Giáo án Vật Lí 12 Bài 6:Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn mới nhất
Giáo án Vật Lí 12 Bài 6:Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn mới nhất
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức, kĩ năng, thái độ.
a) Kiến thức
- Nêu được cấu tạo của con lắc đơn.
- Nêu được cách kiểm tra mối quan hệ giữa chu kì với chiều dài của con lắc đơn khi con lắc dao động với biên độ góc nhỏ.
b) Kĩ năng
- Biết cách sử dụng các dụng cụ và bố trí được thí nghiệm
+ Biết dùng thước đo chiều dài, thước đo góc, đồng hồ bấm giây hoặc đồng hồ đo thời gian hiện số.
+ Biết lắp ráp được các thiết bị thí nghiệm.
- Biết cách tiến hành thí nghiệm:
+ Thay đổi biên độ dao động, đo chu kì con lắc.
+ Thay đổi khối lượng con lắc, đo chu kì dao động.
+ Thay đổi chiều dài con lắc, đo chu kì dao động.
+ Ghi chép số liệu vào bảng.
- Biết tính toán các số liệu thu được từ thí nghiệm để đưa ra kết quả.
+ Tính được T, T2, T2/l.
+ vẽ được đồ thị T(l) và đồ thị T2(l).
+ Xác định chu kì dao động của con lắc đơn bằng cách đo thời gian t1 khi con lắc thực hiện n1 dao động toàn phần, Tính T1 = t1/n1; tương tự T2 = t2/n2… từ đó xác định giá trị trung bình của T.
+ Đo chiều dài l của con lắc đơn và tính g theo công thức 
.
+ Từ đồ thị rút ra nhận xét.
c) Thái độ
- Quan tâm đến các kiến thức liên quan đến chuyển động của con lắc đơn.
- Hứng thú trong quá trình thực hành.
2. Năng lực định hướng hình thành và phát triển cho học sinh
- Năng lực hợp tác nhóm: làm thí nghiệm, trao đổi thảo luận, trình bày kết quả thí nghiệm.
- Năng lực tính toán, năng lực thực hành thí nghiệm: các thao tác và cách bố trí thí nghiệm.
II. CHUẨN BỊ
1.Giáo viên.
- Phân lớp ra làm 8 nhóm nhỏ, mỗi nhóm có một nhóm trưởng, một nhóm phó.
- Dặn dò các nhóm phân công nhiệm vụ cho từng thành viên, chuẩn bị bài theo các nội dung ở phần báo cáo thực hành trong sgk.
- Chuẩn bị 8 bộ dụng cụ thí nghiệm. Mỗi bộ gồm có:
+ Một giá đở cao 1m để treo con lắc, có tấm chỉ thị nằm ngang có các vạch chia đối xứng.
+ Một cuộn chỉ.
+ Một đồng hồ bấm giây ( hoặc đồng hồ đeo tay có kim giây).
+ Một thước đo độ dài có giới hạn đo khoảng 500mm.
+ Ba quả nặng 20g; 50g ; 100g có móc treo.
2. Học sinh.
Mỗi cá nhân HS
+ Đọc kĩ bài thực hành để xác định rõ mục đích và quy trình thực hành.
+ Trả lời câu hỏi cuối bài để định hướng bài thực hành.
+ Giấy kẻ ô milimet để vẽ đồ thị và lập sẵn các bảng để ghi kết quả theo mẫu ở phần báo cáo thực hành.
+ Làm việc theo sự phân công của nhóm trưởng.
III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG HỌC CỦA HỌC SINH
1. Hướng dẫn chung
Từ việc nắm vững kiến thức bài con lắc đơn, trả lời các câu hỏi trong sách giáo khoa, từ đó hình thành nên phương pháp khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn.
Chuỗi hoạt động học và dự kiến thời gian như sau:
Các bước |
Hoạt động |
Tên hoạt động |
Thời lượng dự kiến |
|---|---|---|---|
Khởi động |
Hoạt động 1 |
Xác định mục đích của bài thực hành |
7 phút |
Hình thành kiến thức |
Hoạt động 2 |
Tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm |
10 phút |
Luyện tập |
Hoạt động 3 |
Tiến hành TN |
25 phút |
Vận dụng |
Hoạt động 4 |
Thu dọn dụng cụ, nhận xét và dặn dò |
3 phút |
Tìm tòi mở rộng |
Hoạt động 5 |
Xử lí số liệu, báo cáo kết quả |
45 phút |
2. Tổ chức từng hoạt động
Hoạt động 1 (Khởi động): Xác định mục đích của bài thực hành
a) Mục tiêu:
- Kiểm tra sự chuẩn bị kiến thức cũ GV đã giao về nhà.
- Tìm ra được mục đích của bài thực hành
b) Nội dung:
- Kiểm tra sự chuẩn bị của học sinh bằng các câu hỏi trong sách giáo khoa bằng cách lập phiếu kiểm tra.
c) Tổ chức hoạt động:
- GV phát phiếu kiểm tra cho các nhóm (mỗi HS 1 tờ giấy có đánh số thứ tự từ 1 đến 4). Yêu cầu HS ghi các câu trả lời của mình vào phiếu. Sau đó thu bài của một số HS để chấm điểm.
- GV cho HS quan sát lại con lắc đơn và công thức tính chu kì con lắc đơn.
- Yêu cầu HS thảo luận theo nhóm xác định mục đích của bài thực hành.
- Tổ chức HS báo cáo kết quả trước lớp và dẫn dắt HS giải quyết vấn đề cần xác định.
d) Sản phẩm mong đợi: Ý kiến của các nhóm và nội dung ghi của học sinh.
- Mục đích bài thực hành: Khảo sát thực nghiệm để phát hiện ảnh hưởng của biên độ, khối lượng, chiều dài con lắc đơn dối với chu kì dao động T. Từ đó tìm ra công thức tính chu kì 
và ứng dụng tính gia tốc trọng trường g tại nơi thí nghiệm.
e) Đánh giá:
- GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).
- GV tổ chức cho HS đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động (thời gian thực hiện, số lượng ý kiến, mức độ hoàn thành, ghi chép).
- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.
Hoạt động 2. Tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm
a) Mục tiêu: Tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm
- Tìm phương án tối ưu nhất với những dụng cụ thí nghiệm cụ thể để tiến hành thí nghiệm.
- Giới thiệu công dụng của từng dụng cụ.
b) Nội dung:
- GV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm để khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn để cho HS nắm vững cách sử dụng từng dụng cụ. Từ đó thao tác thí nghiệm nhanh nhất và cho kết quả chính xác nhất.
- Học sinh được hướng dẫn để nhận biết và biết cách sử dụng từng loại dụng cụ.
- GV cho các nhóm HS nhận dụng cụ
Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, các nhóm tảo luận và đưa các thiết bị cần thiết theo những yêu cầu sau:
+ Muốn khảo sát xem chu kì con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ phụ thuộc như thế nào vào biên độ, chiều dài con lắc đơn, khối lượng vật nặng ta cần có nhưng dụng cụ cần thiết nào.
+ Chu kì con lắc đơn có phụ thuộc vào nơi làm thí nghiệm hay không? Làm cách nào để phát hiện điều đó bằng thí nghiệm?
c) Tổ chức hoạt động:
- Các nhóm thảo luận từ đó đưa ra phương án thí nghiệm.
- GV cho HS báo cáo kết quả thảo luận và đưa ra phương án tối ưu nhất
- GV giới thiệu bộ dụng cụ có sẵn:
+ Một giá đở cao 1m để treo con lắc, có tấm chỉ thị nằm ngang có các vạch chia đối xứng.
+ Một cuộn chỉ.
+ Một đồng hồ bấm giây.
+ Một thước đo độ dài có giới hạn đo khoảng 500mm.
+ Ba quả nặng 20g; 50g ; 100g có móc treo.
d) Sản phẩm mong đợi:
Báo cáo kết quả hoạt động nhóm (phương án thí nghiệm và dụng cụ cần có)
e) Đánh giá:
- GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).
- GV có thể tổ chức cho HS đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động (thời gian thực hiện, số lượng ý kiến, mức độ hoàn thành, ghi chép).
- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.
Hoạt động 3. Tiến hành thí nghiệm
a) Mục tiêu:
- Khảo sát ảnh hưởng của biên độ dao động đối với chu kì T của con lắc đơn.
- Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng con lắc m đới với chu kì dao động T.
- Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài con lắc đơn đới với chu kì dao động T.
b) Nội dung:
- Dựa vào các dụng cụ và sự hướng dẫn của GV, các nhóm tiến hành thí nghiệm
c) Tổ chức hoạt động:
GV chuyển giao nhiệm vụ: Yêu cầu nhóm trưởng của mỗi nhóm nhận dụng cụ TN cho nhóm mình; kiểm tra dụng cụ và phân công nhiệm vụ cho từng thành viên trong nhóm và thực hiện yêu cầu sau:
- Khảo sát ảnh hưởng của biên độ dao động đối với chu kì T của con lắc đơn.
- Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng con lắc m đới với chu kì dao động T.
- Khảo sát ảnh hưởng của chiều dài con lắc đơn đới với chu kì dao động T.
Gợi ý tổ chức hoạt động:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV |
HOẠT ĐỘNG CỦA NHÓM HS |
NỘI DUNG CƠ BẢN |
|---|---|---|
GV: Bước 1. Kiểm tra xem chu kỳ của con lắc đơn có phụ thuộc vào biên độ hay không? - Để kiểm tra xem chu kì của con lắc đơn có phụ thuộc vào biên độ dao động hay không thì ta thay đổi đại lượng nào và giữ cho những đại lượng nào không đổi? - Thay đổi biên độ dao động của con lắc bằng cách nào? GV trình bày cho học sinh biết các bước làm tiếp theo như sgk. |
- Giữ cho khối lượng m và chiều dài l của con lắc không đổi. Chỉ thay đổi biên độ dao động của con lắc. - Kéo quả nặng m ra khỏi VTCB một khoảng cụ thể. - HS lắng nghe, ghi nhận |
III. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH. 1. Chu kì dao động T của con lắc đơn phụ thuộc vào biên độ dao động như thế nào? - Chọn quả nặng m = 50g moùc vào đầu một dây không dãn có chiều dài l = 50cm. - Kéo quả nặng m ra khoûi VTCB một khoảng A = 3cm tương ứng với góc lệch α thả dao động tự do. - Đo thời gian con lắc thực hiện 10 dao động toàn phần. Ghi kết quả đo và bảng 6.1 trang 27. - Thực hiện lại thao tác treân với A = 6, 9, 18cm. - Đo thời gian trong 10 dao động toàn phần. ghi kết quả vào bảng 6.1 |
GV: Bước 2: Để kiểm tra xem chu kì của con lắc đơn có phụ thuộc vào khối lượng m hay không thì ta thay đổi đại lượng nào và giữ cho những đại lượng nào không đổi? - Thay đổi khối lượng của con lắc bằng cách nào? GV trình bày cho học sinh biết các bước làm tiếp theo như sgk. |
- Giữ cho biên độ và chiều dài l của con lắc không đổi. Chỉ thay đổi khối lượng của con lắc - Mắc thêm các quả nặng để thay đổi KL m của con lắc. - HS lắng nghe, ghi nhận |
2. chu kỳ dao động của con lắc đơn phụ thuộc vào khối lượng m của con lắc như thế nào? - Chọn quả nặng m = 50g moùc vào đầu một dây không dãn có chiều dài l = 50cm. - Kéo quả nặng m ra một khoảng A = 3cm với góc lệch α roài thaû cho con laéc dao động tự do. - Đo thời gian con lắc thực hiện 10 dao động toàn phần. Ghi kq vào 6.2 → Thực hiện lại thao tác với : m = 100g, 150g - Đo thời gian trong 10 dao động toàn phần. Ghi kết quả vào bảng 6.2 |
GV: Bước 3: Để kiểm tra xem chu kì của con lắc đơn có phụ thuộc vào chiều dài l hay không thì ta thay đổi đại lượng nào và giữ cho những đại lượng nào không đổi? - Thay đổi chiều dài của con lắc bằng cách nào? GV trình bày cho học sinh biết các bước làm tiếp theo như sgk. |
Giữ cho biên độ và khối lượng m của con lắc không đổi. Chỉ thay đổi chiều dài của con lắc - Thay đổi con lắc khaùc coù chiều dài l2, l3 từ 40cm,60cm - HS lắng nghe, ghi nhận |
3. Chu kì dao độ của con lắc đơn phụ thuộc vào chiều dài của con lắ như thế nào? - Chọn quả nặng m = 50g, gắn vào đầu một dây không dãn có chiều dài l1 = 50cm. - Kéo quả nặng m ra một khoảng A = 3cm với góc lệch α thả dao động tự do. - Đo thời gian trong 10 dao động toàn phần rồi tính chu kỳ T1 vaø ghi kết quả vào bảng 6.3 → Thay đổi con lắc khác với chiều dài l2, l3 từ 40cm, 60cm và đo thời gian trong 10 dao động toàn phần . Tính T2, T3. Ghi kết quả vào bảng 6.3 |
- Yêu cầu mỗi nhóm nộp kết quả.
- Trong quá trình hoạt động nhóm, GV quan sát các nhóm làm việc, trợ giúp kịp thời khi các nhóm cần hỗ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của từng cá nhân và nhóm học sinh.
d) Sản phẩm mong đợi:
- Kĩ năng làm việc nhóm của các cá nhân HS
- Kết quả của các nhóm.
e) Đánh giá:
GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình thực hành, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).
Hoạt động 4. Nhận xét và dặn dò
a) Mục tiêu:
- Giúp HS thấy được ý nghĩa của quá trình làm việc nhóm
- Các nhóm làm bài để báo cáo ở tiết sau
b) Nội dung:
- Các nhóm kiểm tra, sắp xếp và trả đồ dùng đã được nhận
- Từ kết quả và quá trình quan sát các nhóm làm việc Gv nhận xét tiết thực hành
- GV dặn dò các nhóm HS xem lại và làm báo cáo
- Học sinh làm việc cá nhân và làm việc nhóm nội dụng GV yêu cầu. Từ đó mỗi cá nhân báo cáo kết quả
c) Sản phẩm mong đợi:
- Lần thực hành sau HS sẽ làm việc nhóm tốt hơn
- Kết quả của từng nhóm
Hoạt động 5. Xử lí số liệu và báo cáo kết quả (Tiết 2)
a) Mục tiêu:
- Giúp học sinh biết cách xử lí số liệu và vẽ đồ thị
- Biết rút ra nhận xét từ kết quả thí nghiệm, từ đó tính toán được gia tốc trọng trường tại phòng thí nghiệm.
- Biết viết bài báo cáo thực hành.
b) Nội dung:
GV yêu cầu các nhóm trao đổi, xử lí số liệu và nộp làm bản báo cáo như hướng dẫn sgk và nộp lại cho GV.
c) Tổ chức hoạt động:
- Các nhóm thảo luận kết quả và trình bày trên bảng.
- GV hướng dẫn HS hoàn thành theo yêu cầu sau:
+ Tính các giá trị sin α, α, t, T theo bảng từ đó rút ra kết luận chu kì con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ.
+ Tính chu kì T theo bảng 6.2 roài so sánh TA với TB và TC ñeå rút ra định luật về khối lượng của con lắc đơn.
+ Phát biểu định luật về khối lượng của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ (α < 10o)
+ Tính bình phương 
vào lập các tỉ số: 
+ Ghi kết quả vào bảng 6.3
+ Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T vào l roài rút ra nhận xét.
+ Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T2 vào l roài rút ra nhận xét.
+ Phát biểu định luật về chiều dài của con lắc đơn:
- Kết luận về sự phụ thuộc của con lắc vào m,A,l và tính g tại nơi làm thí nghiệm.
e) Đánh giá:
- GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).
- GV có thể tổ chức cho HS đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động (thời gian thực hiện, số lượng ý kiến, mức độ hoàn thành, ghi chép).
- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.
c) Sản phẩm mong đợi:
- Bài báo cáo thực hành của nhóm và cá nhân
Phiếu câu hỏi:
P1. Tại một nơi xác định, một con lắc đơn dao động điều hòa với chu kỳ T, khi chiều dài con lắc tăng 4 lần thì chu kỳ con lắc
A. không đổi.
B. tăng 16 lần.
C. tăng 2 lần.
D. tăng 4 lần.
P2: Khi đưa một con lắc đơn lên cao theo phương thẳng đứng (coi chiều dài của con lắc không đổi) thì tần số dao động điều hoà của nó sẽ
A. tăng vì chu kỳ dao động điều hoà của nó giảm.
B. tăng vì tần số dao động điều hoà của nó tỉ lệ nghịch với gia tốc trọng trường.
C. giảm vì gia tốc trọng trường giảm theo độ cao.
D. không đổi vì chu kỳ dao động điều hoà của nó không phụ thuộc vào gia tốc trọng trường.
P3. Chọn câu Đúng. Tại một nơi xác định, một con lắc đơn dao động điều hòa với chu kỳ T, khi tay quả nặng 50g bằng quả nặng 20g thì:
A. Chu kì của nó tăng lên rõ rệt.
B. Chu kì của nó giảm rõ rệt
C. Tần số của nó giảm đi nhiều.
D. Tần số của nó hầu như không đổi.
P.4. Một con lắc đơn dao động với chu kì T = 2s, có biên độ S0 = 2cm. Kích thích cho con lắc đơn dao động với biên độ S0 = 4cm thì chu kì của nó lúc này là bao nhiêu?
A. 2s
B. 4s
C. 1s
D. 3s
