CHƯƠNG I: THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ C5 ®# te) A-CAC DAC DIEM CUA THÍ NGHIỆM VAT LÝ I-Thí nghiệm Vật lý là gì ? Thí nghiệm Vật lý là sự tác động có chi định, có hệ thong của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan.Thông qua sự phân tích các điều kiện ma trong đó đã diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động ta có thẻ thu nhận được tri thức. Vĩ dụ: khi làm thí nghiệm biêu diễn về hiện tượng khúc xạ ánh sáng, người ta chủ động thay đổi góc tới của tia sáng và thay đổi môi trường khúc xạ cho kết qua: góc khúc xạ thay đổi.Từ các kết quả thí nghiệm và quá trình phân tích lý thuyết phức tạp để tim ra tri thức mới: mối liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ: sini _ ø; sinr n, H-Một số đặc diém của thí nghiệm Vật lý : II.1-Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thé trả lời được câu hoi đặt ra, có thể kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết. Mỗi thí nghiệm có ba yếu tố cấu thành được xác định rõ: đối tượng cần nghiên cứu. phương tiện gây tác động lên đổi tượng cin nghiên cứu và phương tiện quan sát, đo đạc để thu nhận các kết quá của sự tác dong.2-Các điều kiện của thí nghiệm có thé làm biến đổi được dé ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác giữ không đối.
Vĩ dụ: thí nghiệm đưa ra khái niệm diện trở: mắc một trở kháng vào mạch điện và đặt vào đó một hiệu điện thé U, ta xác định cường độ dòng điện | tương ứng trong mạch.Thay đổi U ta sẽ xác định được các giá trị cường độ đòng điện tương ứng trong SVTH: Điệp Như Quỳnh 15 Luin oan tit s+gk¿ôp GVHD: Nguyén Manh Hing mach, từ đó xác lập được 1 ~ U, Lap lại thí nghiệm với các trở kháng khác ta cũng xác lập dược I ~ U. Từ việc phân tích diéu kiện thí nghiệm va các kết quá thí nghiệm ta đưa ra định nghĩa: R= U/L. ta thay trong mỗi trường hợp thi nghiệm trên day, ta chủ động giữ cho R không đổi ( dùng một trở kháng ) để khảo sát mỗi quan hệ giữa U và |, từ đó đưa ra định nghĩa điện trở R = UI.3-Các điều kiện của thí nghiệm phải được không chế, kiêm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phan tích thường xuyên các yếu tế của đổi tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hướng của các loại nhiều. Vi dụ: Đề đảm báo điều kiện hệ kín khí kiểm chứng dinh luật bảo toản động lượng, người ta thường chọn các thiết bị có thể hạn chế tối đa ảnh hưởng của ma sát trong chuyên động của các vật (cho các vật chuyển động đều).
Ngày nay thiết bị có khả năng hạn chế ma sát tốt nhất theo tôi được biết là đệm không khí.4-Đặc điểm quan trọng nhất là tính chất có thé quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do sự bién đôi của đại lượng khác. Điều này nhờ các giác quan của con người và sự hỗ trợ của các phương tiện quan sát, đo đạc. Ví dụ: Khao sat sự biến đổi của vận tốc chuyển động của các xe thông qua sự biến đôi thời gian chuyển động của các xe trong những quãng đường như nhau.S-Một đặc điểm nữa của thí nghiệm Vật lý là có thé lặp lại thí nghiệm. Diéu này có nghĩa là: với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì khi bỗ tri lại hệ thí nghiệm, tiễn hành lại thí nghiệm, hiện tượng, qua trình Vật lý phải diễn ra trong thí nghiệm giổng như ở các lần thí nghiệm trước đó.
B-CÁC CHỨC NANG CUA THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VAT LÝ L.Theo quan điểm của lý luận nhận thức: Theo quan điểm của lý luận nhận thức trong day học vật lý ở trường phổ thông, thí nghiệm có 4 chức năng sau; SVTH: Diệp Như Quỳnh l6 “Cuậm căn tit mgi¿ệp GVHD: Nguyễn Mạnh Hùng 1.Thí nghiệm la phương tiện của việc thu nhận tri thức: Trong mỗi giai đoạn của quá trình nhận thức, tuỳ thuộc vẻ vốn hiệu biết của con người về đối tượng cẩn nghiên cứu mà vai trò của thí nghiệm được thé hiện ở các mức độ khác nhau. Nếu học sinh hoản toản chưa biết hoặc biết rat ít về đối tượng cần nghiên cứu, thì lúc nảy thí nghiệm được sử dụng như là phương tiện để thu nhận những kiến thức đầu tiên về đối tượng cin nghiên cứu, Khi đó thí nghiệm được sử dụng như là “câu hỏi đối với tự nhiên”, Việc thiết kế phương án thi nghiệm, việc tiên hành thí nghiệm va việc xử lý các kết quả quan sát, đo đạc từ thí nghiệm chính là quá trình tim câu trả lời cho câu hỏi dat ra. Trong những trường hợp nảy, phan lớn những dữ liệu ma thí nghiệm cung cap lả những di liệu cảm tính (các biểu tượng, số liệu đo đạc) về hiện tượng, quá trình vật lý đang khảo sat. Các dữ liệu này tạo điều kiện cho học sinh đưa ra những giả thuyết, là cơ sở cho những khái quát hoá về tinh chất hay mối liên hệ phỏ biến, có tính quy luật của các đại lượng vật lý trong hiện tượng, quá trình vật lý được nghiên cứu.
Ví dụ: Khi dạy về hiện tượng khúc xạ và định luật khúc xạ ánh sáng: Hiện tượng: Đặt một cái thìa vào một cốc thuỷ tỉnh chứa nước sao cho có một phần thìa ở trong nước và một phần ở ngoài nước. Cho học sinh quan sát cái thìa trong cốc nước và phát biểu kết quả quan sát: dường như cái thìa bị gãy khúc —> câu hỏi: dây là hiện tượng gì? Từ câu hỏi đặt ra. giáo viên đưa ra phương án thí nghiệm khác về hiện tượng: chiếu một tia sáng đơn sắc (màu đỏ) vào một bản thuỷ tinh. Thông qua thí nghiệm này, học sinh không những quan sát được hiện tượng khúc xạ ánh sáng (sự bẻ gãy đột ngột đường đi của tia sáng tại chính mặt phân cách giữa hai môi trường), mả còn thu thập được các số liệu về góc tới và góc khúc xạ tương ứng (khi thay đổi góc tới, đo góc khúc xa tương ứng).
tao cơ sở dé rút ra định luật khúc xạ ánh sang. Như vậy, thí nghiệm được sử dụng như phương tiện để phân tích hiện thực khách quan và thông qua quá trình thiết lập nó một cách chủ quan đẻ thu nhận wi thức khách quan. SVTH: Diệp Như Quynh 17 Luin olin tit nghigp GVHD: Nguyễn Mạnh Hùng 1.Thi nghiệm là phương tiện dé kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu điược. Trong vật lý, các kiến thức vật lý nếu chưa được thực nghiệm xác nhận thì vẫn còn ở dạng các giả thuyết.
Trong nhiều trường hợp, kết quả của thí nghiệm kiểm chứng phu định tính đúng đắn của tri thức đã biết (vi dụ thí nghiệm của Michelson phủ nhận lý thuyết vẻ sự tổn tại của môi trường ête), do đó đòi hỏi phải đưa ra gid thuyết khoa học mới và lại phải tiến hành kiểm tra giả thuyết này bằng thí nghiệm khác. Chính nhờ vậy ma tri thức thu nhận được ngay cảng có tinh khái quát cao hơn, tri thức mới không phú định hẳn trí thức đã biết mà nó bao hàm các tri thức đã biết như lả những trường hợp riêng, trường hợp giới hạn (cơ học tương đối tính bao hàm cả cơ học cổ điển Niuton, chứ không phủ định hin cơ học cô điển Niutơn, khi đó co học Niuton trở thành trường hợp giới han của cơ học tương đối tính: khi vận tốc chuyển động của vật rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng). Ngoài ra, trong dạy học vật lý ở phô thông, có một số kiến thức được rút ra bằng suy luận logic chặt chẽ từ các kiến thức đã biết. Trường hợp nảy cũng can tiến hành thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của kiến thức vừa thu được.
Vị dụ: trong chương trình vật lý lớp 11, khi học về lực Lorentz, xuất phát từ giả thuyết: lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện bằng tổng các lực từ tác dụng lên các electron tạo thành đòng điện và dựa vào biểu thức tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện, bằng các suy luận toán học hình thành biểu thức tính độ lớn của lực Lorentz: lJo+9+ o› _————e—> I -Xét một đoạn dây dẫn tiết điện §, dai |, mang dòng điện I như hình vẽ. Lực từ tác dụng lên đoạn day dẫn này là: F = /.B1 SVTH: Điệp Như Quỳnh 18 Lufin săn tit nghiép GVHD: Nguyễn Mạnh Hùng Gọi n là mật độ hat electron, v là vận tốc chuyển động có hướng của electron, N là số hạt electron qua tiết diện S trong thời gian t Tacỏ: Điện lượng O = NJel = nV|d|=n.v2e| củ ie đại - Suet BỊ = viel BnS1 => F =|elv.BN, N,: số hat electron trong đoạn day dẫn. Nếu gọi / là lực Lorentz (lực tir tác dụng lên một hat electron) thi: _ Mịng nh Tổng quát: (a = (9, 8), q: điện tích của hạt mang điện chuyển động). Và biểu thức này đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm nhờ bộ thí nghiệm đo lực Lorentz.
Thí nghiệm là phương tiện của việc van dung tri thức đã thu được vào thực tiễn. Kiến thức vật lý được ứng dụng rộng rai trong thực tiễn ( đặt biệt là việc chế tạo các thiết bị kĩ thuật). Tuy nhiên, từ kiến thức lý thuyết đến thực tiễn là cả một quá trình gian nan và phức tạp, do: - Tinh trừu tượng của các lý thuyết cần sử dụng. - Tinh phức tạp chịu sự chỉ phối bởi nhiều định luật của thiết bị can chế tao.
Các nguyên nhân vẻ mặt an toàn, van dé kinh tế,. Và khi này, thí nghiệm được sử dụng như là phương tiện để tạo cơ sở cho việc vận dụng các tri thức đã thu được vào thực tiễn. Ví dụ: Đề thiết kế các phương tiện giao thông như tau thuỷ, máy bay, Ôtô,.các nhà kĩ thuật tiến hành thí nghiệm với các mô hình vật chất thu nhỏ trên các kênh nước, các buông gió.