Chế tạo và sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí – vật lý 10

2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

NGUYỄN VĂN

CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT

CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ - VẬT LÍ 10

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng, năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

NGUYỄN VĂN

CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT

CÁC ĐỊNH LUẬT CHẤT KHÍ - VẬT LÍ 10

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành : Sƣ phạm Vật lý

Khóa học : 2015 - 2019

Ngƣời hƣớng dẫn : TS. Phùng Việt Hải

Đà Nẵng, năm 2019

i

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp, dưới sự hướng dẫn tận

tình của GV hướng dẫn và được phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi, tôi đã có một

quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và học tập nghiêm túc để hoàn thành đề tài. Kết quả thu

được không chỉ do nỗ lực của riêng cá nhân tôi mà còn sự giúp đỡ của quý thầy cô, gia

đình và các bạn. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn

chân thành tới:

Quý thầy cô trong khoa Vật Lý – Trường ĐHSP – ĐHĐN đã tận tình dạy dỗ,

gúp tôi trang bị những kiến thức cân thiết quý báu của một người giáo viên để bước

vào đời.

T.S Phùng Việt Hải – người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt

thời gian qua để tôi hoàn thành khóa luận của mình.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã động

viên, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong những tháng ngày tôi học tập tại trường Sư phạm

cũng như thời gian tôi hoàn thành khóa luận này.

Mặc dù tôi đã cố gắng trong phạm vi cho phép của mình để hoàn thành khóa

luận này nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong nhận được sự thông

cảm và góp ý tận tình của quý thầy cô và bạn bè.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đà nẵng, tháng 4 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................................................i

DANH MỤC VIẾT TẮT........................................................................................................................ii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ...........................................................................................................iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................................................iv

MỞ ĐẦU .................................................................................................................................................1

1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................................................................2

3. Nhiệm vụ nghiên cứu .....................................................................................................................2

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:................................................................................................3

5. Phƣơng pháp nghiên cứu...............................................................................................................3

6. Tổng quan vấn đề nghiên cứu .......................................................................................................3

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VỀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM VẬT LÍ Ở TRƢỜNG PHỔ

THÔNG...................................................................................................................................................5

1.1. Đặc điểm của môn Vật lý ở trƣờng phổ thông............................................................ 5

1.2. Nhiệm vụ của dạy học Vật lý ở trƣờng phổ thông..................................................... 5

1.3. Thí nghiệm vật lý ở trƣờng phổ thông.............................................................................. 6

1.3.1. Thí nghiệm Vật lý.................................................................................................................6

1.3.3. Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Vật lý......................................................................7

1.3.4. Các chức năng cơ bản của thí nghiệm trong dạy học Vật lý THPT ............................. 11

1.3.5. Các loại thí nghiệm trong dạy học Vật lý........................................................................ 17

1.3.6. Các yêu cầu đối với thí nghiệm Vật lý............................................................................. 27

1.4. Thiết bị thí nghiệm ở trƣờng phổ thông.........................................................................31

1.4.1. Giá trị đặc biệt của thiết bị thí nghiệm đối với dạy học Vật lý...................................... 31

1.4.2. Yêu cầu của các thiết bị thí nghiệm................................................................................. 31

1.5. Yêu cầu trong cải tiến, chế tạo thiết bị thí nghiệm.......................................................32

CHƢƠNG 2. CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG BỘ THÍ NGHIỆM “KHẢO SÁT CÁC ĐỊNH LUẬT

CHẤT KHÍ – CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ 10”................................................................................. 34

2.1. Mục tiêu cần đạt đƣợc của thí nghiệm trong bài học..................................................34

2.1.1. Thí nghiệm 1: Khảo sát định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt ...................................................... 34

2.1.2. Thí nghiệm 2: Khảo sát định luật Sac – lơ...................................................................... 34

2.1.3. Thí nghiệm 3: Minh họa phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng..................................... 35

2.1.4. Thí nghiệm 4: Khảo sát định luật Gay –lussac ............................................................... 35

2.2. Chế tạo bộ thí nghiệm “Khảo sát các định luật chất khí”..........................................35

2.2.1. Thiết bị hỗ trợ gia công, lắp ráp, chế tạo bộ thí nghiệm................................................ 35

2.2.2. Quy trình chế tạo bộ thí nghiệm ...................................................................................... 36

2.2.3. Nguyên lý hoạt động của bộ thí nghiệm và nguyên tắc đo các đại lƣợng..................... 41

2.2.4. Những chú ý khi tiến hành chế tạo bộ thí nghiệm.......................................................... 41

CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA BỘ THÍ NGHIỆM ........................ 42

3.1. Khảo sát, đánh giá kết quả................................................................................................42

3.1.1. Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt.................................. 42

3.1.2. Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Sac-lơ.................................................... 46

3.1.3. Khảo sát bộ thí nghiệm chứng minh định luật Gay-lussac............................................ 50

3.1.4. Khảo sát bộ thí nghiệm minh hoạ phƣơng trình trạng thái khí lí tƣởng ..................... 54

3.2. Những chú ý khi tiến hành thí nghiệm...........................................................................58

3.3. Soạn thảo tiến trình dạy học sử dụng bộ thí nghiệm...................................................58

3.3.1. Bài 29: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt............................................ 58

3.3.2. Bài 30: Quá trình đẳng tích định luật Sac-lơ – Chƣơng trình Vật Lí 10 ..................... 65

3.3.3. Bài 37: Phƣơng trình trạng thái của khí lí tƣởng – Chƣơng trình vật lí 10................. 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................................................ 87

1. Kết luận............................................................................................................................................ 87

2. Kiến nghị.......................................................................................................................................... 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................. 88

PHỤ LỤC............................................................................................................................................. 89

ii

DANH MỤC VIẾT TẮT

STT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

1 CB Cơ bản

2 GDPT Giáo dục phổ thông

3 GV Giáo viên

4 HS Học sinh

5 KLT Khí lí tưởng

6 KN Kĩ năng

7 NL Năng lực

8 THCS Trung học cơ sở

9 THPT Trung học phổ thông

10 SGK Sách giáo khoa

11 TN Thí nghiệm

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

STT Tên hình ảnh Trang

1 Hình 2.1. Kìm 36

2 Hình 2.2. Kìm mỏ nhọn, kìm bấm, tua vít 36

3 Hình 2.3.Đinh, ốc, vít 36

4 Hình 2.4.Kéo 36

5 Hình 2.5.Dao rọc giấy 36

6 Hình 2.6.Khoan 36

7 Hình 2.7.Súng bắn keo 36

8 Hình 2.8.Cưa tay 36

9 Hình 2.9.Mũi khoan hay mũi bắt vít 36

10 Hình 2.10.Thước cuộn 36

11 Hình 2.11.Bộ ổ cắm điện 36

12 Hình 2.12.Bật lửa 36

13 Hình 2.13. Nhiệt kế 37

14 Hình 2.14.Lon nước (lon sữa, nước yến…) 37

15 Hình 2.15.Ống dây 37

16 Hình 2.16.Các tấm gỗ 38

17 Hình 2.17.Keo Apollo silicon 38

18 Hình 2.18.Ấm đun siêu tốc 38

19 Hình 2.19.Giấy mô hình 38

20 Hình 2.20.Bút chuyên dùng viết trên nhựa, gỗ, thủy tinh 38

21 Hình 2.21. Bộ thí nghiệm hoàn chỉnh 41

22 Hình 3.1 Bố trí thí nghiệm khảo sát định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt 43

23 Hình 3.2a Bộ thí nghiêm khảo sát định luật Sac-lơ 48

24 Hình 3.2b. Đồ thị minh họa định luật Sac-lơ 51

25 Hình 3.3 Bộ thí nghiệm khảo sát định luật Gay-lussac 52

iv

26 Hình 3.3.b Đồ thị minh hoạt định luật Gay-lussac 56

27

Hình 3.4. Bố trí thí nghiệm minh hoạt phương trình trạng thái

khí lí tưởng

57

DANH MỤC BẢNG BIỂU

STT Tên bảng Trang

1 Bảng 2.1. Thiết bị, dụng cụ cơ bản để chế tạo bộ thí nghiệm 30

2 Bảng 2.2: Thiết bị thí nghiệm 31

3 Bảng 2.3. Các bước lắp ráp bộ thí nghiệm 32

4 Bảng 3.1a Khảo sát định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt khi tăng áp suất 38

5

Bảng 3.1b Xử lí số liệu định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt khi tăng áp

suất

38

6

Bảng 3.1c Khảo sát định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt khi giảm áp

suất

39

7

Bảng 3.1d Xử lí số liệu định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt khi giảm áp

suất

39

8 Bảng 3.2a Bảng số liệu khảo sát định luật Sac-lơ 42

9 Bảng 3.2b Bảng xử lí số liệu khảo sát định luật Sac-lơ 43

10 Bảng 3.3a. Bảng số liệu khảo sát định luật Gay-lussac 46

11 Bảng 3.3b. Xử lí số liệu khảo sát định luật Gay-lussac 46

12

Bảng 3.4a. Bảng số liệu khảo sát phương trình trạng thái khí lí

tưởng

50

13

Bảng 3.4b. Bảng xử lí số liệu khảo sát phương trình trạng thái

khí lí tưởng

50

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Những năm gần đây, ngành giáo dục nước ta đã không ngừng đổi mới về nội

dung, chương trình, sách giáo khoa, sách tham khảo và rất chú trọng đẩy mạnh

phong trào đổi mới phương pháp dạy học ở các cấp, bậc học. Do những yêu cầu về

đổi mới phương pháp dạy học, việc trang bị đầy đủ các phương tiện dạy học ở các

trường phổ thông trở nên rất cấp thiết, và tùy từng bộ môn mà có những phương

tiện dạy học riêng phù hợp với việc đổi mới phương pháp dạy học.

Vật lý là một bộ môn khoa học thực nghiệm. Tư tưởng chủ đạo của các sách

giáo khoa Vật lý trung học phổ thông là nội dung kiến thức mới được hình thành

phần lớn thông qua các thí nghiệm và thực hành, điều đó không chỉ tích cực hoá

việc học tập của học sinh mà còn rèn luyện kỹ năng sử dụng thiết bị, đồ dùng trong

cuộc sống, rèn luyện thái độ, đức tính kiên trì, tác phong làm việc của những người

làm khoa học. Vì thế, các phương tiện thí nghiệm Vật lý đóng vai trò quan trọng

trong việc đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay.

Thực tế dạy học Vật lý cho thấy chất lượng thiết bị, thời gian thí nghiệm,

thói quen sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học còn rất nhiều mặt hạn chế,

gây nhiều lúng túng cho giáo viên và học sinh. Mặt khác, trong chương trình Vật lý

trung học phổ thông, ngoài các bài thí nghiệm được chỉ định tối thiểu và đã có các

thiết bị đi kèm, thì rất nhiều nội dung thí nghiệm khác trong sách giáo khoa chưa có

dụng cụ thí nghiệm. Điều đó đòi hỏi sự sáng tạo, tích cực của giáo viên và học sinh

để tạo ra những dụng cụ phục vụ nội dung bài học.

Việc giáo viên và học sinh tự thiết kế, chế tạo và sử dụng các dụng cụ thí

nghiệm đơn giản để tiến hành các thí nghiệm Vật lý là hoạt động nhiều ý nghĩa và

có nhiều tác dụng: tăng cường tính trực quan, góp phần nâng cao chất lượng lĩnh

hội và nắm vững kiến thức, phát triển năng lực tư duy, độc lập và sáng tạo của học

sinh. Việc tiến hành thí nghiệm, giải thích hoặc tiên đoán kết quả thí nghiệm đòi hỏi

học sinh phải vận dụng các kiến thức ở nhiều nội dung khác nhau một cách linh

hoạt. Do đó, các kiến thức mà học sinh đã lĩnh hội được củng cố, đào sâu, mở rộng

và hệ thống hoá. Việc sử dụng các dụng cụ thí nghiệm tự làm trong dạy học Vật lý

2

là rất cần thiết vì trong nhiều trường hợp, các chi tiết của các thiết bị thí nghiệm

hiện đại có thể che lấp bản chất Vật lý của hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm mà

học sinh cần phải quan sát. Đồng thời, để kích thích tính tích cực, độc lập và phát

huy khả năng tư duy sáng tạo của học sinh trong học tập, giáo viên cũng có thể cá

thể hoá quá trình học tập của học sinh bằng cách giao cho học sinh chế tạo dụng cụ

thí nghiệm tự làm, hướng dẫn học sinh tiến hành thí nghiệm với mức độ khó, dễ

khác nhau. Các dụng cụ thí nghiệm tự làm phần lớn đáp ứng việc thực hành đồng

loạt của học sinh. Nó giải quyết được một phần khó khăn về thiết bị, tạo điều kiện

cho các em tự lực làm việc nhiều hơn. Nó không những đòi hỏi khả năng thao tác tay

chân một cách đơn thuần mà còn phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, kinh

nghiệm thực tiễn và kĩ năng hợp tác của học sinh.

Hiện nay trong dạy học vật lí còn sử dụng rất nhiều thí nghiệm ảo, tuy là dùng

thí nghiệm ảo giáo viên vẫn có thể xây dựng được kiến thức vật lí, nhưng vì thí

nghiệm ảo là xét trong điều kiện lí tưởng, nên học sinh không thể nhìn ra được những

khó khăn trong việc làm thí nghiệm. Cũng như không thể phát huy sự sáng tạo khi chỉ

thụ động tiếp thu kiến thức. Như trong chương trình vật lí 10 chương chất khí ở các

trường THPT hiện nay chỉ có bộ thí nghiệm khảo sát định luật Bôi-lơ – Ma ri ôt, còn

định luật Sac – lơ chỉ có một số trường có bộ thí nghiệm khảo sát. Về định luật Gay￾lussac hiện nay chưa có trường nào có bộ thí nghiệm chuẩn để đưa vào sử dụng phổ

biến, chỉ có một số bộ thí nghiệm được chế tạo trong các đề tài nghiên cứu. Tuy nhiên

về độ chính xác, độ bền, tính ổn định của các bộ thí nghiệm đó vẫn chưa cao.

Chính những lí do ở trên, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài: “Chế tạo và sử dụng bộ

thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí – Vật lí 10”

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Chế tạo được bộ thí nghiệm khảo sát các định luật chất khí vật lí 10 đảm bảo độ

chính xác, tính ổn định và thẩm mĩ.

- Thiết kế tiến trình dạy học chương “Chất khí” – Vật lí 10 có sử dụng các thí nghiệm

đã xây dựng.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương tiện dạy học thí nghiệm trong dạy học Vật lý

ở trường trung học phổ thông.