Luận văn Cải tiến một số bộ thí nghiệm thực hành trong chương trình vật lí trung học phổ thông

hướng dẫn chi tiết,cũng như cần rèn 31 luyện cho HS cách làm việc khoa học, an toàn, cẩn thận từ khâu chuẩn bị bài đến khi tiến hành TN và báo cáo kết quả cuối cùng. - Một trong những yêu cầu của thí nghiệm thực hành là tính đồng bộ, nhưng thực tế lại không được như vậy. Thiết bị nếu có ở các trường phần lớn thiếu cả về số lượng và chất lượng, điều này phần nào ảnh hưởng đến tâm lý của GV và HS. Do chất lượng kém nên kết quả đo không chính xác, khó thực hiện các thao tác, sau mỗi đợt thực hành đều có những tổn hao và việc thay thế chúng diễn ra trong thời gian dài. 1.2.8. Thực trạng thí nghiệm thực hành môn Vật lí THPT và một số giải pháp cải tiến thực trạng hiện nay. Yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học Vật lí hiện nay gắn liền với đổi mới thiết bị và phương pháp sử dụng thí nghiệm trong dạy học Vật lí. Trong những năm qua, mặc dù tất cả các trường phổ thông của nước ta đã được trang bị đầy đủ các thiết bị theo Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu của Bộ Giáo dục và Đào tạo nhưng hiệu quả sử dụng chúng vẫn còn nhiều hạn chế, vì vậy mà TNTH chưa đáp ứng được yêu cầu. Tình trạng đó do một số nguyên nhân chính sau: - Năng lực TN của GV còn hạn chế cả về kĩ thuật tiến hành lẫn phương pháp sử dụng trong dạy học. Phần đông GV ít quan tâm về tư duy thực nghiệm mà hay thiên về tư duy toán học qua các bài tập tính toán, dẫn tới HS học Vật lí gần như học Toán nên năng lực vận dụng kiến thức trong cuộc sống của HS rất hạn chế. - Bản thân thiết bị còn hạn chế về chất lượng và khả năng hỗ trợ hoạt động nhận thức của HS theo phương pháp mới. - Điều kiện để sử dụng TN còn hạn chế: thời gian chuẩn bị ít, địa điểm không phù hợp, thiếu phòng học bộ môn hoặc trang thiết bị không phù hợp. - Trách nhiệm của nhà sản xuất (có thiết bị mà không dùng được, có dùng được thì cũng chóng hỏng). - Thiếu một sự quản lí chỉ đạo, động viên những người tốt, việc tốt trong sử dụng và cải tiến sáng tạo TNTH hiện có. - Hầu hết các TNTH được trình bày dưới hình thức phần lớn là bày sẵn từng bước. 32 - Nhiều trường được trang bị quá ít các bộ TN giống nhau nên việc cho thực hành đồng loạt với khoảng 50 HS/lớp là rất khó, dù đã vận dụng nhiều phương án tổ chức khác nhau như chia lớp thành các nhóm nhỏ (số lượng HS/nhóm tùy thuộc sĩ số lớp, số bộ dụng cụ và thời gian), khi một nửa số nhóm thực hành thì nửa còn lại viết báo cáo, sưu tầm thêm phương án với các dụng cụ tự chế... - Về nguyên tắc, ngay từ đầu năm học hoặc kết thúc mỗi học kì, Ban giám hiệu nhà trường cần chỉ đạo các tổ chuyên môn tiến hành rà soát, đánh giá tình trạng trang thiết bị dạy học, lập bảng kiểm kê, bổ sung sửa chữa thiết bị dạy học cũng như mua sắm các vật liệu tiêu hao. Riêng tổ chuyên môn phải có kế hoạch thực hành cho HS trong năm học, thống nhất mẫu báo cáo thực hành, biên soạn các câu hỏi gợi mở hướng dẫn thực hành và xử lí kết quả, cách thức kiểm tra đánh giá, tránh bị sơ cứng và rập khuôn theo SGK hoặc các tài liệu hướng dẫn. Thực tế thì nhiều trường công lập và cả các trường THPT chuyên Vật lí (chưa kể đến các loại hình trường học khác như dân lập, tư thục hay quốc tế) không thực hiện nghiêm túc những yêu cầu trên. Càng ngày càng ít GV yêu thích và tâm huyết với thí nghiệm thì làm sao những HS đam mê nhận được sự dìu dắt. Để cải tiến thực trạng trên, trong Sách giáo dục và thư viện trường học số 31 [12], PGS.TS Nguyễn Xuân Thành đã đưa ra một số giải pháp xu hướng sau: - Một là, nâng cao chất lượng của thiết bị thí nghiệm Để có thể nâng cao chất lượng sử dụng TN trong dạy học, trước hết cần phải nâng cao chất lượng của thiết bị. Muốn vậy, bên cạnh việc nghiên cứu để thiết kế các bộ TN phù hợp với yêu cầu đổi mới về phương pháp dạy học cần phải nghiên cứu để hoàn thiện qui trình sản xuất và kiểm tra chất lượng sản phẩm. Đặc biệt là phải thống nhất được khuôn mẫu để đảm bảo được tính đồng bộ của thiết bị nhằm đảm bảo tính thẩm mĩ, độ chính xác, độ bền vững và khả năng thay thế, sữa chữa. Ngoài các bộ TN với dụng cụ đo truyền thống, ngày nay việc sử dụng máy vi tính hỗ trợ các TN nói chung và TN vật lí nói riêng đã được sử dụng khá phổ biến, các bộ TN loại này đều có một nguyên tắc chung là sử dụng các cảm biến để đo các thông số vật lí và số liệu được xử lí bằng các phần mềm máy tính. Tuy nhiên, do giá 33 thành nhập khẩu khá cao nên số trường được trang bị các bộ TN loại này còn ít. Ngoài ra, việc sử dụng của GV và HS còn gặp nhiều khó khăn do giao diện của phần mềm bằng tiếng Anh. Vì vậy, trong khi nước ta chưa sản xuất được thì cần nhập khẩu cảm biến và bộ ghép nối với phần mềm giao diện tiếng Việt, kết hợp với các thiết bị TN có sẵn hoặc chế tạo mới. - Hai là, đổi mới phương pháp bồi dưỡng GV về kĩ năng sử dụng TN Chỉ có các bộ TN tốt chưa đủ mà điều quan trọng nhất là phải đào tạo một đội ngũ GV có chất lượng cao, muốn vậy cần đổi mới phương pháp đào tạo và bồi dưỡng GV theo hướng tăng cường hoạt động tự học, tự bồi dưỡng bằng cách phát triển nguồn tư liệu điện tử như video clip, phần mềm mô phỏng về TNTH ... - Ba là, tổ chức hoạt động học tập cho HS trong phòng học bộ môn HS không thể tiến hành TN tốt trong điều kiện phòng học chật chội, ẩm thấp được. Hiện nay đã có khá nhiều địa phương trang bị các phòng học bộ môn, tuy nhiên việc bố trí trang thiết bị trong đó còn khá nhiều điểm bất cập. - Bốn là, thiết kế các bộ TNTH dùng chung cho nhiều bài thực hành của cùng một cấp học hoặc các cấp khác nhau. Điều này sẽ giúp tiết kiệm chi phí sản xuất cũng như chi phí trang bị cho các trường. Thực tế giải pháp này đã được thể hiện ở lớp 10 với bộ TN dùng chung cho hai bài thực hành đo gia tốc rơi tự do và đo hệ số ma sát trượt, ở lớp 11 là hai bài đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hóa và khảo sát đặc tính chỉnh lưu của diode bán dẫn và đặc tính khuếch đại của transistor. Về giải pháp này thì trên Tạp chí thiết bị giáo dục số 68 – tháng 4/2011 có đăng bài viết Thiết kế bộ thiết bị dạy học tối thiểu môn Vật lí dùng chung cho trường THCS và THPT. - Năm là, tăng số tiết thực hành lên cho phù hợp với xu thế chung của giáo dục thế giới và tương ứng với tính chất của môn khoa học thực nghiệm. Với việc bổ sung thi thực hành thí nghiệm Vật lý trong kì thi HSG quốc gia, có thể thấy Bộ Giáo Dục và Đào Tạo đang cố gắng thay đổi tình trạng dạy học thực hành, trước hết ở các trường THPT chuyên Vật lí. 34 1.3. Ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành. 1.3.1. Mục đích điều tra Khi tiến hành điều tra tôi đặt ra những mục tiêu chính sau đây: tìm hiểu đặc điểm các bộ TNTH trong chương trình Vật lí THPT hiện có ở phòng thí nghiệm của nhà trường, tình trạng hiện tại, những thuận lợi và khó khăn về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành khi thực hiện thí nghiệm trên các bộ TNTH này. Hiện nay trên thị trường có khá nhiều công ty sách thiết bị trường học nên trong giới hạn luận văn này tôi chỉ tìm hiểu các bộ TNTH của công ty sách thiết bị trường học thành phố Hồ Chí Minh và công ty sách thiết bị trường học Đồng Nai, đây là những nhà sản xuất đã cung cấp thiết bị cho phòng thí nghiệm của nhà trường. 1.3.2. Đối tượng và phương pháp điều tra - Các GV Vật lí của trường tác giả công tác, các chuyên gia về thí nghiệm thực hành gồm PGS.TS Nguyễn Xuân Thành (đang công tác tại Đại học Sư phạm Hà Nội 1), anh Nguyễn Minh Tân (đang công tác tại công ty sách thiết bị trường học TPHCM). - Sử dụng kết hợp các phương pháp thu thập thông tin gồm phỏng vấn, quan sát, đọc và nghiên cứu tài liệu. 1.3.3. Kết quả điều tra Có một sự thuận lợi trong quá trình điều tra là bản thân tôi đang là GV kiêm nhiệm và trong 5 năm công tác tại phòng thí nghiệm của nhà trường, tôi đã thường xuyên trao đổi và lắng nghe ý kiến của nhiều GV ở mọi nơi về các nội dung điều tra trên, vì vậy mà độ chính xác của các thông tin tương đối cao. Phòng thí nghiệm nhà trường hiện có đủ tất cả các bộ TN của các bài thực hành chương trình Vật lí THPT hiện tại, bao gồm cả chương trình chuẩn và chương trình nâng cao. Tất cả những thông tin tôi thu thập được trong nhiều năm qua được tổng hợp trong bảng 1.2. Bảng 1.2 - Bảng tổng hợp kết quả điều tra ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành hiện có trong các trường phổ thông về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành. 35 Bộ TNTH 1: Khảo sát sự rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do * Ưu điểm - Bằng tính toán, ta biết được với một vật bắt đầu rơi tự do thì khi đi qua 5cm đầu tiên chỉ hết 0,1s, đi qua 15cm tiếp theo hết 0,1s, đi qua 60cm tiếp theo chỉ mất 0,2s ... và dùng đồng hồ bấm giây thông thường rất khó để ta đo được các khoảng thời gian trên, dù các đồng hồ bấm giây điện tử ngày nay dễ dàng đạt độ phân giải 0,01s hay hơn nữa, bởi vì tốc độ phản xạ thần kinh và đáp ứng cơ bắp của con người chỉ vào khoảng 0,1s. Bộ thí nghiệm sử dụng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện đã khắc phục được khó khăn về mặt kĩ thuật khi nghiên cứu chuyển động rơi tự do và đo gia tốc rơi tự do: vật rơi rất nhanh nên khó đo chính xác thời gian rơi những quãng đường ngắn. - Các khoảng cách s trong SGK cơ bản được đưa ra có ý đồ giúp kiểm tra nhanh mức độ chuẩn xác của các khoảng thời gian đo dựa trên tính chất của chuyển động (s2 = 4s1, s3 = 9s1, s4 = 16s1). * Nhược điểm - Bộ phận hư chủ yếu là nam châm, cổng quang, hộp công tắc và dây nối. - Hộp hứng vật rơi nhỏ, khi vật rơi xuống thì hay nảy ra ngoài, gây ra những âm thanh ngoài ý muốn và tạo cảm giác khó chịu cho những người thực hiện. - Thời gian bấm công tắc không phải bằng 0 mà mất một khoảng nhất định. Với loại công tắc không có hỗ trợ của mạch điện tử thì tính ngắt hay đóng tức thời của công tắc phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo của công tắc và cách bấm của mỗi người. Khi thao tác bấm không nhanh sẽ làm đồng hồ chạy không ngừng, nhiều lúc phải thực hiện các động tác phi sư phạm như một tay giữ công tắc, một tay gõ mạnh và nhanh vào nút chứ không bấm nhả một cách bình thường. - Tính không đồng thời của công tắc kép và nam châm gây ra sai số đáng kể: Trong thí nghiệm chỉ dùng một cổng quang điện thì công tắc là dụng cụ tạo xung bắt đầu đếm, còn cổng quang tạo xung ngừng đếm. Thời điểm bắt đầu đếm, cũng là thời điểm vật hình trụ rời khỏi nam châm (nam châm được ngắt điện). Để thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ đó, công tắc được thiết kế dạng kép, nghĩa là với một thao 36 tác bấm, công tắc phải vừa ngắt mạch nam châm ngay vừa đồng thời tạo ra xung đếm (hình vẽ). Hai sự kiện này phải đồng bộ thì kết quả thí nghiệm mới chính xác, nếu không đạt sẽ xảy ra trường hợp đồng hồ đếm trước khi vật rơi. - Khi dùng liên tục (khoảng 2 tiết học), nam châm nóng lên và không còn hút được vật hoặc nếu có hút thì vật ở tư thế nghiêng ngửa, hoạt động ghi đo của đồng hồ cũng không còn ổn định. - Các đầu cắm của dây dẫn nối nam châm và công tắc có sự tiếp xúc không tốt nên nhiều lúc không có điện để điều khiển nam châm hút vật. - Bộ thiết bị đo hiện đại, cho giá trị đo chính xác hơn nhưng lại không minh họa được cả quá trình, HS chỉ có thể đo gián tiếp được gia tốc của một lần rơi mà không thấy được cả quá trình rơi nên thiếu niềm tin đó là chuyển động nhanh dần đều. Dùng bộ rung điện thì thô sơ hơn, minh họa quá trình rơi tường minh hơn nhưng giá trị đo lại có sai số lớn hơn. Bộ TNTH 2: Đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học * Ưu điểm - Đo hệ số ma sát khi vật đang chuyển động trượt trên mặt phẳng nghiêng (thông qua đo gia tốc a và góc nghiêng α) là một phương pháp đo khách quan và cho kết quả đáng tin cậy hơn các phương pháp khác. - Bộ thiết bị giúp đo chính xác thời gian, việc thiết kế thước đo góc trên máng giúp đọc trực tiếp giá trị góc nghiêng, không phải đo gián tiếp góc qua các chiều dài. - Máng trượt có thước milimet và cổng quang có vạch chỉ thị giúp xác định dễ và chính xác vị trí. * Nhược điểm - Tương tự như khi làm thí nghiệm rơi tự do, khi xét các quãng đường nhỏ (cổng quang gần nam châm), nếu không bấm nhả nhanh công tắc thì đồng hồ không dừng lại khi vật bắt đầu qua cổng quang. - Với thước đo góc, kích thước của sợi dây dọi lớn gần ngang bằng khoảng ĐCNN của thước đo góc nên gây khó khăn trong việc đọc giá trị góc. - Chân máng nghiêng không vững ảnh hưởng đến chuyển động của vật. 37 - Các bộ TNTH của Đồng Nai có hộp đỡ vật bằng nhựa và nhỏ nên khi vật đi xuống thì có khi lăn cả ra ngoài, nhiều hộp bị nứt bể do vật va chạm mạnh. Các bộ TNTH của TPHCM có hộp đỡ bằng nhôm cứng và được lắp ráp kiên cố vào máng trượt. - Độ nhám bề mặt của máng trượt không còn như nhau sau nhiều lần TN, lực ma sát trượt thay đổi ảnh hưởng đến chuyển động của vật. Bộ TNTH 3: Tổng hợp hai lực * Ưu điểm - Khác bộ TN SGK: lò xo thay cho dây thun, có thêm thanh định vị. - So với SGK, bộ thiết bị có thước đo góc (một số nhà sản xuất còn chế tạo các thước đo góc có lớp bột nam châm mỏng phía sau để có thể gắn trực tiếp lên bảng, không phải dùng nam châm nút áo gắn đè vào bảng thép). - Sử dụng dụng cụ hợp lí: dùng lực kế sẽ dễ dàng thay đổi phương, chiều và độ lớn của hai lực thành phần. - Bộ thí nghiệm thực tế có thao tác tiến hành đơn giản hơn. Chẳng hạn, theo SGK thì độ chính xác của việc xác định điểm đặt của lực tổng hợp (độ dài a) phụ thuộc nhiều vào kĩ năng dùng bút lông (hay phấn) để đánh dấu các điểm đặt của các lực và dựng các lực thành phần trên bảng sắt, thực tế ta đã không gặp khó khăn trong việc vẽ hình vì có thể đọc ngay vị trí điểm đặt lực trên thước gắn ngay trên thanh rắn. * Nhược điểm - Các nam châm đính trên lực kế không dính chặt vào bảng từ nên xảy ra trường hợp nếu lực lớn thì các lực kế không được giữ cố định trên bảng, nếu dính quá chặt thì lại khó điều chỉnh. - Thước đo góc dán trên bảng thép xa mặt phẳng chứa các dây nên việc ngắm điểm đo góc gặp sai số lớn. - Khi đã điều chỉnh cho tâm thước đo góc trùng điểm đồng quy của hai lực thì hai dây lại không nằm trên vạch chia của thước khiến việc đọc số liệu không chính xác. - Việc xác định sự song song của thanh định vị và thanh rắn mang tính chất chủ quan do khoảng cách giữa hai thanh tương đối lớn. Bộ TNTH 4: Đo hệ số căng bề mặt của chất lỏng. * Ưu điểm 38 - Bộ dụng cụ sử dụng bình thông nhau khá đơn giản và chi phí sản xuất thấp, có thể tận dụng một số dụng cụ dùng chung như giá đỡ, lực kế, thước kẹp, thậm chí có thể tự chế được cả vòng kim loại và bình thông nhau. - Đo hệ số căng bề mặt bằng thí nghiệm bứt vòng kim loại ra khỏi mặt chất lỏng mà nó bị dính ướt hoàn toàn là phương án đơn giản, dễ thực hiện và cho kết quả khá chính xác so với các phương án khác như dùng ống mao dẫn, ống pipet, hai bản mặt song song... Trước kia, bộ dụng cụ dựa trên phương pháp này sử dụng cân đòn tạo khó khăn trong việc đo chính xác giá trị lực căng mặt ngoài và việc trang bị một số lượng lớn cân đòn cho giáo dục đại trà là một vấn đề lớn. Mặt khác, nếu GV và HS chế tạo bộ thí nghiệm tự chế như trình bày ở trang 248 SGV 10 nâng cao cũng chỉ mang tính chất khắc phục tình hình thiếu trang thiết bị hoặc rèn luyện năng lực nghiên cứu chứ khó đáp ứng các tiêu chí thực hành. * Nhược điểm - Sau một thời gian sử dụng, vòng nhôm mỏng bị méo mó làm cho việc đo đường kính trở nên thiếu chính xác và tấm chỉ thị bên trong một số lực kế cũng bị xiên đi nên việc đọc số chỉ kém chính xác. - Với bộ thiết bị của Đồng Nai, phần nối giữa ống nhựa và cốc được dán keo khô cứng và dễ bị đứt gãy ra. - Cách mắc dây treo tại trung tâm làm cho mặt đáy vòng khó song song mặt thoáng. - Lực kế tuy có ĐCNN nhỏ (0,001N) nhưng chất lượng không tốt vì các lò xo không dãn đều, sai số dụng cụ của lực kế góp phần làm sai số tỉ đối của phép đo lớn - Bộ thí nghiệm không có hộp đỡ như SGK nên phải cầm một cốc của bình thông nhau đưa xuống phía dưới bàn. - Lực kế chỉ được móc vào giá đỡ ngang nên lung lay, không thẳng đứng. Điều này làm cho vòng nhôm khi bị kéo lên thường dễ chạm vào thành cốc. - Không có một ghi chú bắt buộc về lượng nước sử dụng ở hai cốc nên mọi người thực hiện thí nghiệm này đều lúng túng không biết lấy bao nhiêu thì đủ. Nhiều lần lấy nhiều hơn cần thiết nên nước chảy ra ngoài và tốc độ nước chảy khiến không đọc kịp số chỉ lực kế tại thời điểm bứt vòng. 39 - Thao tác hạ giá đỡ xuống thấp để vòng nhôm vừa sắp chạm vào mặt nước chiếm nhiều thời gian vì thường hạ quá lố khiến vòng ngập sâu trong nước. Bộ TNTH 5: Đo suất điện động và điện trở trong của nguồn điện(pin điện hóa) * Ưu điểm - Phương án đo có tính đến điện trở ampe kế là đúng yêu cầu thực nghiệm. - Bộ thiết bị gồm mạch điện và các linh kiện được thiết kế trong một hộp nhỏ gọn. - Các phương án thiết kế đều rèn luyện kĩ năng xử lí kết quả bằng đồ thị. - Bộ thiết bị có cả biến trở con chạy và biến trở xoay, tạo điều kiện thực hiện các phương án trong cả hai SGK. * Nhược điểm - Các tiếp điểm trong mạch (hộp pin, biến trở, phích cắm dây nối và bảng mạch điện) không tốt, khi có tác động của ngoại cảnh (như làm rung bàn thí nghiệm, đụng chạm vào dây dẫn...) thì kết quả hiển thị trên đồng hồ đo hiện số lập tức thay đổi, nếu không chú ý thì kết quả thu được không chính xác (đo r ra giá trị âm). - Một số điện trở bảo vệ và biến trở xoay có giá trị không đúng như thông báo, nếu không đo lại thì sẽ tăng sai số của phép đo. - Phương án dùng đồ thị để xử lí kết quả đo cho kết quả ngoại suy khá chính xác. Tuy nhiên, bắt buộc người làm thí nghiệm phải nắm vững phương pháp đồ thị, hay sử dụng thành thạo các phần mềm công nghệ thông tin về vẽ đồ thị thực nghiệm. - Phương án dùng điện trở bảo vệ R0 là đúng yêu cầu về mặt sư phạm (tránh tình trạng người làm không để ý cho giá trị biến trở về 0 và tạo ra dòng đoản mạch làm pin nóng lên). Tuy nhiên, việc mắc vôn kế vào hai đầu đoạn mạch chứa nguồn và R0 làm cho biểu thức định luật Ôm cho đoạn mạch chứa nguồn có thêm R0, điều này không gây ra sự phức tạp trong tính toán nhưng lại gây ra sai số nếu xác định sai R0. - Phương án dùng hai cặp giá trị (U, I) bất kì để giải hệ tìm E, r rất nhanh nhưng các kết quả giải từ việc lấy ngẫu nhiên có khi lại ra âm hoặc lệch quá xa nhau. - Thí nghiệm này đòi hỏi kĩ năng vẽ đồ thị khá cao. Bộ TNTH 6: Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điốt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của tranzito - Bài thực hành này đã được giảm tải nên chỉ dùng để dạy cho lớp chuyên. 40 - Mạch điện khảo sát tương đối phức tạp. Bộ TNTH 7: Xác định thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất. * Ưu điểm - Chiết áp điện tử giúp thay đổi được cường độ dòng điện chạy qua các vòng dây. * Nhược điểm - Vòng dây của một số bộ thí nghiệm bị đứt bên trong nên không có dòng điện. Bộ TNTH 8: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì. * Ưu điểm - Bộ thiết bị đảm bảo sự đồng trục của các thấu kính, có thể di chuyển và đọc vị trí các dụng cụ dễ dàng trên giá, còn được dùng để giảng dạy kiến thức về ống nhòm. * Nhược điểm - Các đèn chiếu sáng ở các bộ thiết bị không giống nhau về độ rộng chùm sáng nên ảnh thu được có độ sắc nét và hình dạng không giống nhau. Để chùm sáng phát ra từ đèn chiếu sáng toàn bộ vật thì phải dịch chuyển hoặc xoay bóng đèn đi một chút để dây tóc bóng đèn nằm trong tiêu diện của kính tụ quang. Khi đó, trên màn ảnh được dịch chuyển dọc theo băng quang học, ta luôn thu được một vết sáng có dạng gần tròn, có kích thước gần bằng kích thước của mặt kính tụ quang. - Việc thiết kế số 1 chắn sáng khiến dễ hiểu lầm số 1 là vật (số 1 được sơn đen). Thực chất phần trong suốt xung quanh số 1 mới chính là vật phát sáng, nhà sản xuất đã lợi dụng sự tương phản vì khi ảnh sáng nhất là lúc số 1 đen nhất. - Kết quả thu được khi thực hành theo phương án SGK phụ thuộc nhiều vào việc tìm đúng vị trí của các ảnh thật, tức phụ thuộc kĩ năng của người làm thí nghiệm. Việc xác định vị trí ảnh rõ nét cũng chủ quan, người đo cũng không tin tưởng vào khả năng nhìn của mắt mình. Sau một thời gian cố gắng nhìn thì khá mỏi mắt. Bộ TNTH 9: Khảo sát các định luật thực nghiệm của con lắc đơn. Xác định chu kì dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo. Đo gia tốc trọng trường. * Ưu điểm - Nguyên tắc đo thời gian của bộ thiết bị tương tự như bộ đo gia tốc rơi tự do và đo hệ số ma sát. Việc sử dụng đồng hồ đo hiện số và cổng quang giúp xác định chính xác hơn thời gian cần đo, người thực hiện chỉ còn phải chú ý đếm chính xác số dao động toàn phần mà con lắc đã thực hiện. Dùng đồng hồ bấm giây thì đòi hỏi phải có sự kết hợp đồng thời các thao tác: vừa quan sát một vị trí và vừa bấm đồng hồ. 41 - Trong bộ thiết bị của TPHCM, vị trí cổng quang có thể thay đổi, ở biên hay VTCB hay vị trí bất kì, nên tùy trường hợp mà sau khi con lắc thực hiện một dao động toàn phần, số đo hiển thị trên máy là 1 chu kì hay nửa chu kì hay một thời gian không đặc biệt nào đó. Do đó, người thực hiện có nhiều lựa chọn trong phép đo chu kì. - Bộ thiết bị có 3 bi khối lượng khác nhau và được gắn với dây treo nhờ ốc vít, không phải móc gộp lại như SGK nên dao động con lắc không bị ảnh hưởng và dễ xác định trọng tâm của vật hơn. * Nhược điểm - Bộ thiết bị chưa đảm bảo điểm treo con lắc cố định, không có thước đo góc. - Khó tạo ra dao động có biên độ nhỏ với các con lắc có chiều dài ngắn. - Việc vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T và T2 vào chiều dài l của con lắc đơn mà chỉ có 3 cặp số liệu thì khó có độ chính xác cao. Cái được chỉ là các kết luận mang tính chất định tính. - Phương án đưa ra trong SGK khiến người đo phải thực hiện rất nhiều thí nghiệm để có các kết luận cần thiết. - Thực tế ta không cần đo chính xác các giá trị góc lệch, chỉ là đảm bảo góc bé hơn 100, nên việc đo góc không trực tiếp qua thước đo độ mà qua các chiều dài làm xuất hiện thêm các thao tác không thật sự cần thiết, tức là tốn thêm thời gian. - Thao tác xác định biên độ góc tốn khá nhiều thời gian do phải đặt và canh chỉnh thước đo góc để đọc số liệu hay phải đo các chiều dài rồi suy ngược ra góc. Bộ TNTH 10: Xác định tốc độ truyền âm. * Ưu điểm Bộ thiết bị chế tạo gọn nhẹ và tốt, phương án đưa ra hợp lí và dễ thực hiện hơn so với bộ thiết bị thực hiện thay đổi chiều dài cột nước trước kia. * Nhược điểm - Khó xác định chính xác vị trí cộng hưởng âm. - Việc thực hành đồng loạt khó thực hiện vì sự nhiễu loạn âm thanh giữa các nhóm. Bộ TNTH 11: Khảo sát đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp. * Ưu điểm: Bộ thiết bị được chế tạo gọn nhẹ trong hộp nhựa, chất lượng rất tốt. 42 1.4. Kết luận chương 1 Việc tìm hiểu tương đối kĩ những nội dung trên đã giúp tôi có một cái nhìn tổng thể về thí nghiệm nói chung và thí nghiệm thực hành Vật lí nói riêng. Từ kết quả điều tra trên, tôi nhận thấy việc cải tiến một số TNTH là hết sức cần thiết. Trong giới hạn luận văn, tôi chỉ trình bày các nghiên cứu mà theo ý kiến của cá nhân tôi và các đồng nghiệp, có tồn tại một số nhược điểm cần nhanh chóng khắc phục để đảm bảo việc thực hành thí nghiệm thuận lợi và các ý tưởng cải tiến nằm trong khả năng thực hiện của bản thân. Những phương án trong SGK mà không được dùng phổ biến hiện nay, tức là các thiết bị không thuộc diện sản xuất đại trà được Bộ duyệt đầu tư thì tôi cũng không nghiên cứu, tôi sẽ chọn các TNTH trình bày trong cả hai chương trình chuẩn và nâng cao nhưng đa phần là chương trình chuẩn vì hiện tại khá nhiều trường dạy học bám sát chương trình này và các bộ dụng cụ thực tế đang sử dụng ở các trường cũng được chế tạo theo mẫu SGK này. * Nhược điểm - Phương án dùng giản đồ vectơ Fresnel để xác định giá trị của điện dung và độ tự cảm là không tối ưu vì số liệu đo có sai số, không vẽ chính xác được Bộ TNTH 12: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa. * Ưu điểm - Bộ thiết bị được chế tạo gọn nhẹ trong hộp gỗ, có thể thay đổi khoảng cách D từ màn tới mặt phẳng hai khe và tạo 3 cặp khe Young với khoảng cách a khác nhau. - Nguồn laze có công suất phù hợp, không gây nguy hiểm cho HS. * Nhược điểm - Vân giao thoa trên màn bị nhòe nên đo khoảng vân kém chính xác, người đo khá mỏi mắt sau một thời gian làm thí nghiệm. 43 CHƯƠNG 2. CẢI TIẾN MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Thí nghiệm đo hệ số ma sát theo phương pháp động lực học 2.1.1. Tăng độ chính xác của phép đo hệ số ma sát nghỉ Từ lí thuyết ta thấy giá trị hệ số ma sát nghỉ cần xác định sẽ càng gần giá trị thực nếu giá trị góc nghiêng đo được khi vật bắt đầu trượt càng chính xác, độ chính xác này không chỉ phụ thuộc vào thao tác thực hiện mà còn phụ thuộc độ chính xác của dụng cụ đo. Chỉ cần một sự thay đổi rất nhỏ của góc nghiêng thì vật cũng có thể chuyển sang trạng thái trượt. Trong bộ thí nghiệm, thước đo góc được gắn trên máng nhôm giúp đọc trực tiếp giá trị góc nghiêng, không phải đo gián tiếp góc qua