Chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm nghiên cứu chuyển động tròn đều và chuyển động của vật bị ném trong dạy học vật lí 10

Học sinh thường gặp nhiều khó khăn và mắc sai lầm khi học về chuyển động tròn đều và chuyển động của vật bị ném. Để giúp học sinh phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo, chúng ta cần cho họ tham gia vào quá trình làm thí nghiệm để tìm hiểu kiến thức.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm nghiên cứu chuyển động tròn đều và chuyển động của vật bị ném trong dạy học vật lí 10 JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci., 2016, Vol. 61, No. 8B, pp. 93-99 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1075.2016-0163 CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT BỊ NÉM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 10 Nguyễn Ngọc Hưng1 , Nguyễn Đức Lâm2 1 Khoa 2 Trường Vật lí, Trường Đại học sư phạm Hà Nội Trung học phổ thông Chuyên Sư phạm Hà Nội Tóm tắt. Học sinh thường gặp nhiều khó khăn và mắc sai lầm khi học về chuyển động tròn đều và chuyển động của vật bị ném. Để giúp học sinh phát huy tính tích cực và phát triển năng lực sáng tạo, chúng ta cần cho họ tham gia vào quá trình làm thí nghiệm để tìm hiểu kiến thức. Các thí nghiệm hiện tại còn nhiều hạn chế, chúng tôi thấy cần thiết phải nghiên cứu chế tạo thí nghiệm mới về chuyển động tròn đều và chuyển động của vật bị ném. Với thí nghiệm đã chế tạo, chúng tôi đã giúp học sinh tìm hiểu sâu hơn các quá trình vật lí và phát huy năng lực sáng tạo của họ. Từ khóa: Chuyển động, tròn đều, vật bị ném, chuyển động cong, thiết bị thí nghiệm. 1. Mở đầu Trong vật lí 10, kiến thức về chuyển động tròn đều và chuyển động của vật bị ném là cơ sở, nền tảng cho các nghiên cứu về chuyển động của điện tích trong điện trường và từ trường ở lớp 11,12. Ngoài ra, kiến thức này có nhiều ứng dụng trong thực tế nên khi học sinh học xong cần có hiểu biết về các ứng dụng kĩ thuật có liên quan. Trong thực tế, các nhà trường phổ thông chưa có thiết bị thí nghiệm về động học chuyển động tròn đều và chuyển động ném. Thí nghiệm về lực hướng tâm của Trung Quốc tiến hành thí nghiệm song song có thể tìm ra mối quan hệ tỉ lệ giữa độ lớn lực hướng tâm với khối lượng của vật, tốc độ quay, bán kính quỹ đạo. Ngoài ra, chúng tôi được biết thiết bị thí nghiệm của Phywe [3], đo được lực hướng tâm khi vật đang chuyển động, quan sát số chỉ lực kế rõ, thay đổi tốc độ tuỳ ý, đọc được chu kì quay. Còn có một số hạn chế là khó cố định bán kính quỹ đạo, kích thước khá cồng kềnh. Thiết bị thí nghiệm của Leybold [4], có thể cố định bán kính quỹ đạo, xác định bán kính đơn giản, kích thước nhỏ, thay đổi tốc độ quay tuỳ ý, đọc được chu kì quay. Nhưng có một số hạn chế là không xác định được lực hướng tâm ngay trong lúc chuyển động quay. Về các nghiên cứu trong nước, chúng tôi được biết một số tác giả đã đưa ra các phương án để xác định vị trí của vật bị ném và chuyển động tròn đều như: đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học trường Đại học Sư phạm Hà Nội của Nguyễn Thị Thơm, Nguyễn Tiến Lộc năm 2012 [5]. Tuy nhiên, thiết bị thí nghiệm vẫn chưa xác định được vị trí của vật tại từng thời điểm mà chỉ cho kết Ngày nhận bài: 19/7/2016. Ngày nhận đăng: 25/9/2016. Liên hệ: Nguyễn Đức Lâm, e-mail: Nguyenlamda@gmail.com. 93 Nguyễn Ngọc Hưng, Nguyễn Đức Lâm quả vết quỹ đạo của vật. Như vậy, thiết bị đó chưa xác định được tính chất chuyển động của vật từ thời điểm t1 đến thời điểm t2. Ngoài ra, còn có cách xác định vị trí bằng chụp ảnh hoạt nghiệm bằng đèn LED của tác giả Nguyễn Văn Biên [6], với thiết bị thí nghiệm này, cần mất thời gian chụp ảnh rồi cho học sinh xem trên ảnh nên phần nào giảm bớt tính hứng thú so với việc làm thí nghiệm và đo đạc trên vật thật. Vì vậy, chúng tôi kế thừa các ưu điểm và khắc phục nhược điểm của các thiết bị thí nghiệm trước đây để chế tạo một thiết bị thiết nghiệm nghiên cứu chuyển động tròn đều và chuyển động của vật bị ném. 2. 2.1. Nội dung nghiên cứu Cấu tạo của thiết bị thí nghiệm Các bộ phận của thiết bị được gắn trên một giá hình hộp chữ nhật bằng nhựa gồm có: Hình 1. Thiết bị thí nghiệm 1 - Giá gắn động cơ và thanh gắn lò xo với vật nặng + Động cơ điện được gắn tại chính giữa của một giá cố định hình chữ U. Trục quay của động cơ được gắn với một thanh sắt dài 20cm để truyền chuyển động quay cho thanh đó. + Một lò xo nhẹ có một đầu gắn với thanh sắt tại các vị trí khác nhau để thay đổi bán kính quỹ đạo chuyển động của vật. Đầu còn lại của lò xo được gắn với một vật nặng. Vật có thể trượt hầu như không có ma sát đối với thanh và kích thước, khối lượng của vật nhỏ hơn thanh để khi chuyển động hệ không bị lắc. 2 - Màn hình LED Màn hình cho hiển thị khoảng thời gian giữa hai lần xác định vị trí của vật và cho biết các thông số đặc trưng của chuyển động. 3 - Đèn phát hồng ngoại Đèn được gắn trên cạnh dài và cạnh rộng của giá thí nghiệm để phát ra lưới hồng ngoại trên 94 Chế tạo và sử dụng thiết bị thí nghiệm nghiên cứu chuyển động tròn đều và chuyển động... mặt phẳng giá thí nghiệm. 4 - Bảng đèn LED phát ánh sáng đỏ Sau khi mạch vi xử lí xác định được vị trí của vật chuyển động tại thời điểm khảo sát thì truyền tín hiệu đến vị trí các bóng đèn LED trên mặt phẳng chuyển động của vật. Khi đó, đèn LED sẽ phát ánh sáng màu đỏ tại đúng vị trí của vật. 5 - Đầu thu tín hiệu hồng ngoại Các đèn thu tín hiệu hồng ngoại được gắn đối diện với đèn ...