Tiếp cận Dạy học ứng dụng các thiết bị hiện đại

Nội dung text: Tiếp cận Dạy học ứng dụng các thiết bị hiện đại

1. Tr−ờng Đại học Vinh Khoa sau đo tạo đại học Đề ti: Tiếp cận Dạy học ứng dụng các thiết bị hiện đại. Giáo viên h−ớng dẫn: PGS.TS: Nguyễn Quang Lạc Các thnh viên nhóm tiếp cận 4 (Cao học 15 PP Lý): 1. Ngô Sỹ Hong Nhóm tr−ởng (0912369682) 2. Nguyễn Nh− Phúc Th− ký 3. Kiều Thị Hồng Xoan 4. Trần Văn Ti 5. Nguyễn Thị Hân 6. Nguyễn Xuân Vinh Vinh, ngy 14/06/2008
2. Mục lục I. Cơ sở lí luận chung. II. ứng dụng thiết bị hiện đại trong dạy học . 1. Phim học tập. 1.1 Chức năng của phim học tập trong dạy học vật lý. 1.2. Các loại phim học tập 1.3 Các tr−ờng hợp cần thiết sử dụng phim học tập 1.4 Ph−ơng pháp sử dụng phim học tập trong dạy học vật lý 2. Dao động kí điện tử. 2.1. Cấu tạo v nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử 2.2. Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học vật lí 3. Máy vi tính trong dạy học. 3.1 Mục đích của việc đ−a TBKTHĐ vo dạy học 3.2 Các dạng ứng dụng của máy tính trong dạy học Vật lý 3.2.1 Minh hoạ v trình by kiến thức: 3.2.2. Xây dựng mô hình cho các quá trình: 3.2.4. Thí nghiệm đ−ợc hộ trợ bởi máy tính: 3.2.5. Ôn tập kiểm tra đánh giá v tự đánh giá . III. Sản phẩm. Giáo án 1. Chuyển động cơ ( vật lý lớp 10 nâng cao) 2. Phản xạ ton phần ( vật lý 11 nâng cao ) 3. Hiện t−ợng sóng trong cơ học IV. Kết quả ứng dụng v h−ớng phát triển. 2
3. I. Cơ sở lí luận. Trong những năm gần đây, việc đổi mới công tác giáo dục diễn ra rất sôi động trên thế giới v ở n−ớc ta. Sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất n−ớc ta đòi hỏi ngnh giáo dục phải đổi mới đồng bộ cả mục đích, nội dung, ph−ơng pháp v ph−ơng tiện dạy học. Trên cơ sở tiếp thu những thnh tựu mới của khoa học giáo dục trên thế giới v phát huy những thnh tựu đ đạt đ−ợc của nền giáo dục n−ớc nh, các giải pháp đề ra phải vừa theo kịp sự phát triển chung của khoa học giáo dục trên thế giới v vừa phù hợp với điều kiện cụ thể của n−ớc ta sao cho khả thi v hiệu quả. Vai trò của các ph−ơng tiện kỹ thuật trong việc giảng dạy môn vật lý: Một trong những vấn đề trung tâm của khoa ph−ơng pháp giảng dạy hiện đại l tìm kiếm những ph−ơng thức mới có hiệu quả hơn để truyền đạt kiến thức, cho phép cung cấp cho học sinh thông tin đầy đủ v chính xác hơn về hiện t−ợng đang học, v có tác dụng đẩy nhanh QTDH lm cho QTDH đ−ợc dễ dng hơn. Việc giải quyết vấn đề ny có liên quan đến việc sử dụng rộng ri trong quá trình học tập : ví dụ phim học tập, vô tuyến điện, băng ghi âm, vô tuyến truyền hình, dao động kí điện tử, máy vi tính Tất cả các ph−ơng tiện kỹ thuật l những công cụ trong tay ng−ời giáo viên, tr−ớc đây hiện nay v cả sau ny nữa, giáo viên chẳng những l nguồn tri thức, ng−ời lnh đạo QTDH m còn l ng−ời giáo dục, ng−ời giáo viên vẫn luôn luôn l nhân vật trung tâm của QTDH phức tạp v đa dạng. Việc sử dụng các ph−ơng tiện kỹ thuật hiện đại trong QTGD DH có những chức năng sau: Tạo động cơ học tập, kích thíc hứng thú nhận thức của học sinh. Cung cấp cho học sinh thông tin đy đủ hơn v chính xác v phong phú hơn về hiện t−ợng đang học. 3
4. Sử dụng thiết bị dạy học để hình thnh kiến thức, kỹ năng mới Nâng cao tính trực quan của dạy học v lm cho những ti liệu khó trở nên dễ tiếp thu. Nâng cao hiệu quả dạy học, đẩy nhanh tốc độ học v ghi nhớ ti liệu trong những thời hạn nhất định . Giải phóng giáo viên khỏi một khối l−ợng lớn những công việc thuần túy ( thuyết trình, ghi bảng, mô tả sự vật hiện t−ợng thí nghiệm ) v tạo điều kiện cho giáo viên dnh nhiều thời gian hơn cho hoạt động sáng tạo. Cho phép kiểm tra một cách có hệ thống việc học tập của học sinh ( kiểm tra kỹ năng kỹ xảo, kiến thức, ). Góp phần phát triển năng lực nhận thức của học sinh, của ph−ơng tiện dạy học đ−ợc thể hiện rõ nhất trong việc tổ chức cho học sinh tiến hnh với các thiết bị thí nghiệm thực hnh. Tạo khả năng tổ chức sát hạch kiến thức học sinh đ−ợc chính xác hơn ( ví dụ: thi trắc nghiệm, kiểm tra trắc nghệm, đảo đề thi trắc nghiệm, chấm thi trắc nghiệm). Góp phần vo việc thực hiện một trong những nhiệm vụ của dạy học vật lý l phát triển tối −u nhân cách của học sinh. II. ứng dụng các thiết bị hiện đại trong dạy học 1. Phim học tập. 1.1 Chức năng của phim học tập trong dạy học vật lý. Phim học tập giúp thu nhận thế giới tự nhiên vo lớp học, xóa bỏ những hạn hẹp về mặt không gian của lớp học v về mặt thời gian của giờ học. Nhờ các cuốn phim đ−ợc quay tr−ớc học sinh quan sát với tốc độ mong muốn hoặc có thể lm dừng lại các hình ảnh, học sinh quan sát đ−ợc rõ rng các hiên t−ợng, các quá trình vật lý đ đ−ợc phóng đại hoặc thu nhỏ một cách tối −u, lm cho học sinh có những biểu t−ợng đúng đắn về chúng. Việc sử dụng các khả năng của sự đồ họa ( đánh dấu, đóng khung, tô mu, đồ thị . . . ) kết hợp hi hòa với các tín hiệu âm 4
5. thanh v sự thuyết minh phim không những tạo ở học sinh những hiểu tốt hơn về đối t−ợng nghiên cứu m còn mang tính trực quan v hiệu quả xúc cảm của ph−ơng tiện dạy học. Phim học tập có thể đ−ợc sử dụng ở tất cả các QTDH nh−: tạo động cơ học tập, đề xuất vấn đề nghiên cứu, nghiên cứu kiến thức mới, củng cố trong lớp học v ngoi lớp học, trong v ngoi giờ học chính khóa. 1.2. Các loại phim học tập Sử dụng phim đèn chiếu về các ph−ơng pháp đo trong vật lý. Các loại động cơ nhiệt, về sản xuất v truyền tải điện năng, về cầu vồng v về các ứng dụng của vật lý hạt nhân. Phim chiếu bóng bao gồm phim quay các cảnh thật v phim hoạt hình ứng dụng phim về buồng Yuynxơn, về sự dẫn điện trong chất bán dẫn. Phim vô tuyến truyền hình. ứng dụng phim về dao động cơ học, về cảm ứng điện từ, về sóng cơ học, sóng điện từ. Phim trên băng video. Trong những năm gần đây việc sử dụng những băng video ngy cng rộng ri trong dạy học vật lý ở tr−ờng THPT vì những lí do sau: + Sử dụng máy sang v phát băng hình hoặc máy thu v phát băng hình dễ dng hơn so với việc sử dụng máy quay phim nhựa, giá thnh kinh tế hơn vì vậy giáo viên có thể tự qua băng hình hoặc sao băng. do hai thết bị ny có chế độ lm cho hình ảnh đứng yên nên các giai đoạn trong hiện t−ợng vật lý có thể cho dừng lại ở bất kì thời điểm no, tạo điều kiện cho học sinh quan sát rõ rng hiện t−ợng. + Nội dung của các cuốn băng video ghi hình, các quá trình vật lí thực cũng có thể d−ợc phân tích nhờ một số thiết bị ghép nối với máy vi tính v phần mềm t−ơng ứng, tạo thuận lợi hơn trong các nghiên cứu quá trình vật lý. 5
6. 1.3 Các tr−ờng hợp cần thiết sử dụng phim học tập Các loại phim học tập nói trên đ−ợc sử dụng trong cả tr−ờng hợp sau: Khi nghiên cứu các đối t−ợng, hiện t−ợng vật lý không quan sát đ−ợc hoặc đo đạc trực tiếp đ−ợc do chúng quá nhỏ hoặc quá to. Ví dụ: khi nghiên cứu cấu trúc của các chất, các đối t−ợng vi mô trong cơ chế dẫn điện ở các môi tr−ờng khác nhau, ng−ời ta th−ờng sử dụng phim đèn chiếu, phim chiếu bóng để cung cấp cho học sinh những biểu t−ợng có tính chất mô hình về các đối t−ợng v các quá trình vật lý ny. Khi nghiên cứu sự truyền âm, các hiện t−ợng ở vùng quang phổ m mắt ng−ời không nhìn thấy đ−ợc ng−ời ta sử dụng phim học tập đ đ−ợc quay nhờ kết hợp với máy biến đổi quang điện tử với máy quay phim. Khi nghiên cứu các quá trình vật lý diễn ra quá nhanh. (Ví dụ: sự biến dạng của hại quả cầu trong sự va chạm đn hồi, sự rơi tự do) hoặc diễn ra quá chậm (ví dụ: hiện t−ợng khuyếch tán trong các chất rắn) Trong những tr−ờng hợp ny ng−ời ta có thể sử dụng phim chiếu bóng, phim vô tuyến truyền hình hoặc băng video đ đ−ợc quay v cho chúng chạy theo tốc độ mong muốn để học sinh quan sát đ−ợc trên hình ảnh của quá trình ny. Khi nghiên cứu các hiện t−ợng ở những nơi, những thời điểm không thể trực tiếp quan sát đ−ợc. Ng−ời ta có thể sử dụng phim đèn chiếu về các nội dung ny. Khi nghiên cứu các ứng dụng kỹ thuật của vật lý nh− nguyên tắc hoạt động, cấu tạo của máy đo, các máy phức tạp, nguyên tắc hoạt động của nh máy thủy điện, nh máy điện nguyên tử ng−ời ta sử dụng phim đèn chiếu, phim chiếu bóng, phim chiếu trên vô tuyến truyền hinh. Bằng cách đ−a thêm dần các chi tiết vo hình vẽ sẽ chỉ ra đ−ơc trên phim đèn chiếu, phim chiếu bóng, sự chuyển từ sơ đồ nguyên lý sang cụ thể các máy móc t−ơng ứng. Các loại phim học tập đ−ợc sử dụng khi trình bylịch sử phát triển một vấn đề, phát minh khoa học v sự tiến bộ của khoa học ký thuật. Qua việc xem phim học sinh thấy đ−ợc con đ−ờng thu 6
7. nhận các kiến thức trong các bối cảnh x hội v vị trí của các nh khoa học trong phát triển của vật lý học Lợi ích của việc sử dụng phim học tập trong dạy học vật lí Phim học tập giúp thu nhận thế giới tự nhiên vo lớp học, xoá bỏ những hạn hẹp về mặt không gian của lớp học v về mặt thời gian của giờ học. Nhờ các cuốn phim đ−ợc quay tr−ớc học sinh với tốc độ mong muốn hoặc có thể lm dừng lại các hình ảnh, học sinh quan sát đ−ợc rõ rng các hiện t−ợng, các quá trình vật lí đ đ−ợc phóng đại (thu nhỏ) một cách tối −u, lm cho học sinh có những biểu t−ợng đúng đắn về chúng. Việc sử dụng các khả năng của sự đồ hoạ (đánh dấu, đóng khung, tô mu, sơ đồ, đồ thị), kết hợp hi ho với các tín hiệu âm thanh v sự thuyết minh phim không những tạo ở học sinh những biểu t−ợng tốt hơn về đối t−ợng nghiên cứu m còn lm tăng tính trực quan v hiệu quả xúc cảm của ph−ơng tiện dạy học. Phim học tập có thể đ−ợc sử dụng ở tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học (tạo động cơ học tập, đề xuất vấn đề nghiên cứu, nghiên cứu kiến thức mới, củng cố), ở trong lớp học v ngoi lớp học, trong v ngoi giờ học chính khoá. 1.4 Ph−ơng pháp sử dụng phim học tập trong dạy học vật lý a. Giáo viên cần căn cứ vo mục đích sử dụng, nội dung cuốn phim để định ra những biện pháp s− phạm thích hợp nhằm lm tăng hiệu quả của cuốn phim đối với học sinh. 7
8. b. Các giai đoạn lm việc chủ yếu của giáo viên với phim học tập 1. Đặt kế hoạch sử dụng phim học tập trong kế hoạch dạy học tổng thể một ch−ơng, một phần cụ thể(sử dụng lúc no?nhằm đạt đ−ợc mục đích gì về mặt lý luận dạy học?) 2. Các công việc chuẩn bị với học sinh tr−ớc khi sử dụng phim Giao cho học sinh nhiệm vụ ôn tập ở nh những kiến thức cần thiết để có thể hiểu đ−ợc nội dung phim. Tr−ớc khi chiếu phim để định h−ớng sự chú ý của học sinh vo nội dung cơ bản của cuốn phim, giáo viên cần giao nhiệm vụ cho học sinh sau khi hon thnh xem phim. 3. Trong khi xem phim giáo viên cần quan sát v đ−a ra những gợi ý nhỏ h−ớng sự chú ý của học sinh vo cái cơ bản. 4. Đánh giá hiệu quả phim học tập. Sau khi học sinh xem phim cần cho học sinh nghỉ giải lao ngắn để tri giác lại cái đ nghe, đ xem. Việc đánh giá hiệu quả, việc sử dụng phim có thể ngay sau khi xem phim hoặc sau giờ học. Hiệu quả sử dụng phim đ−ợc đánh giá thông qua trả lời các câu hỏi nêu ra lúc đầu. 2. Dao động kí điện tử Dao động kí điện tử l một thiết bị đo l−ờng đa chức năng hiển thị kết quả đo d−ới dạng đồ thị trên mn sáng (mn hình) có thể quan sát bằng mắt đ−ợc. Hiện nay, dao động kí điện tử l một trong các thiết bị có thể hỗ trợ nhiều trong các thí nghiệm nghiên cứu về các dao động điện, dòng điện xoay chiều, dao động v sóng điện từ ở ch−ơng trình vật lí phổ thông. Dao động kí điện tử dùng trong tr−ờng phổ thông hiện nay có 2 loại: dao động kí điện tử một chùm tia v dao động kí 8
9. điện tử hai chùm tia. Sau đây, sẽ trình by cấu tạo v nguyên tắc hoạt động của hai loại dao động kí điện tử đó. 2.1. Cấu tạo v nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử a. Dao động kí điện tử một chùm tia Dao động kí điện tử một chùm tia l dao động kí điện tử chỉ tạo ra một chùm tia điện tử. Sơ đồ khối của dao động kí điện tử một chùm tia đơn giản đ−ợc trình by trên Hình 30. Nó gồm một đèn hiện sóng, bộ khuếch đại dọc Y, bộ khuếch đại ngang X, bộ tạo quét răng c−a v bộ nguồn cung cấp điện cho ton bộ dao động kí điện tử. Hình 30. Sơ đồ khối của dao động kí điện tử một chùm tia Trong sơ đồ ny, đèn hiện sóng l bộ phận quan trọng nhất của dao động kí điện tử, nó đ−ợc vẽ trên Hình 31. 9
10. Hình 31. Cấu tạo của đèn hiện sóng trong dao động kí điện tử Đèn hiện sóng gồm có sợi đốt f, catốt C, l−ới G, anốt A 1, anốt A2, phiến lái tia dọc P Y, phiến lái tia ngang P X, mn sáng v bộ nguồn cung cấp điện cho ton bộ máy. Sợi đốt f đ−ợc đốt nóng nhờ một hiệu điện thế v lm các êlectrôn bứt ra. L−ới G có dạng hình ống bao quanh catốt v có nhiều lỗ. L−ới G ny có điện áp âm so với catốt, điện áp ny khoảng vi chục vôn nên có tác dụng lm giảm tốc đối với các êlectrôn bay tới mn sáng. Anốt A 1 có điện áp d−ơng so với catốt. Anốt A 2 có điện áp d−ơng (khoảng 500V tới vi nghìn vôn) lớn hơn điện áp anốt A 1 vi lần. Điện áp d−ơng lớn của các anốt tạo nên điện tr−ờng tăng tốc của các êlectrôn bay về phía mn với vận tốc rất lớn. Các anốt ny còn có tác dụng hội tụ các êlectrôn thnh tia êlectrôn. Song anốt A 1 có tác dụng hội tụ các tia êlectrôn nhiều hơn nên trong thực tế, khi sử dụng dao động kí điện tử, xoay núm điều chỉnh điện áp anốt A 1 (tên l núm Focus), ta có thể thay đổi độ hội tụ (to hay nhỏ) của tia đập vo mn sáng, lm cho vết sáng quan sát thấy trên mn nhoè hoặc nét. 10
11. Vì các điện áp đ−a vo hai phiến Y v hai phiến X phải lớn tới hng trăm vôn mới có thể điều khiển đ−ợc tia êlectrôn lệch hết chiều dọc v chiều ngang của mn sáng nên trong cấu tạo của dao động kí điện tử phải có bộ khuếch đại dọc v bộ khuếch đại ngang để khuếch đại các điện áp đó tr−ớc khi đ−a chúng vo hai phiến Y v hai phiến X. Còn mn sáng l mn lm bằng thuỷ tinh, mặt bên trong đ−ợc phủ bằng chất m nguyên tử của chất đó dễ chuyển sang trạng thái kích thích khi nhận đ−ợc năng l−ợng do các êlectrôn bay tới truyền cho, để rồi sau đó khi trở về trạng thái cũ thì phát ra phôton. Với cấu tạo nh− trên nên nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử nh− sau: khi đốt nóng catốt C (tức l khi bật máy), các êlectrôn đ−ợc phát ra. Do các anốt A 1 v A 2 có điện áp d−ơng rất cao nên kéo các êlectrôn qua l−ới v tập trung chúng thnh các tia nhỏ bắn về phía mn sáng, tạo thnh các điểm sáng m ta có thể quan sát thấy trên mn. Do điện tr−ờng giữa l−ới G v catốt có tác dụng lm giảm tốc đối với những êlectrôn phát ra từ catốt nên khi điện áp của G cng âm so với catốt thì số điện tử bay qua lỗ l−ới cng ít. Nếu điện áp âm ny v−ợt quá một giới hạn no đó thì ton bộ điện tử sau khi bay ra đều bị đẩy trở lại catốt, lúc đó mn hình hon ton tối. Vì vậy, bằng cách điều chỉnh điện áp l−ới G nhờ một núm gọi l núm độ sáng (Bright), ta sẽ tạo nên đ−ợc các độ sáng tối khác nhau trên mn. 11
12. Nếu trên hai phiến Y v hai phiến X không có chênh lệch điện áp, tia êlectrôn phát ra từ catốt sau khi qua l−ới G sẽ đ−ợc tăng tốc nhờ các điện áp d−ơng của các anốt A 1 , A 2 v bay thẳng đến giữa tâm mn, tạo ra chấm sáng tại đó. Nếu ta nối vo hai phiến Y một tín hiệu có hiệu điện thế không đổi thì tức khắc tia điện tử sẽ bị di chuyển theo chiều dọc, nghĩa l sẽ dịch lên hay dịch xuống (dịch về phía bản có điện áp cao hơn). Lúc đó, trên mn có một chấm sáng (cao hoặc thấp hơn tâm mn). Bây giờ, tín hiệu điện cần nghiên cứu lại dao động theo thời gian thì chấm sáng trên mn cũng sẽ dao động lên xuống, đúng nh− dạng dao động của tín hiệu đó. Quan sát dao động của chấm sáng trên mn cho ta biết qui luật biến đổi điện áp của tín hiệu theo thời gian. T−ơng tự nh− vậy, khi đ−a vo hai phiến X một hiệu điện thế thay đổi thì tia êlectrôn lại bị dịch sang phải hay sang trái. Nh−ng trong thực tế, ng−ời ta đ−a vo hai phiến X dao động kí êlectrôn một điện áp biến đổi có dạng răng c−a (gọi l điện áp quét Hình 32 ) để các tia êlectrôn luôn bị quét bắt đầu từ trái mn hình sang phải mn hình. Tới bên phải thì tia tr−ớc tắt, tia sau lại xuất hiện bắt đầu từ bên trái v lại đ−ợc quét sang bên phải. Ta có thể điều chỉnh vị trí xuất phát v vị trí cuối của các tia ny. 12
13. Hình 32. Điện áp dạng răng c−a Nh− vậy, khi chịu tác động đồng thời của điện áp tín hiệu cần nghiên cứu (đặt vo hai phiến Y) v điện áp quét (đặt vo hai phiến X), tia điện tử sẽ vẽ trên mn hình một đ−ờng cong (đồ thị) có dạng sóng m trục tung l biên độ của điện áp cần nghiên cứu, còn trục honh l trục thời gian. Khi điều chỉnh tần số của điện áp quét bằng (hoặc nhỏ hơn n lần) tần số của tín hiệu thì trên mn hình cho ta một (hoặc n) chu kỳ của tín hiệu. Quan sát đ−ờng cong trên mn sẽ cho ta biết dạng tín hiệu cần nghiên cứu, tìm ra qui luật của nó. b. Dao động kí điện tử hai chùm tia Trong nghiên cứu, nhiều khi ta cần quan sát đồng thời dạng của hai tín hiệu một lúc, để có thể so sánh chúng. Ví dụ nh−: cần quan sát đồng thời dạng của điện áp đặt trên một mạch điện v dạng của dòng điện đi qua mạch điện đó. Dao động kí điện tử một chùm tia không đáp ứng đ−ợc yêu cầu đó. Vì vậy, ng−ời ta đ chế tạo ra dao động kí điện tử hai chùm tia. Cấu tạo của dao động kí điện tử hai chùm tia khác dao động kí điện tử một chùm tia ở ống phóng tia điện tử. Thực chất đây l hai ống phóng tia điện tử một chùm tia đ−ợc đặt trong cùng một ống thuỷ tinh v chung một mn sáng. Hình 33 l sơ đồ khối của dao động kí điện tử hai chùm tia. 13
14. Hình 33. Sơ đồ khối của dao động kí điện tử hai chùm tia Nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử hai chùm tia giống hon ton nguyên tắc hoạt động của dao động kí điện tử một chùm tia. Tín hiệu cần nghiên cứu thứ nhất đ−ợc đ−a vo hai phiến lái tia dọc Y 1, còn tín hiệu cần nghiên cứu thứ hai đ−ợc đ−a vo hai phiến lái tia dọc Y 2. Cùng một điện áp quét răng c−a đ−ợc tạo ra trong máy đặt lên đồng thời hai cặp phiến lái tia ngang X 1 v X 2. Mỗi một trong hai catốt phát ra một chùm tia êlectrôn độc lập. Chùm tia êlectrôn ny chịu tác dụng điều khiển của mỗi một điện áp của tín hiệu cần đ−ợc nghiên cứu v của điện áp quét răng c−a chung. Do vậy, mỗi một tia êlectrôn ny sẽ dao động v quét độc lập với nhau trên mn, tạo thnh các đ−ờng cong độc lập hiển thị đồng thời trên mn. Để tạo đ−ợc sự đồng bộ đối với các dao động (tín hiệu) cần nghiên cứu, ta phải điều chỉnh tần số của dao động quét nhờ một núm có tên viết trên máy l TIME/ DIV. 14
15. Tr−ớc khi tín hiệu đặt vo hai bản Y 1 v hai bản Y 2 , từng tín hiệu có thể đ−ợc khuếch đại độc lập sao cho việc quan sát đ−ợc thuận lợi bằng cách sử dụng núm CH1 VOLS/ DIV (cho tín hiệu vo Y 1) v núm CH2 VOLS/ DIV (cho tín hiệu vo Y 2 ). Hầu hết các dao động kí điện tử đang đ−ợc sử dụng ngy nay l dao động ký điện tử hai chùm tia. 2.2. Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học vật lí Hiện nay, dao động kí điện tử đ−ợc sử dụng rất nhiều trong dạy học vật lí vì nó có các chức năng −u việt sau: Dùng để đo nhiều đại l−ợng vật lí khác nhau nh−: điện trở, điện dung, độ tự cảm, hiệu điện thế, độ lệch pha, tần số, hệ số khuếch đại của một tầng khuếch đai hoặc của máy khuếch đại L máy đo có độ chính xác rất cao (vì dao động kí điện tử có điện trở rất lớn). Có thể đo đ−ợc các đại l−ợng vật lí có độ lớn khá nhỏ (do dao động kí điện tử có bộ khuếch đại dọc khá mạnh). Giúp ta quan sát đ−ợc các dao động điều ho, dao động tắt dần, đ−ờng đặc tr−ng vonampe của đèn điện tử, tranzito Giúp ta quan sát đ−ợc các quá trình điện từ biến đổi nhanh. Giúp ta nghiên cứu đ−ợc các quá trình điện có tần số từ vi Héc đến hng triệu Héc do bên trong máy có bộ phận phát xung răng c−a để quét tia êlectrôn theo chiều ngang có dải tần số có thể thay đổi từ vi Héc đến vi chục Kilohéc. 15
16. Dao động kí điện tử hai chùm tia cho phép nghiên cứu đồng thời hai quá trình điện (ví dụ 2 điện áp ) thuận tiện cho việc so sánh, đối chiếu. Có thể dùng dao động kí điện tử để nghiên cứu các loại dao động khác, không phải l dao động điện (ví dụ nh−: dao động âm, hiện t−ợng nhiễu xạ, giao thoa ) bằng cách biến đổi chúng thnh các dao động điện rồi đ−a các tín hiệu của dao động điện ny vo đầu vo của dao động kí điện tử. Sau đây l một số ví dụ điển hình nhờ sự hỗ trợ của dao động kí điện tử, ta có thể khảo sát một số hiện t−ợng vật lí m bằng các thiết bị truyền thống không thể thực hiện đ−ợc. 1. Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học "Dòng điện xoay chiều" Sử dụng dao động kí điện tử hai chùm tia, có thể biểu thị trên mn hình dao động kí điện tử đồ thị diễn tả mối quan hệ về pha giữa dòng điện v hiệu điện thế trong đoạn mạch hoặc chỉ có điện trở thuần, hoặc chỉ có tụ điện, hoặc chỉ có cuộn cảm hoặc có cả 3 linh kiện trên. Sau đây, trình by việc sử dụng dao động kí điện tử để biểu thị một số mối quan hệ trên. a) Biểu thị mối quan hệ về pha giữa hiệu điện thế v dòng điện ở hai đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện (Hình 34) 16
17. Hình 34. Sơ đồ mạch điện để nghiên cứu mối quan hệ u, i giữa hai đầu đoạn mạch chứa tụ điện Vì dòng điện đi qua tụ C cũng chính l dòng điện đi qua điện trở R v cũng tỉ lệ với điện áp U R nên khi đ−a tín hiệu điện áp trên hai đầu điện trở R vo kênh 1 của dao động kí điện tử sẽ cho ta dạng tín hiệu của dòng điện qua R , cũng tức l qua C. Còn khi đ−a tín hiệu giữa hai đầu bản tụ C vo lối vo kênh 2 của dao động kí điện tử sẽ cho ta dạng đồ thị của hiệu điện thế trên hai bản tụ điện C trên mn hình. Chú ý rằng: hiệu điện thế xoay chiều đặt vo mạch điện (U~) với độ lớn khoảng 5V~ có thể lấy từ biến thế học sinh hay từ máy phát âm tần. Sau khi điều chỉnh các núm trên dao động kí điện tử để quan sát rõ đồ thị dòng điện qua R v hiệu điện thế trên C thì có thể xác định ngay đ−ợc độ lệch pha giữa hiệu điện thế trên bản tụ so với dòng điện. Trong thí nghiệm ny, còn có thể minh họa sự phụ thuộc của dòng điện trong mạch vo ω v C theo biểu thức đ rút ra từ lí ω thuyết: I 0 = .C .U 0 (trong đó I 0 v U 0 l các biên độ cực đại của dòng điện v điện áp) cũng nh− sự phụ thuộc của dung kháng mạch ω điện vo giá trị của C trong biểu thức Z C = 1/ .C ). Để minh hoạ 17
18. các mối liên hệ ny, ta thay đổi giá trị ω (bằng cách thay biến thế học sinh bởi máy phát âm tần), rồi thay đổi điện dung C của tụ. Khi đó, quan sát trên mn hình dao động kí điện tử, ta sẽ thấy biên độ đ−ờng hình sin (mô tả dòng điện) thay đổi tỉ lệ thuận với giá trị của ω v C. b) Biểu thị mối quan hệ về pha giữa hiệu điện thế v dòng điện ở hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn cảm (Hình 35) Hình 35. Sơ đồ mạch điện để nghiên cứu mối quan hệ u, i giữa hai đầu đoạn mạch chứa cuộn cảm Vì dòng điện đi qua điện trở R cũng chính l dòng điện đi qua cuộn cảm L v cũng tỉ lệ với điện áp U L nên khi đ−a tín hiệu điện áp trên hai đầu điện trở R vo kênh 1 của dao động kí điện tử, ta sẽ thu đ−ợc dạng tín hiệu của dòng điện qua R, cũng tức l qua L. Còn khi đ−a tín hiệu giữa hai đầu cuộn cảm L vo lối vo kênh 2 của dao động kí điện tử, ta sẽ thu đ−ợc dạng đồ thị của hiệu điện thế trên hai đầu cuộn cảm L trên mn hình. Sau khi điều chỉnh các núm trên dao động kí điện tử để quan sát rõ đồ thị dòng điện qua R v hiệu điện thế trên L, có thể xác định ngay đ−ợc độ lệch pha giữa hiệu điện thế trên hai đầu cuộn cảm so với dòng điện. 18
19. Cũng nh− thí nghiệm trên, trong thí nghiệm ny, có thể minh hoạ sự phụ thuộc của dòng điện trong mạch vo ω v L theo biểu ω thức đ rút ra từ lí thuyết: I 0 = U 0 / .L cũng nh− sự phụ thuộc của ω cảm kháng mạch điện vo giá trị của L trong biểu thức Z L = .L. Để minh hoạ các sự phụ thuộc ny, ta thay đổi giá trị ω (bằng cách dùng máy phát âm tần thay cho biến thế học sinh), rồi thay đổi các cuộn cảm có giá trị L khác nhau. Khi đó, quan sát trên mn hình dao động kí điện tử, ta sẽ thấy biên độ đ−ờng hình sin (mô tả dòng điện) thay đổi tỉ lệ nghịch với giá trị của ω v L. c) Biểu thị mối quan hệ về pha giữa hiệu điện thế v dòng điện ở hai đầu đoạn mạch có cả điện trở, tụ điện v cuộn cảm (Hình 36) Hình 36. Sơ đồ mạch điện để nghiên cứu mối quan hệ u, i giữa hai đầu đoạn mạch chứa R, L, C Trong thí nghiệm ny, hiệu điện thế xoay chiều (U~) đ−a vo mạch đ−ợc lấy từ máy phát âm tần. Vì dòng điện đi qua điện trở R cũng chính l dòng điện đi qua cuộn cảm L, tụ điện C nên khi đ−a tín hiệu điện áp trên hai đầu điện trở R vo kênh 1 của dao động kí điện tử, ta sẽ thu đ−ợc dạng tín hiệu của dòng điện qua R , cũng tức 19
20. l qua L v C. Còn khi đ−a tín hiệu giữa hai đầu mạch có R, L v C vo lối vo kênh 2 của dao động kí điện tử sẽ cho ta dạng đồ thị của hiệu điện thế trên hai đầu mạch đó. Sau khi điều chỉnh các núm trên dao động kí điện tử để quan sát rõ đồ thị dòng điện qua R v hiệu điện thế trên mạch RLC thì có thể xác định ngay đ−ợc độ lệch pha giữa hiệu điện thế trên mạch RLC so với dòng điện. Trong thí nghiệm ny, ta có thể minh hoạ hiện t−ợng cộng h−ởng trong mạch RLC nh− sau: chọn giá trị của L, C v tần số f của tín hiệu từ máy phát âm tần sao cho quan sát trên mn hình thấy đồ thị dòng điện v hiệu điện thế cùng pha với nhau, khi đó ta có hiện t−ợng cộng h−ởng. Để lm đ−ợc điều đó, ta có thể giữ nguyên hai trong ba đại l−ợng L, C v f, chỉ thay đổi một đại l−ợng thôi. Trong thực tế, ta có thể thay đổi giá trị L bằng cách thay đổi vị trí lõi sắt trong cuộn cảm, thay đổi giá trị C bằng cách dùng tụ xoay v thay đổi giá trị f bằng cách sử dụng máy phát âm tần có thể điều chỉnh tần số. d) Xác định điện dung C của tụ điện hay độ tự cảm L của cuộn dây Các dụng cụ đo thông th−ờng nh− am pe kế, von kế th−ờng không dùng để xác định độ tự cảm L của cuộn dây hay điện dung C của tụ điện. Để xác định các giá trị đó t−ơng đối chính xác, ta có thể dùng dao động kí điện tử. 20
21. Ta biết rằng: trong mạch RLC, có hiện t−ợng cộng h−ởng xảy ra khi ω.L = 1/ ω. C. Từ đây, ta có thể tính L qua ω v C: L = 1/ ω2.C hay tính C qua ω v L: C = 1/ ω2.L. Lúc đó, dòng điện trong mạch có giá trị cực đại v nó cùng pha với hiệu điện thế. Nhờ dao động kí điện tử ta có thể quan sát đ−ợc rõ rng hai hiện t−ợng ny trên mn hình (nh− đ trình by ở các phần trên). Vậy, để xác định đ−ợc L (hoặc C), ta chỉ cần có một dao động kí điện tử, một máy phát âm tần v một tụ điện đ biết điện dung C 0 (hoặc một cuộn cảm đ biết cảm kháng L 0). Sơ đồ thí nghiệm để xác định L v C đ−ợc biểu diễn trên Hình 37. Hình 37. Sơ đồ mạch điện để xác định L v C Khi khoá K để ở vị trí 1, điều chỉnh tần số của máy phát âm tần sao cho quan sát thấy hiện t−ợng cộng h−ởng trong mạch RLC, tức l quan sát thấy đồ thị dòng điện (tại kênh 1) l cực đại, hay quan sát thấy đồ thị dòng điện (tại kênh 1) v hiệu điện thế (tại kênh 2) cùng pha với nhau. Đọc số chỉ giá trị tần số trên máy phát 21
22. âm tần, đ biết điện dung tụ điện C 0 , ta tính ngay đ−ợc giá trị của L theo biểu thức trên (với ω = 2 π f ). Trong sơ đồ trên, khi đ biết L, chuyển khoá K về vị trí 2 v lm t−ơng tự nh− trên để quan sát thấy hiện t−ợng cộng h−ởng. Lại đọc số chỉ giá trị tần số trên máy phát âm tần. Vì đ biết giá trị của L, ta tính ngay đ−ợc giá trị của điện dung tụ điện C x . Trên thực tế, có thể dùng ampe kế, von kế, điện trở mẫu hay tụ điện mẫu v dòng điện xoay chiều 50 Hz để xác định độ tự cảm L của cuộn dây hay điện dung C của tụ điện. Tuy nhiên, sử dụng máy phát âm tần v dao động kí điện tử cho ta kết quả chính xác hơn. Hơn nữa, với dao động kí điện tử, khi đ lắp đặt thí nghiệm xong, ta chỉ cần điều chỉnh tần số máy phát âm tần để quan sát thấy hiện t−ợng cộng h−ởng. e) Nghiên cứu sự chỉnh l−u dòng điện xoay chiều Dao động kí điện tử l một ph−ơng tiện quí báu để minh họa một cách hết sức trực quan v khách quan hình dạng dòng điện xoay chiều sau khi đ−ợc chỉnh l−u. Sơ đồ mạch điện chỉnh l−u nửa chu kì, chỉnh l−u cả chu kì v chỉnh l−u cả chu kì có bộ lọc đựơc trình by ở Hình 38. Trên mn hình của dao động kí điện tử, ta sẽ thấy các hình ảnh về hình dạng dòng điện xoay chiều sau khi đ−ợc chỉnh l−u t−ơng ứng (Hình 39). 22
23. Hình 38. Sơ đồ mạch điện chỉnh l−u nửa chu kỳ (a), chỉnh l−u a) b) c) cả chu kỳ (b) v chỉnh l−u có bộ lọc (c) dòng điện xoay chiều Hình 39. Dòng điện xoay chiều (a) sau khi đ đ−ợc chỉnh l−u nửa chu kì (b) v chỉnh l−u cả chu kì (c) 2. Sử dụng dao động kí điện tử trong dạy học "Sóng âm" Các hiện t−ợng về dao động v sóng, trong đó có sóng âm l một trong các hiện t−ợng khó hình dung trong quá trình nghiên cứu ở ch−ơng trình vật lí phổ thông. Một trong các nguyên nhân cơ bản l do hiện t−ợng sóng âm không quan sát đ−ợc. Hơn nữa, đến nay trong thực tế dạy học vật lí ở tr−ờng phổ thông, hầu hết các đại 23
24. l−ợng vật lí cơ bản đặc tr−ng cho quá trình sóng âm nh−: biên độ, tần số, b−ớc sóng, vận tốc truyền sóng chỉ đ−ợc trình by trên ph−ơng diện lí thuyết, chứ không đ−ợc trình by hay xác định bằng thí nghiệm. Khó khăn cơ bản ở đây tr−ớc hết l về mặt kĩ thuật trong việc chuyển các quá trình cơ học không quan sát đ−ợc sang các quá trình điện học có thể quan sát đ−ợc nhờ các thiết bị đo điện, ví dụ nh− nhờ dao động kí điện tử hay nhờ máy vi tính v các thiết bị ghép nối với nó. Sau đây l một số ph−ơng án thí nghiệm có sự hỗ trợ của dao động kí điện tử nhằm chuyển việc nghiên cứu các quá trình âm học sang nghiên cứu các quá trình điện học trong việc nghiên cứu sóng âm. Giáo viên có thể sử dụng các thí nghiệm ny trong dạy học đề ti sóng âm, góp phần đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức về sóng âm cũng nh− phát triển t− duy khoa học của học sinh. a) Biểu diễn dạng dao động cơ học của sóng âm Để nghiên cứu các đại l−ợng đặc tr−ng cho sóng âm, tr−ớc hết cần phải mô tả đ−ợc dạng dao động cơ học gây bởi sóng âm. Do không thể trực tiếp quan sát các dao động của sóng âm nên cần phải chuyển việc quan sát các dao động cơ học ny sang việc quan sát các dao động điện do chính các dao động cơ học gây ra. Để lm điều đó, ta có thể tiến hnh nh− sau: sóng âm từ một nguồn âm (ví dụ nh− từ một âm thoa hay máy phát âm tần nối với loa ) đ−ợc truyền tới một micro (th−ờng đặt vuông góc với ph−ơng truyền 24
25. sóng âm). Tại ống nói, dao động cơ học đ−ợc biến đổi thnh dao động điện. Nếu dao động điện ny đủ khoẻ v đ−ợc đ−a vo lối vo của dao động kí điện tử thì trên mn hình của dao động kí điện tử sẽ cho ta hình ảnh về dao động của sóng âm. Sơ đồ thí nghiệm để thu đ−ợc trên mn hình dao động kí điện tử hình ảnh về dao động của sóng âm đ−ợc trình by ở Hình 40. Hình 40. Sơ đồ thí nghiệm biểu diễn dạng dao động của sóng âm nhờ dao động kí điện tử Trong sơ đồ ny, có thể thay máy phát âm tần v loa bằng một âm thoa. Để thí nghiệm thu đ−ợc hình ảnh tốt thì các nguồn âm phải tạo ra âm có âm l−ợng lớn, độ nhạy của ống nói phải cao v các bộ khuếch đại dọc, ngang của dao động kí điện tử phải có công suất lớn. Hơn nữa, ống nói trong thí nghiệm ny l ống nói kiểu điện động. Đối với kiểu ống nói khác thì để biến dao động của sóng âm thnh dao động điện tại ống nói, ta cần nối tiếp nó với một nguồn điện một chiều. Hình 41 thu đ−ợc trên mn hình dao động kí điện tử cho ta hình ảnh về dao động của sóng âm của một âm có cùng độ cao nh−ng do các nguồn âm khác nhau gây ra. 25
26. Hình 41. Dao động của sóng âm cùng độ cao do âm thoa gây ra a) v tiếng nói gây ra b) Qua quan sát hình ảnh dao động sóng âm trên dao động kí điện tử, học sinh sẽ thấy dao động của sóng âm l dao động tuần hon, có biên độ v tần số xác định. Cũng từ thí nghiệm ny, có thể rút ra mối quan hệ giữa độ to của âm v biên độ dao động của sóng âm: với các âm có cùng tần số nh−ng khác nhau về độ to (âm l−ợng), khi quan sát hình ảnh thu đ−ợc trên mn hình dao động kí điện tử, ta thấy: âm cng to thì biên độ dao động của sóng âm cng lớn. Chú ý rằng: để thu đ−ợc hình ảnh t−ơng tự về dao động của sóng âm nh− trên, trong sơ đồ thí nghiệm, ta có thể nối trực tiếp đầu ra của máy phát âm tần vo lối vo của dao động kí điện tử. Tuy nhiên, ta phải nhớ rằng: trong tr−ờng hợp ny, không xuất hiện sóng âm vì không có quá trình biến đổi từ tín hiệu điện có tần số âm (từ máy phát âm tần) sang dao động của sóng âm tại loa. 26
27. Khi nghiên cứu sóng âm, việc xác định bằng thí nghiệm các đại l−ợng đặc tr−ng cho quá trình truyền sóng nh− tần số, chu kì, b−ớc sóng hay vận tốc truyền sóng l hết sức cần thiết. Cũng nhờ dao động kí điện tử, ta có thể xác định các đại l−ợng đặc tr−ng đó của sóng âm. b) Xác định tần số của sóng âm Sau khi đ tạo trên mn hình của dao động kí điện tử hình ảnh dao động sóng âm nh− đ trình by ở trên, ta có thể xác định tần số của sóng âm ny. Cách xác định nh− sau: Xoay núm điều chỉnh tần số quét xung răng c−a (có tên gọi l TIME/ DIV) đến một vị trí no đó để quan sát thấy có vi ba chu kì dao động trên mn hình. Dựa vo hình ảnh ny v vị trí núm điều chỉnh tần số TIME/ DIV để tính tần số của dao động sóng âm. Cách tính cụ thể nh− sau: xác định chiều di X (có đơn vị l số độ chia ghi trên mn hình) ứng với mỗi một chu kì của dao động sóng âm (nhờ mặt chia độ gắn trên mặt mn hình), đọc giá trị n đ−ợc đánh dấu tại núm điều chỉnh tần số TIME/ DIV, Tính chu kì dao động của sóng âm đang nghiên cứu l: T = X.n, tính tần số của sóng âm l f=1/ T = 1/ X.n. Ví dụ nh−: chiều di X ứng với mỗi một chu kì của dao động sóng âm l 10 độ chia, núm điều chỉnh tần số TIME/ DIV đặt ở vị trí 0,2 ms. Vậy ta tính đ−ợc: T= 10. 0,2ms = 2 ms = 0,002 s 27
28. Tần số sóng âm trong tr−ờng hợp ny f= 1/ T= 1/ 0,002 s = 500 Hz. Với các thí nghiệm về xác định tần số của sóng âm khác nhau, ta có thể cho học sinh thấy mối quan hệ giữa độ cao của âm v tần số: âm cng cao thì tần số cng lớn. c) Xác định b−ớc sóng của sóng âm Có nhiều cách xác định b−ớc sóng của sóng âm nhờ dao động kí điện tử, chúng dựa trên các cơ sở lí thuyết khác nhau. Xác định b−ớc sóng của sóng âm khi đ biết vận tốc truyền âm B−ớc sóng của sóng âm đ−ợc xác định theo biểu thức: λ = v.T Nếu đ biết vận tốc truyền âm trong không khí (ví dụ ở nhiệt độ từ 20 0C đến 30 0C, có v= 332m/s ± 3m/s) thì qua việc xác định chu kì T của sóng âm nh− trên, ta có thể tính đ−ợc b−ớc sóng của sóng âm đang nghiên cứu. Xác định b−ớc sóng của sóng âm khi không biết vận tốc truyền âm bằng cách so sánh pha Giả sử, ở thí nghiệm bố trí theo Hình 42, sát ngay loa (tại vị trí phát ra âm), ta đặt một ống nói M 1. Tín hiệu dao động điện (đ−ợc biến đổi từ dao động âm) tại nó đ−ợc đ−a vo hai bản X của dao động kí điện tử. Một ống nói khác đ−ợc nối với 2 bản Y của dao động kí điện tử. 28
29. Hình 42. Sơ đồ thí nghiệm xác định b−ớc sóng âm bằng cách so sánh pha Chú ý rằng: ở thí nghiệm ny, không cho xung quét ngang lấy ở trong dao động kí điện tử hoạt động. Sau đó, cho máy phát âm tần hoạt động, giữ nguyên vị trí ống nói M 1 sát ngay loa v dịch chuyển ống nói kia tới gần (hay ra xa) loa, trên đ−ờng thẳng đi qua loa (nguồn âm), tốt nhất l trên đ−ờng thẳng vuông góc với mặt loa. ứng với các vị trí xác định của ống nói trên đ−ờng dịch chuyển ny, ta sẽ thu đ−ợc trên mn hình dao động kí điện tử một trong các hình có dạng elip, tròn hay một vạch. Sở dĩ ta thu đ−ợc các hình đó l vì: tuỳ theo sự lệch pha khác nhau giữa hai tín hiệu dao động điện vo X v Y của dao động kí điện tử m sẽ tạo ra các hình có dạng khác nhau nh− trên. Trong quá trình ống nói dịch chuyển theo một h−ớng không đổi thì các hình sẽ xuất hiện tuần tự nh− Hình 43. 29
30. Hình 43. Sự xuất hiện lần l−ợt các hình có dạng khác nhau trên mn dao động kí điện tử khi thay đổi pha giữa hai tín hiệu dao động điện Vậy trong quá trình dịch chuyển ny, khoảng cách ứng với 2 vị trí liên tiếp của ống nói m tại 2 vị trí đó, ta thu đ−ợc hai hình ảnh trên dao động kí điện tử hon ton giống nhau (ví dụ nh− hình vạch) sẽ chính l độ lớn của b−ớc sóng. Từ nhận xét trên, cho ta cách xác định bằng thí nghiệm độ lớn b−ớc sóng của sóng âm nh− sau: dịch chuyển ống nói trên đ−ờng thẳng nối giữa loa v ống nói đến khi quan sát trên mn hình thấy hình elip (hay hình tròn) biến mất, thay vo đó l một gạch, ta đánh dấu vị trí của ống nói l X 0; tiếp tục dịch chuyển ống nói trên đ−ờng thẳng đó v bắt đầu đếm xem có bao nhiêu lần sự xuất hiện lặp lại của hình vạch ny, ví dụ có n lần; đánh dấu vị trí của ống nói l X n . Từ đó, có thể tính đ−ợc giá trị của b−ớc sóng l: λ = (X 0 X n )/ n, trong đó (X 0 X n ) chính l khoảng cách giữa hai vị trí X 0 v X n đ đánh dấu. 30
31. Trong thí nghiệm ny, để việc lắp ráp đ−ợc đơn giản, ta có thể không cần dùng ống nói M 1 m nối trực tiếp hai đầu ra của máy phát âm tần với hai tấm X của dao động kí điện tử nh− Hình 44. Hình 44. Sơ đồ thí nghiệm đơn giản xác định b−ớc sóng âm bằng cách so sánh pha Các thí nghiệm xác định b−ớc sóng của sóng âm theo cách so sánh pha sẽ giúp học sinh nắm sâu sắc các kiến thức sau đây về sóng âm: pha dao động của các phần tử tại các vị trí khác nhau trên ph−ơng truyền sóng ở cùng một thời điểm l khác nhau, tính tuần hon của pha dao động nói riêng v của sóng nói chung trong không gian. Ngoi ra, ng−ời ta còn có thể xác định b−ớc sóng của sóng âm khi không biết vận tốc truyền âm theo ph−ơng pháp sóng dừng. d) Xác định vận tốc của sóng âm Từ việc xác định đ−ợc tần số f (hay chu kì T) v b−ớc sóng λ nhờ dao động kí điện tử nh− đ trình by ở trên, ta dễ dng tính đ−ợc vận tốc truyền của sóng âm theo biểu thức: v = λ / T. 2.3 máy vi tính trong dạy học 2.3.1. Mục đích của việc đ−a TBKTHĐ vo dạy học . Các chức năng hỗ trợ của máy tính trong quá trình dạy học 31
32. Dựa vo đặc điểm cấu tạo v hoạt động của máy tính , có thể thấy rằng máy tính có những choc năng hổ trợ cho việc giảng dạy các bộ môn nh− : chức năng thông tin, chức năng điều khiển v định h−ớng thông tin, chức năng luyên tập v thực hnh, chức năng minh hoạ, chức năng trực quan , chức năng thiết kế , chức năng mô hình hoá, chức năng mô phỏng, chức năng đo đạc , chức năng hoạt hình hoá , chức năng liên lạc , chức năng đánh giá . Chức năng thông tin . Máy tính có thể quản lý v xử lý các dạng thông tin nh− văn bản , dữ liệu , thống kê , suy luận logic, các công thức các phép tính toán v những dạng khác của tri thức . Máy tính còn phục vụ cho các hoạt động khám phá “ơristic” , cho việc giải BT v rèn luyện hoạt động t− duy cũng nh− quá trình giải quyết vấn đề của HS . Cùng với sự xâm nhập v phát triển ngy cng rộng ri của các hệ thống đa ph−ơng tiện v mạng máy tính ton cầu Internet trong dạy học , chức năng thông tin của máy tính cng đ−ợc phát huy hơn bao giờ hết . HS chỉ cần dùng các ch−ơng trình cho phép hiển thị các siêu văn bản l đ có thể đọc v thu tập thông tin d−ới tất cả các dạng có thể , từ văn bản , đồ thị , bản biểu Chức năng điều chỉnh hoạt động học tập . Nếu đ−ợc lập trình thích hợp máy tính có thể điều chỉnh , hon thiện v phát triển hoạt động học tập của HS . Máy tính lm cho các môn học trở nên hứng thú hơn đối với HS , kích thích HS trong việc tìm tòi , phát hiện các kiến thức mới . Máy tính có thể giúp HS phát triển khả năng diễn đạt , khả năng t− duy logic cũng nh− khả năng giải quết các nhiệm vụ học tập . Chức năng ny của máy tính đ−ợc thể hiện rõ nhất ở các ch−ơng trình luyện viết , các bộ công cụ học tập hoặc các sổ ghi chép trên máy tính . Nhờ có quá trình cung cấp thông tin ng−ợc từ máy tính dựa trên mục đích dạy học v trên kết quả học tập của từng HS cụ thể , học sinh có thể điều chỉnh hoạt động học tập của mình . Việc điều chỉnh đó đ−ợc thể hiện ở nội dung học tập Với sự giúp đỡ của máy tính HS có thể xác định đúng v nhanh chóng những kiến thức no cần phải ôn lại hay bổ sung vo l−ợng kiến thức đ có . 32
33. Máy tính có thể đề xuất một tiến trình học tập qua nhiều giai đoạn tuỳ theo từng đối t−ợng HS sao cho họ có thể đạt đựơc mục đích đề ra một cách hiệu quả nhất . Chức năng luyện tập v thực hnh . Các ch−ơng trình luyện tập v thực hnh trên máy tính giúp cho học sinh có cơ hội tốt để tiếp xúc với những vấn đề thực tiễn đ đ−ợc đơn giản hoá sao cho phù hợp với khả năng v trình độ của HS, chẳng hạn nh− trong các phần mềm về thí nghiệm. Học sinh có thể luyện tập hoặc thực hnh với các mô hình trên máy tính tr−ớc khi bắt tay vo lm việc với đối t−ợng thực. Việc lm mang lại hiệu quả cao, tiết kiệm đ−ợc thời gian v hạn chế đ−ợc những hỏng hóc hoặc nguy hiểm so với tr−ờng hợp thao tác với hệ thực. Chức năng minh hoạ . Máy tính cung cấp mộ khả năng chuyển đổi v l−u trữ các tranh ảnh, đồ thị với số l−ợng lớn cũng nh− khả năng truy cập nhanh , có hệ thống các đối t−ợng đ đ−ợc l−u trữ. Sử dụng ch−ơng trình máy tính HS có thể xem một số l−ợng lớn các tranh minh họa hoặc các đoạn phim đ đ−ợc số hoá m các đoạn phim ny trình by diễn biến của các hiện t−ợng , quá trình không thể quan sát trực tiếp. Chức năng trực quan hoá . Trực quan hoá cho phép HS nắm đ−ợc các quan hệ của các đối t−ợng, đại l−ợng trong các hiện t−ợng, quá trình, trong một số tr−ờng hợp trực quan hoá l cầu nối giữa bức tranh của thế giới hiện thực bên ngoi với bức tranh nhận thức bên trong của HS. Do đó trực quan hoá giúp HS hiểu sâu hơn về bản chất của các quá trình v đặc biệt l nắm vững khái niệm trừu t−ợng trong các môn học. So với các ph−ơng tiện trực quan khác đ đ−ợc sử dụng nhiều trong dạy học thì máy tính tỏ ra −u điểm hơn nhờ khả năng cho phép ng−ời sử dụng thâm nhập vo quá trình trực quan hoá (lm chập, lm nhanh, phóng to, thu nhỏ, chuyển đổi từ nội dung ny sang nội dung khác ) Chức năng hỗ trợ thiết kế . Chức năng ny thể hiện ở việc đ−a vo quá trình dạy học các ch−ơng trình đồ họa, thiết kế mạch điện tử hoặc các ch−ơng trình t−ơng tự .Trong các ch−ơng trình ny, máy tính tạo điều kiện cho HS tiến hnh hoạt động thiết kế một cách độc lập từ đó tạo ra 33
34. những sản phẩm cụ thể nhìn thấy đ−ợc nh− tranh ảnh, sơ đồ nguyên lý của các hệ thống, cấu trúc công trình xây dựng Việc thiết kế trên máy tính diễn ra bằng con đ−ờng trực quan nhờ các thiêt bị nh− bút sáng, chuột, các bộ số hoá, nút quay v máy tính cung cấp cho HS các mức độ hoạt động từ thấp đến cao m mức độ cao nhất l học tập theo kiểu khám phá, phát hiện. ở mức độ ny, từ việc thiết kế lại những cái đ học đ−ợc, đ−ợc h−ớng đẫn bởi thầy giáo hoặc các ti liệu, dần dần HS có thể tự thiết kế v trên cơ sở các sản phẩm đ có họ chỉ cần thay đổi các tham số, các bộ phận để đi đến cái hon thiện ch−a biết . Chức năng mô hình hoá v mô phỏng . Mô hình hoá v mô phỏng l những ph−ơng pháp gần t−ơng tự nhau dùng để phản ánh tiến trình nghiên cứu khoa học v sau đó l để dạy về các cơ sở tiến trình đó. Trong khoa học, mô hình hoá các quá trình lý thuyết đ−ợc coi l con đ−ờng tốt nhất để huấn luyện t− duy khoa học v ph−ơng pháp giải quyết vấn đề. Việc mô tả các quá trình th−ờng đ−ợc tiến hnh song song với việc xây dựng mô hình. Có thể nói mô phỏng l quá trình thực hiện các mô hình đ đ−ợc xây dựng. Với chức năng −u việt, máy vi tính có khả năng mô phỏng trực quan v chính xác bằng các mô hình ký hiệu các hiện t−ợng hay quá trình vật lý trong tự nhiên, ngoi ra khi mô phỏng bng máy vi tính GV v HS có thể dừng quá trình lại tại mọi thời điểm bất kỳ để nghiên cứu, xác định bất kỳ đại l−ợng no của vật lí . Chức năng hoạt hình . Hoạt hình trên máy tính l sự biểu diễn trực quan các hiện t−ợng, quá trình d−ới dạng các hình ảnh chuyển động . Hoạt hình th−ờng đ−ợc liên kết với các kết quả của các quá trình mô hình hoá v mô phỏng để mang lại hiệu quả nhất định. Hoạt hình đ−ợc đ−a vo trong máy tính nhằm mục đích : Tăng c−ờng trực quan hoá của máy tính ; biểu t−ợng hoá trục thời gian bằng các chuyển động v các mô hình có chuyển động . Nhờ hoạt hình m các biểu diễn trực quan có thể đ−ợc trình by theo các cấp độ chính phụ khác nhau theo thời gian. Cũng nhờ có hoạt hình HS có thể quan sát tốt hơn sự biến đổi của các đối t−ợng hoặc của hệ thống các đối t−ợng cũng nh− mối quan hệ của chúng 34
35. theo thời gian. Đặc biệt, nếu hoạt hình đ−ợc sử dụng trong một hệ mô hình hoá, mô phỏng đ−ợc sử dụng kèm với các thí nghiệm. Chức năng liên lạc . Với khả năng kết nối ở tốc độ cao, nhiều ch−ơng trình dạy học đ mang lại hiệu quả nhờ vo ứng dụng ny. Chức năng đánh giá . Máy tính đảm nhiệm vai trò to lớn trong dạy học đặc biệt l trong kiểm tra đánh giá, thiết kế một bi kiểm tra; thiết kế hệ thống phân tích v đánh giá các bi kiểm tra; phân tích đánh giá quá trình dạy học thông qua các thông tin phản hồi. 3.2. Các dạng ứng dụng của máy tính trong dạy học Vật lý: 3.2.1. Minh họa v trình by kiến thức: Minh họa v trình by kiến thức với sự trợ giúp của máy tính có tác dụng kích thích sự chú ý của học sinh, tạo ra sự hứng thú trong học tập cũng nh− động cơ của quá trình học tập. Với mục đích ny máy tính có nhiều −u điểm hơn so với các đồ dùng dạy học khác nh−: phim đèn chiếu, phim t− liệu, sách tham khảo .v.v −u điểm của máy tính thể hiện ở tính linh động v tính t−ơng tác cao của nó. Nội dung minh họa có thể l: hình ảnh, có thể l một đoạn phim ngắn, một đoạn băng ghi âm, một đoạn văn bản hoặc có thể kiết hợp các kiểu nói trên. 3.2.2. Xây dựng mô hình cho các quá trình: Với sự giúp đỡ của máy tính, đặc biệt l các phần mềm cho phép xây dựng mô hình thông qua văn bản ch−ơng trình nh− phần mềm PAKMA, phần mềm Crocodile Physics 605, PHENOPT v.v , hoặc thông qua các giao diện đồ họa, thầy giáo v học sinh có thể xây dựng các mô hình vật lý từ đơn giản đến phức tạp. Các mô hình ny có thể đ−ợc sử dụng để tiếp cận một đối t−ợng nghiên cứu mới, nh−ng cũng có thể chỉ l để kiểm tra, củng cố lại các kiến thức đ học. 3.2.3. Mô phỏng các quá trình: Trong dạy học dạy học vật lý, việc mô phỏng các quá trình diễn ra trong điều kiện không thể tiến hnh đ−ợc thí nghiệm thực, hoặc 35
36. l thí nghiệm nguy hiểm, hoặc không thể thực hiện trong điều kiện th−ờng, hoặc dụng cụ cần thiết cho thí nghiệm quá đắt, hoặc thí nghiệm diễn ra quá lâu ' chuyển động của các hnh tinh, phân r của một nguyên tử phóng xạ Rõ rng rằng việc mô phỏng không thể thay thế hon ton việc quan sát v thí nghiệm với các hệ thực, nh−ng trong một chừng mực no đó thì mô phỏng tỏ ra có −u thế hơn. Con ng−ời có thể lm việc với thế giới mô phỏng trong thời gian tuỳ ý với số lần lặp lại không hạn chế. Thế giới mô phỏng cho phép ng−ời sử dụng có thể mắc phải các lỗi lầm trong thao tác lắp ráp, vận hnh các thiết bị m không gây hậu quả nghiêm trọng. Với thế giới mô phỏng con ng−ời có thể thay đổi các thông sô, tốc độ hoạt động của hệ thống, cũng nh− đơn giản hoá, phức tạp hoá hệ thống một cách tuỳ ý. 2.3.2.4. Thí nghiệm đ−ợc hộ trợ bởi máy tính: Máy tính có thể đ−ợc sử dụng để thu thập số liệu d−ới nhiều dạng khác nhau. Giá trị của các đại l−ợng vật lý cần đo đạc sẽ chuyển đến máy tính qua các thiết bị biến đổi t−ơng ứng (cơ điện, quang điện, nhiệt điện ). Với khả năng l−u trữ dữ liệu lớn v tốc độ sử lý cao, máy tính có thể ghi lại rất nhiều kết quả đo trong thời gian ngắn v l−u trữ chúng vo bộ nhớ di hạn. Những giá trị ny có thể đ−ợc sử dụng nhiều lần về sau, khi thí nghiệm đ kết thúc. Khác với các máy đo thông th−ờng, máy tính có thể tiến hnh các phép đo một cách tự động ở nhiều nơi, những lúc m con ng−ời không thể tham gia vo quá trình thử nghiệm. 2.3.2.5. Ôn tập kiểm tra đánh giá v tự đánh giá . Ôn tập cũng cố , kiểm tra kiến thức l một khâu quan trọng trong quá trình học tập . Với sự giúp đỡ của MT v các ch−ơng trình thích hợp , HS sẽ có nhiều cơ hội đẻ r xét lại những chổ hổng cũng nh− phát huy đ−ợc những điểm mạnh trong kiến thức của mình . Bên cạnh đó ng−ời thầy giáo cũng thu đ−ợc nhanh v đủ thông tin phẩn hồi từ HS để kịp thời điều chỉnh HĐ dạy v học. 36
37. IV. Sản phẩm (Giáo án thí điểm) Bi 1. Chuyển động cơ học ( vật lý lớp 10 nâng cao) Mục tiêu 1. Kiến thức Hiểu đ−ợc các khái niệm cơ bản: tính t−ơng đối của chuyển động, chất diểm, hệ quy chiếu, xác định vị trí của một chất điểm bằng toạ độ, xác định thời gian bằng đồng hồ, phân biệt khoảng thời gian v thời điểm. Hiểu rõ l muốn nghiên cứu chuyển động của chất điểm, cần thiết chọn một hệ quy chiếu để xác định vị trí của chất điểm v thời điểm t−ơng ứng. Nắm vững đ−ợc cách xác định toạ độ v thời điểm t−ơng ứng của một chất điểm trên hệ trục toạ độ. 2. Kỹ năng Chọn hệ quy chiếu, mô tả chuyển động. Chọn mốc thời gian, xác định thời gian. Phân biệt chuyển động cơ với các chuyển động khác. A. Chuẩn bị 1. Giáo viên Trình duyệt Powerpoint, các hình ảnh về chuyển động, đu quay, chuyển động tinh tiến, chuyển động thẳng. Chuẩn bị tình huống sau cho học sinh thảo luận: Bạn của em ở quê ch−a từng đến thị x, em sẽ phải dùng những vật mốc v hệ toạ độ no để chỉ cho bạn đến đ−ợc tr−ờng thăm em? 2. Học sinh Xem lại những vấn đề đ đ−ợc học ở lớp 8: Thế no l chuyển động? Thế no l độ di đại số của một đoạn thẳng. Sách giáo khoa, sách bi tập, vở ghi chép. B. Tổ chức các hoạt động dạy học Hoạt động 1 ( phút): Nhận biết chuyển động cơ, vật mốc, chất điểm, quỹ đạo, thời gian trong chuyển động.( sử dụng hình động trong trình duyệt Powerpoint) Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên Xem tranh SGK, hình ảnh chuyển Yêu cầu: HS xem tranh SGK v nêu động, trả lời câu hỏi: câu hỏi (kiến thức lớp 8) để học sinh trả lời. Gợi ý: cho học sinh một số chuyển động cơ học điển hình 37
38. * Chuyển động cơ l gì? Vật mốc? Ví dụ? * Tại sao chuyển động cơ có tính t−ơng đối? Ví dụ? Phân tích: dấu hiệu của chuyển động t−ơng đối H−ớng dẫn: học sinh xem tranh SGK v nhận xét ví dụ của học sinh. Đọc SGK phần 2, xem hình ảnh chuyển động của trái đất theo quỹ đạo quanh mặt trời, quả bóng đá chuyển động trên sân. Trả lời câu hỏi: * Chất điểm l gì? Khi no một vật đ−ợc xem l chất điểm? * Quỹ đạo l gì? Ví dụ.hình ảnh quỹ đạo của trái đất chuyển động quanh mặt trời. Trả lời câu hỏi C1. Tìm cách mô tả vị trí của chất điểm trên quỹ đạo. Trả lời câu hỏi C2 Đo thời gian dùng đồng hồ nh− thế no? Cách chọn mốc (gốc) thời gian. Biểu diễn trên trục số. H−ớng dẫn: học sinh trả lời câu hỏi C1 Gợi ý: trục toạ độ, điểm mốc, vị trí vật tại những thời điểm khác nhau. Giới thiệu: hình 1.5 38
39. Khai thác ý nghĩa của bảng giờ tu Giới thiệu cách đo thời gian, đơn vị SGK H−ớng dẫn cách biểu diễn, cách tính thời gian Hoạt động 2 ( phút): Hiểu hệ quy chiếu v chuyển động tịnh tiến. .( sử dụng hình động trong trình duyệt Powerpoint) Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên Muốn biết sự chuyển động của chất Gợi ý: vật mốc, trục toạ độ biểu diễn điểm (vật) tối thiểu cần phải biết những vị trí, trục biểu diễn thời gian. gì? Biểu diễn chúng nh− thế no? Nêu định nghĩa của hệ quy chiếu. Yêu cầu: học sinh trả lời câu hỏi C3. Giới thiệu tranh đu quay Đọc SGK, xem phim chuyển động của đu quay, hình ảnh chuyển động tinh tiến v các chuyển động bất kỳ. So sánh các chuyển động. 39
40. Phân tích dấu hiệu của chuyển động tịnh tiến. Biểu diễn chuyển động của chất điểm Yêu cầu: học sinh lấy ví dụ về chuyển trên trục Oxt? động tịnh tiến Trả lời câu hỏi C3. Nhận xét các ví dụ. Xem tranh đu quay giáo viên mô tả. Trả lời câu hỏi C4 Lấy một số ví dụ khác về chuyển động tịnh tiến. Hoạt động 3 ( phút): Vận dụng, củng cố. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên Nêu câu hỏi. Nhận xét câu trả lời của các nhóm. Yêu cầu: học sinh trình by đáp án. Đánh giá, nhận xét kết quả giờ dạy. Thảo luận nhóm trả các câu hỏi trắc nghiệm nội dung câu 1 – 5 (SGK). phân biệt chuyển động tịnh tiến v chuyển động bất kỳ. Lm việc các nhân giải bi tập 1, 5 (SGK). Ghi nhận kiến thức: những khái niệm cơ bản; hệ quy chiếu, chuyển động tịnh tiến. Trình by cách mô tả chuyển động cơ 40
41. Hoạt động 4 ( phút): H−ớng dẫn về nh. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên Ghi câu hỏi v bi tập về nh Nêu câu hỏi v bi tập về nh. Những sự chuẩn bị cho bi sau Yêu cầu: HS chuẩn bị bi sau 41