Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông

Tóm tắt. Trong dạy học vật lí, bài tập thí nghiệm đòi hỏi học sinh thực hiện đồng bộ cả hoạt động trí óc và hoạt động chân tay. Việc xây dựng bài tập vật lí cần căn cứ vào các nội dung vật lí có liên quan đến việc đo đạc hoặc khảo sát thực nghiệm và khả năng xây dựng được các thiết bị tương ứng dựa trên các thiết bị có sẵn hoặc các dụng cụ đơn giản tự chế tạo được. Việc tổ chức cho học sinh giải bài tập thí nghiệm theo hình thức cá nhân hoặc nhóm, ở trường hoặc ở nhà góp phần rất lớn vào việc phát triển năng lực hoạt động thực tiễn của học sinh.

pdf10 trang | Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 74 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE DOI: 10.18173/2354-1075.2016-0185 Educational Sci., 2016, Vol. 61, No. 8B, pp. 279-288 This paper is available online at XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG Dương Xuân Quý1, Trần Thị Huyền2 1Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2Bộ môn Vật lí - Hóa lí, Trường Đại học Dược Hà Nội Tóm tắt. Trong dạy học vật lí, bài tập thí nghiệm đòi hỏi học sinh thực hiện đồng bộ cả hoạt động trí óc và hoạt động chân tay. Việc xây dựng bài tập vật lí cần căn cứ vào các nội dung vật lí có liên quan đến việc đo đạc hoặc khảo sát thực nghiệm và khả năng xây dựng được các thiết bị tương ứng dựa trên các thiết bị có sẵn hoặc các dụng cụ đơn giản tự chế tạo được. Việc tổ chức cho học sinh giải bài tập thí nghiệm theo hình thức cá nhân hoặc nhóm, ở trường hoặc ở nhà góp phần rất lớn vào việc phát triển năng lực hoạt động thực tiễn của học sinh. Từ khóa: Bài tập thí nghiệm, suy luận lí thuyết, khảo sát thực nghiệm, năng lực hoạt động. 1. Mở đầu Để đạt được mục tiêu phát triển năng lực học sinh trong dạy học vật lí, cần sử tăng cường các bài tập gắn với đặc trưng của môn học, các bài tập sử dụng trong dạy học cần có tính thực tiễn hoặc đòi hỏi các hoạt động thực nghiệm [1]. Một trong số bài tập loại này là bài tập thí nghiệm. Về mặt hình thức, bài tập thí nghiệm là loại bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để tìm ra lời giải lí thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập [2]. Về mặt hoạt động, bài tập thí nghiệm là loại bài tập giải quyết vấn đề chứa đựng yêu cầu thực hiện các hoạt động suy luận lí thuyết và hoạt động thực nghiệm của học sinh [3]. Các hoạt động bao gồm: Xác định cơ sở lí thuyết cho hiện tượng, quá trình vật lí được mô tả; xác lập các mối hệ dựa trên các kiến thức (khái niệm, định luật, quy tắc. . . ) để có thể thực hiện kiểm nghiệm nhờ đo đạc; xây dựng phương án thí nghiệm từ các dụng cụ đã cho hoặc từ các dụng cụ tự chế tạo; tiến hành thí nghiệm để quan sát, đo đạc và xử lí số liệu để từ đó rút ra các kết luận cần thiết. Đây là loại bài tập có nhiều tác dụng trong dạy học nhằm phát triển năng lực hoạt động của học sinh. Tuy nhiên, cho đến nay, việc xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường phổ thông còn gặp rất nhiều khó khăn: Về cơ sở lí luận, về cách thức xây dựng và cách thức sử dụng trong dạy học để đạt được hiệu quả. Dưới đây, chúng tôi sẽ trình bày về bài tập thí nghiệm với các nội dung gồm: Phân tích vai trò của bài tập thí nghiệm, đề ra quy trình xây dựng và việc sử dụng bài tập thí nghiệm nhằm phát triển năng lực của học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. Ngày nhận bài: 21/07/2016. Ngày nhận đăng: 10/09/2016. Liên hệ: Dương Xuân Quý, e-mail: duongxuanquy@gmail.com 279 Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Vai trò của bài tập thí nghiệm trong dạy học Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dục, giáo dưỡng và giáo dục kĩ thuật tổng hợp [2]. Việc giải các bài tập thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải thực hiện đồng thời các hoạt động trí óc và hoạt động chân tay trong môi trường làm việc khoa học và hợp tác nên có tác dụng rất lớn trong việc phát triển năng lực của học sinh. Các vai trò nổi bật gồm: - Thông qua việc áp dụng các kiến thức vật lí đã được trang bị vào trong một tình huống cụ thể, học sinh có cơ hội được ôn tập, củng cố và mở rộng kiến thức. Nhờ vậy, học sinh sẽ có được những hiểu biết chính xác, sâu sắc và toàn diện kiến thức đã học (khái niệm, định luật, thuyết). - Nhờ việc thực hiện các thao tác trong tư tưởng nhằm xác lập được các mối quan hệ trên các mô hình lí thuyết trừu tượng và gắn được với các phép đo đạc trên các thiết bị cụ thể nên học sinh sẽ phát triển tư duy, trí tưởng tượng, khả năng sáng tạo thực tiễn; phát huy được hứng thú học tập và phương pháp tư duy khoa học. - Nhờ việc thực hiện yêu cầu kiểm tra các kết quả của quá trình suy luận lí thuyết bằng thực nghiệm, học sinh sẽ thấy được sự gắn kết giữa lí thuyết với thực tiễn và thấy được sự tương ứng giữa các mô hình lí thuyết với các sự vật, hiện tượng trong đời sống, do đó, kiến thức mà họ chiếm lĩnh được sẽ đảm bảo độ sâu sắc, và vận dụng được. - Để thực hiện yêu cầu xây dựng phương án thí nghiệm, học sinh đã tham gia một cách chủ động vào môi trường hoạt động khoa học thực nghiệm có mục đích, có kế hoạch nên các năng lực bản thân được phát triển trong mối tương tác xã hội tích cực. - Thông qua việc thực hiện các thí nghiệm vật lí và xử lí số liệu ở bài tập thí nghiệm nên học sinh được làm quen với các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm (thu thập và xử lí số liệu); phát triển các kĩ năng hoạt động tay chân có mục đích, từ đó phát triển các đức tính tốt như cẩn thận, trung thực, khách quan, trách nhiệm. . . là những đức tính cho công dân tương lai. - Nhờ xây dựng các bài tập thí nghiệm sẽ góp phần khai thác hiệu quả các thiết bị thí nghiệm được trang bị (theo danh mục thiết bị thí nghiệm tối thiểu). - Với các bài tập được xây dựng gắn với các vật dụng, thiết bị kĩ thuật trong đời sống sẽ tạo điều kiện cho học sinh tìm hiểu và thấy được các ứng dụng kĩ thuật của vật lí. Đây là cách rèn luyện năng lực sáng tạo rất tốt cho học sinh. 2.2. Các yêu cầu với bài tập thí nghiệm Dựa trên các yêu cầu chung của bài tập vật lí [2,3], để sử dụng trong dạy học vật lí đáp ứng được yêu cầu phát triển năng lực của học sinh, các bài tập thí nghiệm cần đáp ứng được các yêu cầu sau đây: - Diễn đạt rõ ràng, đầy đủ các thông tin mô tả về sự kiện, hiện tượng, quá trình trong không gian và thời gian xác định. - Có độ khó về suy luận, tính toán phù hợp với trình độ, khả năng của học sinh. - Diễn đạt rõ yêu cầu đo đạc, kiểm tra đại lượng hay khảo sát quá trình vật lí. - Các công cụ, phương tiện ứng với các hoạt động thí nghiệm phải đơn giản, dễ kiếm, rẻ tiền, dễ chế tạo, dễ lắp ráp và an toàn với học sinh. - Các phép đo trong các thí nghiệm có độ chính xác chấp nhận được (< 10%). 280 Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm... 2.3. Quy trình xây dựng bài tập thí nghiệm Trên cơ sở các bước chung để xây dựng bài tập vật lí, căn cứ vào yêu cầu của bài tập thí nghiệm, trong quá trình dạy học, giáo viên có thể xây dựng các bài tập thí nghiệm theo quy trình sau: Bước 1. Nghiên cứu các nội dung vật lí trong chương trình để xác định các kiến thức liên quan đến yêu cầu đo đạc một số đại lượng vật lí hay khảo sát, mô tả các hiện tượng, quá trình vật lí. Đồng thời, xem xét khả năng xây dựng các thiết bị thí nghiệm hay vật dụng có sẵn để thực hiện thí nghiệm. Ví dụ: Khi học về kiến thức lực đàn hồi (Vật lí 10), nội dung liên quan đến thí nghiệm là hệ số đàn hồi phụ thuộc vào bản chất, hình dạng, kích thước của vật đàn hồi. Vì vậy các bài tập thí nghiệm được xây dựng có thể là: Xác định hệ số đàn hồi của vật đàn hồi bị biến dạng kéo-nén, xác định sự phụ thuộc của hệ số đàn hồi vào các yếu tố như chiều dài, thiết diện, chất liệu của vật đàn hồi; mở rộng nghiên cứu cho các loại biến dạng khác như biến dạng uốn, biến dạng xoắn. . . Các thiết bị, vật dụng dùng để thực hiện thí nghiệm đều có sẵn như các lò xo trong phòng thí nghiệm, các dây cao su hoặc lá kim loại, thanh nhựa tận dụng được trong đời sống. Khi học về bài toán chuyển động của vật bị ném (Vật lí 10), nội dung liên quan đến thí nghiệm là hình dạng quỹ đạo, thời gian và tầm xa của vật bị ném. Các bài tập thí nghiệm có thể yêu cầu xác định dạng quỹ đạo của vật, xác định các thông số về vận tốc ban đầu, độ cao, tầm xa của vật bị ném. Các thiết bị, vật dụng là các viên bi, thước, giá thí nghiệm. . . cũng dễ kiếm từ phòng thí nghiệm hoặc tìm trong đời sống. Khi học về sự khúc xạ ánh sáng-phản xạ toàn phần (Vật lí 11), nội dung liên quan đến thí nghiệm là việc đo chiết suất của các môi trường trong suốt. Các thiết bị, vật dụng là các thấu kính, khối thủy tinh, đèn chiếu có sẵn trong phòng thí nghiệm hoặc tự tạo được. Bước 2. Xác lập các mục tiêu về kiến thức, kĩ năng và các năng lực cần đạt ở học sinh khi giải bài tập thí nghiệm. Về cơ bản, các mục tiêu dạy học bài tập thí nghiệm là: Về kiến thức: Viết được các biểu thức có liên quan đến kiến thức vật lí; Xác định được điều có thể kiểm tra bằng thí nghiệm như biểu thức, đại lượng, quy luật, hiệu ứng,...; Mô tả hoặc dự đoán được hiện tượng sẽ diễn ra. . . Về kĩ năng: Lựa lựa chọn được các dụng cụ cần thiết; Vẽ được cách bố trí thiết bị; Chế tạo được, lựa chọn được các chi tiết của thiết bị khác để lắp ráp được thiết bị thí nghiệm; Tiến hành được thí nghiệm và thu thập được kết quả; Xử lí được số liệu và rút ra được nhận xét. . . Về phát triển năng lực: Đề xuất được phương án thí nghiệm hợp lí; Đề ra được kế hoạch thực hiện thí nghiệm; Phối hợp được các hoạt động giữa các thành viên; Trao đổi, thảo luận để thực hiện thí nghiệm và xử lí số liệu; Trình bày, báo cáo kết quả thí nghiệm, bảo vệ ý kiến trước toàn lớp. - Bước 3. Viết đề bài đòi hỏi cả hoạt động lí thuyết và hoạt động thực nghiệm để đo đạc một đại lượng vật lí hoặc nghiên cứu về hiện tượng hay quá trình vật lí. Các bài tập cần đáp ứng được các yêu cầu của bài tập thí nghiệm và nên có cấu trúc gồm 2 phần: Thứ nhất là phần đề dẫn của bài tập: + Mô tả bối cảnh trong đó diễn ra quá trình vật lí, hiện tượng vật lí . + Mô tả về dữ kiện và yêu cầu xác lập mối quan hệ, tìm hiểu quy luật vật lí, xác định một 281 Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền đại lượng vật lí. + Yêu cầu xác lập phương án thí nghiệm (theo danh mục thiết bị được cho sẵn hoặc tự chế tạo). + Yêu cầu về chế tạo, lựa chọn bố trí thí nghiệm, đo đạc và xử lí số liệu. Thứ hai là phần mô tả dụng cụ thí nghiệm: Nêu rõ về các dụng cụ thí nghiệm: dụng cụ có sẵn, dụng cụ tự chế tạo với các vật liệu, thiết bị được mô tả; cách sử dụng các đồng hồ đo; nêu các gợi ý, chỉ dẫn (nếu cần) về bố trí, lắp ráp hay cách thức chế tạo dụng cụ, các chú ý về sự an toàn cho người và thiết bị. - Bước 4. Giáo viên tự giải bài tập để xác định được các hoạt động cơ bản, các khó khăn mà học sinh có thể gặp phải, các chú ý khi giải bài tập về cả mặt lí thuyết và thực nghiệm, từ đó hoàn chỉnh đề bài. Lưu ý: Việc xây dựng các bài tập thí nghiệm thường không đòi hỏi sự đầu tư lớn về trang thiết bị mà dựa trên các trang thiết bị có sẵn đã được trang bị ở các phòng thí nghiệm hoặc dựa trên các vật dụng, thiết bị . . . có sẵn trong đời sống. 2.4. Các mức độ của bài tập thí nghiệm Căn cứ vào mục tiêu phát triển năng lực, vào trình độ năng lực của học sinh, vào yêu cầu thực hiện nhiệm vụ, vào mức độ kiến thức, việc xây dựng các bài tập thí nghiệm cũng cần theo các mức độ khác nhau được sắp xếp từ thấp đến cao như sau: - Mức độ 1: Mô tả rõ bối cảnh của sự kiện vật lí, các công thức vật lí có liên quan; cho phương án; cho thiết bị lắp sẵn; cho tiến trình thực hiện, yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả theo hướng dẫn có sẵn. - Mức độ 2: Mô tả rõ bối cảnh của sự kiện vật lí và công thức tương ứng; cho thiết bị lắp sẵn; yêu cầu HS xác định tiến trình thực hiện thí nghiệm; thu thập số liệu, xử lí kết quả theo hướng dẫn. - Mức độ 3: Mô tả rõ tình huống, yêu cầu HS xây dựng các mối quan hệ ứng với thông số đại lượng cần đo hay cần khảo sát; lựa chọn thiết bị, lắp ráp và tự xác định kế hoạch và tự tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lí kết quả. - Mức độ 4: Mô tả khái quát tình huống, yêu cầu HS xác lập các mối quan hệ, sau đó tự thiết kế phương án, chế tạo thiết bị, tiến hành thí nghiệm theo kế hoạch, thu thập số liệu, xử lí kết quả, khái quát kết quả để rút ra kết luận. Lưu ý: Với một nội dung vật lí, có thể xây dựng bài tập ở mức độ cao nhất, sau đó tùy thuộc vào đối tượng học sinh để có các gói câu hỏi, yêu cầu thực hiện khác nhau. 2.5. Quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập thí nghiệm Dựa vào các bước chung của việc giải bài tập vật lí [2], [3], việc giải bài tập thí nghiệm có thể được thực hiện ở lớp, ở phòng thí nghiệm hay ở nhà theo hình thức nhóm hoặc cá nhân. Để hoạt động giải bài tập thí nghiệm đem lại hiệu quả, học sinh cần tuân theo các bước sau: Bước 1: Tìm hiểu đề bài, xác định vấn đề cần giải quyết về mặt lí thuyết và thực nghiệm; Bước 2: Sử dụng kiến thức, kĩ năng đã học có liên quan đến bài tập để tìm hiểu công thức hoặc suy luận lôgic để rút ra các công thức có thể kiểm nghiệm được bằng thí nghiệm; Bước 3: Tìm hiểu hoặc xây dựng phương án thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ hay tìm hiểu 282 Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm... dụng cụ thí nghiệm (chế tạo thiết bị nếu cần), lập kế hoạch thực hiện; Bước 3: Tiến hành thí nghiệm, thu thập, xử lí số liệu; Bước 4: Rút ra nhận xét, kết luận. Biện luận sai số, đề xuất cải tiến thí nghiệm; Bước 5: Vận dụng, liên hệ, phát hiện vấn đề mới. 2.6. Đánh giá học sinh giải bài tập thí nghiệm Để đánh giá được việc giải bài tập thí nghiệm của học sinh đòi hỏi sự quan sát, đánh giá công phu và ở nhiều góc độ và mất nhiều thời gian. Dựa trên các cách thức đánh giá quá trình học tập [1,2], việc đánh giá hoạt động giải bài tập thí nghiệm của học sinh nên dựa vào bảng kiểm (Rubric) cho hoạt động giải bài tập thí nghiệm như sau: Với bảng kiểm này, mỗi tiêu chí có tối đa là 10 điểm (theo chỉ số mức độ tương ứng). Tuy nhiên, tùy theo đối tượng học sinh và mức độ của các bài tập được xây dựng mà giáo viên có thể sử dụng ở các tiêu chí tương ứng cho phù hợp. Tiếp theo, cùng với việc đánh giá của giáo viên, nên tạo điều kiện cho học sinh tự đánh giá lẫn nhau theo phiếu dưới đây: Phiếu học sinh đánh giá lẫn nhau. Mỗi tiêu chí cho tối đa 10 điểm. Tiêu chí Mức độ4 3 2 1 0 1. Về quá trình tiếp cận các kiến thức vật lí Xác định được đúng cơ sở lí thuyết và thực hiện được suy luận tối ưu để đưa ra được mô tả lí thuyết hợp lí. Xác định được đúng cơ sở lí thuyết nhưng suy luận còn dài dòng để đưa ra được mô tả lí thuyết hợp lí. Lúng túng khi xác định cơ sở lí thuyết và khi thực hiện suy luận logic cũng khó khăn nhưng vẫn đưa ra được mô tả lí thuyết. Lúng túng khi xác định cơ sở lí thuyết và khi thực hiện suy luận logic thì chưa đưa ra được kết quả cần thiết. Không xác định được cơ sở lí thuyết và không biết suy luận lôgic để rút ra được kết quả. 2. Về quá trình xây dựng phương án thí nghiệm Lựa chọn được các chi tiết của thiết bị; vẽ cách bố trí thí nghiệm và đề ra kế hoạch tiến hành hợp lí. Lựa chọn được các chi tiết nhưng việc vẽ cách bố trí thí nghiệm và đề ra kế hoạch tiến hành chưa rõ ràng. Lựa chọn thiếu một số chi tiết, vẽ cách bố trí thí nghiệm và lên kế hoạch tiến hành chưa hợp lí. Hầu như chưa chọn được các chi tiết và chưa vẽ cách bố trí thí nghiệm, không đề ra kế hoạch tiến hành hợp lí Không tham gia hoạt động hoặc không thực hiện được yêu cầu nào. 283 Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền 2.Về hoạt động lựa chọn, chế tạo, lắp ráp thiết bị Tự lựa chọn và lắp ráp (hoặc chế tạo) thiết bị thí nghiệm hợp lí theo thiết kế, thuận tiện cho việc tiến hành. Lựa chọn và lắp ráp (hoặc chế tạo) thí nghiệm gần theo theo thiết kế, còn khó khăn khi tiến hành. Còn lúng túng mất nhiều thời gian khi lắp ráp (hoặc chế tạo) thiết bị vận hành được. Cần nhiều sự hỗ trợ để lắp ráp được thiết bị và vận hành. Không lắp ráp được như thiết kế, yêu cầu thực hiện 4. Về việc tiến hành thí nghiệm thu thập kết quả và xử lí số liệu Tự thực hiện được thí nghiệm theo kế hoạch và thu được các số liệu hợp lí. Tự thực hiện được thí nghiệm nhưng còn có lỗi về vận hành và thu thập số liệu. Thực hiện được thí nghiệm và thu thập được số liệu nhưng cần hỗ trợ của giáo viên. Cần có sự hướng dẫn theo mẫu thì mới thực hiện được thí nghiệm và thu thập được số liệu. Không thể thực hiện được thí nghiệm dù đã có chỉ dẫn 5. Về việc khái quát kết quả và rút ra nhận xét và báo cáo kết quả Tự khái quát kết quả để rút ra được nhận xét, đánh giá so với kết quả lí thuyết Cần gợi ý để rút ra được nhận xét, đánh giá so với kết quả lí thuyết Cần hướng dẫn xem xét khái quát mới rút ra được nhận xét, đánh giá so với kết quả lí thuyết Cần hướng dẫn cụ thể với số liệu thực nghiệm để rút ra được một nhận xét Hướng dẫn nhưng vẫn không nhận ra được mối quan hệ gì từ bảng số liệu Với bảng kiểm này, mỗi tiêu chí có tối đa là 10 điểm (theo chỉ số mức độ tương ứng). Tuy nhiên, tùy theo đối tượng học sinh và mức độ của các bài tập được xây dựng mà giáo viên có thể sử dụng ở các tiêu chí tương ứng cho phù hợp. Tiếp theo, cùng với việc đánh giá của giáo viên, nên tạo điều kiện cho học sinh tự đánh giá lẫn nhau theo phiếu dưới đây: Phiếu học sinh đánh giá lẫn nhau. Mỗi tiêu chí cho tối đa 10 điểm. Tên thành viên trong nhóm Tiêu chí Sự nhiệt tình tham gia công việc Đưa ra ý kiến và ý tưởng mới Tạo môi trường hợp tác, thân thiện Tổ chức và hướng dẫn cả nhóm Hoàn thành nhiệm vụ hiệu quả Tổng điểm ... 284 Xây dựng và sử dụng bài tập thí nghiệm... 2.7. Ví dụ về bài tập thí nghiệm 2.7.1. Đề bài Một con lắc lò xo là một hệ gồm lò xo có độ cứng k nối với một quả nặng có khối lượng m. Khi treo lò xo vào giá, bỏ qua lực cản của không khí, kích thích cho quả nặng dao động theo phương thẳng đứng thì quả nặng dao động điều hòa với chu kì T. Chu kì này phụ thuộc vào khối lượng m0, độ cứng k của lò xo và phụ thuộc vào khối lượng m của vật. Hãy: a. Thiết lập công thức tính chu kì dao động của con lắc lò xo trong trường hợp khối lượng của lò xo không đáng kể và trường hợp lò xo có khối lượng đáng kể. b. Thiết kế phương án thí nghiệm để xác định độ cứng k của lò xo và khối lượng m của vật trong 2 trường hợp trên. c. Tiến hành thí nghiệm theo phương án đã thiết kế. Cho biết những dụng cụ thí nghiệm và hướng xử lí số liệu: Vật nặng có khối lượng m chưa biết; lò xo có khối lượng không đáng kể; lò xo có khối lượng đáng kể (loại được trang bị cho các phòng thí nghiệm ở trường phổ thông); 5 gia trọng có khối lượng giống nhau là 50g; giá treo; đồng hồ bấm giây; số liệu được xử lí bằng đồ thị nhờ phần mềm Excell hoặc trên giấy vẽ đồ thị. 2.7.2. Phân tích ý tưởng sư phạm Bài tập được xây dựng ở mức độ 4 của bài tập thí nghiệm, và cũng có yêu cầu cao (về mặt kiến thức với yêu cầu nâng cao dùng cho cả đối tượng học sinh chuyên vật lí). Tùy theo đối tượng học sinh, giáo viên có thể chủ động giảm bớt yêu cầu như: chỉ xét trường hợp lò xo không có khối lượng hoặc hướng dẫn học sinh tham khảo tài liệu trong sách giáo khoa, việc lắp ráp các chi tiết hay xử lí só liệu nếu cần cũng được hướng dẫn rõ ràng. Về mặt thiết bị, có thể dùng các lò xo, đồng hồ bấm giây. . . có sẵn ở trường phổ thông hoặc cho học sinh tự tìm dụng cụ thí nghiệm. Về mặt tổ chức, có thể thực hiện ở lớp hay ở nhà. 2.7.3. Đáp án gợi ý a. Thiết lập công thức tính chu kì dao động của con lắc lò xo. - Trường hợp lò xo có khối lượng không đáng kể Sử dụng phương pháp động lực học chất điểm (vật lí 10) ta có: Phương trình động lực học: x′′ + ω2x = 0 Phương trình dao động của vật: x = A cos(ωt+ φ) Chu kì dao động của vật: T = 2pi ω = 2pi √ m k - Trường hợp lò xo có khối lượng đáng kể Dùng phương pháp năng lượng ta có: Cơ năng của hệ: 285 Dương Xuân Quý, Trần Thị Huyền W = 1 2 kx2 + 1 2 mv2 + ∫ L 0 1 2 . m′dl L .( vl L )2 = 1 2 kx2 + 1 2 mv2 + 1 6 m′v2 = 1 2 kx2 + 1 2 (m+ m′ 3 )v2 Do vậy, chu kì dao động của con lắc: T = 2pi √ m+m′/3 k b. Thiết kế phương án thí nghiệm để xác định độ cứng k của lò xo và khối lượng m của vật thông qua việc xác định chu kì dao động của vật. Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau: - Treo thẳng đứng lò xo vào giá và treo vật nặng chưa biết khối lượng; móc một sợi dây gắn vào đầu vật nặng để có thể móc thêm các gia trọng. - Với mỗi gia trong được treo vào, kích thích cho con lắc lò xo dao động không vận tốc đầu. - Dùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian con lắc lò xo thực hiện được từ 5 → 10 dao động để xác định chu kì dao động T. - Thay đổi khối lượng của các gia