CƠ SỞ LÍ LUẬN V À TH ỰC TIỄN CỦA ĐỀ T ÀI NGHIÊN C ỨU 5 1.1 Vai trò c ủa b ài t ập trong dạy học vật lý
Bài t ập vật lý
Vật lý là môn khoa học giúp học sinh nắm vững quy luật vận động của thế giới vật chất Bài tập vật lý không chỉ giúp học sinh hiểu rõ các qui luật mà còn phát triển khả năng phân tích và ứng dụng chúng vào thực tiễn Kiến thức sẽ được củng cố khi học sinh thành thạo trong việc giải quyết các bài tập lý thuyết và thực hành.
Bài tập vật lý là các tình huống luyện tập được thiết kế nhằm nghiên cứu hiện tượng vật lý, hình thành khái niệm và phát triển tư duy vật lý cho học sinh Qua đó, học sinh cũng rèn luyện kỹ năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn.
Sau khi hoàn thành phần lý thuyết về đòn bẩy và nguyên tắc hoạt động của nó, giáo viên có thể củng cố kỹ năng áp dụng kiến thức cho học sinh thông qua một câu hỏi thực tiễn.
Em hãy nêu các dụng cụ sử dụng nguyên tắc đòn bẩy mà em biết?
Hoặc đưa ra một tình huống cụ thể cần phải tính toán và từ đó chứng minh làm sáng tỏ các vấn đề lý thuyết vừa học
Bài tập vật lý đóng vai trò quan trọng trong giáo dục vật lý ở trường phổ thông, không chỉ giúp học sinh giải toán mà còn rèn luyện khả năng áp dụng kiến thức và kỹ năng suy luận logic để giải quyết các vấn đề thực tiễn Việc này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu sắc các kiến thức trong chương trình học mà còn khuyến khích các em vận dụng kiến thức để giải quyết nhiệm vụ học tập và các vấn đề thực tế Để đạt được điều này, cần thường xuyên rèn luyện kỹ năng áp dụng kiến thức vào cuộc sống hàng ngày, vì kỹ năng này phản ánh mức độ sâu sắc và vững chắc của kiến thức mà học sinh đã tiếp thu.
Trong quá trình giải quyết các bài tập vật lý, học sinh cần áp dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa và trừu tượng hóa để tìm ra giải pháp cho các vấn đề cụ thể Những kỹ năng tư duy này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về kiến thức vật lý mà còn phát triển khả năng giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.
Bài tập vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tư duy và khả năng sáng tạo của học sinh Nó giúp nâng cao tính độc lập trong suy nghĩ và hành động, đồng thời rèn luyện tính kiên trì khi đối mặt với khó khăn trong cuộc sống.
Trong quá trình dạy học vật lý, vai trò tự học của học sinh là rất quan trọng Giáo viên cần lựa chọn và sắp xếp bài tập một cách hệ thống từ dễ đến khó, đồng thời hướng dẫn học sinh cách giải để hiểu rõ bản chất vật lý của bài toán Bài tập không chỉ là công cụ kiểm tra kiến thức và kỹ năng mà còn giúp phát hiện trình độ trí tuệ của học sinh, đồng thời chỉ ra những khó khăn và sai lầm trong quá trình học, giúp học sinh vượt qua những trở ngại này.
Vật lý là một môn học liên quan đến nhiều hiện tượng trong đời sống
Kiến thức vật lý không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật và cuộc sống hàng ngày Khi học sinh giải bài tập vận dụng lý, họ tìm hiểu bản chất của các vấn đề và áp dụng kiến thức để giải quyết các tình huống thực tế Do đó, việc sử dụng bài tập vật lý còn góp phần giáo dục tư tưởng đạo đức, phát triển kỹ năng tổng hợp và định hướng nghề nghiệp cho học sinh.
1.1.2 Các kiểu bài tập vật lý
1.1.2.1 Bài tập vật lý định tính
Bài tập định tính là những bài tập mà học sinh không cần thực hiện các phép toán phức tạp, mà chủ yếu áp dụng các định luật, định lý và quy luật vật lý Các câu hỏi thường rất đa dạng và yêu cầu học sinh vận dụng nhiều kiến thức vật lý để giải quyết.
Để đo độ sâu của đáy biển, người học cần nắm vững kiến thức vật lý, đặc biệt là về sóng âm Việc áp dụng kiến thức này yêu cầu người học phải hiểu rõ mối liên hệ giữa vận tốc sóng và quãng đường sóng truyền Chỉ khi có sự kết hợp giữa các khối kiến thức này, họ mới có thể đưa ra câu trả lời chính xác cho bài tập.
1.1.2.2 Bài tập vật lý định lượng Đó là loại bài tập vật lý mà muốn giải quyết nó ta phải thực hiện một loạt các phép tính Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân loại bài tập dạng này thành hai loại :
Bài tập tập dượt là một công cụ hữu ích giúp học sinh củng cố kiến thức về các khái niệm và quy tắc vật lý mới Những bài tập này đơn giản và dễ thực hiện, cho phép học sinh áp dụng ngay những gì vừa học, từ đó nâng cao khả năng hiểu biết và ghi nhớ kiến thức.
Bài tập tổng hợp là những bài tập phức tạp, yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức từ nhiều phần, chương và cấp học khác nhau Đặc biệt, khi các câu hỏi được trình bày dưới dạng trắc nghiệm khách quan, học sinh cần nhớ kết quả đã được chứng minh trước đó để giải quyết nhanh chóng Do đó, việc hiểu bài một cách sâu sắc là rất quan trọng để học sinh có thể áp dụng kiến thức ở mức độ cao.
Ví dụ: Khi nghiên cứu về vận tốc và quãng đường ta có sự liên hệ quãng đường bằng vận tốc nhân với thời gian:
Vật đi được quãng đường 12km với vận tốc 3km/h Học sinh cần tính thời gian vật di chuyển Để giải bài tập này, học sinh chỉ cần áp dụng công thức tính toán để tìm ra đại lượng mà đề bài yêu cầu.
Để tạo bài tập tổng hợp, giáo viên có thể sử dụng các quãng đường khác nhau với vận tốc khác nhau, yêu cầu học sinh tính toán vận tốc trung bình cho toàn bộ quãng đường.
Phương pháp giải b ài t ập vật lý
1.2 1 Các bước giải b ài t ập
Quá trình giải bài tập vật lý bao gồm việc hiểu rõ điều kiện bài tập, phân tích hiện tượng vật lý và thiết lập các mối liên hệ dựa trên kiến thức vật lý Việc tính toán các mối liên hệ này sẽ giúp đưa ra lời giải chính xác Sự nắm vững các mối liên hệ này không chỉ hỗ trợ học sinh trong việc giải bài tập mà còn giúp giáo viên định hướng phương pháp dạy học hiệu quả hơn.
Bài tập vật lý rất đa dạng, dẫn đến việc áp dụng nhiều phương pháp giải khác nhau Không có một phương pháp cụ thể nào có thể giải quyết tất cả bài tập Dựa trên phân tích này, chúng ta có thể xây dựng một dàn bài chung với các bước chính để hỗ trợ trong việc giải quyết các bài tập vật lý.
1 Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
- Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ quan trọng, xác định đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện.
- Dùng kí hiệu tóm tắt đề bài cho gì? Hỏi gì? Dùng hình vẽ mô tả lại tình huống, minh họa nếu cần.
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài, cần xác định các kiến thức, khái niệm, hiện tượng, quy tắc và định luật liên quan trong môn vật lý Việc phân tích các yếu tố này giúp người học hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa các dữ liệu và các nguyên lý vật lý cơ bản Hãy chú ý đến những khái niệm chính để áp dụng vào giải quyết bài toán một cách hiệu quả.
Để hiểu rõ bản chất của hiện tượng nêu trong đề bài, học sinh cần xác định các giai đoạn diễn biến và các đặc tính, định luật chi phối từng giai đoạn Việc này giúp tránh sự áp dụng máy móc công thức và nâng cao khả năng tư duy khoa học.
Bước này tập trung vào việc xác định mối quan hệ giữa ẩn số cần tìm và các dữ kiện đã cho Cần đối chiếu các dữ kiện với ẩn số thông qua các công thức và định luật để thiết lập mối liên hệ rõ ràng Nếu cần thiết, hãy thành lập các phương trình, chú ý rằng số lượng ẩn số phải tương ứng với số lượng phương trình Đối với các bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp lập luận chính để giải quyết vấn đề.
Phương pháp phân tích bắt đầu từ việc xác định ẩn số cần tìm, sau đó tìm ra mối liên hệ giữa ẩn số đó và một đại lượng khác theo một định luật đã được xác định Mối liên hệ này được diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số Tiếp theo, cần phát triển lập luận hoặc biến đổi công thức dựa trên các dữ kiện đã cho Cuối cùng, quá trình này dẫn đến công thức cuối cùng bao gồm ẩn số và các dữ kiện đã được cung cấp.
Phương pháp tổng hợp bắt đầu từ các dữ kiện đã cho để xây dựng lập luận và biến đổi công thức, giúp diễn đạt mối quan hệ giữa các dữ kiện và đại lượng khác, tiến tới công thức cuối cùng chứa ẩn số Đối với bài tập định tính, việc tính toán không cần thiết, thay vào đó, ta chủ yếu sử dụng lập luận và suy luận logic từ kiến thức vật lý để giải thích hoặc dự đoán hiện tượng.
Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước :
Phân tích hiện tượng vật lý trong câu hỏi giúp xác định các định luật, khái niệm và quy tắc vật lý liên quan Việc này cho phép chúng ta giải thích và hiểu rõ hơn về các hiện tượng tự nhiên, từ đó áp dụng vào thực tiễn và nghiên cứu khoa học.
Để trả lời câu hỏi hiệu quả, cần tổng hợp các điều kiện và kiến thức liên quan Đặc biệt, đối với bài tập trắc nghiệm khách quan, việc nắm vững kiến thức trong sách giáo khoa là rất quan trọng, vì nếu không, bạn sẽ khó nhận diện phương án đúng trong các lựa chọn.
4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
- Từ mối liên hệ cơ bản, lập luận giải để tìm ra kết quả.
Phân tích kết quả cuối cùng giúp loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện bài tập hoặc thực tế Qua quá trình biện luận, học sinh có thể kiểm tra tính chính xác của lập luận và nhận diện sai sót trong quá trình lập luận, nhờ vào sự vô lý của kết quả thu được.
1.2.2 Xây d ựn g l ập luận trong giải b ài t ập
Xây dựng lập luận trong giải bài tập vật lý là bước quan trọng, yêu cầu vận dụng định luật, quy tắc và công thức để thiết lập mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm và dữ kiện đã cho Để thực hiện điều này, cần áp dụng suy luận logic và biến đổi toán học phù hợp Có nhiều phương pháp lập luận khác nhau tùy thuộc vào loại bài tập, nhưng tất cả đều chứa yếu tố của bài tập định tính và bài tập tính toán tổng hợp Bài viết này sẽ tập trung vào phương pháp xây dựng lập luận cho hai loại bài tập này.
1 Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính
Bài tập định tính thường có hai dạng : giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra.
+ Bài tập giải thích hiện tượng:
Giải thích hiện tượng là quá trình nhận diện và lý giải nguyên nhân của một hiện tượng, liên quan đến các đặc tính và định luật vật lý Đối với học sinh, việc này yêu cầu thiết lập mối quan hệ giữa hiện tượng cụ thể và các đặc tính của sự vật hoặc định luật vật lý Để thực hiện điều này, cần áp dụng phép suy luận logic, trong đó tiên đề đầu tiên là đặc tính chung hoặc định luật vật lý tổng quát, tiên đề thứ hai là các điều kiện cụ thể, và kết luận là hiện tượng được nêu ra.
Các hiện tượng thực tế thường rất phức tạp, trong khi các định luật vật lý lại đơn giản, dẫn đến khó khăn trong việc nhận diện mối liên hệ giữa chúng Hơn nữa, ngôn ngữ trong các định nghĩa và định luật vật lý không luôn tương thích với ngôn ngữ thông thường mô tả hiện tượng Do đó, cần thiết phải diễn đạt hiện tượng bằng ngôn ngữ vật lý và phân tích các hiện tượng phức tạp thành những hiện tượng đơn giản tuân theo các định luật và quy tắc nhất định.
Để tìm lời giải cho bài tập định tính giải thích hiện tượng, cần thực hiện quy trình sau: Trước tiên, hiểu rõ đầu bài, đặc biệt chú trọng vào việc diễn đạt hiện tượng mô tả bằng ngôn ngữ vật lý, thay vì sử dụng các khái niệm thông thường Tiếp theo, phân tích hiện tượng để xác định các yếu tố liên quan Cuối cùng, xây dựng lập luận dựa trên các phân tích đã thực hiện để đưa ra giải pháp hợp lý.
-Tìm trong đầu bài những dấu hiệu có liên quan đến một tính chất vật lý, một định luật vật lý đã biết.
- Phát biểu đầy đủ tính chất đó, định luật đó.
- Xây dựng một luận ba đoạn để thiết lập mối quan hệ giữa định luật đó
Trong trường hợp hiện tượng phức tạp thì phải xây dựng nhiều luận ba đoạn liên tiếp.
+ Bài tập dự đoán hiện tượng
Dự đoán hiện tượng dựa vào các điều kiện cụ thể của đầu bài để xác định các định luật chi phối và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào Qua đó, chúng ta tìm ra quy luật chung cho những hiện tượng tương tự và rút ra kết luận Về mặt logic, cần thiết lập một luận ba đoạn, trong đó xác định tiên đề thứ hai (phán đoán khẳng định riêng) và tìm kiếm tiên đề thứ nhất (phán đoán khẳng định chung) để đưa ra kết luận (phán đoán khẳng định riêng).
2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập định lượng
Hướng dẫn học sinh giải b ài t ập v ật lý
Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý là một thách thức lớn, đặc biệt đối với học sinh phổ thông, khi họ thường thiếu vững lý thuyết và kỹ năng áp dụng kiến thức Điều này dẫn đến việc các em giải bài một cách mơ hồ, không có định hướng rõ ràng, và thường chỉ áp dụng công thức một cách máy móc, gây khó khăn trong việc tìm ra lời giải Nhiều nguyên nhân đã dẫn đến tình trạng này.
- Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tậpvật lý.
- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tượng vật lý để đi đến bản chất vật lý.
Rèn luyện cho học sinh kỹ năng giải bài tập một cách khoa học là rất cần thiết, giúp đảm bảo kết quả chính xác Việc này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển khả năng suy luận logic và làm việc có kế hoạch.
Hướng dẫn Angorit là một phương pháp dạy học giúp học sinh thực hiện các hành động cụ thể và theo trình tự nhất định để đạt kết quả mong muốn Giáo viên cần phân tích khoa học quá trình giải toán để xác định trình tự giải chính xác và logic Khi học sinh tuân theo các hướng dẫn của giáo viên, áp dụng đúng công thức và thực hiện tính toán cẩn thận, họ sẽ có khả năng giải quyết bài toán hiệu quả.
- Bảo đảm cho học sinh giải được bài tập đã cho một cách chắc chắn.
Việc rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho học sinh là rất hiệu quả, nhưng cũng có nhược điểm là hạn chế khả năng tìm tòi và sáng tạo của các em Để khắc phục điều này, giáo viên cần khuyến khích học sinh tham gia vào quá trình xây dựng Angorit cho bài tập Phương pháp này đặc biệt áp dụng khi cần dạy cho học sinh cách giải một bài toán điển hình và rèn luyện kỹ năng giải một dạng bài tập xác định.
Định hướng tìm tòi là phương pháp giáo dục khuyến khích học sinh tự suy nghĩ và phát hiện cách giải bài toán Giáo viên cần tạo ra những câu hỏi gợi mở để học sinh tự tìm ra giải pháp và xác định hành động cần thiết để đạt được kết quả Điều này giúp học sinh phát triển khả năng tự lực và không chỉ đơn thuần làm theo mẫu của giáo viên.
- Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải bài tập.
- Phát triển tư duy, khả năng làm việc tự lực của học sinh. ¨ Nhược điểm :
- Do học sinh phải tự tìm cách giải quyết bài toán nên đôi khi cũng không đảm bảo học sinh giải được bài toán một cách chắc chắn.
- Phương pháp này không thể áp dụng cho toàn bộ đối tượng học sinh.
Hướng dẫn của giáo viên không phải lúc nào cũng có thể định hướng tư duy của học sinh một cách hiệu quả Điều này đặc biệt quan trọng khi học sinh gặp khó khăn trong việc giải quyết bài tập, vì giáo viên cần tạo điều kiện để học sinh tự lực tìm tòi và phát triển tư duy của mình.
Định hướng khái quát chương trình hóa là một phương pháp hướng dẫn học sinh tự khám phá và tìm ra giải pháp cho các vấn đề Quá trình này được thực hiện theo các bước hợp lý, giúp học sinh có thể tiếp cận và giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.
- Giáo viên định hướng ban đầu để HS tự tìm tòi giải quyết vấn đề đặt ra.
Nếu học sinh gặp khó khăn trong việc tự giải quyết vấn đề, giáo viên sẽ đưa ra những gợi ý cụ thể để giúp học sinh thu hẹp phạm vi tìm tòi và giải quyết vấn đề một cách hiệu quả hơn.
Nếu học sinh gặp khó khăn trong việc tự giải quyết vấn đề, giáo viên nên chuyển sang phương pháp định hướng theo mẫu Phương pháp này giúp học sinh tự tìm ra giải pháp cho một bước hoặc khía cạnh cụ thể của vấn đề, từ đó tiếp tục giải quyết các vấn đề tiếp theo một cách hiệu quả hơn.
Giáo viên cần hướng dẫn và định hướng cho học sinh trong việc giải quyết vấn đề, nhưng không được làm thay Họ phải theo sát tiến trình hoạt động giải bài toán của học sinh, giúp phát triển tư duy độc lập Học sinh cũng cần tự mình giải quyết vấn đề, vận dụng kiến thức và kỹ năng đã học để tham gia tích cực vào quá trình giải quyết Điều này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện khả năng tư duy sáng tạo và tự tin trong việc tìm ra giải pháp.
- Rèn luyện được tư duy và tính độc lập suy nghĩ của học sinh trong quá trình giải bài tập.
- Đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho.
Giáo viên có khả năng theo dõi học sinh trong quá trình giải bài tập, từ đó dễ dàng phát hiện những thiếu sót và sai lầm để kịp thời điều chỉnh và củng cố kiến thức cho học sinh.
Để thực hiện hiệu quả sự hướng dẫn, trình độ và khả năng sư phạm của giáo viên là yếu tố quyết định Giáo viên cần tránh việc làm thay cho học sinh trong quá trình định hướng, vì vậy câu hỏi định hướng cần được cân nhắc kỹ lưỡng và phù hợp với trình độ của học sinh.
Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập, không thể áp dụng một khuôn mẫu cố định mà cần linh hoạt tùy thuộc vào nội dung, kiến thức và yêu cầu của bài toán, cũng như đối tượng học sinh Giáo viên cần biết kết hợp cả ba kiểu hướng dẫn, nhưng nên chú trọng vào phương pháp tìm tòi để phát huy tối đa khả năng của học sinh.
1.3.4 L ựa chọn v à s ử dụng b ài t ập trong dạy học v ật lý
Hệ thống bài tập mà giáo viên lựa chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau :
Bài tập nên được thiết kế từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, nhằm giúp học sinh nắm vững phương pháp giải quyết các bài tập điển hình Việc này bao gồm việc mở rộng phạm vi và số lượng kiến thức, kỹ năng cần vận dụng từ một đề tài đến nhiều đề tài khác nhau, cũng như xác định rõ số lượng các đại lượng đã biết và các đại lượng cần tìm.
Mỗi bài tập nên được xem như một phần quan trọng trong hệ thống bài tập tổng thể, góp phần củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức của người học.
Th ực trạng sử dụng hệ thống b ài t ập vật lý ở trường THPT
Quá trình điều tra được tiến hành ở trường: THPT Nguyễn Trung Ngạn, Ân Thi, Hưng Yên.
- Trao đổi trực tiếp với 10 giáo viên.
- Nghiên cứu giáo án của 10 giáo viên.
- Trao đổi trực tiếp với 100 học sinh.
- Nghiên cứu vở ghi chép của 100 học sinh.
+ Kết quả điều tra với giáo viên.
Qua khảo sát với giáo viên, hầu hết đều tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh theo phương pháp truyền thống Khoảng 90% giáo viên sử dụng bài tập từ sách giáo khoa hoặc tài liệu tham khảo, nhưng các bài tập này chủ yếu ở dạng cơ bản, chưa được phân loại và định hướng theo chuẩn kiến thức kĩ năng và hệ mục tiêu dạy học Chỉ có 10% giáo viên kết hợp chuẩn kiến thức kĩ năng để xây dựng hệ thống bài tập, nhưng hệ thống này vẫn thiếu tính khoa học và chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề ra.
Nghiên cứu cho thấy 90% giáo án của giáo viên chủ yếu áp dụng phương pháp truyền thống, với việc sử dụng thuyết trình và vấn đáp làm chính, trong khi các phương pháp dạy học mới và kỹ thuật hiện đại hầu như không được áp dụng Điều này dẫn đến việc học sinh học tập một cách thụ động, phụ thuộc nhiều vào giáo viên, từ đó không kích thích được sự say mê, tích cực và sáng tạo trong quá trình học tập của người học.
+ Kết quả điều tra với học sinh.
Qua khảo sát trực tiếp với học sinh, hầu hết các em cho biết rằng việc nghe giảng và ghi chép kiến thức chủ yếu dựa vào những điểm cô giáo nhấn mạnh hoặc đọc chậm Học sinh ít có cơ hội tự tìm tòi và khám phá kiến thức mới, dẫn đến sự thiếu hụt trong việc phát triển tư duy độc lập Khi nói về sự tập trung và hứng thú trong học tập, các em thừa nhận rằng mặc dù cố gắng lắng nghe, nhưng thường xuyên bị phân tâm và suy nghĩ về vấn đề khác do lượng kiến thức quá lớn, nhiều công thức và định luật cần ghi nhớ Điều này khiến giờ học trở nên căng thẳng và áp lực, dẫn đến cảm giác mệt mỏi Khi được hỏi về khả năng nhớ lại kiến thức đã học, đa số học sinh cho rằng họ quên nhanh chóng và phải bỏ ra nhiều công sức, thời gian để ôn tập cho các kỳ kiểm tra.
Khi dự giờ giáo viên và quan sát học sinh, nhiều em tiếp thu kiến thức một cách thụ động, chỉ một số ít học sinh có thể làm và hiểu bài tập được giao Các bài tập thường thiếu sự phong phú và liên kết, chưa được phân loại từ dễ đến khó Hầu hết học sinh ngại phát biểu và thiếu tự tin khi trả lời câu hỏi, thường chờ đợi sự giải thích từ giáo viên và chỉ ghi chép mà không chủ động khám phá kiến thức mới Điều này dẫn đến việc tiết học không khắc sâu nội dung trọng tâm và không tạo ra sự thoải mái cho người học.
K ết luận chương 1
Giải bài tập vật lý là một hình thức luyện tập quan trọng trong quá trình học tập, giúp học sinh tiếp thu kiến thức mới hiệu quả Hoạt động này không chỉ củng cố kiến thức đã học mà còn đóng vai trò then chốt trong mỗi tiết học, nâng cao khả năng hiểu biết của học sinh về môn vật lý.
Vì vậy giải bài tập vật lý có vai trò rất quan trọng trong dạy học :
Giải bài tập vật lý là một phần quan trọng trong quá trình học tập của học sinh, giúp rèn luyện kỹ năng và kỹ xảo vận dụng kiến thức đã học vào thực tế Qua việc giải bài tập, học sinh có thể liên hệ lí thuyết với thực tế, từ đó hình thành những kỹ năng và tư duy cần thiết cho việc học tập và áp dụng vào đời sống.
Bài tập vật lý là công cụ độc đáo giúp học sinh nghiên cứu tài liệu mới, trang bị kiến thức vững chắc và sâu sắc, từ đó đảm bảo việc lĩnh hội kiến thức hiệu quả.
Bài tập vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tính sáng tạo và độc lập trong suy nghĩ của học sinh Nó giúp rèn luyện tư duy, khuyến khích đức tính kiên trì và tạo ra niềm yêu thích đối với môn học Đồng thời, bài tập còn bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh, góp phần nâng cao khả năng học tập và khám phá kiến thức.
Bài tập vật lý không chỉ giúp củng cố và ôn tập kiến thức mà còn là công cụ hiệu quả để hệ thống hóa thông tin và kiểm tra kỹ năng của học sinh.
- Bài tập vật lí có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp.
XÂY D ỰNG HỆ THỐNG B ÀI T ẬP VÀ HƯỚNG DẪN HỌC
Các ki ến thức cơ bản về dao động điều h òa
2.1.1 Phương tr ình dao động điều h òa
Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của một vật là một hàm côsin (hay hàm sin) của thời gian.
Phương trình của dao động điều hoà có dạng: x = Acos(wt + )
Li độ x của dao động là toạ độ của vật trong hệ toạ độ có gốc là vị trí cân bằng, với đơn vị đo là chiều dài Biên độ A của dao động là độ lệch lớn nhất của vật so với vị trí cân bằng, cũng được đo bằng đơn vị chiều dài Pha của dao động tại thời điểm t được ký hiệu là (wt + φ), với đơn vị là rađian (rad) Trong đó, x là li độ, A là biên độ (là một số dương), φ là pha ban đầu, và w là tần số góc của dao động.
Pha là đại lượng xác định vị trí và chiều chuyển động của vật tại thời điểm t, với pha ban đầu của dao động được đo bằng rađian (rad) Tần số góc (w) của dao động, cũng được tính bằng rađian trên giây (rad/s), là yếu tố quan trọng trong việc mô tả dao động Chu kỳ T của dao động điều hòa là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần, được đo bằng giây (s) Tần số (f) của dao động điều hòa, tính bằng số dao động toàn phần trong một giây, có đơn vị là héc (Hz), tương đương với một trên giây (1/s).
Hệ thức mối liên hệ giữa chu kì và tần số là 2 2 f
Các bước thiết lập phương trình dao động điều hòa: ã Phương trỡnh động lực học của dao động điều hoà là
F = ma = - kx hay a = - k x m trong đó F là lực tác dụng lên vật m, x là li độ của vật m.
Phương trình dao động điều hòa có thể được biểu diễn dưới dạng x" = -ω²x, với ω = √(k/m) Học sinh cần nhận diện các đại lượng qua đơn vị và dữ liệu đề bài, từ đó hiểu rõ các đặc trưng của dao động điều hòa Họ cũng cần xác định các lực tác dụng lên vật dao động, thực hiện tính toán và viết được phương trình động lực học cũng như phương trình dao động điều hòa của con lắc đơn Ngoài ra, việc chọn hệ trục tọa độ và lập phương trình dao động, tính chu kỳ dao động cùng các đại lượng trong công thức của con lắc lò xo cũng rất quan trọng.
2.1.2 Dao động điều h òa c ủa con lắc đơn ã Với con lắc đơn, thành phần lực kộo vật về vị trớ cõn bằng là
Phương trình động lực học của con lắc đơn được mô tả bởi Pt = -mg s, l = ma = ms", trong đó s là li độ cong và l là chiều dài của con lắc Phương trình dao động của con lắc đơn là s = s0 cos(ωt + φ), với s0 là biên độ dao động Tần số góc của dao động con lắc đơn được tính bằng công thức ω = √(g/l), và chu kỳ dao động được xác định qua công thức T² = (π²/g) l.
Gia tốc rơi tự do (g) được xác định bằng công thức g = 4π²l/T², trong đó l là chiều dài của con lắc đơn (1m) và T là chu kỳ dao động Để đo chu kỳ T, cần thực hiện các phép đo thời gian cho một số dao động toàn phần của con lắc.
Để phân tích chuyển động của vật dao động, trước tiên cần chọn hệ trục tọa độ phù hợp và xác định các lực tác dụng lên vật Tiếp theo, việc lập phương trình dao động và tính chu kỳ dao động cùng các đại lượng liên quan trong công thức của con lắc đơn là rất quan trọng.
2.1.3 D ao động tắt dần v à dao động cưỡng bức ã Dao động của hệ xảy ra dưới tỏc dụng chỉ của nội lực gọi là dao động tự do hay dao động riêng Dao động riêng có chu kì chỉ phụ thuộc vào các yếu tố bên trong hệ mà không phụ thuộc vào cách kích thích để tạo nên dao động Trong quá trình dao động, tần số của dao động riêng không đổi Tần số này gọi là tần số riêng của dao động, kí hiệu là f0. ã Dao động tắt dần là dao động cú biờn độ giảm dần theo thời gian Nguyờn nhân gây ra dao động tắt dần là lực cản của môi trường Vật dao động bị mất dần năng lượng Biên độ của dao động giảm càng nhanh khi lực cản của môi trường càng lớn. ã Dao động cưỡng bức là dao động mà vật dao động chịu tỏc dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi, có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức và độ chênh lệch tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động Khi tần số của lực cưỡng bức càng gần với tần số riêng thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn. ã Đặc điểm của dao động duy trỡ là biờn độ dao động khụng đổi và tần số dao động bằng tần số riêng của hệ Biên độ không đổi là do: Trong mỗi chu kì đã bổ sung phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng hệ tiêu hao do ma sát ã Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng biờn độ của dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số (f) của lực cưỡng bức bằng tần số riêng (f0) của hệ dao động. ã Điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng là: f = f0.
2.1.4 T ổng hợp hai dao động điều h òa cùng ph ương cùng tần số, phương pháp gi ản đồ Fresnel
Phương trình dao động điều hoà là x A cos( t = w + j ) Ta biểu diễn dao động điều hoà bằng vectơ quay O M r có đặc điểm sau:
- Có gốc tại gốc của trục tọa độ Ox.
- Có độ dài bằng biên độ dao động, OM = A.
Vật thể này hợp với trục Ox một góc bằng pha ban đầu và quay đều quanh điểm O với tốc độ góc w, theo chiều dương của đường tròn lượng giác, tức là ngược chiều kim đồng hồ.
Biết cách biểu diễn được dao động điều hoà bằng vectơ quay. ã Phương phỏp giản đồ Fre-nen :
Xét hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số là: x = A cos( t + 1 1 ω 1 ) và x = A cos( t + 2 2 ω 2 ) Để tổng hợp hai dao động điều hoà này, thực hiện như sau: M 1
Vectơ OM = OM1 + OM2 biểu diễn dao động tổng hợp, với hình bình hành OMM1M2 quay đều quanh điểm O với tốc độ w Do đó, vectơ cũng quay đều, dẫn đến biểu thức x = x1 + x2 = Acos(wt + φ) Biên độ A và pha ban đầu của dao động tổng hợp được xác định bằng công thức.
A sin A sin tan A cos A cos j + j j = j + j ã Độ lệch pha của hai dao động thành phần là:
Hiện tượng cộng hưởng: Xảy ra khi: f = f 0 hay w = w 0 hay T = T0
Với f, w, T và f0, w 0 , T0 là tần số, tần số góc, chu kỳ của lực cưỡng bức và của hệ dao động.
Chu ẩn kiến thức v à h ệ mục ti êu v ề dao động điều h òa
2.2.1 Chu ẩn kiến thức, kĩ năng phần dao động điều h òa
Các chuẩn kiến thức, kĩ năng theo chuẩn do Bộ GD-ĐT ban hành.
KT1 Nêu được dao động điều hòa là gì.
KT2.Phát biểu được định nghĩa về các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa: chu kỳ, tần số, tần số góc, pha, pha ban đầu.
KT3 Viết được các công thức liên hệ giữa chu kỳ, tần số, tần số góc của dao động điều hòa.
KT4 Nêu được con lắc lò xo,con lắc đơn, con lắc vật lý là gì
KT5 Viết được phương trình động lực học và phương trình dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn
KN1 Giải được các bài tập về con lắc lò xo, con lắc đơn.
KN2 Vận dụng được công thức tính chu kỳ dao động của con lắc vật lý
KN3 Biểu diễn được một dao động điều hòa bằng véc tơ quay.
KN4 Giải được các bài tập về tổng hợp hai dao
KT6 Công thức tính chu kỳ dao động của con lắc lò xo, con lắc đơn và con lắc vật lý rất quan trọng trong vật lý Con lắc đơn và con lắc vật lý được ứng dụng để xác định gia tốc rơi tự do, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các lực tác động trong chuyển động Việc nắm vững các công thức này không chỉ hỗ trợ trong việc giải bài tập mà còn có ứng dụng thực tiễn trong nghiên cứu và phát triển công nghệ.
Dao động riêng là hiện tượng khi một hệ vật dao động ở tần số tự nhiên của nó, tạo ra âm thanh đặc trưng Dao động tắt dần xảy ra khi năng lượng của hệ giảm dần theo thời gian, dẫn đến sự suy giảm biên độ Dao động cưỡng bức là dạng dao động mà hệ chịu tác động từ lực bên ngoài, thường duy trì biên độ ổn định Cuối cùng, dao động duy trì là khi hệ được cung cấp năng lượng liên tục để giữ biên độ không đổi, giúp duy trì trạng thái dao động Mỗi loại dao động này có những đặc điểm riêng biệt, ảnh hưởng đến cách thức chuyển động và năng lượng của hệ.
KT8 Nêu được hiện tượng cộng hưởng là gì, các đặc điểm và điều kiện để hiện tượng này xảy ra.
KT9 Trình bày được nội dung của phương pháp giản đồ Fre-nen.
KT10 Nêu được cách sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen để tổng hợp hai dao động điều hòa cùng tần số và cùng phương dao động.
Để tính biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp khi kết hợp hai dao động điều hòa cùng chu kỳ và cùng phương, ta có thể sử dụng phương pháp giản đồ Fre- nen Phương pháp này cho phép xác định các yếu tố quan trọng của dao động tổng hợp một cách chính xác và dễ hiểu.
KN5 Xác định chu kỳ dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường bằng thí nghiệm.
Yêu cầu về thái độ
Học vật lý không chỉ là một niềm đam mê mà còn là sự tôn vinh những đóng góp quan trọng của ngành khoa học này cho sự phát triển của xã hội Việc tìm tòi và khám phá các khía cạnh của vật lý giúp chúng ta hiểu rõ hơn về thế giới xung quanh, đồng thời ghi nhận công lao to lớn của các nhà khoa học trong việc thúc đẩy tiến bộ nhân loại.
Người học cần có thái độ khách quan và trung thực, đồng thời thể hiện tác phong tỉ mỉ, cẩn thận và chính xác trong quá trình học tập môn vật lý Hơn nữa, tinh thần hợp tác là yếu tố quan trọng giúp áp dụng hiệu quả những kiến thức đã đạt được.
Vận dụng kiến thức vật lý vào cuộc sống không chỉ giúp cải thiện điều kiện sống và học tập mà còn góp phần bảo vệ và gìn giữ môi trường tự nhiên.
2.2.2 H ệ mục ti êu v ề dao động điều h òa
Dựa trên chuẩn kiến thức và kỹ năng do Bộ GD-ĐT ban hành, chúng tôi đã phát triển một hệ thống mục tiêu chi tiết nhằm làm cơ sở cho việc xây dựng hệ thống bài tập phù hợp với kiến thức cơ bản.
Bậc 3 (Phân tích, tổng hợp, đánh giá)
A1 Phát biểu được khái niệm về chuyển động dao động
A2 Viết được phương trình li độ, vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa.
A16 Phát biểu được các khái niệm: biên độ, chu kỳ, tần số
A17 Viết được phương trình dao
B1 Xây dựng được phương trình dao động dao động điều hòa của con lắc lò xo.
B2 Giải thích được các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa: biên độ, pha, tần số góc, chu kỳ - tần số
B14 Vẽ được đồ thị theo thời gian của li độ và vận tốc trong dao động điều hòa
B15 Biểu diễn được một dao động
Trong chuyển động của dao động điều hòa, gia tốc và vận tốc có mối quan hệ chặt chẽ, với gia tốc tỷ lệ nghịch với vận tốc tại các điểm cực đại và cực tiểu Tốc độ trung bình có thể được tính trong một chu kỳ hoặc nửa chu kỳ, cho thấy sự thay đổi vị trí của vật trong thời gian nhất định Biên độ của dao động liên quan đến chiều dài quỹ đạo chuyển động, thể hiện mức độ dao động của vật quanh vị trí cân bằng Việc hiểu rõ những đặc điểm này giúp áp dụng hiệu quả trong các bài toán liên quan đến dao động điều hòa.
2 Con lắc đơn Con lắc vật lý.
3 Năng lượng trong dao động điều hòa. động của con lắc đơn.
A18 Viết được công thức tính chu kỳ dao động điều hòa của con lắc đơn và con lắc vật lý
A19 Viết được biểu thức của động năng, thế năng của con lắc lò xo dao động điều hòa và cơ năng của con lắc lò xo.
A20 Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng trong con lắc lò xo.
A20 Phát biểu được các khái niệm: dao động tắt dần, dao động duy trì. điều hòa bằng một véc tơ quay.
B16 Tính được biên độ và pha ban đầu của dao động.
B19 Xây dựng được biểu thức cơ năng trong dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn.
B20 Tính được động năng, thế năng, cơ năng của con lắc lò xo dao động điều hòa.
B22 Giải được bài toán viết phương trình dao động điều hòa của một vật.
B23 Giải thích được nguyên nhân làm tắt dần dao động
Nguyên tắc mối quan hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa giúp chúng ta hiểu rõ hơn về thời gian và quãng đường trong chuyển động dao động điều hòa của vật Khi vật thực hiện dao động điều hòa, nó có thể được mô phỏng như một điểm trên vòng tròn đang chuyển động đều, từ đó cho phép chúng ta xác định các thông số quan trọng như thời gian và quãng đường di chuyển Việc nắm vững nguyên lý này là cần thiết để áp dụng vào các bài toán vật lý liên quan đến dao động.
C9 Từ các phương trình li độ, vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa rút ra các hệ thức độc lập với thời gian
C10 Từ công thức tính chu kỳ dao động điều hòa của con lắc đơn và con lắc vật lý, ta có thể rút ra mối quan hệ giữa chiều dài dây treo của con lắc đơn và các đại lượng liên quan trong con lắc vật lý.
4 Dao động tắt dần và dao động duy trì.
5 Dao động cưỡng bức Cộng hưởng.
A21 Phát biểu được khái niệm: dao động cưỡng bức, sự cộng hưởng.
A22 Phát biểu được nội dung của phương pháp giản đồ Fre-nen.
Để tính biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp khi tổng hợp hai dao động điều hòa có cùng chu kỳ và cùng phương, ta cần áp dụng công thức phù hợp Việc duy trì dao động là yếu tố quan trọng trong quá trình này.
B25 Giải thích được ứng dụng của sự tắt dần dao động: cái giảm rung.
B26 Giải thích được: dao động cưỡng bức, hiện tượng cộng hưởng
Trong hiện tượng cộng hưởng cơ, có thể lấy ví dụ về sự có hại khi hai con lắc có cùng chu kỳ gây ra hiện tượng rung lắc mạnh, có thể dẫn đến hư hỏng cấu trúc Ngược lại, sự có lợi của cộng hưởng là khi hai con lắc đồng bộ tạo ra năng lượng tối ưu, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động Động năng và thế năng trong dao động tuần hoàn được chứng minh là có sự chuyển đổi liên tục, trong đó tần số dao động của động năng và thế năng đều bằng với tần số dao động của li độ, tạo ra một hệ thống dao động ổn định và hiệu quả.
C12 Hệ thống hóa được phương pháp chứng minh hệ dao động điều hòa
C14 So sánh được dao động cưỡng bức và dao động duy trì.
Ghi chú: Kí hiệu mục tiêu (chữ cái A: Bậc 1, B: Bậc 2, C: Bậc 3)
Xây d ựng hệ thống b ài t ập
2.3.1 Căn c ứ xây dựng hệ thống b ài t ập
Dựa trên chuẩn kiến thức kỹ năng và hệ mục tiêu đã xác định, chúng ta sẽ lựa chọn các bài tập theo nguyên tắc từ dễ đến khó Điều này giúp học sinh tiếp thu và hình thành kiến thức một cách hiệu quả, bắt đầu từ các bài tập cơ bản như nhớ công thức đã học, sau đó là vận dụng kiến thức vào các tình huống cụ thể, và cuối cùng là các bài tập khó hơn, yêu cầu kết hợp nhiều khối kiến thức.
Trong quá trình phân tích, tôi đã chia các bài tập thành nhiều dạng khác nhau, giúp học sinh dễ dàng nhận diện nội dung của từng loại bài tập Điều này cho phép học sinh nhanh chóng nhận dạng và áp dụng phương pháp giải quyết phù hợp cho từng bài tập.
Các bài tập được chia thành các dạng sau:
Dạng bài tập về chu kì của dao động điều hòa
Dạng bài tập về năng lượng trong dao động điều hoà
Dạng bài tập về thời gian, quãng đường, li độ trong dao động điều hoà
Dạng bài tập về phương trình dao động điều hoà
Dạng bài tập về tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số, dao động điều hòa cưỡng bức, tắt dần, cộng hưởng
2.3.2 L ựa chọn các bài toán để xây dựng hệ thống b ài t ập
Một vật dao động điều hòa thực hiện được 20 dao động toàn phần trong 20s Chu kì dao động của vật là bao nhiêu?
- Lí do chọn bài tập: Đây là bài tập dễ, chỉ yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức về chu kì, công thức tính chu kì T
Bài tập này giúp học sinh hiểu rõ về chu kỳ dao động, một khái niệm quan trọng và phổ biến trong dao động điều hòa.
Treo 2 vật m 1 , m2 vào một lò xo k thì tần số dao động của con lắc f= 2Hz, lấy bớt vật nặng m 2 ra thì con lắc đó dao động với tần số f’= 2,5Hz Tính độ cứng k của lò xo và khối lượng m 1 biết m 2 = 225g.
Bài tập này được lựa chọn vì nó không chỉ yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức về chu kỳ và công thức tính chu kỳ (T), mà còn đòi hỏi khả năng vận dụng linh hoạt từng công thức tương ứng với các dữ liệu trong đề bài.
Bài tập này giúp học sinh hiểu rõ chu kỳ dao động và áp dụng công thức chu kỳ một cách hiệu quả cho từng bài toán Qua việc kết hợp với các tính toán phức tạp trong bài tập 1.1, học sinh sẽ dễ dàng hơn trong việc tính toán chu kỳ.
Cho 5 vật có khối lượng m 1 , m2, m3, m4, m5 Trong đó m 3 = m2-m1; m4 m2+m1; m5= m 1 m 2
Biết rằng gắn cùng một lò xo với m 1 thực hiện dao động với chu kì T1=0,3s với m 2 thực hiện dao động với chu kì T2=0,4s
Tìm các chu kì của con lắc nếu gắn lò xo trên lần lượt với m 3 , m4, m5 ( theo
Bài tập này được chọn vì nó không chỉ kiểm tra kiến thức của học sinh về chu kỳ và công thức tính chu kỳ (T), mà còn yêu cầu học sinh vận dụng từng công thức phù hợp với các dữ kiện trong đề bài.
Học sinh sẽ áp dụng công thức chu kỳ phù hợp cho từng bài toán, đồng thời kết hợp với các phép tính phức tạp hơn từ bài tập 1.1 Nhờ vào bài tập 1.1, việc tính toán chu kỳ trở nên dễ dàng hơn.
Hai con lắc đơn có chiều dài lần lượt là l1 và l2, với chu kỳ dao động T1 và T2 Tại vị trí đó, chiều dài tổng hợp của con lắc là l = l1 + l2 và chiều dài chênh lệch là l' = l1 - l2, tương ứng với chu kỳ dao động 2,7 giây và 0,9 giây.
Bài tập này được chọn vì nó kết hợp so sánh, yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức về chu kỳ và công thức tính chu kỳ (T) Học sinh cần có kỹ năng tính toán cao hơn và khả năng áp dụng kiến thức đã học để giải quyết các bài tập vận dụng Qua đó, việc đối chiếu với các kiến thức đã biết giúp tìm ra công thức giải nhanh cho bài toán này.
Hoàn thành bài tập này giúp học sinh nắm vững cách tính toán các bài toán phức tạp về chu kỳ dao động Sau khi giải quyết các bài tập từ 1.1 đến 1.3, học sinh sẽ dễ dàng và nhanh chóng hơn trong việc giải bài tập 1.4 Các bài tập trước được sắp xếp theo nguyên lý mắt xích, kết nối chặt chẽ với bài toán tiếp theo.
Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa có năng lượng là 2.10 2 J , lò xo có độ cứng k0N/m Tìm biên độ của dao động
Bài tập này được chọn vì tính đơn giản của nó, yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức về cơ năng và áp dụng công thức tính cơ năng Học sinh sẽ sử dụng các đại lượng được cung cấp trong đề bài để tính toán đại lượng cần tìm, từ đó củng cố hiểu biết về cơ năng.
Bài tập này giúp học sinh hiểu rõ về cơ năng trong dao động, nhận biết đơn vị năng lượng và nắm vững công thức tính năng lượng dao động điều hòa.
Trong vật dao động điều hòa với biên độ A và tần số góc w, ta có thể xác định vị trí và vận tốc của vật tại các tần số khác nhau a Khi Wđ = Wt, vật ở vị trí cân bằng với vận tốc cực đại b Khi Wđ = 3Wt, vật sẽ ở vị trí lệch xa khỏi vị trí cân bằng và vận tốc giảm c Khi 3Wđ = Wt, vật quay trở lại vị trí cân bằng với vận tốc tăng d Khi Wđ = 8Wt, vật ở vị trí rất xa và vận tốc tiếp tục giảm e Khi 8Wđ = Wt, vật sẽ trở lại vị trí cân bằng với vận tốc đạt cực đại một lần nữa.
Bài tập này được lựa chọn vì nó không chỉ kiểm tra kiến thức và công thức về năng lượng dao động điều hòa mà còn yêu cầu học sinh vận dụng từng công thức phù hợp với các dữ kiện trong đề bài Qua đó, học sinh sẽ tìm ra giá trị của li độ và vận tốc tương ứng với từng trường hợp được yêu cầu.
Hướng dẫn học sinh giải b ài t ập
2.4.1 Hướng dẫn học sinh giải bài t ập v ề chu k ì c ủa dao động điều h òa
Hướng dẫn giải bài tập 1.1 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
- Dữ kiện: Vật dao động điều hòa thực hiện được 20 dao động toàn phần trong 20s
-Ẩn số cần tìm: Chu kì dao động của vật (T)
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
- Nhận biết các dữ liệu đã cho trong đề bài có liên quan đến những kiến thức, khái niệm về chu kì dao động điều hòa
Bước 3 Xây dựng lập luận
GV: Em hãy tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho thông qua định nghĩa về chu kì?
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình 20T= 20 s
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV hướng dẫn học sinh sử dụng biểu thức toán học đã thiết lập để tính chu kỳ T một cách dễ dàng Bước tiếp theo là kiểm tra và xác nhận kết quả, đồng thời biện luận để đảm bảo tính chính xác của phép tính.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một trong 3 cách :
Hướng dẫn theo mẫu, hướng dẫn tìm tòi hay hướng dẫn định hướng, chương trình hóa khái quát hóa
Cụ thể ở bài tập 1.1 này tôi chọn hướng dẫn học sinh giải theo mẫu bài toán trên:
Mỗi một dao động có thời gian tương ứng là 1T
Vật thực hiện được 20 dao động ứng với 20T
Trong thời gian 20s có 20T vậy ta thiết lập được biểu thức 20T s
Hướng dẫn giải bài tập 1.2 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
Khi treo hai vật m1 và m2 vào một lò xo k, tần số dao động của con lắc đạt 2Hz Tuy nhiên, khi bỏ bớt vật nặng m2, tần số dao động của con lắc tăng lên 2,5Hz.
-Ẩn số cần tìm: Tính độ cứng k của lò xo và khối lượng m 1
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài liên quan đến chu kỳ của con lắc lò xo trong dao động điều hòa, cần nắm rõ các kiến thức và công thức cơ bản Chu kỳ của con lắc lò xo phụ thuộc vào độ cứng của lò xo và khối lượng của vật treo Việc xác định các thông số này giúp hiểu rõ hơn về sự dao động và ứng dụng thực tiễn trong các bài toán vật lý.
Bước 3 Xây dựng lập luận
Để tìm mối quan hệ giữa ẩn số cần xác định và các dữ kiện đã cho, chúng ta cần áp dụng công thức tính chu kỳ của con lắc lò xo Công thức này cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về sự ảnh hưởng của các yếu tố như độ cứng của lò xo và khối lượng của vật Việc phân tích các dữ kiện liên quan sẽ giúp xác định chính xác chu kỳ dao động của con lắc, từ đó rút ra được các kết luận cần thiết.
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình
Khi treo đồng thời hai vật ta có
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập dùng phương pháp tính toán để tìm được độ cứng k và m1
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một cách hướng dẫn giải bài toán
Cụ thể ở bài tập 1.2 này tôi chọn hướng dẫn tìm tòi cho học sinh giải bài toán trên:
- Em hãy nhắc lại biểu thức về chu kì của con lắc lò xo và quan hệ giữa chu kì và tần số ?
- Từ biểu thức đó em hãy áp dụng cho trường hợp lò xo treo đồng thời hai vật
- Nếu lấy bớt vật m 2 thì lò xo lúc này chỉ còn lại vật nào? Lúc này biểu thức đó sẽ biến đổi ra sao
Từ các biểu thức đã lập được hãy tìm cách giải
HD: Chia phương trình cho phương trình rồi thay số để tìm đại lượng đề bài yêu cầu Đáp án: k0N/m, m 1 =0,4kg
Hướng dẫn giải bài tập 1.3 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
Cho 5 vật có khối lượng m 1 , m2, m3, m4, m5 Trong đó m 3 = m2-m1; m4 m2+m1; m5= m 1 m 2
Biết rằng gắn cùng một lò xo với m 1 thực hiện dao động với chu kì T1=0,3s với m 2 thực hiện dao động với chu kì T2=0,4s
Tìm các chu kì của con lắc nếu gắn lò xo trên lần lượt với m 3 , m4, m5 ( theo T1, T2 ) Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài liên quan đến chu kỳ của con lắc lò xo trong dao động điều hòa, cần nắm vững kiến thức và công thức cơ bản Chu kỳ dao động của con lắc lò xo phụ thuộc vào độ cứng của lò xo và khối lượng của vật Việc phân tích các thông số này sẽ giúp xác định chu kỳ một cách chính xác.
Bước 3 Xây dựng lập luận
Để tìm mối quan hệ giữa ẩn số cần xác định và các dữ kiện đã cho, chúng ta cần áp dụng công thức tính chu kỳ của con lắc lò xo Công thức này giúp xác định chu kỳ dao động của con lắc lò xo dựa trên độ cứng của lò xo và khối lượng của vật Việc phân tích các yếu tố này sẽ cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về mối liên hệ giữa ẩn số và các dữ kiện liên quan.
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập dùng phương pháp
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một cách hướng dẫn giải bài toán
Cụ thể ở bài tập 1.3 này tôi chọn hướng dẫn định hướng chương trình hóa, khái quát hóa cho học sinh giải bài toán trên:
- Em hãy lập các biểu thức tính chu kì của lần lượt mỗi con lắc trong từng trường hơp
- Từ đó hãy rút ra được biểu thức tính khối lượng m 1 , m2 theo các đại lượng khác
Từ công thức tính khối lượng m1 và m2, chúng ta có thể thay vào công thức chu kỳ để tìm ra biểu thức chu kỳ của con lắc khi gắn lò xo với các khối lượng m3, m4 và m5, tương ứng với T1 và T2 Sau khi thay số, chúng ta sẽ tiến hành tính toán để có được kết quả cụ thể.
Hướng dẫn giải bài tập 1.4 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
Hai con lắc đơn có chiều dài lần lượt là l1 và l2, với chu kỳ dao động T1 và T2 Tại cùng một vị trí, con lắc có chiều dài l = l1 + l2 dao động với chu kỳ 2,7 giây, trong khi con lắc có chiều dài l' = l1 - l2 dao động với chu kỳ 0,9 giây.
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài liên quan đến chu kỳ dao động của con lắc đơn, ta cần áp dụng công thức T = 2π√(l/g), trong đó T là chu kỳ, l là chiều dài con lắc và g là gia tốc trọng trường Việc hiểu rõ mối quan hệ này giúp phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến dao động điều hòa của con lắc.
Công thức đã được thiết lập trong bài tập 1.3 cho thấy sự tương tự có thể áp dụng cho con lắc đơn trong dao động điều hòa.
Bước 3 Xây dựng lập luận
GV: Em hãy tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho thông qua công thức vừa nêu
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập dùng phương pháp tính toán để tìm được T 1 , T 2
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một cách hướng dẫn giải bài toán
Cụ thể ở bài tập 1.4 này tôi chọn hướng dẫn định hướng chương trình hóa, khái quát hóa cho học sinh giải bài toán trên:
Để tính chu kỳ của con lắc đơn, ta cần thiết lập các biểu thức dựa trên chiều dài của con lắc, ký hiệu là l và l’ Từ đó, chúng ta có thể xây dựng công thức tính toán chu kỳ cho hệ thống này.
2.4.2 Hướng dẫn học sinh giải bài t ập về năng lượng trong dao động điều ho à
Hướng dẫn giải bài tập 2.1 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
- Dữ kiện: Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa có năng lượng là 2.10 -2 J , lò xo có độ cứng k0N/m
-Ẩn số cần tìm: Tìm biên độ của dao động
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
- Nhận biết các dữ liệu đã cho trong đề bài có liên quan đến những kiến thức về cơ năng của dao động
Bước 3 Xây dựng lập luận
Tìm mối quan hệ giữa ẩn số cần xác định và các dữ kiện đã cho bằng cách áp dụng định nghĩa về cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng, cùng với công thức liên quan đến cơ năng.
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình E= 2
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập đễ dàng tính được biên độ của dao động A
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một trong 3 cách :
Hướng dẫn theo mẫu, hướng dẫn tìm tòi hay hướng dẫn định hướng, chương trình hóa khái quát hóa
Cụ thể ở bài tập 2.1 này tôi chọn hướng dẫn học sinh giải theo mẫu bài toán trên:
Vật dao động điều hòa có cơ năng là E 2
Từ đây biến đổi toán học ta được A k
Hướng dẫn giải bài tập 2.2 :
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
Vật dao động điều hòa có biên độ A và tần số góc w thể hiện các trường hợp khác nhau của mối quan hệ giữa tần số dao động (Wđ) và tần số tuần hoàn (Wt) Cụ thể, khi Wđ = Wt, vật dao động đồng bộ với tần số tuần hoàn Khi Wđ = 3Wt, vật dao động nhanh gấp ba lần tần số tuần hoàn Trong trường hợp 3Wđ = Wt, tần số dao động giảm xuống một phần ba so với tần số tuần hoàn Khi Wđ = 8Wt, vật dao động nhanh gấp tám lần tần số tuần hoàn Cuối cùng, khi 8Wđ = Wt, tần số dao động chỉ bằng một phần tám tần số tuần hoàn.
-Ẩn số cần tìm: Tìm vị trí (x) và vận tốc (v) của vật
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài liên quan đến kiến thức và công thức về năng lượng của con lắc lò xo trong dao động điều hòa, ta cần xác định giá trị năng lượng E, với công thức E = 2.
Bước 3 Xây dựng lập luận
GV: Em hãy tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho thông qua công thức năng lượng của con lắc lò xo?
Hướng dẫn học sinh đối chiếu các dữ kiện để xác lập mối liên hệ và thành lập phương trình Khi công thực hiện của động lực Wđ bằng công thực hiện của trọng lực Wt, ta có E = Wđ + Wt = 2Wđ = 2Wt Ngoài ra, khi Wđ bằng ba lần Wt, tức là Wđ = 3Wt.
E=Wđ+Wt= 3Wt+Wt= 4 Wt 3
E=Wđ+Wt= 3Wđ+Wđ= 4 Wđ 3
E=Wđ+Wt= 8Wt+Wt= 9 Wt 8
E=Wđ+Wt= 8Wđ+Wđ= 9 Wđ 8
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập dùng phương pháp tính toán để tìm được các giá trị của x và v tương ứng
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một cách hướng dẫn giải bài toán
Cụ thể ở bài tập 2.2 này tôi chọn hướng dẫn tìm tòi cho học sinh giải bài toán trên:
- Em hãy nhắc lại biểu thức về năng lượng của con lắc lò xo và quan hệ giữa động năng và thế năng với năng lượng của nó
K ết luận chương 2
Trong chương này, chúng tôi đã trình bày các kiến thức cơ bản về dao động điều hòa, cùng với chuẩn kiến thức, kỹ năng và hệ mục tiêu trong dạy học vật lý Chúng tôi đã dựa vào lý luận về bài tập vật lý và hướng dẫn giải bài tập ở trường THPT, đồng thời nghiên cứu thực tiễn hoạt động sử dụng hệ thống bài tập tại trường Từ cơ sở lý luận và thực tiễn này, chúng tôi đã xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập về dao động điều hòa cho học sinh lớp 12 theo chuẩn kiến thức, kỹ năng và hệ mục tiêu đã đề ra.
