(Skkn 2023) ứng dụng phần mềm graph để thiết kế và xây dựng phương pháp giải nhanh các bài tập nâng cao về đồ thị chương dao động cơ ” vật lí 12 thpt

SỞ GD&ĐT NGHỆ AN TRƯỜNG THPT PHAN THÚC TRỰC    SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GRAPH ĐỂ THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH CÁC BÀI TẬP NÂNG CAO VỀ ĐỒ THỊ CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ ” - VẬT LÍ 12 THPT Lĩnh vực: Vật lí Tác giả : Nguyễn Thị Hoan Sđt 0356007907 Đơn vị : Trường THPT Phan Thúc Trực Tổ : Khoa học tự nhiên Năm học:2022-2023 MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 Lí chọn đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đóng góp đề tài PHẦN 2: NỘI DUNG I Cơ sở khoa học 1.1 Cơ sở lí luận 1.1.1 Các đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian thuộc chương “dao động cơ” 1.1.2 Mối quan hệ đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian sở để vẽ đồ thị phụ thuộc chúng 1.1.3 Giới thiệu phần mềm vẽ đồ thị GRAPH 1.2 Cơ sở thực tiễn 1.2.1 Thực trạng hứng thú học sinh giải tập đồ thị chương “dao động cơ” 1.2.2 Thực trạng thuận lợi khó khăn giáo viên thiết kế tập đồ thị ôn thi tốt nghiệp THPT 1.3 Nguyên nhân giải pháp khắc phục 1.3.1 Nguyên nhân 1.3.2 Giải pháp khắc phục II Ứng dụng phần mềm GRAPH để thiết kế xây dựng phương pháp giải tập nâng cao đồ thị chương “Dao động cơ”- vật lí 12 THPT 2.1 Hệ thống hóa kiến thức số chủ đề xây dựng tập nâng cao đồ thị chương “Dao động cơ” 2.1.1 Liên hệ cực trị tích x1.x2 với độ lệch pha 2.1.2 Liên hệ tức thời hai dao động điều hòa tần số x1 x2 2.1.3 Liên hệ tức thời đại lượng dao động 10 2.2 Ứng dụng phần mềm GRAPH để thiết kế tập đồ thị 12 2.2.1 Thiết kế tập đồ thị biểu diễn phụ thuộc tích x1 x2 vào x2 x1 15 2.2.2 Thiết kế tập đồ thị biểu diễn mối quan hệ hai dao động điều hòa tần số x1 x2 25 2.2.3 Thiết kế tập đồ thị biểu diễn mối quan hệ tức thời đại lượng dao động 30 2.3 Xây dựng hệ thống tập phương pháp giải tập nâng cao đồ thị chương “Dao động cơ” 39 2.3.1 Hệ thống tập phương pháp giải tập đồ thị biểu diễn mối quan hệ tích x1x2 vào x2 x1 39 2.3.2 Hệ thống tập phương pháp giải tập đồ thị biểu diễn mối quan hệ hai dao động tần số x1 x2 44 2.3.3 Hệ thống tập phương pháp giải tập đồ thị biểu diễn mối quan hệ tức thời đại lượng dao động 51 III Khảo sát cấp thiết tính khả thi giải pháp đề xuất 57 3.1 Mục đích khảo sát 57 3.2 Nội dung phương pháp khảo sát 57 3.2.1 Nội dung khảo sát 57 3.2.2 Phương pháp khảo sát thang đánh giá 57 3.3 Đối tượng khảo sát 58 3.4 Kết khảo sát cấp thiết tính khả thi giải pháp đề xuất 58 3.4.1 Sự cấp thiết giải pháp đề xuất 62 3.4.2 Tính khả thi giải pháp đề xuất 63 IV Thực nghiệm sư phạm 64 4.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 64 4.2 Đối tượng thời gian thực nghiệm sư phạm 64 4.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 65 4.4 Kết thực nghiệm sư phạm 65 4.4.1 Phân tích kết định tính 65 4.4.2 Phân tích kết định lượng 66 PHẦN KẾT LUẬN 67 I Kết áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 67 II Những kiến nghị đề xuất 67 III Hướng phát triển đề tài 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỀ TÀI Từ viết tắt Nghĩa tiếng việt THPT Trung học phổ thông GV Giáo viên HS Học sinh DĐ Dao động Vd Ví dụ PT Phương trình PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ Lí chọn đề tài “Dao động” chương quan trọng chương trình thi tốt nghiệp THPT Một lượng lớn câu hỏi trắc nghiệm đề tập trung phần Hơn phương pháp giải tập chương dao động sử dụng tương tự cho chương sau chương“sóng sóng âm” , “dịng điện xoay chiều”, “dao động sóng điện từ” Bài tập đồ thị vật lí học sinh đánh giá dạng tập khó Khi giải tập dạng địi hỏi học sinh phải thiết lập mối quan hệ đại lượng vật lí có mặt thơng qua đồ thị hàm số ; đồng thời học sinh phải vận dụng kiến thức kĩ toán học cách thành thạo để đưa phương án giải nhanh thời gian cho phép Tuy nhiên việc giải đáp án thời gian ngắn khó, đặc biệt với dạng đồ thị phức tạp Chính xây dựng phương pháp giải nhanh tập đồ thị nhu cầu cấp thiết q trình ơn thi tốt nghiệp THPT Vật lí tốn học hai mơn học có mối quan hệ mật thiết với Việc sử dụng phương trình tốn học để giải kĩ thiếu làm tập vật lí Tuy nhiên có nhiều đồ thị hàm số mà sử dụng kiến thức toán học THPT em học sinh vẽ đồ thị Hiện nay, tài liệu tham khảo thông qua trang mạng Internet hay sách bày bán thị trường có đề cập tới dạng tập đồ thị vật lí cịn nhiều hạn chế, chưa đa dạng chưa đáp ứng nhu cầu soạn thảo đề ôn tập thầy cô nhu cầu học hỏi, tìm hiểu học sinh khối 12 Trong phần mềm ứng dụng vẽ đồ thị, phần mềm GRAPH với nhiều ưu điểm trội như: dễ cài đặt ; dễ sử dụng ; vẽ nhiều dạng đồ thị phức tạp thể mối quan hệ đại lượng vật lí cách dễ dàng.Giúp giáo viên soạn thảo đề ôn thi cho học sinh với nhiều cấp độ khác nhau, ngồi cịn khai thác mở rộng thêm nhiều dạng đề Từ lí trên, với mong muốn góp phần vào việc đổi nâng cao chất lượng ôn tập cho học sinh kì thi học sinh giỏi, tốt nghiệp THPT, kì thi đánh giá lực trường đại học, Tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng phần mềm GRAPH để thiết kế xây dựng phương pháp giải nhanh tập nâng cao đồ thị chương “Dao động cơ” - vật lí 12 THPT” Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu - Phần mềm vẽ đồ thị hàm số GRAPH C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an - Các phương pháp giải tập đồ thị Vật lí - Các dạng đề cũ công ôn thi tốt nghiệp THPT - Giáo viên có nhu cầu tự thiết kế tập đồ thị vật lí - Học sinh có nhu cầu tìm hiểu phương pháp giải nhanh tập đồ thị khó chương “ dao động cơ” – Vật lí 12 THPT 2.2 Phạm vi nghiên cứu - Bài tập đồ thị khó chương “ dao động cơ” thuộc chương trình Vật lí 12 THPT Đóng góp đề tài + Đề tài sử dụng phần mềm GRAPH thiết kế hệ thống tập đồ thị vận dụng, vận dụng cao chương “dao động cơ”- Vật lí 12 THPT + Đề tài hệ thống hóa kiến thức đại lượng biến thiên điều hịa, biến thiên tuần hồn theo thời gian Từ xây dựng hai cách giải tập đồ thị: cách giải thông thường cách giải nhanh độc đáo, lạ + Phương pháp giải tập đồ thị chương “Dao động cơ” ứng dụng để giải tập tương tự chương “Sóng sóng âm”; “Dịng điện xoay chiều” “Dao động sóng điện từ” + Đề tài có tính ứng dụng cao, đáp ứng xu hướng đề kì thi tốt nghiệp THPT kì thi đánh giá lực trường Đại học Xây dựng dạng tập đồ thị góp phần làm phong phú thêm ngân hàng đề ôn thi tốt nghiệp Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an PHẦN 2: NỘI DUNG I Cơ sở khoa học 1.1 Cơ sở lí luận 1.1.1 Các đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian thuộc chương “dao động cơ” ❖ Các đại lượng biến thiên điều hòa theo thời gian gồm: + Li độ: x = A cos( t +  ) + Vận tốc: v = A cos( t +  + ) + Gia tốc: a = A cos( t +  +  ) + Lực kéo về: Fkv = mA cos( t +  +  ) + Động lượng: p = mA cos(t +  + )   ❖ Các đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian gồm: + Lực đàn hồi lắc lò xo treo thẳng đứng tác dụng lên vật, chiều dương hướng xuống: Fdh = −k (l0 + x) = −k l0 − kA cos(t +  ) + Lực đàn hồi lắc lò xo treo thẳng đứng tác dụng lên điểm treo, chiều dương hướng xuống: Fdh = k (l0 + x) = k l0 + kA cos(t +  ) + Lực đàn hồi lắc lò xo treo thẳng đứng tác dụng lên vật, chiều dương hướng lên: Fdh = −k (−l0 + x) = k l0 − kA cos(t +  ) + Lực đàn hồi lắc lò xo treo thẳng đứng tác dụng lên điểm treo, chiều dương hướng lên: Fdh = k (−l0 + x) = −k l0 + kA cos(t +  ) + Động lắc lò xo: 1 Wd = mv = kA2 + kA2 cos(2t + 2 +  ) 4 + Thế lắc lò xo : 1 Wt = kx = kA2 + kA2 cos(2t + 2 ) 4 Chọn mốc đàn hồi vị trí lị xo khơng biến dạng, đó: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an + Thế đàn hồi lò xo treo thẳng đứng, chiều dương hướng xuống: Wdh = 1 k l = k ( l0 + x)2 2 + Thế đàn hồi lò xo treo thẳng đứng, chiều dương hướng lên Wdh = 1 k l = k (− l0 + x) 2  Tương tự với đại lượng lắc đơn 1.1.2 Mối quan hệ đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian sở để vẽ đồ thị phụ thuộc chúng ❖ Cơ sở để vẽ đồ thị phụ thuộc vào thời gian đại lượng vật lí + Các đại lượng A(t), B(t)… + Các hàm A(t ).B(t ) ; A(t ) + B(t ) ; A(t ) − B(t ) → Đều có phương trình hàm số phụ thuộc thời gian  Vd : x = A cos( t +  ) ; v = A cos( t +  + ) ; a = A cos( t +  +  ) x1 x2 = A1 cos( t + 1 ) A2 cos(t + 2 ) x1  x2 = A1 cos( t + 1 )  A2 cos(t +  ) ❖ Cơ sở để vẽ đồ thị phụ thuộc đại lượng vật lí + Các hàm A = f ( B) ; A.B = f ( B) → Đều xây dựng phương trình hàm số Vd: x1 = f ( x2 ) ; x1 x2 = f ( x2 ) ; x1v2 = f (v ) ; Wd = f (v) ; Wt = f (v) ; Fdh = f (l) … Mối quan hệ đại lượng vật lí phức tạp, để thiết kế tập đồ thị xây dựng phương pháp giải tập đồ thị phục vụ ôn thi tốt nghiệp THPT cần phải nghiên cứu đưa giải pháp phù hợp Tuy nhiên, dựa vào phần mềm vẽ đồ thị vẽ xác hình dạng đồ thị theo u cầu Đó sở khoa học để nghiên cứu, tìm tịi phát triển đề tài Có nhiều phần mềm vẽ đồ thị hàm số như: Graph Plotter , AutoGraph, Graph, Geogebra, FX MathPack Cloud, Function Grapher, Geometer’s Sketchpad…Mỗi phần mềm có ưu điểm nhược điểm riêng Tuy nhiên, phần mềm GRAPH tương tối đơn giản nên phù hợp với người bắt đầu sử dụng Hai phương pháp mà tơi trình bày đề tài áp dụng tương tự với nhiều phần mềm vẽ đồ thị khác Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an 1.1.3 Giới thiệu phần mềm vẽ đồ thị GRAPH GRAPH phần mềm vẽ đồ thị tốn học cách dễ dàng nhờ cơng cụ có sẵn, nhiều màu sắc, tinh chỉnh để có loại đồ thị phù hợp với yêu cầu đặt GRAPH nhanh chóng vẽ đồ thị hàm số theo hàm số số liệu mà người dùng nhập vào GRAPH hỗ trợ lớn việc thiết kế tập đồ thị Vật lí, người dùng vẽ đồ thị phần mềm sử dụng hình ảnh lưu dùng văn Những tính GRAPH: - Vẽ đồ thị hàm số toán học: + Vẽ hay nhiều đồ thị hàm số hệ trục tọa độ + Vẽ đồ thị hàm số phức tạp tích (thương) hay tổng (hiệu) hai hàm số phức tạp khác - Cơ chế nhanh, xác - Hỗ trợ nhiều ngơn ngữ, có tiếng việt - Có thể chèn thêm tiêu đề vào hệ trục - Có thể thêm vào tập hợp điểm từ tập tin chương trình khác Microsoft Excel - Có thể dán hình ảnh vào văn - Văn bao gồm nhiều nhóm đối tượng OLE, Ví dụ Microsoft Equation 1.2 Cơ sở thực tiễn 1.2.1 Thực trạng hứng thú học sinh giải tập đồ thị chương “dao động cơ” Để tìm hiểu thực trạng hứng thú học sinh giải tập đồ thị chương “dao động cơ”, tiến hành khảo sát 78 học sinh lớp chọn khối A khối A bao gồm lớp 12A 12A1 trường THPT Phan Thúc Trực phiếu khảo sát số (nội dung phiếu khảo sát trình bày phụ lục 1) Kết thu Câu hỏi (1) (2) (3) (4) Lựa chọn Có Khơng Có Khơng Có Khơng Rồi Chưa Số lượng 70 32 46 65 13 20 58 Tỉ lệ % 89,7 10,3 41 59 83,3 16,7 25,6 74,4 Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Từ kết khảo sát, Tôi thấy học sinh dạng tốn khó, địi hỏi tư cao, việc vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp để giải toán thường chiếm nhiều thời gian Hơn tập đồ thị dao động đa dạng, có nhiều đại lượng vật lí liên quan mật thiết với Do việc giải tập đồ thị khó thuộc chương “dao động cơ” HS gặp khó khăn Dù em thường xuyên gặp tập khó đồ thị chương “Dao động cơ”, đa số em lại chưa thực có hứng thú với dạng tập gặp nhiều khó khăn giải, chưa tìm phương pháp giải phù hợp 1.2.2 Thực trạng thuận lợi khó khăn giáo viên thiết kế tập đồ thị ôn thi tốt nghiệp THPT Để tìm hiểu thực trạng thuận lợi khó khăn giáo viên gặp phải dạy thiết kế tập đồ thị chương “ dao động cơ” nói riêng tập đồ thị chương chương trình ơn thi tốt nghiệp THPT nói chung, Tơi tiến hành khảo sát 10 giáo viên trường THPT Phan Thúc Trực dạy ôn thi tốt nghiệp THPT phiếu khảo sát số (nội dung phiếu khảo sát trình bày phụ lục 1) Kết khảo sát Câu hỏi (1) (2) (3) (4) (5) Lựa chọn Có Khơng Có Khơng Có Khơng Có Khơng Có Khơng Số lượng 10 7 Tỉ lệ % 100 80 20 30 70 30 70 20 80 Từ kết khảo sát, Tôi thấy đa số giáo viên gặp phải thuận lợi khó khăn sau: - Thuận lợi: + Hiện thị trường (nhà sách, mạng internet) có nhiều tài liệu ôn tập tập đồ thị + Các dạng đề tập đồ thị khai thác đến thời điểm đa dạng Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn