(SKKN HAY NHẤT) phát triển tư duy vật lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên đề đồ thị sóng cơ học vật lý 12 THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT HẬU LỘC I SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI PHÁT TRIỂN TƯ DUY VẬT LÝ HỌC SINH QUA CHUYÊN ĐỀ ĐỒ THỊ SÓNG CƠ HỌC VẬT LÝ 12 THPT Người thực hiện: Bùi Văn Dương Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn SKKN thuộc lĩnh vực: Môn Vật Lý 12 THANH HÓA, NĂM 2021 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Trang I MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Phạm vi nghiên cứu II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Phương trình sóng ………………………………….………………….3 2.1.2 Độ lệch pha sóng 2.1.3 Khoảng cách hai điểm phương truyền sóng 2.2 Phương pháp giải toán chuyên đề sóng học 2.2.1 Đồ thị sóng theo thời gian 2.2.2 Đồ thị sóng theo khơng gian 2.2.3 Chiều truyền sóng 2.3 Các toán minh họa III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18 3.1 Kết luận 18 3.2 Kiến nghị 18 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa vật lý 12 nâng cao Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Sách tập vật lý 12 nâng cao Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Sách giáo khoa vật lý 12 Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Sách tập vật lý 12 Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Phương pháp dạy học vật lý trường THPT Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Sách bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 12 Tác giả Nguyễn Phú Đổng Nhà xuất Thành phố Hồ Chí Minh UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong bối cảnh nay, chất lượng giáo dục vấn đề toàn xã hội quan tâm Giáo dục Việt nam nỗ lực đổi nhằm phát huy tính tích cực, chủ động học tập học sinh, tạo nên hệ có khả hiểu biết sâu sắc lí luận từ vận dụng linh hoạt lí luận vào thực tế Để đáp ứng với yêu cầu người học phải nắm thật vững kiến thức thật nhạy bén vấn đề vận dụng kiến thức môn học đồng thời người dạy phải có chuyên sâu kiến thức Xét chất lượng, hiệu giảng dạy hai hoạt động có vị trí, vai trị vơ quan trọng Xét phương diện hoạt động giáo viên, chất lượng dạy học nói chung mơn vật lý nói riêng phụ thuộc nhiều vào khả năng, trình độ hiểu biết, sức sáng tạo khả sư phạm người dạy Trong trình giảng dạy vật lý thân tâm đắc làm để giúp học sinh nắm kiến thức nâng cao đó, chuyên đề yêu cầu thiết thực mà giáo viên cần phải quan tâm, nghiên cứu Thực tế, chương trình vật lý lớp 12 có nội dung tương đối khó, nhiều học sinh nói chung, có nhiều dạng nhiều phương pháp giải khác Khi giảng dạy học sinh nhiều năm phần ‘‘ Đồ thị sóng học ’’ tơi nhận thấy khả tiếp thu em chậm, học sinh thường cảm thấy không tự tin lúng túng việc tiếp thu kiến thức giải tập ‘‘ Đồ thị sóng học ’’ Đặc biệt học sinh cịn gặp phải khó khăn: - Về kiến thức: Học sinh chưa phân loại nội dung kiến thức, dạng toán trọng tâm - Về kỹ năng: Học sinh hạn chế phân tích tốn giải tốn UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Trong đơn vị lớp có nhiều đối tượng học sinh với khả nhận thức, tư khác nên cho học sinh thảo luận để phát huy tối đa tính tích cực, chủ động học tập em nhằm phát triển tư cho em Với lí mà tơi nghiên cứu viết đề tài “ Phát triển tư vật lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên đề đồ thị sóng học vật lý 12 THPT” Với biện pháp này, đề tài giúp học sinh có thái độ học tập tích cực hơn, tự vận dụng vấn đề cách sáng tạo hơn, từ học sinh cảm thấy say mê học mơn vật lí Có kết cao kỳ thi, thi học sinh giỏi, thi tốt nghiệp THPT Quốc gia 1.2 Mục đích nghiên cứu Thơng qua đề tài giúp giáo viên, học sinh nắm nội dung kiến thức bản, dạng tốn đồ thị sóng học, giúp cho người học vận dụng củng cố kiến thức cách có hệ thống, bước phát triển tư từ dạng dễ đến khó Bên cạnh cố tự tin, bồi đắp hứng thú học tập, nâng cao khả tự học, tự nghiên cứu học sinh Đề tài nghiên cứu nội dung sau đây: Cơ sở lí luận đề tài Thực trạng đề tài Giải pháp thực Kết đạt 1.3 Đối tượng nghiên cứu Học sinh THPT học chương trình Nâng cao vật lý 12 Mục đích nội dung thuộc chun mục sóng học giới thiệu sách giáo khoa Vật Lý lớp 12 (Nâng Cao) Các tập, công thức giới thiệu chương trình THPT 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp quan sát sư phạm UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp nêu vấn đề giảng dạy 1.5 Phạm vi nghiên cứu Nội dung kiến thức, công thức, tập, giới thiệu chương sóng học thuộc chương trình vật lý 12 THPT Phân dạng tập theo trình phát triển tư duy, kỹ từ thấp đến cao Đề tài áp dụng cho học sinh, giáo viên nghiên cứu đồ thị sóng học Đặc biệt việc học bồi dưỡng học sinh thi học sinh giỏi cấp tỉnh môn Vật Lý thi tốt nghiệp THPT Quốc gia II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Phương trình sóng a)Tại nguồn O: Tại điểm M phương truyền sóng: Nếu bỏ qua mát lượng trình truyền sóng biên độ sóng O M nhau: Ta có: a b)Tại điểm O: thì: a Tại điểm M cách O đoạn x phương truyền sóng: , với Nhận xét: Phương trình sóng uM hàm vừa tuần hoàn theo t, vừa tuần hồn theo khơng gian UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1.2 Độ lệch pha sóng a) Tại điểm hai thời điểm cách b) Một thời điểm hai điểm cách nguồn khoảng xM, xN phương truyền sóng + Nếu điểm M N dao động pha thì: + Nếu điểm M N dao động ngược pha thì: + Nếu điểm M N dao động vng pha thì: Lưu ý: Đơn vị x, x1, x2,d, v phải tương ứng với 2.2.3 Khoảng cách hai điểm phương truyền sóng Đối với trường hợp sóng ngang khoảng cách hai điểm MN: với O1 O2 vị trí cân M N 2.2 Phương pháp giải toán chuyên đề sóng học UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tại điểm O: biên độ khơng đổi Sóng truyền theo chiều dương trục Ox với , với Nhận xét: Phương trình sóng uM hàm vừa tuần hoàn theo t, vừa tuần hoàn theo khơng gian 2.2.1 Đồ thị sóng theo thời gian + Mô tả li độ dao động điểm ( x cố định) theo thời gian t + Chu kỳ: T + Độ lệch pha thời điểm ( điểm ) cách : + Li độ : Cách VTCB: Cách đỉnh : 2.2.2 Đồ thị sóng theo khơng gian( Hình ảnh sóng ) + Mơ tả trạng thái dao động điểm phương truyền sóng thời điểm t ( Hình ảnh sóng ) + Chu kỳ: + Độ lệch pha điểm ( thời điểm t) cách nhau: + Li độ : Cách VTCB: Cách đỉnh : 2.2.3 Chiều truyền sóng UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Theo chiều truyền sóng từ trái sang phải: Đỉnh sóng Hướng truyền sóng Hõm sóng Khi sóng lan truyền đi: Sườn trước lên, Sườn sau xuống Đỉnh sóng: điểm lên cao Hõm sóng: điểm hạ thấp Theo chiều truyền sóng từ trái sang phải: - Các điểm bên phải đỉnh sóng lên, cịn điểm bên trái đỉnh sóng xuống - Các điểm bên phải hõm sóng (điểm hạ thấp ) xuống, cịn điểm bên trái hõm sóng lên 2.3 Các toán minh họa Các tập theo thứ tự cụ thể, từ đến nâng cao Phân dạng nhằm phát triển tư kỹ người học Bài 1: Tại thời điểm t = 0, đầu O sợi dây dài bắt đầu dao động theo phương vng góc với sợi dây Đồ thị phụ thuộc thời gian li độ u O hình vẽ.Tốc độ truyền sóng dây v = 100m/s Gọi M điểm dọc theo dây cách O khoảng 50,5m Pha dao động M lúc t = 1,2 s ? O -4 Hướng dẫn Phương trình dao động A: Bước sóng: λ = vT = m Phương trình sóng N: Pha dao động N lúc t = 1,2 s: UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ hình vẽ, ta xác định + Ta có : Từ ta tìm rad/s Tốc độ cực đại mm/s Nhận xét: Đây dạng đồ thị sóng theo khơng gian gian học sinh cần đọc dạng đồ thị liên hệ chuyển động tròn đều, nhớ lườn trức lên, lườn sau xuống để biểu diễn trạng thái M, N thời điểm khác Bài 8: Tại thời điểm t = 0, đầu O sợi dây cao su căng thẳng nằm ngang bắt đầu dao động lên với tần số Hz Gọi P, Q hai điểm nằm sợi dây cách O cm cm Biết tốc độ truyền sóng dây 24 (cm/s), coi biên độ sóng khơng đổi truyền Biết vào thời điểm , ba điểm O, P, Q tạo thành tam giác vuông P Tìm biên độ sóng 10 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hướng dẫn T = 1/f = 1/8 = 0,125 s; Thời gian sóng truyền đến Q: cm thời điểm t = 3/16 s sóng truyền đến Q Phương trình dao động O, P, Q là: Với Chọn hệ trục tọa độ có gốc trùng với đầu O, trục tung trùng với phương trình dao động, trục hoành trùng với phương sợi dây duỗi thẳng, ta có tọa độ điểm: O(0;0); Tam giác OPQ vuông P: Nhận xét: Đây dạng đồ thị sóng theo thời gian học sinh cần đọc dạng đồ thị, trạng thái ban đầu t = 0, xác định chu kỳ phương trình dao động O, P, Q nhấn mạch trạng thái điểm dây thời điểm Bài 9: Một sóng lan truyền mặt nước dọc theo chiều dương trục Ox với bước sóng , tốc độ truyền sóng v biên độ sóng a gắn với trục tọa độ hình vẽ Tại thời điểm t1 sóng có dạng nét liền thời điểm t2 sóng có dạng nét đứt, A đỉnh sóng Biết AB = BD vận tốc dao động điểm C Tìm giá trị góc u(cm)A B O CD Hướng dẫn 11 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vì AB = BD nên thời gian dao động từ A đến B ứng với sóng u(cm) truyền từ O đến C với quãng đường O Vì C VTCB nên có tốc độ cực đại Nhận xét: Đây dạng đồ thị sóng theo khơng gian gian học sinh cần đọc dạng đồ thị liên quan đến tương ứng thời gian truyền sóng ứng với thời gia dao động chất điểm Bài 10: Tại điểm O mặt nước có nguồn sóng lan truyền với bước sóng , tốc độ truyền sóng v biên độ a u gắn với hệ trục tọa độ hình vẽ Tại thời a điểm t1 sóng có dạng nét liền thời u điểm t2 sóng có dạng nét đứt Biết vào thời B O u điểm t2: , điểm A A1; A2 có vị trí phương truyền sóng Tìm góc A2 Hướng dẫn: a x C u A Tốc độ phần tử C: O C x B A2 12 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Gọi d khoảng cách từ A đến B theo phương truyền sóng, ta có: Do sóng truyền từ A đến B nên B phải chậm pha A lượng: Từ đồ thị ta suy giản đồ vectơ Theo giả thuyết ta có: Vậy góc hai vectơ biểu diễn cho dao động A B vào thời điểm t2 vng góc với Do đó: Góc xác định bởi: Nhận xét: Đây dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc dạng đồ thị liên quan đến tương ứng thời gian truyền sóng ứng với thời gia dao động chất điểm Bài 11: Một sóng hình sin truyền sợi dây theo chiều dương trục 0x Hình vẽ mơ tả hình dạng sợi dây thời điểm t1 t2 = t + 1s Tại thời điểm t2, vận tốc điểm M dây Hướng dẫn: Ta có + Trong s sóng truyền Chu kì sóng m/s rad/s 13 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Độ lệch pha dao động theo tọa độ x M điểm O Lưu ý thời điểm t1 M chuyển động theo chiều âm (do nằm trước đỉnh sóng) + Hai thời điểm t1 t2 lệch tương ứng góc(chú ý M chuyển động ngược chiều dương, ta tính lệch phía trái Tốc độ M cm/s Nhận xét: Đây dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc dạng đồ thị liên hệ chuyển động tròn đều, nhớ lườn trức lên, lườn sau xuống để biểu diễn trạng thái M thời điểm khác Bài 12: Một sóng truyền trục Ox dây đàn hồi dài với tần số f = 1/3 Hz Tại thời điểm t = thời điểm t1 = 0,875s hình ảnh sợi dây mơ tả hình vẽ Biết d – d1 = 10cm Gọi tỉ số tốc độ dao động cực đại phần tử dây tốc độ truyền sóng Xác định giá trị Hướng dẫn: + Độ lệch pha hai điểm cách O khoảng d1 d2 hình vẽ Từ đó, ta tìm Tỉ số 14 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài 13: Cho sợi dây cao su căng ngang Làm cho đầu O dây dao động theo phương thẳng đứng Hình vẽ mơ tả hình dạng sợi dây thời điểm t1 (đường nét liền) s (đường nét đứt) Tại thời điểm độ lớn li độ phần tử M cách đầu dây đoạn 2,4 m (tính theo phương truyền sóng) cm Gọi δ tỉ số tốc độ cực đại phần tử dây với tốc độ truyền sóng Tìm giá trị δ Hướng dẫn: + Từ đồ thị ta có Vận tốc truyền sóng m/s Tần số dao động phần tử rad/s + Độ lệch pha M O rad Từ hình vẽ ta thấy Bài 14: Trên sợi dây đàn hồi có ba điểm M, N P, N trung điểm đoạn MP Trên dây có sóng lan truyền từ M đến P với chu kỳ T Hình vẽ bên mơ tả dạng sợi dây thời điểm t1 (đường 1) (đường 2); M, N P vị trí cân chúng dây Lấy coi biên độ sóng khơng đổi truyền Tại thời điểm , vận tốc dao động phần tử dây N Hướng dẫn: + Ta để ý điểm N thời điểm t1 vị trí 15 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cân bằng, thời điểm t2 N đến vị trí biên t2 hai thời điểm vuông pha thõa mãn t1 + Với Tốc độ vật thời điểm mm/s + Với Tốc độ vật thời điểm cm/s Nhận xét: Đây dạng đồ thị sóng theo khơng gian gian học sinh cần đọc dạng đồ thị liên hệ chuyển động tròn đều, nhớ lườn trức lên, lườn sau xuống để biểu diễn trạng thái M, N, P thời điểm khác Bài 15: Một nguồn phát sóng hình sin đặt O, truyền dọc theo sợi dây đàn hồi căng ngang dài OA với bước sóng 48 cm Tại thời điểm t t2 hình dạng đoạn dây tương ứng đường đường hình vẽ, trục Ox trùng với vị trí cân sợi dây, chiều dương trùng với chiều truyền sóng Trong M điểm cao nhất, uM, u N, uH li độ điểm M, N, H Biết biên độ sóng khơng đổi Khoảng cách từ P đến Q ? Hướng dẫn: 16 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Tại thời điểm t1, điểm H có li độ uH tăng, đến thời điểm t2, điểm H có li độ uH giảm + Phương pháp đường trịn, ta thu hình vẽ sau Ta để ý vị trí từ M đến ứng với lệch pha mặt không gian (Δx), vị trí từ N đến ứng với lệch pha mặt thời gian (Δt) Mặc khác M N có vị trí khơng gian Từ ta tính Nhận xét: Đây dạng đồ thị sóng theo khơng gian gian học sinh cần đọc dạng đồ thị liên hệ chuyển động tròn đều, nhớ lườn trức lên, lườn sau xuống để biểu diễn trạng thái M, N, P,Q, H thời điểm khác 17 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Thơng qua tìm hiểu phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm “ Phát triển tư vật lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên đề đồ thị sóng học vật lý 12 THPT” số năm, đặc biệt phạm vi rộng hai năm học 2020-2021 tự nhận thấy - Đối với giáo viên, sáng kiến kinh nghiệm tài liệu quan trọng công tác giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp phần sóng học góp phần giải triệt để câu hỏi chốt đề thi - Đối với học sinh khá, giỏi, sáng kiến kinh nghiệm giúp cho em kỹ tư duy, suy luận lơgíc để chủ động, tự tin vào thân việc giải tập hay tượng vật lý khác mà em gặp sống Từ kết nghiên cứu, thân rút học kinh nghiệm sau: - Đối với giáo viên, dạy lớp học sinh có lực phải khơng ngừng tìm tịi, sáng tạo để nâng cao trình độ chun mơn nghiệp vụ sư phạm cho thân, phải ý việc phát triển tư cho học sinh thông qua giảng lí thuyết, thơng qua giải tập từ đơn giản đến phức tạp Từ tập cho em cách phân tích, tổng hợp, xử lí thơng tin để hiểu sâu hơn, ham mê môn học ứng dụng môn học vào sống Tất nhiên cần lựa chọn đối tượng để áp dụng cho hợp lí, tránh ơm đồm - Đối với học sinh muốn trở thành học sinh giỏi thật ngồi khả thân cần phải ý giảng tưởng đơn giản Thầy Bởi cách giúp em nghe để làm, để phát triển, để học cách phân tích, xử lí tình khác, nghĩa học để làm mười 3.2 Kiến nghị Nhằm giúp đỡ Thầy cô nâng cao kinh nghiệm, tay nghề việc dạy học, giúp em học sinh biết cách tư lơgíc, phân tích, tổng hợp, xử lí thơng tin Theo tơi, hàng năm phịng trung học phổ thông thuộc Sở giáo dục đào tạo cần lựa chọn cung cấp cho trường phổ thông số sáng kiến, 18 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viết có chất lượng, có khả vận dụng cao để Thầy có hội học hỏi thêm đồng nghiệp, có hội phát triển thêm sáng kiến để tự người tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với mình, phù hợp với đối tượng học sinh Trên số kinh nghiệm suy nghĩ thân tôi, cịn khiếm khuyết Rất mong hội đồng khoa học, đồng nghiệp nghiên cứu, bổ sung góp ý để đề tài hoàn thiện hơn, để kinh nghiệm tơi thực có ý nghĩa có tính khả thi Tơi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHÂN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VI Thanh Hóa, 12 tháng 05 năm 2021 Tôi xin cam đoan la SKKN cua minh viêt, không chep nôi dung cua khac Ngươi viêt sang kiên Bùi Văn Dương 19 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC, SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC GHI NHẬN Tên đề tài Sáng kiến Chứng minh số Xếp loại C Số, ngày, tháng, năm định công nhận, quan ban hành QĐ Quyết định số: 59/QĐ – SGD ĐT Ngày 24 tháng 02 năm 2006 công thức vật lý cách sử dụng tổng số tự nhiên Quyết định số: 462/QĐ – SGD C &ĐT Chuyển động ném Ngày 19 tháng 12 năm 2008 Phương pháp giải tốn B ĐT dịng điện xoay chiều pha Phát triển tư học sinh qua toán chuyển Ngày 18 tháng 12 năm 2012 C Quyết định số: 973/QĐ – SGD & ĐT động lăn vật rắn “ Phát triển tư vật lý học sinh qua nghiêm cứu Quyết định số: 871/QĐ – SGD & Ngày 25 tháng 12 năm 2015 B Quyết định số1112/QĐ – SGD & ĐT dạng cân Ngày 18 tháng 10 năm 2017 vật rắn vật lý 10 THPT” “ Phát triển tư vật lý học sinh qua nghiêm cứu dạng cân vật rắn vật lý 10 THPT” C Quyết định số: 1195/QĐ – SGD & ĐT Ngày 25 tháng 12 năm 2020 20 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 21 UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tài “ Phát triển tư vật lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên đề đồ thị sóng học vật lý 12 THPT? ?? Với biện pháp này, đề tài giúp học sinh có thái độ học tập tích cực hơn, tự vận dụng vấn đề cách sáng... qua tìm hiểu phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm “ Phát triển tư vật lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên đề đồ thị sóng học vật lý 12 THPT? ?? số năm, đặc biệt phạm vi rộng hai năm học. .. tháng 10 năm 2017 vật rắn vật lý 10 THPT? ?? “ Phát triển tư vật lý học sinh qua nghiêm cứu dạng cân vật rắn vật lý 10 THPT? ?? C Quyết định số: 1195/QĐ – SGD & ĐT Ngày 25 tháng 12 năm 2020 20 UAN