Cải tiến bộ thí nghiệm khảo sát momen lực điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định trong dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông

Bài viết trình bày cách lắp ráp và cải tiến bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực. Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định”, nhằm góp phần làm phong phú thêm các bộ thí nghiệm trên với cách bố trí khác nhau và đáp ứng được nhu cầu cần nhiều bộ thí nghiệm, triển khai nghiên cứu theo yêu cầu dạy học mới hiện nay ở trường THPT.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cải tiến bộ thí nghiệm khảo sát momen lực điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định trong dạy học vật lý ở trường trung học phổ thôngVương Thị Kim YếnTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ188(12/2): 17 - 20CẢI TIẾN BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT MOMEN LỰC. ĐIỀU KIỆN CÂNBẰNG CỦA MỘT VẬT RẮN CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH” TRONG DẠY HỌCVẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNGVương Thị Kim Yến*Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái NguyênTÓM TẮTBài báo trình bày cách lắp ráp và cải tiến bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực. Điều kiện cân bằngcủa một vật rắn có trục quay cố định”, nhằm góp phần làm phong phú thêm các bộ thí nghiệm trênvới cách bố trí khác nhau và đáp ứng được nhu cầu cần nhiều bộ thí nghiệm; triển khai nghiên cứutheo yêu cầu dạy học mới hiện nay ở trường THPT. Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy, bộ thínghiệm cải tiến có tính chính xác cao, dễ quan sát, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng hiệu quả ởtrường THPT cũng như trong đào tạo và bồi dưỡng giáo viên ở trường Đại học Sư phạm.Từ khóa: Bộ thí nghiệm momen lực, vật rắn, trục quay cố định, cân bằng.MỞ ĐẦU*Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, trong đóthí nghiệm vật lý có vai trò rất quan trọng vàkhông thể thiếu được trong quá trình nghiêncứu, học tập và giảng dạy Vật lý[1], [2],[3].Bởi vì thí nghiệm vật lý không đơn thuần chỉkiểm chứng tính đúng đắn của lý thuyết màcòn giúp chúng ta khảo sát các hiện tượngcũng như các đại lượng vật lý, giải thích hoặctiên đoán kết quả thí nghiệm. Đồng thời cácthí nghiệm vật lý còn tăng cường tính trựcquan, tính khoa học, góp phần nâng cao chấtlượng lĩnh hội, nắm vững kiến thức, phát triểnnăng lực tư duy độc lập, sáng tạo, kiên trì, cẩnthận và phong cách của nhà nghiên cứu khoahọc cho người học[1]. Thông qua thí nghiệmcòn giúp giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho họcsinh (HS). Mặt khác, theo yêu cầu đổi mớigiáo dục hiện nay ở trường phổ thông là dạyhọc theo nhóm, tức là HS được chia nhỏthành nhiều nhóm tự dùng thí nghiệm để tìmtòi, nghiên cứu nên cần phải có nhiều bộ thínghiệm cùng loại cho HS làm, sau đó cácnhóm thảo luận, phản biện lẫn nhau rồi đưa rakiến thức, còn giáo viên (GV) sẽ đóng vai tròđịnh hướng, quan sát và khẳng định sự đúngđắn của kiến thức.Với phương pháp dạy họcmới này, cần nhiều bộ thí nghiệm nhưng lại*Tel: 0977 599218, Email: yenquangsp@gmail.comđược cấp lại quá ít. Bởi vậy để đáp ứng đượcyêu cầu trên, việc nghiên cứu cải tiến các bộthí nghiệm luôn là vấn đề cấp thiết và có tínhthời sự [4], nên chúng tôi đã nghiên cứu cảitiến và lắp ráp thành công 05 bộ thí nghiệm“Khảo sát momen lực. Điều kiện cân bằng củamột vật rắn có trục quay cố định”.KIẾN THỨC CHUẨN BỊĐối tượng nghiên cứu: bộ thí nghiệmMomen của lực. Điều kiện cân bằng của mộtvật rắn có trục quay cố định.Phương pháp nghiên cứu: Phối hợp phươngpháp nghiên cứu lí luận, phương pháp điềutra, phương pháp lấy ý kiến chuyên gia vàphương pháp thực nghiệm.Cơ sở lý thuyếtMomen lực: Giả sử có một đĩa tròn A quayquanh trục cố định, nếu ta bố trí lực F vàF1 như (hình 1), khi đó đĩa tròn A cân bằng,ta thấy rằng:F1d1  Fd(1)Nếu chỉ riêng lực F tác dụng lên đĩa A thì đĩaquay theo chiều kim đồng hồ, còn nếu chỉriêng lực F1 tác dụng lên đĩa A thì đĩa quaytheo chiều ngược lại. Nếu cả hai lựcF và F1 tác dụng đồng thời lên đĩa A thì đĩacân bằng. Khi đó tác dụng làm quay của hailực bằng nhau và ngược chiều nhau.17Vương Thị Kim YếnTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆĐánh giá của GV về bộ thí nghiệm “Khảosát momen lực. Điều kiện cân bằng của mộtvật rắn có trục quay cố định” (hình 2) hiệnđang sử dụng dụng rộng rãi ở các trườngTHPT và ở trường Đại học [3], [4].AdD1188(12/2): 17 - 20FF1d1D1Hình 1. Nguyên lý hoạt động của thí nghiệmmomen lực. Điều kiện cân bằng của vật rắn cótrục quay cố địnhNếu thay lực F1 bằng lực F2 khác có khuynhhướng làm cho đĩa quay ngược chiều kimđồng hồ và có tay đòn d2 thì ta cũng thấy:F2d 2  Fd(2)Qua nhiều lần thực hiện thí nghiệm như vậy,có thể kết luận rằng đại lượng Fd đặc trưngcho tác dụng làm quay đĩa A của lực F vàgọi là momen của lực, kí hiệu là M.M = Fdd: cánh tay đòn.(3)Đơn vị của momen lực trong hệ SI là Niutonmét, kí hiệu N.mTừ thí nghiệm trên suy ra: Muốn cho một vậtrắn có trục quay cố định nằm cân bằng thì tổngmomen của các lực có khuynh hướng làm chovật quay theo một chiều phải bằng tổng momencủa các lực có khuynh hướng làm vật quay theochiều ngược lại.Nếu ta qui ước momen lực làm vật quayngược chiều kim đồng hồ có giá trị dương,cùng chiều kim đồng hồ có giá trị âm, thì tacó thể viết điều kiện trên dưới dạng đại số:M1 + M2 + ... = 0Trong đó M1, M2 ... là momen của tất cả cáclực đặt lên vật.18Hình 2. Bộ thí nghiệm momen lực. Điều kiện cânbằng của vật rắn có trục quay cố định hiện có.Để nắm được thực trạng trang bị số bộ thínghiệm và tình hình sử dụng bộ thí nghiệmtrên của GV, HS ở Trường phổ thông, nhómnghiên cứu đã tiến hành điều tra thực tế tạitrường THPT Vùng cao Việt Bắc, ...