XÂY DỰNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM ĐỊNH LƯỢNG VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Nguyễn Đình Thước (1), Nguyễn Ngọc Anh (2)

8 91 0
XÂY DỰNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM ĐỊNH LƯỢNG VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Nguyễn Đình Thước (1), Nguyễn Ngọc Anh (2)

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 48, Số 1B (2019), tr 43-50 XÂY DỰNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM ĐỊNH LƯỢNG VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Nguyễn Đình Thước (1), Nguyễn Ngọc Anh (2) Trường Đại học Vinh Trường THPT Lê Quảng Chí, Hà Tĩnh Ngày nhận 12/3/2019, ngày nhận đăng 24/4/2019 Tóm tắt: Bài tập thí nghiệm định lượng Vật lý dạng tập thí nghiệm, làm phương tiện để bồi dưỡng lực thực nghiệm cho học sinh dạy học Vật lý Tuy nhiên loại tập chưa quan tâm thực tế dạy học Trong báo này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu đề xuất định hướng, quy trình xây dựng tập thí nghiệm định lượng Vật lý THPT Đáng ý quy trình bốn bước xây dựng tập thí nghiệm định lượng minh chứng ba ví dụ cụ thể Thực tiễn cho thấy đặc trưng xây dựng tập thí nghiệm định lượng so với tạo dạng tập Vật lý khác người viết cần tiến hành thí nghiệm đo đạc cách kĩ Thầy giáo sử dụng kết báo để xây dựng tập thí nghiệm định lượng mức độ khác phù hợp với thực tiễn công việc trường trung học phổ thông Mở đầu Dạy học theo hướng phát triển lực học sinh xu giáo dục quốc tế Năng lực thực nghiệm lực chuyên biệt môn Vật lý Năng lực thực nghiệm học sinh hình thành phát triển qua hoạt động giải tập thí nghiệm (BTTN) Vật lý Trong kì thi chọn học sinh giỏi môn Vật lý cấp quốc gia, khu vực, quốc tế, số Sở Giáo dục Đào tạo tỉnh có phần thi thí nghiệm thực hành, chất nội dung phần thi yêu cầu thí sinh giải BTTN định lượng Giáo viên Vật lý trường THPT ngày quan tâm tới thực hành thí nghiệm nói chung BTTN định lượng nói riêng Tài liệu tham khảo BTTN tiếng Việt Nhiều giáo viên muốn tự xây dựng BTTN định lượng lại gặp khơng khó khăn lí luận thực hành Bài viết nêu lên định hướng, đề xuất quy trình ví dụ xây dựng BTTN định lượng Vật lý trung học phổ thông Nội dung kết nghiên cứu 2.1 Bài tập thí nghiệm Vật lý 2.1.1 Khái niệm tập thí nghiệm Vật lý BTTN Vật lý tập mà việc giải đòi hỏi phải làm thí nghiệm để xác định đại lượng Vật lý đó, nghiên cứu phụ thuộc thông số Vật lý, để kiểm tra tính chân thực lời giải lý thuyết BTTN loại tập giải vấn đề chứa đựng yêu cầu thực hoạt động suy luận lí thuyết hoạt động thực nghiệm học sinh [6], [7] Email: nguyenngocanh.lqc@gmail.com (N N Anh) 43 N Đ Thước, N N Anh / Xây dựng tập thí nghiệm định lượng Vật lý trung học phổ thông 2.1.2 Các loại tập thí nghiệm Dựa vào mức độ hoạt động trí tuệ - thực hành tiến hành giải tập phương thức giải, chia BTTN Vật lý làm hai loại: BTTN định tính BTTN định lượng 2.1.2.1 Bài tập thí nghiệm định tính Vật lý BTTN định tính Vật lý tập giải tiến hành thí nghiệm khơng đo đạc, tính tốn định lượng, cơng cụ để giải quan sát định tính suy luận lơgic dựa vào khái niệm, định luật Vật lý a Bài tập thí nghiệm quan sát giải thích tượng: Đó tập thí nghiệm u cầu học sinh: - Làm thí nghiệm dạng định tính theo dẫn - Quan sát theo mục tiêu sẵn - Mơ tả tượng giải thích tượng kiến thức có Câu hỏi loại tập thường là: “Cái xẩy nếu…?”; “Tại lại xẩy thế?” Loại BTTN có tác dụng bồi dưỡng lực quan sát, mơ tả, giải thích tượng q trình biến đổi giới tự nhiên b Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm: Đây loại tập phổ biến BTTN trường phổ thông, thí nghiệm tiến hành tư duy; hồn tồn khả thi điều kiện thiếu thốn trang thiết bị thí nghiệm Loại tập sở cho học sinh giải BTTN định lượng Nội dung tập thiết kế phương án thí nghiệm vào yêu cầu tập, học sinh vận dụng định luật cách hợp lí, thiết kế phương án thí nghiệm để: - Đo đạc đại lượng Vật lý - Xác định phụ thuộc thơng số Vật lý Các tập thiết kế phương án thí nghiệm có tác dụng bồi dưỡng lực thiết kế, hình thành trực giác khoa học, phát triển tư sáng tạo lực sáng tạo học sinh Câu hỏi loại tập thường là: “Làm để đo được…với thiết bị…?”; “Hãy tìm cách xác định đại lượng… với thiết bị…?” ; “Nêu phương án đo…với dụng cụ…”; “Nêu phương án đo… ” 2.1.2.2 Bài tập thí nghiệm định lượng Vật lý BTTN định lượng có nội dung yêu cầu học sinh: - Đo đạc đại lượng Vật lý với thiết bị - Tìm quy luật mối liên hệ phụ thuộc đại lượng Vật lý (với thiết bị định) Dựa vào tính chất khó khăn, phức tạp tập, cho thiết bị thí nghiệm tự lựa chọn, tìm kiếm thiết bị; kiểu định hướng hành động giải tập, chia BTTN định lượng thành ba mức độ (từ thấp đến cao): Mức độ (MĐ1): Cho thiết bị; hướng dẫn cách làm thí nghiệm Yêu cầu: Học sinh làm thí nghiệm theo hướng dẫn, đo đạc xác định đại lượng Vật lý tìm quy luật Vật lý Những thí nghiệm thực hành biên soạn sách giáo khoa Vật lý, học sinh phải thực phòng thí nghiệm hay phòng học mơn Vật lý, ví dụ tập thí nghiệm định lượng mức độ 44 Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 48, Số 1B (2019), tr 43-50 Mức độ (MĐ2): Cho thiết bị Yêu cầu: Học sinh thiết kế phương án thí nghiệm (PATN); lắp ráp thí nghiệm; thực thí nghiệm để tìm quy luật hay đo đạc xác định đại lượng Vật lý cần tìm Mức độ (MĐ3) Yêu cầu học sinh: - Tự lựa chọn thiết bị - Thiết kế PATN - Lắp ráp thí nghiệm thực thí nghiệm - Làm thí nghiệm đo đạc đại lượng cần thiết, xử lí số liệu thí nghiệm, xây dựng quy luật Vật lý, kiểm nghiệm định luật Vật lý biết Có thể tóm tắt phân loại tập thí nghiệm Vật lý trường phổ thơng sơ đồ sau (Hình 1): Bài tập thí nghiệm Vật lý Bài tập thí nghiệm định tính Làm TN, quan sát, mơ tả, giải thích Điều xảy nếu…? Tại lại xảy vậy? Thiết kế PATN Làm để đo….với thiết bị….? Nêu phương án đo… với thiết bị? Bài tập thí nghiệm định lượng Đo đại lượng Vật lý Thiết lập, minh họa định luật MĐ Cho thiết bị, yêu cầu HS đo đạc tìm quy luật có hướng dẫn GV MĐ Cho thiết bị, yêu cầu HS lập PATN, làm thí nghiệm đo đạc, xử lí số liệu TN tìm quy luật MĐ Yêu cầu HS lựa chọn thiết bị, lập PATN, làm thí nghiệm đo đạc, xử lí số liệu TN, tìm quy luật chứng minh quy luật Hình 1: Sơ đồ phân loại BTTN Vật lý [7] 2.2 Xây dựng tập thí nghiệm định lượng 2.2.1 Định hướng xây dựng BTTN định lượng Có thể xây dựng BTTN định lượng Vật lý dựa số định hướng sau đây: a Chuyển nội dung thực hành thí nghiệm dạng BTTN định lượng b Chuyển tập Vật lý định tính tập Vật lý định lượng thành BTTN định lượng c Dựa vào yêu cầu xây dựng minh họa khái niệm, định luật Vật lý nêu sách giáo khoa d Khai thác thiết bị thí nghiệm, đồ dùng dạy học nhà trường (các thiết bị thí nghiệm, đồ dung dạy học danh mục tối thiểu mà Bộ GD - ĐT quy định); 45 N Đ Thước, N N Anh / Xây dựng tập thí nghiệm định lượng Vật lý trung học phổ thông đồng thời sử dụng dụng cụ, thiết bị đồ dùng đời sống kĩ thuật; thiết bị thí nghiệm tự tạo để giải BTTN định lượng 2.2.2 Quy trình xây dựng BTTN định lượng Do điều kiện giới hạn báo, chúng tơi đề xuất quy trình xây dựng BTTN định lượng chủ yếu dựa vào định hướng b, d), hướng a, c) chúng tơi trình bày báo khác Bước 1: Xác định đại lượng Vật lý cần đo quy luật liên hệ cần thiết lập đại lượng Vật lý Bước 2: Chọn tập xuất phát/vấn đề xuất phát, tập định tính định lượng; chọn phương án thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết/dự đốn tiến trình giải vấn đề Bước 3: Giải phân tích tập xuất phát/hệ dự đốn giả thuyết Suy công thức chứa đại lượng cần tìm phụ thuộc vào đại lượng cho Xác định cho dụng cụ thiết bị nào, cần đo Xác định mức độ BTTN định lượng Bước 4: Viết BBTN định lượng Tiến hành làm thí nghiệm thực để giải BTTN định lượng, điều chỉnh nội dung 2.3 Vận dụng quy trình xây dựng BTTN định lượng phần điện học 11 Ví dụ Đại lượng cần đo: Hệ số chỉnh lưu điôt I(mA) bán dẫn Chọn tập xuất phát: Bài tập Vật lý 11 Nâng cao [4]: Hệ số chỉnh lưu  của điôt bán dẫn xác định tỷ số trị số cường độ 100 dòng điện thuận dòng điện ngược ứng với giá trị tuyệt đối hiệu điện đặt vào điôt Trên U(V) hình đặc tuyến vơn - ampe điôt bán dẫn -1 Hãy xác định hệ số chỉnh lưu điơt hiệu điện Hình 1V Phân tích tập xuất phát để xây dựng BTTN định lượng Trong tập xuất phát có đặc tuyến vơn - ampe điơt bán dẫn, người giải cần dựa vào đặc tuyến để tính hệ số chỉnh lưu Trong BTTN định lượng xây dựng, cần yêu cầu HS tính hệ số chỉnh lưu điơt phải tự khảo sát vẽ đồ thị Yêu cầu phát triển tảng thực hành nên chọn BTTN định lượng mức độ Để giải HS cần thiết kế mạch, chọn dụng cụ, lắp ráp, thực đo (U,Ith) điôt phân cực thuận, đo (U,Ing) điôt phân cực ngược Vẽ đặc tuyến vôn-ampe điôt bán dẫn giấy ôli Xác định cường độ dòng điện Ith, Ing độ lớn hiệu điện để từ tính hệ số chỉnh lưu Viết BTTN định lượng: Hệ số chỉnh lưu điôt bán dẫn xác định tỷ số trị số cường độ dòng điện thuận dòng điện ngược ứng với giá trị tuyệt đối hiệu điện đặt vào điôt Hãy thiết kế mạch điện, đo vẽ đặc tuyến vơn ampe điơt bán dẫn Từ tính hệ số chỉnh lưu điôt số giá trị hiệu điện Cho điôt dụng cụ khác tùy chọn 46 Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 48, Số 1B (2019), tr 43-50 Hướng dẫn giải - Sử dụng dụng cụ thực hành khảo sát đặc tính chỉnh lưu điơt - Thiết kế, lắp mạch khảo sát dòng điện thuận chạy qua điơt (Hình 3a) - Thiết kế, lắp mạch khảo sát dòng điện ngược chạy qua điơt (Hình 3b) A K V + + K A U R K Hình 3a - U V R - K Hình 3b - Thu thập số liệu vẽ đồ thị I  f (U) - Từ đồ thị, xét độ lớn hiệu điện nhánh phân cực thuận phân cực ngược, xác định cường độ dòng điện Ith, Ing tương ứng Từ tính hệ số chỉnh lưu Ví dụ Đại lượng cần đo: Điện trở bình điện phân có tượng dương cực tan Chọn tình xuất phát: Trong Dòng điện chất điện phân, nêu nhận định dòng điện chất điện phân có dương cực tan tuân theo định luật Ơm [1] Phân tích tình xuất phát để xây dựng BTTN định lượng - Ý tưởng xây dựng thực chất thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm tra nhận định nêu SGK Câu hỏi cần trả lời: Làm để kiểm tra dòng điện chất điện phân dương cực tan có tn theo định luật Ơm? - Đo hiệu điện U hai điện cực bình điện phân cường độ dòng điện I chạy mạch Thay đổi U để đo I tương ứng Từ vẽ đồ thị (U, I) Nếu đồ thị có dạng đường thẳng ta có I  aU Chứng tỏ dòng điện tn theo định luật Ơm điện trở bình R = 1/a - Từ suy dụng cụ cần dùng sau: Bình điện phân có điện cực đồng; muối đồng CuSO4; nước cất; nguồn khơng đổi có mức 3-6-9-12V; đồng hồ đa số; dây dẫn đủ dùng Xây dựng BTTN định lượng: Hãy thiết kế phương án thí nghiệm tiến hành khảo sát dòng điện chất điện phân có tượng dương cực tan để chứng tỏ dòng điện tn theo định luật Ôm Yêu cầu: + Lựa chọn dụng cụ thí nghiệm + Lắp ráp thí nghiệm tiến hành + Chứng tỏ dòng điện tn theo định luật Ơm + Tính điện trở bình điện phân Hướng dẫn giải - Dụng cụ thí nghiệm lắp ráp hình 4a, 4b 47 N Đ Thước, N N Anh / Xây dựng tập thí nghiệm định lượng Vật lý trung học phổ thơng Hình 4a Hình 4b - Dùng vôn kế đo hiệu điện hai điện cực bình điện phân ampe kế đo cường độ dòng điện mạch Thay đổi hiệu điện để đo cặp (U, I) tương ứng Vẽ đồ thị (U, I) Nếu tn theo định luật Ơm đồ thị có dạng đường thẳng - Tính điện trở R bình, từ đồ thị dùng 1/R độ dốc đường thẳng Ví dụ Xác định quy luật liên hệ đại lượng cần đo: Nghiệm lại công thức tính suất điện động nhiệt điện tính hệ số nhiệt điện động cặp nhiệt điện Bài tập xuất phát: Căn vào số liệu bảng đây, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc suất điện động nhiệt điện E vào hiệu nhiệt độ (T1 - T2) hai mối hàn cặp nhiệt điện Fe - Constantan Tính hệ số suất nhiệt điện động T cặp nhiệt điện T1 - T2 (K) E (mV) 0,00 10 0,52 20 1,08 30 1,60 40 2,10 50 2,60 60 3,15 70 3,65 Phân tích tập xuất phát để xây dựng BTTN định lượng - Từ kết vẽ đồ thị có dạng đường thẳng, hướng dẫn học sinh suy cơng thức tính suất điện động nhiệt điện tính hệ số nhiệt điện động cặp nhiệt điện Như xây dựng BTTN định lượng yêu cầu nghiệm lại công thức liên hệ E (T1 T2), tính tốn đại lượng hệ số nhiệt điện động T - Đo suất điện động nhiệt điện đồng hồ đa số Đo nhiệt độ hai đầu mối hàn đồng hồ đa có cảm biến nhiệt độ kèm theo Tạo chênh lệch nhiệt độ nước đá nước đun sôi - Dụng cụ cần thiết: cặp nhiệt điện phòng thí nghiệm; đồng hồ đa số có cảm biến nhiệt độ; dây dẫn đủ dùng; ca đựng nước; túi nước đá; phích nước đun sơi - Qua học sinh biết cách sử dụng chức đo nhiệt độ đồng hồ đa số cảm biến nhiệt độ kèm theo Quá trình giải BTTN định lượng rèn luyện cho em phối hợp dụng cụ nhà trường đời sống 48 Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 48, Số 1B (2019), tr 43-50 Viết BTTN định lượng: Cho cặp nhiệt điện Đồng - Constantan Suất điện động nhiệt điện phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ mối hàn Bằng thực nghiệm nghiệm lại cơng thức tính suất điện động nhiệt điện tính hệ số nhiệt điện động cặp nhiệt điện Dụng cụ thí nghiệm tùy chọn Hướng dẫn giải - Dụng cụ thí nghiệm lắp ráp ình 5a, 5b Hình 5a Hình 5b - Vì suất điện động nhiệt điện E phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ (T1 - T2) mối hàn nên cần đo E thay đổi (T1 - T2) - Từ số liệu vẽ đồ thị với hai trục E (T1 - T2) Đồ thị thu có dạng đường thẳng Như suất điện động nhiệt điện E tỷ lệ thuận hiệu nhiệt độ (T1 - T2) theo công thức có dạng E = T (T1 - T2) Dựa vào đồ thị tính hệ số nhiệt điện động T cặp nhiệt điện Kết luận Bằng cách xây dựng BTTN định lượng theo định hướng, quy trình nêu giúp cho giáo viên Vật lý có thêm nhiều BTTN định lượng để sử dụng trình dạy học, đặc biệt sử dụng vào hoạt động bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý Có thể dùng ví dụ xây dựng BTTN định lượng trình bày để bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý trường THPT Ngoài thầy giáo tự vận dụng xây dựng BTTN định lượng phù hợp với công việc thực tiễn làm cho kho tàng BTTN Vật lý ngày phong phú Giải BTTN định lượng giúp cho học sinh hiểu sâu kiến thức Vật lý, tích hợp kiến thức giải vấn đề thực tiễn; hình thành kĩ năng, kĩ xảo thực nghiệm; rèn luyện tính tích cực, tự lực, khả sáng tạo học sinh 49 N Đ Thước, N N Anh / Xây dựng tập thí nghiệm định lượng Vật lý trung học phổ thơng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Dun Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên) (2007), Vật lý 11, NXB Giáo dục, Hà Nội [2] Lương Duyên Bình, Vũ Quang (đồng Chủ biên) (2007), Bài tập Vật lý 11, NXB Giáo dục, Hà Nội [3] Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Phúc Thuần (đồng Chủ biên) (2007), Vật lý 11 Nâng cao, NXB Giáo dục, Hà Nội [4] Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Phúc Thuần (đồng Chủ biên) (2007), Bài tập Vật lý 11 Nâng cao, NXB Giáo dục, Hà Nội [5] Phạm Thị Phú, Nguyễn Đình Thước (2017), Giáo trình Phát triển lực người học dạy học Vật lý, Trường Đại học Vinh [6] Nguyễn Đức Thâm (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học Vật lý trường phổ thông, NXB Đại học Sư phạm [7] Nguyễn Đình Thước, Phạm Thị Phú (2017), Bài tập dạy học Vật lý, Trường Đại học Vinh SUMMARY DESIGN OF QUANTITATIVE PHYSICS EXPERIMENTS IN HIGH SCHOOL PHYSICS PROGRAMS The quantitative physics experiment is a kind of experimental exercise that serves as a medium for improving experimental capacity for students in teaching physics However, this kind of exercise has not been focused in teaching practice In this paper, we present the results of the oriented proposal research, the process of designing high school physics quantitative experiments The remarkable thing is the four-step process of designing quantitative experimental exercises and the demonstration through three specific examples The reality shows that the characteristics of designing quantitative experimental exercises compared to creating other types of physics exercises is that the designer needs to conduct experiments and to make careful measurements Teachers can use the results of this research to design quantitative experimental exercises at different levels conformable to the practical work at high school 50 ... (đồng Chủ biên) (2007), Bài tập Vật lý 11 Nâng cao, NXB Giáo dục, Hà Nội [5] Phạm Thị Phú, Nguyễn Đình Thước (2017), Giáo trình Phát triển lực người học dạy học Vật lý, Trường Đại học Vinh [6] Nguyễn... Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học Vật lý trường phổ thơng, NXB Đại học Sư phạm [7] Nguyễn Đình Thước, Phạm Thị Phú (2017), Bài tập dạy học Vật lý, Trường Đại học Vinh SUMMARY DESIGN OF QUANTITATIVE... trường (các thiết bị thí nghiệm, đồ dung dạy học danh mục tối thiểu mà Bộ GD - ĐT quy định); 45 N Đ Thước, N N Anh / Xây dựng tập thí nghiệm định lượng Vật lý trung học phổ thông đồng thời sử dụng

Ngày đăng: 04/06/2020, 09:15

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan