Lời cảm ơn Trong trình hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này, em nhận giúp đỡ tận tình thầy cô giáo Em xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Thế Khôi tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình thực khoá luận này, đồng thời em xin chân thành cảm ơn thầy cô tổ Phương pháp dạy học vật lí tạo điều kiện tốt để em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2009 Sinh viên Nguyễn Thị Hồng Duyên Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí mở đầu Lí chọn đề tài Vật lí học sở quan trọng nhiều ngành kĩ thuật công nghệ đại Sự phát triển khoa học vật lí gắn bó chặt chẽ có tác động qua lại, trực tiếp với tiến khoa học, kĩ thuật công nghệ Vì vậy, hiểu biết nhận thức vật lí có giá trị to lớn đời sống sản xuất, đặc biệt công công nghiệp hóa đại hóa đất nước Mặt khác môn vật lí có vai trò quan trọng việc thực mục tiêu giáo dục dạy học phổ thông Trong chương trình vật lí 12 THPT, Dao động chương quan trọng, không góp phần hoàn thiện kiến thức phần học lớp 10 THPT mà giúp học sinh có tảng kiến thức làm sở tiếp cận với số kiến thức vật lí lớp 12 THPT Và cao đáp ứng yêu cầu trình học tập Đại Học, Cao Đẳng có chuyên ngành vật lí Thực tế chứng tỏ chất lượng học tập học sinh chưa đáp ứng yêu cầu giáo dục xã hội Để nâng cao chất lượng dạy học môn vật lí trường THPT, áp dụng phương pháp, biện pháp dạy học khác Trong số ấy, tập vật lí có vị trí đặc biệt Nó không giúp học sinh nắm bắt tổng quát hóa kiến thức cũ mà giúp họ hình thành kiến thức Ngoài việc học lí thuyết, học sinh cần phải hệ thống hóa kiến thức, phân loại loại tập cần có phương pháp tốt để giải chúng cách ngắn gọn, dễ hiểu Xuất phát từ thực tế đó, thấy việc nghiên cứu đề tài Phân loại, đề phương pháp giải, lựa chọn hướng dẫn giải hệ thống tập chương Dao động dạy học nhằm nâng cao chất lượng học tập học sinh lớp 12 THPT cần thiết Mục đích nghiên cứu Trên sở nghiên cứu lí luận tập vật lí, tìm hiểu thực trạng dạy học môn vật lí lớp 12 THPT mà xác định mức độ yêu cầu nắm vững kiến thức Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí chương Dao động cơ, phân loại tập chương đề phương pháp giải loại, lựa chọn hệ thống tập hướng dẫn học sinh giải hệ thống tập chương nhằm nâng cao chất lượng học tập học sinh lớp 12 THPT Nhiệm vụ nghiên cứu 3.1 Nghiên cứu số vấn đề lí luận tập vật lí 3.2 Xác định mức độ yêu cầu nắm vững kiến thức chương Dao động dạy học môn vật lí 12 THPT 3.3 Tìm hiểu thực trạng dạy học giải tập vật lí chương Dao động lớp 12 THPT 3.4 Phân loại tập chương Dao động đề cách giải loại 3.5 Lựa chọn hệ thống tập chương Dao động soạn thảo cách hướng dẫn học sinh lớp 12 THPT giải nhằm nâng cao chất lượng học tập Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy học giải tập chương Dao động giáo viên học sinh lớp 12 THPT Phương pháp nghiên cứu Phương pháp chủ yếu sử dụng khoá luận là: Nghiên cứu lí luận tập vật lí, nghiên cứu nội dung chương Dao động tập sách giáo khoa, sách tập vật lí 12 THPT, sách tham khảo Điều tra tình hình dạy học giải tập vật lí chương Dao động lớp 12 THPT Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Nội dung Một số vấn đề lí luận tập vật lí 1.1 Quan niệm tập vật lí X.E.Camenetxki V.P.Ôrêkhôp 1.1.1 Theo nghĩa hẹp Trong thực tiễn dạy học, tập vật lí vấn đề nhỏ mà trường hợp tổng quát giải nhờ suy luận logic phép toán thí nghiệm sở định luật phương pháp vật lí 1.1.2 Theo nghĩa rộng Sự tư định hướng tích cực vấn đề học vật lí luôn việc giải tập vật lí học sinh Về thực chất, vấn đề xuất nghiên cứu tài liệu giáo khoa tiết học vật lí tập học sinh Thông thường sách giáo khoa tài liệu lí luận dạy học môn, người ta hiểu tập vật lí luyện tập lựa chọn phù hợp với mục đích chủ yếu nghiên cứu tượng vật lí, hình thành khái niệm, phát triển tư vật lí học sinh, rèn luyện kĩ vận dụng kiến thức họ vào thực tiễn giáo dục học sinh kiểm tra kiến thức, kĩ kĩ xảo họ [9- tr.337] Qua định nghĩa nêu thấy tập vật lí có hai chức chủ yếu tập vận dụng kiến thức cũ hình thành kiến thức 1.2 Tác dụng tập vật lí dạy học Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu sắc quy luật vật lí, biết phân tích vận dụng chúng vào thực tiễn Bài tập vật lí phương tiện hình thành kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh nắm kiến thức cách sâu sắc vững Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Bài tập vật lí phương tiện để phát triển tư duy, óc tưởng tượng Bởi trình giải tập đặt ra, học sinh phải vận dụng thao tác tư để tự lực giải vấn đề, hình thành học sinh tính độc lập việc phán đoán, kiên trì việc khắc phục khó khăn, củng cố, đào sâu mở rộng kiến thức giảng Bài tập vật lí phương tiện có hiệu để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo vật lí học sinh 1.3 Phân loại tập vật lí theo phương thức giải Có nhiều cách phân loại tập vật lí, tuỳ theo cách chọn dấu hiệu khác Tuy nhiên cách phổ biến dựa vào phương thức giải Theo cách này, người ta chia tập vật lí thành loại sau: 1.3.1 Bài tập định tính (bài tập câu hỏi) Đó tập vật lí mà giải chúng học sinh không cần tính toán, có phải làm phép tính đơn giản, tính nhẩm được, chủ yếu dựa vào suy luận logic để giải tập Việc giải tập định tính đòi hỏi học sinh phải phân tích tượng vật lí nhờ thấy mức lĩnh hội học sinh tài liệu nghiên cứu, phát triển tư logic, lực sáng tạo, thói quen vận dụng kiến thức để giải thích tượng vật lí Bài tập định tính tập đơn giản cần áp dụng khái niệm, quy tắc, định luật, giải được, có tập phức tạp đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức vật lí giải 1.3.2 Bài tập định lượng (bài tập tính toán) Đó loại tập muốn giải chúng phải thực loạt phép tính Có thể chia tập tính toán làm hai loại: Bài tập tập dượt tập tổng hợp Bài tập tập dượt tập bản, đơn giản sử dụng sau nghiên cứu khái niệm, quy tắc hay định luật Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Bài tập tổng hợp tập muốn giải phải vận dụng nhiều khái niệm, định luật, nhiều công thức nằm nhiều bài, nhiều mục Loại tập mục đích chủ yếu ôn tập, mở rộng đào sâu kiến thức học sinh, có tác dụng chuẩn bị cho học sinh nghiên cứu tượng 1.3.3 Bài tập đồ thị Đó loại tập mà kiện cho đề tiến trình giải có sử dụng đồ thị Tùy theo mục đích có loại tập sau: Đọc khai thác đồ thị cho, vẽ đồ thị theo kiện cho toán, dùng đồ thị để giải tập 1.3.4 Bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lí thuyết tìm số liệu cần thiết cho việc giải tập Những thí nghiệm giáo viên tiến hành lớp để học sinh quan sát, học sinh thực lớp nhà Đây loại tập sáng tạo gây nhiều hứng thú học tập cho học sinh Có thể chia tập thí nghiệm làm hai loại: Bài tập thí nghiệm định tính, tập thí nghiệm định lượng 1.4 Nguyên tắc lựa chọn hệ thống tập vật lí cho đề tài chương phần giáo trình vật lí Hệ thống tập lựa chọn cho đề tài dù lớn hay nhỏ cần phải thoả mãn số yêu cầu sau: 1.4.1 Hệ thống tập trước hết phải từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, mối quan hệ đại lượng khái niệm đặc trưng cho trình tượng cho bước học sinh hiểu kiến thức, nắm vững có kĩ vận dụng kiến thức 1.4.2 Hệ thống tập lựa chọn cho tập hệ thống mắt xích hệ thống tập, đóng góp phần vào Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí việc xác hóa kiến thức học sinh, giúp họ hiểu mối liên hệ đại lượng, vạch nét chưa làm sáng tỏ 1.4.3 Hệ thống tập lựa chọn phải giúp cho học sinh nắm phương pháp giải loại cụ thể, cụ thể hóa khái niệm, khắc phục khó khăn chủ yếu, sai lầm phổ biến học sinh nghiên cứu vấn đề tài liệu mà chưa làm sáng tỏ 1.4.4 Số lượng tập hệ thống tập phải phù hợp với thời gian quy định chương trình học thời gian học nhà học sinh 1.5 Phương pháp giải tập vật lí Để giải tập vật lí, thông thường cần tiến hành theo bước sau: + Bước Tìm hiểu đề bài: Đọc kĩ đề bài, mã hóa đề kí hiệu quen dùng Đổi đơn vị đại lượng hệ thống mà thường hệ SI Vẽ hình sơ đồ + Bước Phân tích tượng vật lí nói đến tập, vạch kế hoạch giải: Mô tả tượng, trình vật lí xảy tình nêu lên đề Xác lập mối liên hệ cụ thể kiện xuất phát phải tìm Vạch khái niệm, quy tắc, định luật chi phối tượng, trình Dự kiến lập luận biến đổi toán học cần thực nhằm xác lập mối quan hệ cho phải tìm Bước bước quan trọng việc giải tập vật lí, định việc thành bại việc giải tập vật lí + Bước Trình bày lời giải: Viết phương trình đại lượng giải hệ phương trình có để tìm ẩn số dạng tổng quát, biểu diễn đại lượng cần tìm qua đại lượng cho Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Thay giá trị số đại lượng cho để tìm ẩn số Thực phép tính với độ xác cho phép + Bước Kiểm tra biện luận kết quả: Có thể kiểm tra theo hay vài cách sau: Kiểm tra xem thực hết yêu cầu toán đặt chưa? Kiểm tra tính toán chưa? Kiểm tra xem đơn vị có phù hợp không? Xem kết ý nghĩa thực tiễn có phù hợp không? Giải tập theo cách khác xem có kết không? Biện luận giúp loại trừ nghiệm không phù hợp với kiện tập, với thực tế, với quan điểm vật lí đại 1.6 Các cách hướng dẫn học sinh giải tập vật lí 1.6.1 Hướng dẫn theo mẫu (hướng dẫn algorit) - Algorit hiểu dẫn bao gồm thao tác (hay hành động sơ cấp) học sinh hiểu cách đơn giản nắm vững Trong rõ cần thực thao tác theo trình tự để đạt kết mong muốn - Hướng dẫn algorit hướng dẫn rõ cho học sinh thao tác cần thực trình tự thực thao tác để đạt kết mong muốn - Hướng dẫn algorit áp dụng cần dạy cho học sinh phương pháp giải loại tập dựa sở học sinh nắm algorit giải * Ưu điểm: Đảm bảo cho học sinh giải tập cách chắn rèn luyện kĩ giải tập học sinh * Nhược điểm: có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả tìm tòi sáng tạo Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí 1.6.2 Hướng dẫn tìm tòi (hướng dẫn ơrixtic) - Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi, phát cách giải tự xác định hành động cần thực để thu kết - Hướng dẫn ơrixtic áp dụng cần giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn để giải tập Đồng thời đảm bảo phát triển tư rèn luyện học sinh tự lực tìm tòi cách giải * Ưu điểm: Tránh tình trạng giáo viên giải thay tập cho học sinh * Nhược điểm: Không phải đảm bảo cho học sinh giải tập cách chắn 1.6.3 Định hướng khái quát chương trình hóa - Đây kiểu hướng dẫn học sinh tìm tòi cách giải quyết, giáo viên định hướng hoạt động tư cho học sinh theo đường lối khái quát việc giải vấn đề Ngay định hướng ban đầu đòi hỏi tự lực tìm tòi hướng giải học sinh Nếu học sinh không đáp ứng giúp đỡ giáo viên cụ thể hóa thêm bước cách gợi ý cho họ để thu hẹp hoá phạm vi tìm tòi cách giải cho vừa sức học sinh Nếu em không tìm tòi giải hướng dẫn giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành yêu cầu kiến thức Sau tiếp tục yêu cầu học sinh tự lực giải bước Nếu cần, giáo viên lại giúp đỡ thêm Cứ giải toán đặt - Được áp dụng có điều kiện hướng dẫn toàn tiến trình giải tập học sinh, nhằm giúp học sinh tự lực giải tập cho Đồng thời dạy cho em cách suy nghĩ trình giải tập tự rút phương pháp giải loại tập * Ưu điểm: Rèn luyện tư học sinh trình giải tập đảm bảo cho học sinh giải tập cho Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí * Nhược điểm: Đòi hỏi hướng dẫn phải theo sát tiến trình giải tập học sinh Nghĩa không dựa vào lời hướng dẫn giải sẵn mà phải kết hợp với trình độ học sinh để điều chỉnh giúp đỡ cho thích hợp 1.6.4 Yêu cầu câu hỏi định hướng tư học sinh hoạt động giải tập vật lí Thực trạng dạy học tập chương Dao động Vật lí 12 THPT Để nắm vững thực trạng dạy học tập chương Dao động lớp 12 THPT, tiến hành điều tra thực trạng dạy học tập chương giáo viên học sinh lớp 12 THPT Mê Linh Hà Nội với biện pháp chủ yếu sau: - Dự tiết học luyện tập giải tập chương Dao động - Trao đổi với giáo viên học sinh tình hình dạy học tập chương Dao động số lượng tập ra, mức độ khó, dễ tập, việc phân loại tập phương pháp hướng dẫn học sinh giải tập giáo viên, nghiên cứu kiểm tra 15 phút, tiết, kết làm học sinh Quá trình điều tra dẫn đến số nhận xét sau: 2.1 Về số lượng tập Thường nhiều tập, tiết tập đưa khoảng tập, song thời gian có hạn nên chưa hướng dẫn giải hết tập cho Thường tập sách giáo khoa sách tập mà chưa cho học sinh giải tập tài liệu tham khảo mang tính chất mở rộng hay nâng cao 2.2 Về mức độ khó dễ tập Có tập chưa phù hợp với trình độ học sinh Ra số tập đơn giản không lôi em học sinh giỏi, ví dụ tiết tập dạng bài: Biết hệ vật dao động điều hòa, xác định đại lượng đặc trưng có đưa tập sau: Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí + Xét vật li độ x > 0: FP Theo định luật II Newton ta có: a F P ma (c.1) m Khi vật vị trí cân ta có: P + F1 = (c.2) + Lần lượt chiếu phương trình (b.1) (b.2) lên trục Ox ta có: Psin - F1 Psin - kl P sin F ma P sin k ( x l) ma ma = -kx, mà a = x mx= -kx x+ Đặt = k x+ x = m k x = m (c.12) Nghiệm phương trình (c.12) có dạng: x A cos(t ) Vậy lắc lò xo dao động điều hòa với chu kì T m k Cách 2: Phương pháp lượng Chọn mốc tính đàn hồi vị trí cân li độ x động 1 vật W mv ; đàn hồi lò xo Wt kx Do 2 hệ W Wt W Mặt khác hệ kín nên theo định luật bảo toàn năng: W Wt W = const W= 2 kx + mv 2 Đạo hàm hai vế phương trình (2.1) ta được: kxx ' mvv ' ; (với: x = v, x= v) đó: kxx + mxx = x(kx + mx) = (kx + mx) = 35 (2.1) Khoá luận tốt nghiệp x+ Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí k k x = Đặt 2= x+ x = m m (2.2) Nghiệm phương trình (2.2) có dạng: x A cos(t ) Con lắc lò xo dao động điều hòa với chu kì T m k Bài tập 9: Cho ba hệ hình (a, b c) m2 k m2 m1 k Hình 9.b m1 m2 m1 Hình 9.a k Hình 9.c hệ lò xo có độ cứng k = 300N/m, vật nặng có khối lượng m1 = 1kg, m2 = 2kg Bỏ qua ma sát khối lượng lò xo Kéo m1 xuống theo phương thẳng đứng đoạn nhỏ buông tay a Bằng phương pháp lượng chứng minh hệ dao động điều hòa tính chu kì dao động ba trường hợp b Bằng phương pháp động lực học chứng minh hệ hình c dao động điều hòa Kiểu hướng dẫn: ơrixtic a Phương pháp lượng b Phương pháp động lực học Tương tự tập Sơ lược giải a Với ba hệ, trình dao động, toạ độ x ta có: 36 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Động hệ: W m1 m2 v2 Thế đàn hồi lò xo: W t kx Cơ toàn phần hệ: W W Wt m1 m v + kx 2 Vì hệ kín nên theo định luật bảo toàn ta có: W = const W= m1 m v + kx = const 2 Lấy đạo hàm hai vế W theo thời gian ta được: W(t' ) (m1 m2 )vv' kxx' (chú ý v = x v = x) Ta có: (m1 m2 )x' x'' kxx' x '' Đặt k x x m1 m2 k , x '' x m1 m2 (a.1) (a.1) phương trình vi phân, nghiệm có dạng: x A cost Phương trình chứng tỏ hệ dao động điều hòa với chu kì: T m1 m2 0,628 s T 300 k b Chọn trục Ox hình vẽ với gốc O vị trí cân bằng, T2 mốc thời gian lúc hệ bắt đầu chuyển động (+) T1 + Phân tích ngoại lực tác dụng lên hệ trạng thái cân bằng: Vật m2: Trọng lực P2 , lực căng dây T02 , lực đàn hồi F0 Vật m1: Trọng lực P1 , lực căng dây T01 Theo định luật II Newton ta có: 0- x 37 m2 F P2 (+) m1 P1 Hình c Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí P2 T02 F0 P1 T01 (b.1) Chuyển thành phương trình đại số phép chiếu ta được: P2 T02 F0 P1 T01 P2 P1 F0 P2 P1 k l (b.2) + Phân tích ngoại lực tác dụng lên hệ vật li độ x (x > 0) Vật m2: Trọng lực P2 , lực căng dây T2 , lực đàn hồi F Vật m1: Trọng lực P1 , lực căng dây T1 Theo định luật II Newton ta có: P2 T2 F m2 a P1 T1 m1a Với T1 = T2 Chuyển thành phương trình đại số phép chiếu ta được: P2 T2 F m2 a2 P1 T1 m1 a P2 P1 m1a F m2 a P2 P1 m1 a k (l x) m2 a (b.3) Từ (b.2) (b.3): P2 P1 m1a k (l x) m2 a (b.3) P2 P1 k l (b.2) Kết hợp (b.2) (b.3) ta được: (m1+m2)a = -kx mà a = x (m1+m2)x= -kx x+ Đặt = k x+ x = m1 m2 38 k x=0 m1 m2 (b.23) Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Nghiệm phương trình (b.23) có dạng: x A cos(t ) Vậy lắc lò xo dao động điều hòa với chu kì: T T 2 m1 m2 k 2 0,628s 300 3.3.4 Tổng hợp hai dao động điều hòa phương tần số Bài tập 10: Xác định dao động tổng hợp hai dao động điều hòa phương tần số sau đây: x1 = cos(2t ) cm x2 = cos(2t ) cm Kiểu hướng dẫn: Algorit + Đặt x = x1 + x2 = Acos(2t+) + Biểu diễn x1 , x2 với véc tơ A1 , A2 + A = A1 A2 Sơ lược giải Cách 1: Dùng phương pháp giản đồ véc tơ Biểu diễn dao động điều hòa giản đồ véc tơ Dao động tổng hợp có phương trình dạng: x = A cos(t ) M A2 Xác định A: A Từ giản đồ véc tơ dễ thấy ONM vuông N, dùng định lí Pitago ta có: 2 2 A A A A = 2 cm A1 Xác định : Ta có A1=A2, từ giản đồ véctơ ta thấy ONM vuông cân N 39 x N Khoá luận tốt nghiệp = Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí rad Vậy phương trình dao động tổng hợp hai dao động là: x= 2 cos 2t cm Cách 2: Công thức đại số Dao động tổng hợp có phương trình dạng: x = A cos(t ) Từ công thức tổng quát xác định A : Xác định A: A2 = A12 + A22 + 2A1A2 cos(2 - 1) = + + 8cos A = 2 cm Xác định : sin sin A sin A sin = rad 1 2 tan A cos A cos 1 2 cos cos Vậy phương trình dao động tổng hợp là: x= 2 cos 2t cm Cách 3: Cộng lượng giác Phương trình dao động tổng hợp là: x = x1 + x2 = cos(2t ) + cos(2t )= 2t 2t 2t 2t = cos cos = 2 = cos 2t cos = 2 cos 2t cm Bài tập 11: Cho dao động điều hòa phương tần số: x1 = cos(3t ) cm 40 Khoá luận tốt nghiệp x2 = cos(3t Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí ) cm x3 = cos(3t ) cm Hãy xác định dao động tổng hợp dao động phương pháp Kiểu hướng dẫn: Algorit Cách 1: Giản đồ véc tơ Dao động tổng hợp dao động điều hòa nên phương trình có dạng: x = A cos(t ) - Biểu diễn dao động điều hòa x1, x2 x3 giản đồ véctơ - Dùng quy tắc cộng véc tơ để xác định biên độ dao động tổng hợp: A A1 A2 + A3 - Dựa vào giản đồ véc tơ dùng định lí áp dụng cho tam giác hệ thức tam giác để xác định độ lớn A Cách 2: Cộng đại số - Giải tương tự tập - Tổng hợp hai dao động x1 x2 ta dao động tổng hợp x12 sau tổng hợp dao động x12 với x3 ta phương trình dao động tổng hợp ba dao động Sơ lược giải Cách1: giản đồ véc tơ Các véc tơ A1 , A2 , A3 biểu diễn hình vẽ Dao động tổng hợp có biên độ xác định : A = A1 + A2 + A3 A A2 A12 A3 /4 /4 41 A1 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí A12 Từ giản đồ véc tơ ta có: cos A1 A12 2cm A= A12 A3 = cm, A có phương chiều trùng với A3 Nên (rad) Phương trình dao động tổng hợp ba dao động là: x = cos(3t ) cm Cách 2: Cộng đại số Dao động tổng hợp x1, x2 có phương trình dạng: x12 = A12 cos(t 12 ) Từ công thức tổng quát xác định A12 12 Xác định A12: A12 = A12 + A22 + 2A1A2 cos(2 - 1) = 32 + 64 + 2.32 cos A12 = cm A sin A sin 2 Xác định 12: tan 12 A cos A cos 1 2 thay số tính toán tan12 =1 12 = rad x12 = cos 3t cm + Tổng hợp x12 với x3: Xác định A: A = A122 + A32 + 2A12A3 cos(3 - 12) Thay số ta có: A = cm A sin A sin 12 3 Xác định : tan 12 c A cos A os 12 12 3 Thay số tính toán ta được: = (rad) 42 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Phương trình dao động tổng hợp ba dao động là: x = cos( 3t ) 3.3.5 Xác định điều kiện xảy cộng hưởng, xác định yếu tố có liên quan Bài tập 12: a Một người bước xách xô nước Chu kì dao động riêng nước xô T0 = 0,90s Mỗi bước dài 60cm - Chứng tỏ nước xô bị sóng sánh qua lại theo tần số xác định - Muốn cho nước xô đừng văng tung toé ngoài, người phải bước với vận tốc sao? b Một vật nặng treo sợi dây vào trần toa xe lửa chuyển động Vật nặng coi lắc dây (hệ dao động) có chu kì T0 = 1,0s tàu bị kích động qua chỗ nối hai đường ray Người ta nhận thấy vận tốc tàu 45km/h vật dao động mạnh - Giải thích tượng - Tính chiều dài đường ray Kiểu Hướng đẫn: Algorit a Biết chu kì Xác định tần số dao động nước xô Muốn nước xô đừng văng tung toé chu kì tượng tuần hoàn người khác chu kì dao động riêng nước xô Tức T T0 , T s Xác định v v b Khi vận tốc tàu đạt 12,5m/s vật dao động mạnh chứng tỏ xảy tượng cộng hưởng T T0 ; T s Xác định s v Sơ lược giải 43 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí a Chu kì dao động nước xô T0 = 0,9s nước xô bị sóng sánh qua lại với tần số f0 = 1 1,11Hz T0 0, Muốn nước xô đừng văng tung toé chu kì tượng tuần hoàn người khác chu kì dao động riêng nước xô Tức T T0 mà T s v (1) (2) Từ (1) (2) Thay số v T s T0 v v s 0,6 0,67m / s 2,4km / h 0,9 b + Vì xảy tượng cộng hưởng (biên độ dao động lắc đạt cực đại) Tàu bị kích động qua chỗ nối hai đường ray, chu kì dao động lắc chu kì dao động tàu vật dao động mạnh + T = T0 s s 12 ,5 m 12 ,5 Bài tập 13: Một người với vận tốc v0 = 1,5m/s Mỗi bước dài 0,6m Tính chu kì tượng tuần hoàn người Người xách xô nước Nước xô dao động riêng với chu kì T = 0,6s Để nước không bắn tung toé người phải với vận tốc nào? 3.a) Để người ngồi xe (khối lượng M) thoải mái, cấu tạo xe phải có nhún gồm lò xo giống độ cứng k Toàn thùng xe M tựa lò xo Hãy xác định k để người xe thoải mái áp dụng số: M = 400kg, = 10 44 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí b) Xe phải chạy với vận tốc xe bị nảy lên nhiều cho biết khoảng cách trung bình ổ gà đường 4m Kiểu hướng dẫn: Algorit Chu kì tượng tuần hoàn T0 s v0 Để nước không bị bắn tung toé tượng cộng hưởng phải không xảy - Tức chu kì người phải khác chu kì dao động riêng nước xô Từ xác định vận tốc người 3.a) Có thể coi xe hệ dao động có khối lượng M lò xo có độ cứng k ghép song song Để người ngồi xe thấy thoải mái chu kì dao động xe phải chu kì dao động người từ giá trị k b) Muốn xe bị nảy lên nhiều phải xảy tượng cộng hưởng Tức chu kì dao động xe phải chu kì tác động ổ gà vào xe Từ Xác định vận tốc xe Sơ lược giải Chu kì tượng tuần hoàn người bộ: Là thời gian để bước bước: T0 s 0, 0, s v0 1,5 Vận tốc bộ: Để nước không tung toé chu kì bước phải khác chu kì dao động riêng nước: T ,6 Tr v Vận tốc người phải là: v 0,6 0,6 1m / s Tr 0,6 Tính k: a Để người ngồi xe thoải mái chu kì dao động xe chu kì người bộ: T = T0 45 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí m m 25 m k Ta có: T ; Thay số ta có: k = 25.103 (N/m) 4k k b Vận tốc xe: Chu kì kích động ổ gà: T s v Xe nảy mạnh xảy cộng hưởng: T = T0 s 0,4 v 10m / s v 3.4 Sử dụng hệ thống tập tiết học chương Dao động Hệ thống tập sử dụng tiết học luyện tập giải tập lớp nhằm mục đích giúp học sinh nắm vững nâng cao kiến thức mà giáo viên trình bày tiết học Để hệ thống tập phát huy hiệu cao trình sử dụng, lưu ý số điểm sau: - Giáo viên kiểm tra học sinh nắm vững kiến thức học có liên quan đến tập định sử dụng tiết luyện tập trước đề - Sau hướng dẫn cho học sinh giải chi tiết tập đề nghị học sinh giải tập tương tự Sau giải học sinh giáo viên cần phân tích nhận xét toàn trình giải - Trong trình học sinh yêu cầu giải tập bảng phải yêu cầu học sinh khác tự làm nhận xét làm bạn định - Sau tiết học giải tập cần tóm tắt lại nội dung tiết học tập nhà cho học sinh - Trong phân phối chương trình vật lí 12 THPT, chương trình chuẩn Chương I Dao động gồm có 03 tiết luyện tập nên hệ thống tập xếp sau: Tiết 3: Nhằm củng cố nâng cao kiến thức dao động điều hòa, đưa phương pháp giải loại tập loại tập 46 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí + Giáo viên hướng dẫn học sinh giải lớp tập 1, tập tập ý d, e + Yêu cầu học sinh làm tập lớp + Ra tập nhà: Bài tập ý a, b, c, f, g tập 5, tập Tiết 6: Củng cố nâng cao kiến thức chứng minh tổng hợp dao động điều hòa, đến học sinh làm tập khó, tổng hợp kiến thức Do đưa cho học sinh phương pháp giải loại tập 3, loại tập + Giáo viên hướng dẫn học sinh giải lớp tập tập 10 + Yêu cầu học sinh giải tập 8, tập ý a lớp + Ra tập nhà tập ý b tập 11 giải cách Tiết 9: Củng cố toàn kiến thức chương Dao động cơ, đưa phương pháp giải loại + Giáo viên hướng dẫn học sinh giải lớp tập 11 cách giải tập 13 + Yêu cầu học sinh giải lớp tập 12 + Ra tập nhà: Yêu cầu học sinh làm tiếp tập lại + Nhắc lại loại tập chương dao động 47 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Kết luận Đối chiếu vói mục đích nghiên cứu, đề tài hoàn thành nhiệm vụ đề ra: Nghiên cứu số sở lí luận BTVL Xác định mức độ, yêu cầu nắm vững kiến thức chương Dao động Tìm hiểu thực trạng dạy học giải tập vật lí chương Dao động 12 THPT lớp 12 trường THPT Mê Linh Vĩnh Phúc kì năm 2008 2009 Phân loại tập chương Dao động đề cách giải loại Lựa chọn hệ thống tập chương Dao động gồm 13 có đầy đủ dạng tập phân loại, giúp học sinh qua việc giải tập mà nắm vững kiến thức chương, khắc phục khó khăn chủ yếu, sai lầm phổ biến họ học tập chương vậy, nâng cao chất lượng học tập em Quá trình hoàn thành luận văn dẫn đến nhận định: Với việc xác định mức độ nắm vững kiến thức bản, phân loại tập hướng dẫn giải loại tập với sử dung hệ thống tập, chắn góp phần nâng cao chất lượng học tập môn vật lí học sinh lớp 12 THPT Qua đây, giúp cho giáo viên hoàn thành tốt tiết dạy Từ góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn phát huy đươc khả tìm tòi tích cực, sáng tạo khả làm việc tự lực tư học sinh Do hạn chế thời gian, việc nghiên cứu đề tài chưa kiểm tra trường phổ thông Điều thực tương lai gần với cương vị giáo viên Đề tài tiếp tục mở rộng cho đề tài, chương, phần khác giáo trình vật lí phổ thông 48 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Tài liệu tham khảo Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (chủ biên), Nguyễn Thượng Chung, Tô Giang, Trần Chí Minh, Ngô Quốc Quýnh (2008), Vật lí 12, NXB Giáo dục X.E.Camenetxki V.P.Ôrêkhốp (1997), Phương pháp giải tập vật lí tập 3, NXB Giáo dục Bùi Quang Hân (2002), Giải toán vật lí 12 tập 1, NXB Giáo dục Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Đức Hiệp, Vũ Đình Tuý (2004), Tuyển tập tập vật lí nâng cao THPT tập 4, NXB Giáo dục PGS, PTS Vũ Thanh Khiết (chủ biên), PGS.Ngô Quốc Quýnh, Nguyễn Anh Thi, Nguyễn Đức Hiệp (2005), 121 toán dao động sóng học, NXB tổng hợp Đồng Nai Nguyễn Thế Khôi (1995), Một phương án xây dựng hệ thống tập phần động lực học lớp 10 THPT nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức góp phần phát triển lực giải vấn đề, Hà Nội tháng năm 1995 (Luận án PTS) Vũ Quang (Chủ biên), Lương Duyên Bình, Tô Giang, Ngô Quốc Quýnh (2008), Bài tập vật lí 12, NXB Giáo dục Mỵ Giang Sơn (2005), Những tập vật lí hay khó, NXB Đại học Sư Phạm Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học vật lí trường THPT, NXB Đại học Sư Phạm 10 Lê Văn Thông (1997), Tuyển tập tập vật lí, NXB Trẻ 11 Phạm Hữu Tòng (1989), Phương pháp dạy tập vật lí, NXB Giáo dục 49 [...]... nghĩ của mình cho học sinh Chỉ chữa các bài tập đã ra cho học sinh mà chưa quan tâm đúng mức đến việc hướng dẫn học sinh giải bài tập đó - Chưa rút ra phương pháp giải từng loại bài tập cho học sinh sau khi hướng dẫn họ giải một vài bài tập cùng một loại - Chưa quan tâm đúng mức đến sự thay đổi cách hướng dẫn học sinh giải bài tập để phù hợp với từng loại đối tượng học sinh Chưa lôi cuốn được tất cả học. .. mặt động học Khảo sát về mặt động lực học Khảo sát về mặt năng lượng Con lắc lò xo Con lắc đơn Dao động tắt dần ứng dụng Dao động duy trì Dao động cưỡng bức Cộng hưởng 15 ĐLBT cơ năng Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí 3.2 Phân loại và phương pháp giải từng loại bài tập vật lí chương Dao động cơ lớp 12 THPT Qua việc nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách bài tập vật lí 12 THPT. .. bức 3.3 Hệ thống bài tập chương dao động cơ và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập đó 3.3.1 Biết các hệ vật dao động điều hòa xác định các đại lượng đặc trưng Bài tập 1: Một dao động điều hòa với phương trình theo quy luật: x 4 sin 2t cm 6 1 Viết biểu thức vận tốc, gia tốc của dao động trên 2 Tìm v và a khi vật ở li độ x = 2cm 3 Tìm x và a khi vật có vận tốc v = 1 v 2 max Kiểu hướng dẫn: Algorit... a = s = v = - 2s0cos(t + ) + Năng lượng dao động của con lắc đơn: Động năng của vật dao động: Wđ = 1 mv2 2 Thế năng hấp dẫn của vật: Wt = mgl(1- cos) Cơ năng của hệ dao động: W= Wđ + Wt = 1 mv2+ mgl(1- cos) 2 3.1.4 Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số Dao động 1: x1 A1 cos(t 1 ) ; Dao động 2: x 2 A2 cos(t 2 ) ; Phương trình dao động của dao động tổng hợp là: x A cos(t ) 13... tất cả học sinh trong lớp tham gia giải bài tập 10 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí 2.5 Về việc giải bài tập của học sinh - Đa số học sinh quen với cách học tập đọc - chép, nên trong các giờ bài tập chỉ chép các bài chữa của giáo viên hoặc bài giải của bạn được chỉ định lên bảng Vì vậy, nhiều học sinh không giải được bài tập kể cả tương tự với bài tập đã giải trên lớp Trong một... định: a Chu kì, biên độ và pha ban đầu của dao động b Vận tốc và gia tốc ở thời điểm t = 1s c Các thời điểm chất điểm có li độ bằng 5 2 cm d Lực tác dụng lên chất điểm ở li độ 2cm và ở biên 2.3 Các dạng bài tập Chưa phân loại các dạng bài tập một cách có hệ thống mà mới chỉ đưa ra các loại bài tập chung chung mà thôi 2.4 Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập và hệ thống bài tập của giáo viên - Thường... bằng tần số riêng f0 của hệ dao động Điều kiện cộng hưởng: f = f0 3.1.5.4 Sự tự dao động: Sự dao động được duy trì mà không cần tác dụng của ngoại lực được gọi là sự tự dao động 14 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí SƠ Đồ Cấu trúc chương Dao động cơ Dao động cơ Cộng lượng giác PP giản đồ Fre-nen Dao động tuần hoàn Tổng hợp 2 DĐĐH Cùng phương cùng tần số Dao động điều hòa x A cos(t... độ cứng k Bỏ qua mọi ma sát và khối lượng của lò xo Kích thích cho vật dao động Chứng minh hệ dao động điều hòa bằng các phương pháp có thể được trong trường hợp con lắc lò xo treo trên mặt phẳng nghiêng góc (hình vẽ) Kiểu hướng dẫn: ơrixtic Các câu hỏi định hướng tư duy học sinh m Phương pháp động lực học + Chọn trục Ox và mốc thời gian như thế nào để việc giải bài tập được đơn giản? + Các lực... trí dao động của vật tại thời điểm t = 0 đo bằng rad) + Pha dao động: (t +) (xác định vị trí của vật ở thời điểm t đo bằng rad) + Vận tốc: v = x = - Asin(t + ) 12 Khoá luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Hồng Duyên K31B Vật lí + Gia tốc: a = x = v = - A2cos(t + ) + Năng lượng dao động của con lắc lò xo: Động năng của vật dao động: Wđ = Thế năng đàn hồi của lò xo: Wt = 1 mv2 2 1 2 kx 2 Cơ năng của hệ dao động: ... Thị Hồng Duyên K31B Vật lí Phương trình của dao động điều hòa là: x = 2cos(5t - 6 ) Hãy cho biết biên độ, pha ban đầu, và pha ở thời điểm t của dao động Hay lại đưa ra các bài tập quá khó khiến cho các em học yếu, kém không làm được nên học sinh chỉ ngồi chờ và đợi chép của các bạn được gọi lên bảng Như đưa ra bài tập sau: Một chất điểm có khối lượng m = 100g dao động theo phương trình: x = 10sin( t ... động cơ, phân loại tập chương đề phương pháp giải loại, lựa chọn hệ thống tập hướng dẫn học sinh giải hệ thống tập chương nhằm nâng cao chất lượng học tập học sinh lớp 12 THPT Nhiệm vụ nghiên... việc nghiên cứu đề tài Phân loại, đề phương pháp giải, lựa chọn hướng dẫn giải hệ thống tập chương Dao động dạy học nhằm nâng cao chất lượng học tập học sinh lớp 12 THPT cần thiết Mục đích nghiên... 12 THPT 3.4 Phân loại tập chương Dao động đề cách giải loại 3.5 Lựa chọn hệ thống tập chương Dao động soạn thảo cách hướng dẫn học sinh lớp 12 THPT giải nhằm nâng cao chất lượng học tập Đối tượng