SKKN Một số phương án thực hành đo gia tốc rơi tự do dùng cho học sinh THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG
 ---------
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
 MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THỰC HÀNH ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO DÙNG CHO HỌC SINH THPT
 Người thực hiện: Tào Thị Hạnh
 Chức vụ: Giáo viên
 SKKN thuộc lĩnh vực môn: Vật lý
THANH HOÁ NĂM 2018
MỤC LỤC
1. Më ®Çu 
2. Néi dung s¸ng kiÕn kinh nghiÖm 
2.1.Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm và giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề
 2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
2.3. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường
3. Kết luận và kiến nghị 
Tài lệu tham khảo
Trang
3
3
3
9
10
10
11
1. MỞ ĐẦU
1.1. Lí do chọn đề tài.
 Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm, mọi định luật hiện tượng đều được rút ra từ thực nghiệm hoặc được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Chính vì vậy mà từ lâu, thực nghiệm đã trở thành một phần không thể thiếu trong các bài giảng môn vật lí. Vậy nhưng trong quá trình dạy học bản thân tôi còn gặp nhiều khó khăn khi dạy các tiết thực hành. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến khó khăn trên như: Các bộ thí nghiệm như trong bài học thực hành ở phòng thí nghiệm của nhà trường còn chưa đảm bảo về số lượng cũng như chất lượng. Mỗi lớp thường khoảng 45 học sinh nhưng mỗi bài thực hành chỉ khoảng 1,2 bộ có thể dùng được , vậy nên rất nhiều học sinh dù rất muốn trực tiếp làm thí nghiệm nhưng không được làm mà chỉ có thể đứng quan sát các bạn làm. Vì vậy tôi đã hướng dẫn các em xây dựng những phương án thực hành khác và tận dụng các thiết bị đang có ở phòng thí nghiệm để thực hiện theo phương án thực hành mới.
1.2. Mục đích nghiên cứu
 Hiện nay, xu hướng đổi mới về phương pháp dạy học ở trường phổ thông là tích cực hoá quá trình hoạt động nhận thức của học sinh. Đối với bộ môn Vật lý, xu hướng trên được thể hiện rõ trong nhiều mặt, trong đó có việc tăng cường hoạt động thực nghiệm của học sinh.Trong khi dạy các bài thực hành phải làm sao để từ những cơ sở lý thuyết và các bài toán đã làm học sinh tích cực xây dựng các phương án thực hành mới, chứa không chỉ tìm hiểu mình phương án thực hành mà sách giáo khoa đã đưa ra. Việc bồi dưỡng cho các em các kĩ năng thực nghiệm và xây dựng những phương pháp thí nghiệm mới của riêng mình từ những bài toán thí nghiệm giúp các em hiểu đúng hơn về bản chất của môn Vật Lý từ đó các em sẽ yêu thich môn vật lý hơn và tích cực vận dụng kiến thức vật lý vào sáng tạo kĩ thuật và đời sống. 
1.3. Đối tượng nghiên cứu
 Trong bài sáng kiến kinh nghiệm này tôi trình bày một số phương án có thể áp dụng để xác định gia tốc rơi tự do nhằm làm đa dạng thêm cho các phương án thực nhiệm
1.4. Phương pháp nghiên cứu. 
Bằng phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết từ những công thức đã học, những bài toán vật lý đã làm từ đó xây dựng các phương án thí nghiệm. Trong cùng giờ thực hành sẽ phân cho các tổ khác nhau tiến hành đo theo các phương án khác nhau, tín hành thu thập thông tin, xử lý số liệu, so sánh kết quả của các tổ với nhau và rút ra ưu nhược điểm của từng phương án. 
2. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1. Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm và các giải pháp đã xử dụng để giải quyết vấn đề
Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng chuyển động rơi tự do
1. cơ sở líthuyết
 Khi một vật rơi trong không khí mà sức cản của không khí rất nhỏ so với trọng lực tác dụng lên vật thì ta có thể coi đó là chuyển động rơi tự do.
Trong chuyển động rơi tự do, ta có công thức :
 ; 
Trong đó : h là quãng đường vật rơi được trong thời gian t
 Ds là hiệu quãng đường vật đi được sau những khoảng thời gian Dt liên tiếp .
Do đó có thể xác định gia tốc trọng trường theo hai phương án 
Phương án 1: Đo độ cao nơi thả vật, thời gian vật rơi từ đó tính gia tốc trọng trường theo công thức : 
Phương án 2: Cố định khoảng thời gian Dt, xác định vị trí của vật rơi sau những khoảng thời gian Dt liên tiếp.
Từ đó tính ∆s = s2 - s1 = s3 - s2
Q
 1
 2
k
Tính gia tốc trọng trường theo công thức: 
2. Thực nghiệm 
*) Phương án 1:
 a. Dụng cụ :
 Bộ thí nghiệm gồm một máy đo thời gian, một giá có vạch chia độ được gắn một nam châm điện, khoá K có hai chốt 1 và 2. 
b. Tiến hành thí nghiệm
Lúc đầu cho khoá K đóng vào chốt 1 khi đó nam châm điện được nuôi bởi nguồn điện sẽ hút chặt viên bi sắt. Đưa kim chỉ của đồng hồ về vạch số 0. 
Gạt khoá K sang chốt 2, dòng điện qua nam châm bị ngắt viên bi được nhả ra và rơi tự do đồng thời đồng hồ bắt đầu chạy. Tới khi viên bi rơi chạm thanh Q, đồng hồ sẽ dừng chạy. Đọc thời gian rơi t của viên bi trên đồng hồ và độ cao h trên thước ta xác định được g
*. Phương án 2
a. Dụng cụ
Một giá thí nghiệm có gán thước, phía trên gắn một nam châm được kết nối với camera.
Một viên bi sắt có gắn tấm phản quang
Một đầu thu có kết nối với máy tính
b. Tiến hành thí nghiệm
Khởi động chương trình VideoCom trên máy tính để màn hình hiện lên đồ thị toạ độ, thời gian của vật
Gắn viên sắt có tấm phản quang lên giá bằng lực hút của nam châm
Bấm F9 trên bàn phím, máy bắt đầu đo, dòng điện nuôi nam châm bị ngắt, viên bi rơi xuống, camera sẽ phát ra ánh sáng đỏ, ánh sáng này được phản xạ trên các tấm phản quang và được camera thu lại. Nhờ tín hiệu phản xạ, camera có thể xác định được vị trí của vật và vẽ đồ thị x - t. Từ đồ thị hoặc từ bảng số liệu máy tính thu được ta có thể tính gia tốc trọng trường theo công thức
Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng đệm không khí
m1
1, Cơ sở lí thuyết
Xét chuyển động của một hệ vật m1, m2
m1, đặt trên mặt phẳng ngang không ma sát
m2
Gia tốc hệ vật: 
Gọi độ cao của vật lúc đầu là h
Tõ (1) vµ (2) 
 2, thực nghiệm
a. Dụng cụ
Đệm không khí là một ống hình hộp dài, trên mặt có đục các lỗ nhỏ. Khi bơm nén khí hoạt động, nó sẽ thổi không khí vào trong ống, không khí sẽ thoát ra từ các lỗ nhỏ đó. Đặt một xe trượt có mặt dưới phù hợp với bề mặt của đệm không khí lên trên thì giữa xe trượt và đệm không khí hình thành một lớp không khí máng. Trong quá trình chuyển động xe chỉ trượt trên lớp không khí mà không chạm trực tiếp lên đệm do đó lực ma sát tác động lên xe là rất nhỏ và có thể bỏ qua.
Các dụng cụ cần cho thực nghiệm gồm: đệm không khí, xe trượt, các quả nặng, cân, đồng hồ bấm giây, giá có gắn thước.
b. TiÕn hµnh thùc nghiÖm
+ Điều chỉnh sự cân bằng của đệm không khí
+ Cân các khối lượng m1, m2
+ §Æt xe tr­ît m1 lªn ®Öm kh«ng khÝ vµ cho m1 gi÷ bëi nam ch©m ®iÖn
+ X¸c ®Þnh ®é cao cña m2
+ Ng¾t dßng ®iÖn nu«i nam ch©m ®ång thêi cho ®ång hå bÊm d©y ho¹t ®éng. Khi m2 ch¹m ®Êt, cho ®ång hå ngõng ho¹t ®éng.
+ X¸c ®Þnh thêi gian chuyÓn ®éng t vµ thay c¸c ®¹i l­îng ®o ®­îc vµo c«ng thøc ta x¸c ®Þnh ®­îc gia tèc träng tr­êng.
Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng máy Atút
1, C¬ së lÝ thuyÕt
Xét hai vật m1, m2 nối với nhau bởi sợi dây không dãn vắt qua ròng rọc cố định, có khối lượng không đáng kể.
h
m2
m1
Gia tốc của hệ vật: 
Gọi độ cao ban đầu của hệ vật là h, 
thời gian kể từ khi hệ chuyển động đến khi m1 chạm đất là t
Ta có: 
 Do đó: 
 	Xác định được h, t, m1, m2 ta xác định được g
2, thực nghiệm
a. Dụng cụ
Dụng cụ thí nghiệm gồm một giá có gắn ròng rọc và thước mét, hai vật m1, m2 được nối với nhau qua sợi dây không dãn, đồng hồ bấm dây, cân.
2. Tiến hành thí nghiệm
 + Cân khối lượng m1, m2 và lắp lên hệ ròng rọc
+ Giữ cố định m2, đo khoảng cách từ m1 đến mặt đất
+ Thả cho m2 chuyển động đồng thời cho đồng hồ hoạt động 
+ Khi m1 chạm đất ngắt đồng hồ 
Dựa vào các hiệu số đo được, thay vào công thức tính g
Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng mặt phẳng nghiêng
1, C¬ së lÝ thuyÕt
XÐt mét vËt chuyÓn ®éng tr­ît trªn mét mÆt ph¼ng nghiªng víi gãc nghiªng α
Gia tèc cña vËt a = g(sinα - kcosα )
m
h
s
a
Gäi l lµ chiÒu dµi mÆt ph¼ng nghiªng
Do ®ã 
NÕu n©ng dÇn ®é cao cña mÆt ph¼ng nghiªng th× khi mµ taga0= k vËt b¾t ®Çu tr­ît. Do ®ã: 
§Ó tÝnh α ta ®o ®écao h vµ chiÒu dµi cña mÆt ph¼ng nghiªng 
2, Thùc nghiÖm
a. Dông cô
Dông cô thÝ nghiÖm gåm mét mÆt ph¼ng nghiªng, mét xe tr­ît, th­íc ®o, ®ång hå bÊm d©y
b. TiÕn hµnh thùc nghiÖm
+ §Æt vËt trªn m¸ng nghiªng vµ n©ng dÇn gãc nghiªng cho tíi khi vËt b¾t ®Çu tr­ît. §o h, l tÝnh tga0
+ N©ng ®é cao cña mÆt ph¼ng nghiªng lªn ®Ó a > a0
+ §Æt vËt m lªn trªn ®Ønh mÆt ph¼ng nghiªng vµ th¶ vËt ®ång thêi cho ®ång hå ch¹y. Tíi khi vËt ch¹m ch©n mÆt ph¼ng nghiªng th× ng¾t ®ång hå.
+ §o c¸c gi¸ trÞ h, l ®Ó tÝnh c¸c gi¸ trÞ sina, cosa, vµ thay c¸c gi¸ trÞ t×m ®­îc vµo c«ng thøc tÝnh g
* Chó ý:
NÕu dïng ®Öm kh«ng khÝ ta cã thÓ bá qua ma s¸t vµ do ®ã:
Phương án xác định gia tốc trọng trường bằng con lắc đơn
1, c¬ së lÝ thuyÕt
Con lắc đơn là con lắc gồm một vật nặng m gắn vào một sợi dây mảnh, nhẹ, không dãn chiều dài l được treo tại điểm O
Khi con lắc dao động với góc cực đại ỏ0 nhỏ, chu kì dao động của con lắc là
 Đo T, l ta xác định được g
2, thực nghiệm
a. Dụng cụ
Dụng cụ thực nghiệm là một con lắc đơn có chiều dài cỡ 1m, quả nặng cỡ 1Kg, thước mét, cân, đồng hồ bấm giây.
b. Tiến hành thực nghiệm
+ Đo chiều dài l cuả dây treo, đo khối lượng m của quả nặng.
+ Treo con lắc đơn lên trên điểm treo O rồi cho con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ.
+ Đo thời gian để con lắc dao động 50 T bằng đồng hồ bấm giây
+ Tính T và thay vào công thức tính gia tốc trọng trường
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
 Trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm học sinh thường chỉ phụ thuộc vào phương án thí nghiệm đã được trình bày trong sách giáo khoa, chưa chịu khó làm nhiều dạng bài tập từ đó có cơ sở lý thuyết để xây dựng nhiều phương án thí nghiệm mới. Một hạn chế nữa là trong phòng thực hành của nhà trường nhiều khi chỉ có một hoặc vài bộ thí nghiệm dùng cho bài thực hành đã được trình bày trong sách giáo khoa mà lớp lại đông học sinh nên nhiều em không trực tiếp được tham gia làm thí nghiệm. Khi xây dựng được nhiều phương án thí nghiệm, giáo viên sẽ tạo cho học sinh sự say mê nghiên cứu và tư duy sáng tạo trong học tập. đồng thời có thể kết hợp nhiều thiết bị sẵn có trong phòng thực hành để tạo thành các bộ thí nghiệm khác nhau cho cả lớp cùng làm thí nghiệm. 
2.3 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường.
Khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm trên vào quá trình dạy học tôi nhận thấy học sinh đã hiểu đầy đủ hơn cái hay, cái đẹp của môn Vật lý. Vật lý không phải chỉ là những phương trình những con số mà tất cả những bài toán phức tạp đó đều giúp chúng ta đo đặc và tìm ra được những thông số cần thiết để ứng dụng vào khoa học kĩ thuật. Khi dạy cho học sinh thiết kế các phương án thực hành, học sinh đã thực sự say mê với môn học hơn, say mê cả giải toán Vật lý và thiết kế phương án thực hành rất đơn giản từ kết quả của những bài toán Vật lý phức tạp. Học sinh không chỉ tích cực, chủ động, sáng tạo trong các giờ học trên lớp mà còn say mê học, tìm tòi tự làm thực nghiệm lúc ở nhà. Việc thiết kế các phương án thực nghiệm giúp học sinh hiểu đầy đủ hơn ý nghĩa của môn học, học sinh không chỉ tích cực học mà còn biết vận dụng tốt kiến thức môn học vào cuộc sống và khoa học sáng tạo kĩ thuật. 
3.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Qua thực tế giảng dạy, tôi thấy rằng việc dạy cho các em thiết kế phương án thực hành đã làm cho học sinh thực sự hứng thú và say mê với môn học. Học sinh xác định đúng đắn hơn mục đích học tập. Học sinh không chỉ say sưa học tập hơn mà các em còn có sáng kiến trong khoa học kĩ thuật, góp phần vào sự tiến bộ của khoa học và công nghệ. 
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ
Thanh Hoá, ngày 20 tháng 04 năm 2018
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác
Tào Thị Hạnh
Tµi liÖu tham kh¶o.
 1- V. LANGUÐ - Nh÷ng bµi tËp hay vÒ thÝ nghiÖm VËt LÝ – Ng­êi dÞch : NguyÔn v¨n thiÒu – NXBGD 
 2- NguyÔn tó anh, vò nh­ ngäc, vò ngäc hång, nguyÔn thÕ kh«i, nguyÔn träng h¶i, lª h­¬ng quúnh – Thùc hµnh vËt lÝ ®¹i c­¬ng tËp I – NXBGD 
 3 – NguyÔn th­îng chung-ThÝ nghiÖm thùc hµnh VËt lÝ chän läc.NXBGD
 4- GS D­¬ng träng b¸i, TS Cao ngäc viÔn - C¸c bµi thi quèc gia chän häc sinh giái THPT . NXB §HQGHN 
DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MÀ TÁC GIẢ ĐÃ ĐƯỢC SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐÁNH GIÁ ĐẠT TỪ LOẠI C TRỞ LÊN
Số thứ tự
Tên đề tài
Năm học đạt
Loại
1
Giúp học sinh giải nhanh một số bài toán Vật Lý
2007-2008
C
2
Phương pháp giải bài tập về dòng điện xoay chiều
2010-2011
C
3
Một số kinh nghiệm làm học sinh yêu thích môn học vật lý
2012-2013
C
4
Thiết kế một số phương án thực hành đo hệ số ma sát
2015-2016
C