Giáo án Lực căng mặt ngoài của nước

Xác định vấn đề: vì sao đường kính bóng cần được thu thập theo quy trình thống nhất trước khi so sánh hai điều kiện nhiệt độ.

GV chiếu hình ảnh bóng xà phòng và đặt câu hỏi: (1) Cùng một loại xà phòng, cùng một cách thổi, các bóng có đường kính giống nhau không? Vì sao? (2) Nếu muốn xem nhiệt độ nước có ảnh hưởng đến đường kính bóng hay không, cần giữ những gì giống nhau và chỉ đổi điều gì? (3) Sau khi có nhiều số đo, ta nên so sánh điều gì: từng bóng riêng lẻ hay các số trung tâm của cả bộ số liệu?

Dự kiến học sinh nêu được: đường kính bóng phụ thuộc vào thao tác và điều kiện thí nghiệm nên cần quy trình thống nhất; muốn tách ảnh hưởng của nhiệt độ thì chỉ đổi nhiệt độ, các yếu tố khác giữ nguyên; nên so sánh số trung tâm (trung bình, trung vị, mốt) của bảng ghép nhóm.
Kết quả cần ghi vào vở: mục tiêu bài là so sánh số trung tâm của đường kính ở hai điều kiện; không suy trực tiếp lực căng mặt ngoài từ đường kính.

Hình thành quy trình thu thập đường kính bóng xà phòng thống nhất, xác định các yếu tố phải giữ cố định và quy ước xử lí lần đo bất thường.

Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 1 (quy trình và kiểm soát biến). Nhiệm vụ gồm: (a) liệt kê các yếu tố phải giữ ổn định khi đổi nhiệt độ; (b) nêu quy trình đo: đặt giấy kẻ ô dưới tấm nhựa trong trên khay phẳng, dùng cùng lượng dung dịch, thổi nhẹ theo chiều ra đến khi bóng vỡ, đọc đường kính vệt tròn theo cùng quy ước và ghi ngay; (c) nêu cách xử lí lần bóng vỡ quá sớm hoặc không đọc được.
Nhánh 25°C: mỗi nhóm thực hiện đo theo quy trình, lặp đủ số lần và ghi vào bảng.
Nhánh 75°C: GV thông báo đây là dữ liệu do GV kiểm soát và cung cấp; học sinh không thao tác với nước nóng. Nếu không đủ điều kiện, nhóm dùng bảng dữ liệu minh họa để thay thế.
Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao không được đổi thêm nồng độ xà phòng khi đang so sánh nhiệt độ? Nếu một lần bóng vỡ sớm, nhóm có được bỏ số đó không?

Kết luận của nhóm (ghi trong Phiếu học tập số 1):

• Yếu tố giữ ổn định: loại và nồng độ xà phòng, lượng dung dịch, bề mặt làm việc, ống thổi cá nhân, phương pháp tạo và đọc bóng; chỉ thay đổi nhiệt độ.
• Quy trình: đặt giấy kẻ ô dưới tấm nhựa trong; cùng lượng dung dịch; thổi nhẹ theo chiều ra đến khi bóng vỡ; đọc và ghi đường kính ngay.
• Xử lí dữ liệu: lần vỡ quá sớm hoặc không đọc được được ghi riêng, không tùy ý bỏ số nhỏ; mỗi điều kiện cần đủ 10 lần đọc hợp lệ.
• Kiến thức rút ra: muốn tách ảnh hưởng của một yếu tố thì kiểm soát các yếu tố còn lại.
• Dữ liệu minh họa phải được ghi rõ là minh họa, không phải số đo của nhóm.

Tính trung bình, trung vị và mốt xấp xỉ của mẫu số liệu ghép nhóm cho hai điều kiện; so sánh và nêu được giới hạn của kết luận.

Học theo kĩ thuật mảnh ghép với Phiếu học tập số 2. Bảng dữ liệu minh họa: nhóm [0; 2), [2; 4), [4; 6) cm; tần số điều kiện A (25°C) là 3, 6, 1; điều kiện B (75°C) là 2, 6, 2. Đại diện lần lượt là 1 cm, 3 cm, 5 cm; mỗi điều kiện có 10 lần đọc hợp lệ.
Nhóm chuyên gia: nhóm 1 tính trung bình xấp xỉ; nhóm 2 tính trung vị bằng công thức $M_e=L+\dfrac{\frac{n}{2}-F}{f}\cdot h$; nhóm 3 tính mốt bằng công thức $M_o=L+\dfrac{f-f_{1}}{(f-f_{1})+(f-f_{2})}\cdot h$. Mỗi chuyên gia tính cho cả A và B.
Sau đó các nhóm mảnh ghép tổng hợp kết quả và trả lời: B cao hơn A theo cả ba chỉ số có đúng là mọi bóng B đều lớn hơn mọi bóng A không?

Kết quả cần đạt (Phiếu học tập số 2):

• Điều kiện A (25°C): trung bình $\bar{x}=\dfrac{3\cdot1+6\cdot3+1\cdot5}{10}=2{,}6$ cm; trung vị $M_e=2+\dfrac{5-3}{6}\cdot2=\dfrac{8}{3}\approx2{,}67$ cm; mốt $M_o=2+\dfrac{6-3}{(6-3)+(6-1)}\cdot2=2{,}75$ cm.
• Điều kiện B (75°C): trung bình $\dfrac{2\cdot1+6\cdot3+2\cdot5}{10}=3$ cm; trung vị $2+\dfrac{5-2}{6}\cdot2=3$ cm; mốt $2+\dfrac{6-2}{(6-2)+(6-2)}\cdot2=3$ cm.
• Nhận xét: B cao hơn A theo cả ba chỉ số trong dữ liệu minh họa.
• Giới hạn: các phân bố có thể chồng lấn; số trung tâm phản ánh xu thế chung, không xếp thứ tự mọi bóng cá thể; không suy được lực căng giảm bao nhiêu từ kết quả này.

Củng cố cách kiểm soát biến, tính số trung tâm và phân biệt dữ liệu minh họa với dữ liệu quan sát; rèn lập luận ngắn cho mỗi đáp án.

Trò chơi 'Thẻ Đ/S và chọn đáp án' theo nhóm. GV chiếu từng câu hỏi, nhóm thảo luận 2 phút rồi giơ thẻ trả lời kèm lý do ngắn. Các câu hỏi gồm:
(1) Để tách tác dụng của nhiệt độ, yếu tố nào cần giữ ổn định? A. Tùy ý chọn mỗi nhóm một quy tắc đo khác; B. Nồng độ và loại xà phòng, cùng phương pháp tạo bóng; C. Đổi cả nhiệt độ và nồng độ mỗi nhóm.
(2) Dữ liệu minh họa nhóm [0; 2), [2; 4), [4; 6) cm có tần số 2, 6, 2: cỡ mẫu bằng bao nhiêu?
(3) Với bảng trên, tính trung bình đại diện theo cm.
(4) Với bảng trên, tính trung vị nội suy theo cm.
(5) Đánh giá các nhận định: a) Dữ liệu minh họa phải ghi là minh họa; b) Mọi bóng cùng nhóm có đường kính đúng trung điểm; c) Cần quy ước xử lí lần bóng vỡ hoặc không đọc được; d) Bắt buộc cho học sinh tự cầm cốc 70–80°C.
(6) Từ việc bóng B có trung bình lớn hơn, có kết luận mọi bóng B lớn hơn mọi bóng A không? A. Có, vì trung bình quyết định từng phần tử; B. Có nếu hai nhóm có cùng số lần đo; C. Không, các phân bố có thể chồng lấn.
Sau khi làm xong, học sinh có thể kiểm tra lại trên trang NeoEdu (bài tập tương tác).

Đáp án và lập luận:
(1) B. Muốn tách một biến cần kiểm soát các biến còn lại.
(2) 10 (2 + 6 + 2 = 10 lần đọc hợp lệ).
(3) 3 cm: $\dfrac{2\cdot1+6\cdot3+2\cdot5}{10}=3$.
(4) 3 cm: $L=2$, $F=2$, $f=6$, $h=2$, $\dfrac{n}{2}=5$, $M_e=2+\dfrac{5-2}{6}\cdot2=3$ cm.
(5) a) Đúng; b) Sai, các bóng trong cùng nhóm có đường kính khác nhau, đại diện chỉ là trung điểm; c) Đúng; d) Sai, an toàn ưu tiên GV kiểm soát nhiệt hoặc phân tích số liệu.
(6) C. Trung bình nói về xu thế chung, không xếp thứ tự mọi số đo cá thể.

Vận dụng quy trình, số trung tâm và giới hạn kết luận để viết báo cáo ngắn từ bảng dữ liệu minh họa hoặc số liệu nhóm đo thực tế.

Cá nhân hoặc nhóm đôi viết báo cáo ngắn dựa trên bảng minh họa nhóm [0; 2), [2; 4), [4; 6) cm có tần số 2, 6, 2 (hoặc số liệu nhóm đo thực tế nếu đã có). Báo cáo gồm ba phần: (1) phương pháp và tính minh họa của dữ liệu; (2) ba số trung tâm đúng (trung bình, trung vị, mốt); (3) an toàn và giới hạn kết luận. Có thể hoàn thiện ở nhà.

Báo cáo mẫu (khung gợi ý):

• Chúng em phân tích bảng minh họa gồm 10 đường kính; đây không phải số đo của nhóm em.
• Các nhóm [0; 2), [2; 4), [4; 6) cm có cùng độ rộng 2 cm, đại diện 1 cm, 3 cm, 5 cm.
• Trung bình $3$ cm; trung vị $3$ cm; mốt $2+\dfrac{6-2}{(6-2)+(6-2)}\cdot2=3$ cm.
• Nếu thực hiện thật: giữ cùng dung dịch và cách thổi, giáo viên quản lí nhiệt độ, không hút xà phòng, dùng ống riêng, ghi các lần không đọc được và đo đủ số lần.
• Kết luận có giới hạn: số trung tâm không khẳng định mọi bóng B lớn hơn mọi bóng A và không suy ra trực tiếp lực căng mặt ngoài.