Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ PHỔ THÔNG

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ PHỔ THÔNG

Tải bản đầy đủ - 0trang

+ Chương 5: Cảm ứng điện từ. (6 bài)

- Phần hai: Quang hình học. Trong phần này có 3 chương.

+ Chương 6: Khúc xạ ánh sáng. (3 bài)

+ Chương 7: Mắt. Các dụng cụ quang. (10 bài)

2.1.3. Chương trình vật lý 12

* Ban cơ bản: có 8 chương

+ Chương 1: Dao động cơ. (6 bài)

+ Chương 2: Sóng cơ và sóng âm. (5 bài)

+ Chương 3: Dao động xoay chiều. (8 bài)

+ Chương 4: Dao động và sóng điện từ. (4 bài)

+ Chương 5: Sóng ánh sáng. (6 bài)

+ Chương 6: Lượng tử ánh sáng. (5 bài)

+ Chương 7: Hạt nhân nguyên tử. (5 bài)

+ Chương 8: Từ vi mô đến vĩ mơ. (2 bài)

* Ban nâng cao: có 10 chương

+ Chương 1: Động lực học vật rắn. (5 bài)

+ Chương 2: Dao động cơ. (8 bài)

+ Chương 3: Sóng cơ. (7 bài)

+ Chương 4: Dao động và sóng điện từ. (5 bài)

+ Chương 5: Dao động xoay chiều. (9 bài)

+ Chương 6: Sóng ánh sáng. (8 bài)

+ Chương 7: Lượng tử ánh sáng. (7 bài)

+ Chương 8: Sơ lược về thuyết tương đối hẹp. (2 bài)

+ Chương 9: Hạt nhân nguyên tử. (6 bài)

+ Chương 10: Từ vi mô đến vĩ mơ. (4 bài)

2.2. Quy trình chung khi tiến hành chế tạo thí nghiệm

Để chế tạo thành cơng một bộ TN hay một TN và sử dụng được trong q

trình dạy học ở trường THPT ta có thể tiến hành theo các bước sau:

- Xác định mục đích khoa học và mục đích dạy học của TN cần chế tạo.

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết, tham khảo các tài liệu có liên quan đến TN.

- Thiết kế phương án, sơ đồ và mơ hình của TN.

- Tìm kiếm vật liệu, thiết bị phục vụ cho việc chế tạo TN.

- Lắp ráp vật liệu dụng cụ theo sơ đồ đã thiết kế.

- Thử nghiệm, kiểm tra quá trình hoạt động của TN, điều chỉnh cho phù

hợp.

- Xây dựng tiến trình dạy học có sử dụng TN tự tạo.

- Sử dụng TN tự tạo vào dạy học.

- Rút ra nhận xét về hiệu quả của TN sau khi dạy học, điều chỉnh những sai

sót để TN hồn chỉnh hơn.



27



2.3. Thiết kế và chế tạo thí nghiệm

2.3.1. Thí nghiệm về ứng dụng sự nở vì nhiệt của vật rắn

2.3.1.1. Mục đích thí nghiệm

TN chính là minh họa rõ ràng nhất về ứng dụng sự nở vì nhiệt của vật rắn

trong đời sống hằng ngày, làm tăng hứng thú học tập và niềm tin vào khoa học

cho HS.

2.3.1.2. Cơ sở lý thuyết

Vật rắn khi nở ra hay co lại đều tạo nên một lực khá lớn tác dụng lên các

vật khác tiếp xúc với nó. Vì vậy trong kĩ thuật chế tạo và lắp đặt máy móc hoặc

xây dựng cơng trình người ta phải đặc biệt chú ý đến yếu tố này. Bên cạnh những

tác hại cần phải đề phòng thì sự nở vì nhiệt của vật rắn cũng có nhiều ứng dụng

khá rộng rãi trong khoa học kĩ thuật. Đáng kể đến nhất và thơng dụng nhất đó

chính là việc lợi dụng sự nở vì nhiệt của vật rắn để chế tạo phiến kim loại kép

hay còn gọi là băng kép dùng làm rơle điều nhiệt trong bàn là, bếp điện...

Về cấu tạo, băng kép gồm hai thanh kim loại có hệ số giãn nở khác nhau

(hệ số giãn nở hơn kém 20 lần) được ghép chặt vào nhau thành một phiến bằng

phương pháp cán nóng hoặc hàn.

Nguyên lý chung của rơle nhiệt là dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt làm giãn

nở băng kép:

+ Khi bị đốt nóng: Băng kép cong về phía kim loại giãn nở vì nhiệt ít hơn.

+ Khi bị làm lạnh: Băng kép cong về phía kim loại giãn nở vì nhiệt nhiều

hơn.

Do hai băng kim loại nở dài không giống nhau, mà băng kép bị uốn cong

làm hở mạch điện đi qua băng kép. Và khi băng kép nguội thì nó lại cho mạch

điện hoạt động trở lại.

2.3.1.3. Dụng cụ và cách chế tạo thí nghiệm

a, Vật liệu:

- chân đế (25x17) cm có 2 thanh thẳng đứng chiều cao 15cm

- 1 rơle nhiệt (lấy từ thiết bị điện tử đã hỏng)

- 1 dây sạc điện thoại cũ



28



- 1 bóng đèn 6V

- 1 cơng tắc

- dây dẫn

- 1 cái bật lửa

b, Cách chế tạo TN:

- Khoan 1 lỗ tròn và 1 lỗ hình chữ nhật trên miếng gỗ để có thể đặt vừa

bóng đèn và cơng tắc.

- Mắc các dụng cụ: bóng đèn, rơle nhiệt, cơng tắc và dây xạc điện thoại

nối tiếp với nhau nhờ dây dẫn thành một mạch kín (Hình 2.1).



Hình 2.1: Mơ hình TN sự nở vì nhiệt hoàn chỉnh.



2.3.1.4. Tiến trình TN và kết quả TN

a, Tiến trình TN:

- Bước 1: Cắm điện, bật cơng tắc để đóng mạch. Khi đó đèn sáng lên.



Hình 2.2: Mạch điện khi được đóng công tắc.



- Bước 2: Dùng bật lửa đốt nóng rơle nhiệt quan sát hiện tượng xảy ra sau khi

đốt nóng khoảng vài giây.



Hình 2.3: Dùng bật lửa đốt nóng rơle.



29



- Bước 3: Ngừng đốt nóng rơle khoảng 5-7 giây, quan sát hiện tượng.

b, Kết quả TN:

Dùng bật lửa đốt nóng rơle nhiệt, sau khoảng thời gian ngắn (cỡ vài giây)

thì đèn tắt; thơi khơng đốt nóng rơle một lúc thì đèn sáng lại bình thường.

c, Giải thích:

- Khi nhiệt độ đạt đến mức quy định thì nhiệt toả ra làm thanh băng kép bị

cong lại về phía thanh kim loại có hệ số giãn nở ít hơn dẫn đến tự động ngắt

mạch.

- Khi nhiệt độ giảm đến mức quy định thanh kim loại lại trở lại vị trí ban

đầu làm mạch đóng trở lại.

2.3.1.5. Khả năng sử dụng

TN này có thể được sử dụng trong quá trình giảng dạy để nghiên cứu về

sự nở vì nhiệt của vật rắn trong bài 36 của VL 10 cơ bản hoặc bài 52 đối với

chương trình VL 10 nâng cao. Có 2 cách để lồng ghép TN này trong tiết dạy:

Cách 1: Dùng TN này như một cách đặt vấn đề nhằm tạo hứng thú học

tập cho HS khi bắt đầu một bài học mới, vì nó được tiến hành với thao tác khá

đơn giản, cho kết quả nhanh, chính xác, rõ ràng. Ví dụ tiến trình dạy học có sử

dụng TN để đặt vấn đề như sau:

- Đầu tiên, GV giới thiệu mô hình TN và có thể u cầu HS dự đốn kết

quả TN.

- Sau đó, GV tiến hành TN cho HS quan sát

- Khi HS đã quan sát được một cách rõ ràng về kết quả thì GV có thể đặt

vấn đề: Tại sao khi cơ đốt nóng rơle khoảng vài giây thì bóng đèn lại tắt và khi cơ

ngừng đốt nóng một thời gian thì bóng đèn sáng trở lại? Bài học hôm nay sẽ giúp

các em trả lời được câu hỏi này.

Cách 2: GV cũng có thể sử dụng TN này để minh họa cho HS thấy được

ứng dụng sự nở vì nhiệt trong kỹ thuật. VD tiến trình dạy học như sau:



30



- Trước tiên, GV nêu một số tác hại sự nở vì nhiệt mà con người phải tính

tốn khắc phục để vật rắn khỏi bị cong hoặc nứt gãy khi nhiệt độ thay đổi, ví dụ

như: giữa các thanh ray đường sắt phải có khe hở; hai đầu cầu sắt phải đặt trên

các gối đỡ xê dịch được trên các con lăn... thế nhưng sự nở vì nhiệt khơng phải

chỉ có hại. GV sẽ cho ví dụ bằng cách thực hiện TN rồi yêu cầu HS liên hiện thực

tế cuộc sống.

Cả hai cách trên đều có những hiệu quả tích cực nhất định, tuy nhiên để

hiệu quả sử dụng TN là cao nhất thì GV nên linh hoạt giảng dạy theo cách thứ

nhất và khi đến phần ứng dụng thì khéo léo hướng dẫn để HS tự giải đáp được

thắc mắc ở đầu bài. Làm như thế sẽ có tác dụng rất lớn trong việc khắc sâu kiến

thức của HS.

2.3.2. Thí nghiệm về sự phụ tḥc của điện trở vào nhiệt đợ

2.3.2.1. Mục đích thí nghiệm

TN này giúp HS thấy được điện trở của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ,

cụ thể là khi nhiệt độ tăng thì điện trở của kim loại tăng và khi nhiệt độ giảm thì

điện trở của kim loại giảm.

2.3.2.2. Cơ sở lý thuyết

Vật chất do các nguyên tử tạo thành. Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức

tạp bao gồm: hạt nhân mang điện dương ở giữa gồm proton và nơtron là khối

lượng chủ yếu của nguyên tử, và các điện tử (electron) mang điện tích âm quay

xung quanh hạt nhân với tốc độ rất lớn theo quỹ đạo hình elip. Số electron (e)

của mỗi nguyên tử bằng số proton ở hạt nhân đó. Các e này sắp xếp từ trong ra

ngoài phụ thuộc vào mỗi chất. Các e ở lớp ngồi cùng có ảnh hưởng lớn đến tính

chất của mỗi chất, nếu có 1- 2 e thì dễ nhường e để nguyên tử thành ion dương

hay e tự do. Đó chính là sự khác nhau chủ yếu giữa kim loại và chất phi kim loại.

Các e tự do này là nguyên nhân tạo nên tính chất dẫn điện và dẫn nhiệt cũng như

tính dẽo dai của kim loại.

Hầu hết các kim loại ở điều kiện thường đều tồn tại dưới dạng tinh thể (trừ

Hg). Trong tinh thể kim loại, các nguyên tử bị mất e hóa trị trở thành các ion

dương. Các ion dương liên kết với nhau một các trật tự tạo nên mạng tinh thể



31



kim loại. Chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể (dao động của ion

quanh vị trí cân bằng) có thể phá hủy trật tự này. Sự mất trật tự của mạng tinh thể

cản trở chuyển động e tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại. Nhiệt

độ của kim loại càng cao, thì các ion kim loại càng dao động mạnh. Do đó, độ

mất trật tự của mạng tinh thể kim loại càng tăng, càng làm tăng sự cản trở chuyển

động của các e tự do. Vì vậy, khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng.



32



2.3.2.3. Dụng cụ và cách chế tạo thí nghiệm

a, Dụng cụ:

- 1 công tắc

- 1 dây xạc điện thoại cũ

- 1 bóng đèn 6V

- 1 dây vonfram được lấy trong bóng đèn sợi đốt

- 1 đèn cồn hoặc bật lửa

- dây dẫn

- chân đế (25x17) cm có 2 thanh thẳng đứng chiều cao 15cm

b, Cách chế tạo:

- Ta có thể sử dụng lại mơ hình TN sự nở vì nhiệt của vật rắn nhưng thay

vì sử dụng rơle ta sẽ dùng dây vonfram. Ta sẽ tháo rơle ra khỏi mạch điện và thay

vào chỗ đó 1 đoạn dây vonfram như trong (hình 2.4)



Hình 2.4: Mơ hình TN sự phụ tḥc của

điện trở vào nhiệt đợ.



2.3.2.4. Tiến trình TN và kết quả TN

a, Tiến trình TN:

- Bước 1: Cắm điện và đóng cơng tắc thấy đèn sáng.



Hình 2.5: Đèn sáng khi bật cơng tắc



33



- Bước 2: Dùng bật lửa đốt nóng dây vonfram. Yêu cầu HS quan sát hiện tượng

xảy ra như thế nào? So sánh độ sáng của bóng đèn lúc này so với trước khi đốt.



Hình 2.6: Dùng bật lửa đốt nóng dây vonfram



- Bước 3: Ngừng đốt nóng và quan sát độ sáng của bóng đèn.



b, Kết quả TN:



Hình 2.7: Đèn sáng mạnh trở lại sau khi ngừng

đốt nóng.



Khi dây vonfram bị đốt nóng thì quan sát thấy bóng đèn sáng mờ hơn so

với khi chưa bị đốt nóng. Khi thơi đốt dây vonfram thì thấy độ sáng của bóng

bóng đèn như trước.

c, Giải thích:

Do khi đốt nóng dây vonfram làm nhiệt độ nó tăng lên, các nút mang tinh

thể dao động mạnh làm mất trật tự cấu trúc mạng tinh thể, gây sự cản trở chuyển

động của electron càng lớn nên điện trở của dây vonfram tăng, dẫn đến điện trở

của mạch tăng lên nên cường độ dòng điện trong mạch giảm. Do đó bóng đèn

sáng mờ hơn. Khi thơi đốt thì điện trở dây vonfram trở lại bình thường nên độ

sáng của đèn như trước.



34



2.3.2.5. Khả năng sử dụng

TN này có thể được sử dụng trong quá trình giảng dạy để nghiên cứu sự

phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ trong Bài 13: Dòng điện trong kim loại của

VL 11 cơ bản hoặc bài 17 đối với chương trình VL 11 nâng cao. Tương tự như

TN trên, TN này cũng có 2 cách để lồng ghép trong tiết dạy; có thể sử dụng trong

giai đoạn đề xuất vấn đề hoặc củng cố khi dạy phần tính chất điện của kim loại.

Cách 1: Dùng TN để tạo nên tình huống học tập cho HS khi bắt đầu bài

mới. Có thể xây dựng tiến trình dạy học như sau:

- Đầu tiên, GV giới thiệu mơ hình TN và có thể u cầu HS dự đốn kết

quả TN.

- Tiếp đó, GV tiến hành TN cho HS quan sát

- Sau khi HS đã quan sát được một cách rõ ràng về kết quả thì GV đặt vấn

đề: Tại sao khi cơ đốt nóng dây mayso thì bóng đèn sáng yếu đi còn khi cơ ngừng

đốt nóng thì bóng đèn sáng mạnh trở lại? Câu hỏi này các em sẽ trả lời được sau

khi học bài học hôm nay.

Cách 2: Dùng TN để minh họa cho sự phụ thuộc của điện trở suất của kim

loại theo nhiệt độ. Tiến trình dạy học tương tự như cách trên, tuy nhiên GV có

thể linh hoạt hướng dẫn về kiến thức cho HS trước rồi sử dụng TN để kiểm

nghiệm lại. Nhưng để phát huy được tối đa tính tích cực, hứng thú học tập của

HS thì GV nên đưa ra TN trước, tạo một tình huống có vấn đề thơi thúc HS có

mong muốn giải quyết vấn đề đó. Sau đó thì hướng dẫn HS giải quyết vấn đề.

Nhìn chung, cả hai cách trên tuy hai mà một, nếu GV biết khéo léo kết

hợp giữa hai cách thì sẽ đem lại khả năng tích cực khá cao trong HS.

2.3.3. Thí nghiệm về sự tổng hợp của ánh sáng trắng

2.3.3.1. Mục đích thí nghiệm

Thực hiện thí nghiệm để chứng minh ánh sáng trắng là tổng hợp của nhiều

ánh sáng đơn sắc.

2.3.3.2. Cơ sở lý thuyết

Ánh sáng trắng là một trường hợp của ánh sáng phức tạp hay ánh sáng đa

sắc. Khi chiếu một chùm tia sáng Mặt Trời qua một lăng trụ kính rồi chiếu lên



35



tường cho thấy ánh sáng trắng không hề "nguyên chất", mà nó là tổng hợp của

một dải quang phổ 7 màu cơ bản: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Thí nghiệm

này thể hiện hiện tượng tán sắc ánh sáng. Để thử lại xem có phải thủy tinh đã làm

thay đổi ánh sáng trắng chiếu vào nó khơng, người ta đã tách một chùm có màu

xác định thu được trong thí nghiệm trên rồi cho chùm này đi qua lăng kính một

lần nữa. Kết quả thí nghiệm cho thấy màu sắc của chùm tia sáng này không đổi.

Ngược lại, chúng ta cũng có thể tạo được một chùm ánh sáng trắng bằng cách

chồng chập các chùm sáng với đủ bảy màu chính đã nêu trên nhờ vào hiện tượng

lưu ảnh trên mắt. Cụ thể ở đây, khi cảm giác về một màu xác định mà mắt nhận

được chưa kịp mất, mà mắt ta lại được tiếp nhận cảm giác màu khác. Kết quả là

cảm giác các màu đó sẽ hòa lẫn vào nhau và gây cho mắt cảm giác về màu tổng

hợp.

2.3.3.3. Dụng cụ và cách chế tạo thí nghiệm

a, Dụng cụ:

- 1 mơ-tơ điện cơng suất nhỏ

- 1 pin 6 V

- 4 đĩa CD cũ

- 1 tờ giấy xốp

- 1 mặt đế kích thước (18x22)cm

- 2 thanh gỗ thẳng cao khoảng 15 cm đứng

- dây dẫn điện

- 10 cây đinh loại nhỏ

- 1 hộp màu tô

- 1 cuộn băng keo

- 1 cái kéo



Hình 2.8: Dụng cụ để chế tạo TN



36



b, Cách chế tạo:

Mơ-tơ

Đĩa

Giá đỡ



Trục mơ-tơ



Pin

Khóa

Đế

Hình 2.9: Sơ đồ thiết kế TN



- Bước 1: Dán tờ giấy trắng trên 4 đĩa CD.

+ Đĩa 1: Chia hình tròn làm đơi, sau đó tơ màu đỏ và màu xanh ở mỗi nửa hình

quạt.

+ Đĩa 2: Tương tự như đĩa 1 nhưng sẽ được chia làm 3 hình quạt bằng nhau và tô

3 màu là đỏ, lục và vàng trong mỗi hình quạt.

+ Đĩa 3: Tương tự như đĩa 2 cũng được chia làm 3 hình quạt nhưng đĩa này ta sẽ

tơ 3 màu đỏ, lục và lam. sau đó tơ 2 màu đỏ, lam ở 2 nửa hình tròn.

+ Đĩa 4: Ta chia làm 7 hình quạt bằng nhau và tô 7 màu thao thứ tự: đỏ, cam,

vàng, lục, lam, chàm, tím.

+ Cắt tờ giấy xốp làm phần đệm dán sau đĩa để nó có thể gắn được trên trục

mơtơ.



Hình 2.10: 4 đĩa màu sau khi tô.

xong.



- Bước 2: Dùng đinh để định vị 2 thanh gỗ song song nhau trên mặt đế.



37



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ PHỔ THÔNG

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×