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 2 PHẦN 1:

ĐẶT VẤN ĐỀ


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

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:

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

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

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

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

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:

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:

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

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


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

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 cơng thức mà thơi.
2.
Mơ 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 thơng, rất hiếm chỉ do các giáo viên tự chế
tạo bằng bảng rung dao động theo điện xoay chiều 50Hz và đạt được một
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 sốt 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 s
ố ngun.

5.
Nhận xét:
5.1. Ưu điểm:
• Ln thành cơng 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, khơng 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 hồn tồn bằng nhau do
sự cộng hưởng cơ khí của bảng rung.

7.
Nhận xét:
5.1. Ưu điểm:
• Ln thành cơng 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, khơng 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 hồn tồn bằng nhau do
sự cộng hưởng cơ khí của bảng rung. THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG

AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 19


III. Sản phẩm:
MÂM QUANG

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 20 1. Cơng dụng:
Dụng cụ dùng để dạy các định luật phản xạ ánh sáng, khúc xạ ánh sáng
và hiện tượng phản xạ tồn phần. Là các định luật cơ sở của quang hình
học trong chương trình vật lý 12.

2.
Mơ 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 mơi 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

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 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 đị
nh luật.
Khúc xạ ánh sáng: Giáo viên đặt khối mơi 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 tồn phần: Tăng góc tới, tìm góc khúc xạ nhiều lần
cho đến khi đạt được góc giới hạn và vượt q góc giới hạn, truy tìm tia ló sẽ
thấy được hiện tượng phản xạ
tại mặt phân cách mơi trường.

5.
Nhận xét:
5.1. Ưu điểm:
Hình Mâm quang
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 23 IV. Sản phẩm TRỤC QUANG
1.
Cơng 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.
Mơ 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:

THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG
AGU – ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 24 4. Áp dụng bài tập:
Dùng nguồn sáng thơng 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 cơng thức thấu kính, thử lại với d
1
, d
1
’ 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
mơ phỏng máy ảnh.
Ghép các thấu kính tái tạo các quang hệ thơng 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 khố 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.