Cách làm bài thi thực nghiệm môn Vật lí hệ Cambridge

1. Giới thiệu về  bài thi thực nghiệm

Sau năm đầu học chương trình A-level, học sinh có thể dự thi lấy chứng chỉ AS (Advanced Subsidiary). Với môn Vật lí, nội dung thi tập trung vào phần Cơ học, Điện học, Sóng và Phóng xạ. Học sinh phải thi 3 bài:

1. 1. • paper 1: trắc nghiệm
      • paper 2: các câu hỏi ngắn
      • paper 3: thực nghiệm nâng cao

Các bạn có thể tham khảo thêm ở bài “Ôn thi AS, A-level hiệu quả” tôi viết ở khoahoctunhien.vn. Bài này, tôi sẽ tập trung làm rõ cách thức thi bài thực nghiệm nâng cao Paper 3.

Bài thi này gồm 2 phần làm trong 2 giờ, mỗi phần 20 điểm:

1. 1. • phần 1: học sinh cần đo đạc, lập bảng biểu, vẽ đồ thị, xác định giá trị các đại lượng.
      • phần 2: học sinh được yêu cầu tiến hành đo đạc (thường ít hơn phần 1) mà kết quả bị ảnh hưởng khá nhiều bởi  thực tế nên không được chính xác như mong đợi từ lí thuyết. Sau khi thu thập số liệu, học sinh cần tính toán và đánh giá những yếu tố ảnh hưởng tới kết quả, đưa ra những khắc phục để  có kết quả tốt hơn (không đo lại).

Bài thi 10/2016

Nên nhớ rằng điểm cho bài thi chủ yếu được chấm cho cả quá trình đo: cách ghi số liệu, cách lập bảng biểu, vẽ đồ thị… Kết quả đo chính xác chỉ chiếm 2 điểm. Nếu lỡ có đo sai thì cũng đừng lo, chưa kể, phần 2 mà đo đúng lí thuyết quá là có khi sai đấy vì bài toán thực tế và dụng cụ đo có thể bị cố tình làm sai lệch đi.

Khi làm thực nghiệm, học sinh có thể nhờ sự trợ giúp của giáo viên trông thi. Chỉ có thể nhờ ở phần lắp đặt thí nghiệm thôi chứ đo đạc và xử lí là phải tự làm lấy, nhờ GV cũng không làm cho đâu.  Sau buổi thi, GV sẽ làm báo cáo mức độ hướng dẫn để hội đồng thi quyết định trừ điểm. Bị bế tắc ở ngay phần lắp đặt thì phải nhờ ngay để tiết kiệm thời gian và vì có trừ thì cũng không quá 2 điểm, sau đó, ta còn tập trung đo đạc và xử lí số liệu. Đó mới là phần chiếm nhiều thời gian và nhiều điểm.

Bài thi  5/2016

2. Những chú ý trong khi làm bài thực nghiệm

Phần này, tôi sẽ viết về những điều nên và không nên khi làm thực nghiệm. Đọc cho biết và phải thực hành nhiều thì mới tạo được kĩ năng chứ đọc như đọc tiểu thuyết thì không ăn thua. Người ta nói “trăm nghe không bằng một thấy , trăm thấy không bằng một sờ” là có lý cả đấy. VD như nhiều học sinh đọc lí thuyết cách đo micrometer vanh vách nhưng đưa cho sợi dây đồng bảo đo đường kính thì loay hoay mãi. Phải rồi, khi cầm dụng cụ, nó mới có cảm giác, có âm thanh, hình ảnh chứ đọc vẹt thì làm sao cảm nhận được. Không ai đến nhà hát để xem các bản nhạc chiếu trên màn hình mà đến là để nghe nhạc công đánh nhạc. Có những thứ không viết trong sách, ví dụ, khi vặn micrometer gần tới vật thì chỉ được vặn núm nhỏ để khi kêu tanh tách là được. Không biết mà vặn như bình thường thì dây bẹp gí lại, hỏng mẫu vật thì còn làm ăn gì nữa? Ngoài ra, khi đo đạc mà chắc chắn dụng cụ hỏng mà không phải do mình thì phải báo cáo ngay với người hướng dẫn.

Những vấn đề sẽ bàn trong phần này:

1. Sai số, độ chính xác của dụng cụ đo
2. Bảng biểu, đồ thị

Giờ ta sẽ đi vào cụ thể.

A. Sai số, độ chính xác của dụng cụ đo

Một trong những sai sót cơ bản nhất của học sinh là viết kết quả cho bởi máy tính vào bài, kiểu như chiều cao của một người là h = 1.6385745 m. Thông thường, để đo chiều cao người, người ta chỉ dùng thước chia đến cm, vậy dụng cụ ấy không thể chính xác tới 0.0000001 m như thế kia, sai số trực tiếp với thước đó cỡ 0.5 cm do mắt người vẫn phân biệt được nửa độ chia, nên kết quả cần ghi là h = (1.64 ± 0.05) cm, tức là phải làm tròn đến  chữ số phần trăm. Với những vật nhỏ hơn, người ta dùng thước chia tới mm thì độ chính xác cũng chỉ tớ 0.5 mm mà thôi.

Các dụng cụ có trong bài thi AS có độ chính xác như sau:

• Micrometer screw gauge: 0.01 mm
• Thước mét: 0.5 mm
• Thước kẹp (Vernier caliper): 0.05 mm. Mặc dù vậy, học sinh nên chỉ dùng đến độ chính xác 0.1 mm thôi.
• Thước đo góc: 0.5 °
• Bình trụ chia độ: nửa độ chia nhỏ nhất. Thông thường, bình chia 0.1 ml thì ta dùng sai số 0.05 ml.
• Đồng hồ: 0.1 s.

Qui tắc tính độ bất định (uncertainty) của phép đo gián tiếp

Có nhiều đại lượng không thể đo trực tiếp bằng dụng cụ mà thông qua công thức, từ đó ta phải ước lượng độ bất định của đại lượng qua những qui tắc sau:

• Nếu là phép cộng/trừ thì sai số tuyệt đối của kết quả là tổng sai số tuyệt đối. Đừng bao giờ trừ 2 sai số cho nhau cho dù công thức là phép trừ.
  • VD a = x± y thì Δa = Δx + Δy
• Nếu là phép nhân/chia thì sai số % là tổng của sai số % của các đại lượng trong công thức.
  • VD a = x/y thì  (Δa)/a = (Δx)/x + (Δy)/y
  • Chú ý là sai số phần trăm cũng cỡ vài % chứ nhỏ như 0.02 thì có khi là chưa nhân với 100!

B. Bảng biểu, đồ thị

Với câu hỏi 1, học sinh phải đo đạc nhiều số liệu, lập bảng và vẽ đồ thị. Không  chỉ số liệu tốt  mà cả hình thức của bảng, đồ thị cũng đem lại điểm. Thông thường, bài thi sẽ yêu cầu ít nhất 6 lần đo để cho ra 6 cặp số liệu. Trước khi vẽ đồ thị, đề bài có thể yêu cầu học sinh xử lí dữ liệu trước khi vẽ.

Lấy ví dụ bài đo dòng điện phụ thuộc độ dài dây dẫn, một bạn học sinh thu được bảng sau. Đề bài yêu cầu cột thứ 3 là nghịch đảo của dòng điện.Ở ví dụ bảng trên, ta thấy học sinh được 5 điểm ở các mục sau:

• Đủ 6 set số liệu theo yêu cầu đề bài
• Khoảng số liệu: thước cho trong bài dài 1 m.  Thông thường, khoảng đo nên chiếm 60 % khoảng đo cho phép, ở đây, bạn học sinh đã làm trên độ dài từ 10.2 cm đến 100 cm, tức gần 90% khoảng đo.
• Tiêu đề cột: có đủ kí hiệu đại lượng và đơn vị chính xác ở các cột đo và cột tính toán. VD ở cột cuối là 1/mA.
• Tính thống nhất cúa số liệu: các số liệu được đo với cùng số thập phân sau dấu phẩy. Kể cả khi độ dài rơi vào vạch chia thì vẫn ghi 30.0 cm chứ không phải 30 cm.
• Số có nghĩa: số liệu đo được từ I_A và I_B là 3 chữ số có nghĩa, ở cột cuối, số liệu thu được cũng có 3 chữ số có nghĩa.

Tiếp đó, đến đồ thị. Trong đề bài sẽ có một trang chia ô vẽ để vẽ đồ thị. Thông thường, lưới sẽ có 80 ô hàng ngang, 120 hàng dọc. Cứ mỗi 10 ô thì có một vạch dọc đậm, tức là ta sẽ có 8 khối hàng ngang, 12 khối hàng dọc.

Khi vẽ, cần chú ý:

• Trục phải có đại lượng và đơn vị
• Đồ thị phải chiếm ít nhất 50% diện tích lưới đã cho. Điều đó có nghĩa bạn phải căn chỉnh  tỉ lệ trước khi điền giá trị
• Khi vẽ điểm, nên dùng dấu cộng và không vạch quá nửa 1 ô bé. Dùng dấm chấm cũng được nhưng đừng có tô quá to
• Nếu có điểm bất thường, ta có thể loại, không tham gia vào việc vẽ đường thẳng, cùng lắm là chỉ loại 1 điểm
• Thông thường, đồ thị có dạng hình thẳng. Khi vẽ, đường tốt nhất là đường đi sao cho số lượng điểm ở bên trái và phải của đường là tương đương
• Thông thường, vẽ đường thẳng để tính độ dốc. Khi đó, ta cần tính tan, ta phải lấy khoảng cách 2 điểm trên đường thẳng càng xa càng tốt, ít nhất là trên 70%. Nhớ là 2 điểm trên đường thẳng chứ không phải lấy 2 điểm số liệu. Cần phải đánh dấu 2 điểm đó và tọa độ của chúng trên các trục.

Trên đây là những chú ý khi làm bài thực nghiệm môn Vật lí hệ Cambridge. Để thực hiện đúng và tránh sai sót, học sinh cần phải thực hành nhiều để tạo thành kĩ năng. Ở mỗi bài, lại có những yêu cầu, kĩ năng khác nhau, nếu không làm trực tiếp thì không thể biết được.