1 nam châm và 1 miếng sắt trong đó nam châm được cố định trìm dưới máng; có 4 nam châm như thế. Các xe - Các bánh xe: Không tận dụng được bánh xe trong các cửa khung nhôm kính do các bánh xe này sử dụng ổ bi chất lượng kém mà đó lại là loại ổ bi có kích thước chuyên dụng, không phổ biến. Chế tạo bánh xe mới: sử dụng khung bánh xe cũ (bánh xe của cửa khung nhôm); tiện bánh xe mới có kích thước phù hợp với khung bánh xe, với đường ray, bánh xe quay xung quanh trục là các chốt đồng có kích thước phù hợp. - Tấm gỗ làm thân xe: có kích thước 12x8x1.1 (cm) Ròng rọc: được chế tạo bằng đồng và gắn trên xe Móc buộc dây: được chế tạo bằng sắt tây, có một lỗ nhỏ để xuyên dây, được gắn trên xe còn lại. - Đồng hồ: chế tạo đồng hồ theo thiết kế mới với pit tông và xi lanh dài hơn để giảm sự rung lắc, có một trục nằm ngang để chỉnh vị trí của đồng hồ trên xe (trên xe có 1 trục với kích thước phù hợp với lỗ tròn) Hình 4.2a: Tấm gỗ làm thân xe Hình 4.2b : Xe gắn đồng hồ - Lắp ráp các xe: Lắp các bánh xe sao cho khoảng cách giữa các bánh phù hợp với khoảng các hai thanh ray Lắp ròng rọc vào xe thông qua một trục nhỏ sao cho ròng rọc có thể quay quanh trục một cách dễ dàng Lắp móc buộc dây vào xe sao cho móc nằm phía trong xe để không kồng kềnh và kéo xe dễ dàng hơn, phải chốt chắc chắn móc buộc dây vào xe. Lắp đồng hồ lên xe sao cho khi đặt xe lên máng thì đồng hồ ở phía máng có chỗ trống để có thể đặt giấy phía dưới ngòi bút của đồng hồ. Lắp một trục cố định ở giữa hai xe để giữ quả nặng khi ta thay đổi khối lượng của xe. 4.3 Các bộ phận khác Bộ phận đỡ gia trọng (2) Bộ phận cung cấp vận tốc ban đầu cho vật [7] (3) Bộ phận chặn xe (4) Bộ phận đo sự thăng bằng (5) Bộ phận đo góc (6) Các bộ phận dùng chung Hai chân đế (bộ phận nâng máng) (7) Gia trọng (8) Nguồn 220V-12V (9) 4.5 Bộ thí nghiệm sau khi chế tạo 1 9 6 8 2 5 3 7 4 Hình 4.5 Bộ thí nghiệm sau khi chế tạo 5. Tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng đều Mục đích thí nghiệm: Minh họa đặc điểm của chuyển động thẳng đều: chuyển động thẳng có vận tốc tức thời không đổi. Xác định vận tốc chuyển động thẳng đều của vật Bố trí thí nghiệm Đặt máng nằm ngang, lắp súng vận tốc vào máng Nối điện từ hộp biến thế vào máng, từ nguồn vào hộp biến thế Đặt xe có gắn đồng hồ lên máng và sát với súng vận tốc Gắn băng giấy lên máng, giữ giấy phẳng nhờ các nam châm và miếng sắt Tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh bút ở đồng hồ sát với mặt giấy sao cho khi đồng hồ hoạt động bút vừa vặn chấm xuống mặt giấy. Bật công tắc nguồn, công tắc đồng hồ cho đồng hồ bắt đầu hoạt động. Thả rơi quả nặng 600g trên trục của súng vận tốc để xe chuyển động Khi xe chuyển động đến cuối máng, tắt đồng hồ, tắt nguồn, rút băng giấy ra để thu số liệu. Dùng thước đo độ dời mà xe đi được trong khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp. Lặp lại thí nghiệm 2 lần với băng giấy khác. Từ đó rút ra kết luận về đặc điểm chuyển động của xe. Kết quả thí nghiệm S(mm) 6.0 7.0 6.5 6.5 6.5 7.0 6.5 7.0 7.0 7.0 V(m/s) 0.300 0.350 0.325 0.325 0.325 0.350 0.325 0.350 0.350 0.350 Chọn gốc tọa độ, mốc thời gian tại điểm bắt đầu khảo sát, ta có: t (s) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 x(mm) 0.0 6.0 14.0 19.5 26.0 32.5 42.0 45.5 56.0 63.0 70.0 v(m/s) 0.300 0.300 0.350 0.325 0.325 0.325 0.350 0.325 0.350 0.350 0.350 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên của tọa độ theo thời gian trong chuyển động thẳng đều Đồ thị biểu diễn sự biến thiên vận tốc theo thời gian trong chuyển động thẳng đều chuyê Nhận xét: Trong chuyển động thẳng đều, đồ thị s –t là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ, đồ thị v –t là một đường thẳng song song với trục Ot . Đồ thị vẽ được từ kết quả thực nghiệm cho ta kết luận, vật chuyển động thẳng đều Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động thẳng nhanh dần đều Mục đích thí nghiệm: Xác định tọa độ theo thời gian, vận tốc trung bình trong những khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp để từ đó vẽ đồ thị x-t và v-t Xác định gia tốc chuyển động theo định nghĩa Bố trí thí nghiệm: Xuyên trục nâng máng qua máng và lắp lên chân đế Lắp bộ phận đo góc lên máng Nối điện từ nguồn vào biến thế, từ biến thế vào máng Gắn băng giấy lên máng, giữ giấy phẳng nhờ các nam châm và miếng sắt Đặt xe có lắp đồng hồ lên máng và điều chỉnh độ cao của bút cho phù hợp Thí nghiệm được bố trí như hình: Tiến hành thí nghiệm: Nâng máng lên 1 góc, đưa xe lên đỉnh máng, bật công tắc cho đồng hồ hoạt động Thả tay để xe chuyển động trên máng. Khi xe chuyển động hết máng tắt công tắc, lấy băng giấy ra khỏi máng để thu số liệu. Dùng thước đo độ dời của xe trong những khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp Tiến hành thí nghiệm với góc nghiêng khác. Kết quả thí nghiệm - Với α=5o S(mm) 4.60 5.00 5.40 5.80 6.10 6.50 6.90 7.40 7.80 8.20 8.60 ∆S(mm) 0.40 0.40 0.40 0.30 0.40 0.40