CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC NỘI DUNG “DAO ĐỘNG” VÀ “SÓNG” – VẬT LÍ 11 (CTGDPT 2018) NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬT LÍ CỦA HỌC SINH
2.3. Xây dựng các thí nghiệm cụ thể
2.3.10. Thí nghiệm đo tốc độ truyền âm
- [2.4]. Thực hiện kế hoạch: Tiến hành đo tốc độ truyền âm từ đó thu thập được số liệu và rút ra kết luận.
- [2.5]. Viết, trình bày báo cáo và thảo luận.
b) Vật tư, dụng cụ:
Bảng 2.14. Dụng cụ và vật tư thí nghiệm đo tốc độ truyền âm
Vật tư, dụng cụ Hình ảnh
- Ống trụ: Bằng nhựa trong suốt, đường kính 40mm, dài 660mm, có chia độ 0 ÷ 650mm.
- Pittông: Bằng sắt bọc nhựa, đường kính 35mm, dài 20mm.
- Dây kéo: Loại sợi mềm, đảm bảo độ bền cơ học, dài 800mm.
- Ròng rọc: Đường kính 36mm.
- Trụ đứng: Bằng inox, đường kính 10mm, dài 760mm.
- Tay đỡ ống trụ: Bằng nhựa, dài 90mm, có nòng cốt nhôm lỗ đường kính 10mm dài 20mm.
- 1 Khớp nối.
- 1 Đế 3 chân.
- 1 Loa điện động: Loa tròn đường kính 60mm, hộp loa bằng nhựa có 2 jack cái lỗ 4mm, thanh inox đường kính 10mm dài 30mm, dùng nguồn điện từ máy phát âm tần để điều chỉnh tần số.
- Sử dụng app Frequency Generator [27], app Phyphox [28] trên điện thoại thông minh.
68
* Phương án 1. Đo tốc độ truyền âm trong không khí bằng thiết bị hiện hành c) Tiến hành thí nghiệm
Bước 1. Bố trí thí nghiệm như hình vẽ
Hình 2.7. Bộ thí nghiệm đo vận tốc truyền âm [11]
Bước 2. Bật app phát tần số Frequency Generator, để cách mặt dưới của ống vài mm, dùng dây kéo pittong để di chuyển trong ống thủy tinh cho đến lúc âm thanh nghe được to nhất. Xác định vị trí âm thanh nghe được là lớn nhất.
Bước 3. Sau đó tiếp tục kéo pittong đến vị trí khác để nghe được âm thanh cũng là lớn nhất. Âm thanh to nhất khi cộng hưởng khó xác định chính xác nên cần cho pittong di chuyển qua lại quanh vị trí âm nghe to nhất để xác định đúng vị trí.
Bước 4. Thực hiện với các tần số khác nhau của âm thanh và xác định khoảng cách giữa hai vị trí nghe to nhất. Tính được bước sóng λ = 2.khoảng cách giữa 2 bụng. Từ đó tính được vận tốc truyền âm trong không khí.
d. Kết quả thí nghiệm, xử lí kết quả và kết luận
Bảng 2.15. Đo vận tốc truyền âm bằng bộ thí nghiệm hiện hành Tần số f
(Hz)
Vị trí âm nghe to nhất lần thứ nhất
(cm)
Vị trí âm nghe to nhất lần thứ hai (cm)
Bước sóng λ (cm)
Vận tốc truyền âm v = λ.f (m/s)
400 19 62 86 344,0
440 17 56,5 79 347,6
500 14 49 70 350,0
550 13 45 64 352,0
Trung bình 348,4
69
Kết luận: Kết quả đo vận tốc truyền âm khá phù hợp với lí thuyết.
*Phương án 2. Đo tốc độ truyền âm trong không khí thông qua hiện tượng sóng dừng, thay loa và máy phát tần số trong bộ TN hiện hành bằng app phát tần số Frequency Generator (dùng cho Android)
c. Tiến hành thí nghiệm
Bước 1. Cài đặt app trên điện thoại thông minh qua CH Play trên hệ điều hành Android.
Bước 2. Tiến hành lắp đặt như phương án 1 nhưng thay loa điện động và máy phát tần số bằng app phát tần số Frequency Generator.
Bước 3. Bật app phát tần số Frequency Generator, để cách mặt dưới của ống vài mm, dùng dây kéo pittong để di chuyển trong ống thủy tinh cho đến lúc âm thanh nghe được to nhất. Xác định vị trí âm thanh nghe được là lớn nhất.
Bước 4. Sau đó tiếp tục kéo pittong đến vị trí khác để nghe được âm thanh cũng là lớn nhất. Âm thanh to nhất khi cộng hưởng khó xác định chính xác nên cần cho pittong di chuyển qua lại quanh vị trí âm nghe to nhất để xác định đúng vị trí.
Bước 5. Thực hiện với các tần số khác nhau của âm thanh và xác định khoảng cách giữa hai vị trí nghe to nhất. Tính được bước sóng λ = 2.khoảng cách giữa 2 bụng. Từ đó tính được vận tốc truyền âm trong không khí.
d. Kết quả thí nghiệm, xử lí kết quả và kết luận
Bảng 2.16. Đo vận tốc truyền âm khai thác bộ thí nghiệm hiện hành kết hợp app phát tần số Tần số f
(Hz)
Vị trí âm nghe to nhất lần thứ nhất (cm)
Vị trí âm nghe to nhất lần thứ hai (cm)
Bước sóng λ (cm)
Vận tốc truyền âm v = λ.f (m/s)
400 19 62 86 344,0
440 17 56,5 79 347,6
500 14 49 70 350,0
550 13 45 64 352,0
Trung bình 348,4
Kết luận: Kết quả đo vận tốc truyền âm khá phù hợp với lí thuyết.
70
• So sánh giữa 2 phương án đo
Bảng 2.17. So sánh vận tốc truyền âm đo được bằng phương án 1 & 2 Tần số
f (Hz)
Vị trí âm nghe to nhất lần thứ nhất
(cm)
Vị trí âm nghe to nhất lần thứ hai
(cm)
Bước sóng λ (cm)
Vận tốc truyền âm v = λ.f (m/s)
App Bộ TN hiện hành
App Bộ TN hiện hành
400 19 19 62 62 86 344,0
440 17 17 56,5 56,5 79 347,6
500 14 14 49 49 70 350,0
550 13 13 45 45 64 352,0
Trung bình 348,4
*Phương án 3. Đo tốc độ truyền âm trong không khí thông qua hiện tượng phản xạ âm, dùng phần mềm Phyphox.
c. Các bước tiến hành
Bước 1. Cài app Phyphox trên điện thoại (hỗ trợ cả Android lẫn IOS).
Bước 2. Vào Sonar, ở mục thời gian.
Bước 3. Đặt loa điện thoại sát với đầu hở của ống.
71
Bước 4. Điều chỉnh pittong để thay đổi chiều dài ống.
Bước 5. Bấm nút để app phát các tiếng “bip” tiến hành đo, sau mỗi tiếng “bip”
bấm dừng để phân tích đồ thị. Bấm chọn vào “Lấy dữ liệu” để tiến hành kéo xác định hiệu thời gian giữa âm phát ra và âm phản xạ.
d. Kết quả thí nghiệm, xử lí kết quả và kết luận
Bảng 2.18. Đo vận tốc truyền âm bằng hiện tượng phản xạ âm Chiều dài
ống L (cm)
Gấp đôi chiều dài ống 2L (cm)
Hiệu thời gian Δt (s) Vận tốc truyền âm v = 2L/Δt
(m/s)
30 60 0,0018 333,3
45 90 0,0028 321,4
50 100 0,0031 322,5
55 110 0,0034 323,5
60 120 0,0036 333,3
Trung bình 326,8
Kết luận: Kết quả đo vận tốc truyền âm khá gần với lí thuyết. Có sai khác với TN1 tùy thuộc vào điều kiện nhiệt độ, độ ẩm môi trường.
e) Ý tưởng sử dụng TN trong dạy học để phát triển NL Vật lí của HS
72
- Các biểu hiện của NL vật lí có thể phát triển
+ [2.4]. Thực hiện kế hoạch: Tiến hành đo tốc độ truyền âm từ đó thu thập được số liệu và rút ra kết luận.
+ [2.5]. Viết, trình bày báo cáo và thảo luận.
- Cách thức tổ chức Chuyển
giao nhiệm vụ
GV giao nhiệm vụ về nhà vào tiết trước: cài đặt và tìm hiểu cách sử dụng của app Frequency Generator và Phyphox.
Thực hiện nhiệm vụ
- GV chia lớp thành 4 nhóm và phát dụng cụ cho các nhóm.
- GV phát phiếu học tập và yêu cầu các nhóm thực hiện theo phiếu học tập.
Báo cáo, GV gọi các nhóm mang kết quả lên bảng trình bày, các nhóm khác
73
trình bày, kết luận
nhận xét.
- GV nhận xét phần trình bày của các nhóm.
Chốt kiến thức
GV chốt kiến thức: Qua thực nghiệm thấy rằng vận tốc truyền âm trong không khí tương đối phù hợp với lí thuyết.