Cải tiến thiết bị khảo sát hiện tượng dao động cưỡng bức và cộng hưởng dùng trong dạy học dao động cơ ở trường THPT : Khoá luận tốt nghiệp đại học

Cải tiến thiết bị khảo sát hiện tượng dao động cưỡng bức và cộng hưởng dùng trong dạy học dao động cơ ở trường THPT

Trang 1

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong sự nghiệp đổi mới đất nước hiện nay, nhằm đáp ứng những yêu cầu của thời đại mới, đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi mới đồng bộ cả mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học sao cho quán triệt mục tiêu giáo dục đã được nghị quyết trung ương lần 2 khoá VIII đã nêu “ Phải phát huy tính năng động cá nhân, bồi dưỡng năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề Hiện nay các nhà lý luận dạy học khẳng định “ quan điểm xuyên suốt các phương pháp dạy học là dạy học bằng hoạt động, thông qua hoạt động của người học Học sinh bằng hoạt động tích cực, tự lực mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành kỹ năng, phát triển năng lực sáng tạo”

Cùng với các môn học khác, việc dạy học các kiến thức vật lý ở trường phổ thơng có khả năng hoàn thành hầu hết các nhiệm vụ của quá trình dạy học

phổ thơng để đạt mục tiêu giáo dục Tuy nhiên, để làm được những điều này

thì quá trình dạy học phải đáp ứng được các yêu cầu đặc thù của quá trình dạy học bộ môn Một trong những yêu cầu rất quan trọng là phải trang bị một cách hợp lý thí nghiệm trong quá trình dạy học theo hướng phát triển hoạt động tự chủ, sáng tạo của học sinh

Qua nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông, qua sơ bộ điều tra xem xét chúng tôi nhận thấy mặc dù trang bị cho học sinh các kiến thức về dao động cơ học của vật lý 12 là rất quan trọng nhưng việc dạy học còn mang nặng tính thơng báo Trong các giờ dạy không có thí nghiệm hoặc nếu có thì chưa đáp ứng được yêu cầu của việc đổi mới phương pháp dạy học, gây khó khăn lớn trong việc tổ chức hoạt động học Một trong những lý do của vấn đề trên là bản thân thí nghiệm khó thực hiện (kể cả trên thiết bị hiện đại) hoặc

chưa có thiết bị phù hợp

Trang 2

Khoa ludn tét nghiép

Với mong muốn góp phần đẩy mạnh phương pháp dạy học, vì vậy tôi lựa chọn đề tài: “Cải tiến thiết bị khảo sát hiện tượng dao động cưỡng bức và cộng hưởng dùng trong dạy học dao động cơ ở trường THPT”, làm đề tài nghiên cứu của khóa luận

2 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở xác định, tìm hiểu các thí nghiệm tương ứng với các kiến thức khi dạy bài 11 “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” chương trình vật lý nâng cao 12 THPT, để tiến hành xây dựng thiết bị thí nghiệm, nhằm soạn thảo tiến trình dạy học tương ứng theo hướng phát triển hoạt động tự chủ, sáng tạo của học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc tổ chức hoạt động học tự chủ, sáng tao cua hoc sinh THPT

- Nghiên cứu thực tế dạy học phần kiến thức này ở trường phổ thông, đặc biệt là các khó khăn về mặt thí nghiệm, về mặt tổ chức hoạt động học

- Thiết kế và chế tạo, đề xuất phương án sử dụng thiết bị thí nghiệm theo hướng dạy học đã nêu

- Soạn thảo tiến trình dạy học theo hướng lý luận - Thực nghiệm sư phạm và đánh giá

4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận - Phương pháp điều tra

- Thử nghiệm ở phịng thí nghiệm: Chế tạo thiết bị và thử nghiệm các phương án thí nghiệm ở phịng thí nghiệm

Trang 3

5 Giả thuyết khoa học

Nếu lựa chọn cải tiến và sử dụng thiết bị thí nghiệm phù hợp với yêu cầu của việc tổ chức hoạt động học sẽ phát triển tính tự chủ, sáng tạo ở học sinh Từ đó góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức rèn luyện phương pháp tư duy dạy học chương dao động cơ học của vat ly 12 THPT

Trang 4

Khoa ludn tét nghiép

NOI DUNG

CHUONG 1: CO SO LY LUAN

1.1 Thi nghiém trong day hoc vat ly

1.1.1 Dac diém cua thi nghiém vat Ly

Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích các điều kiện mà trong đó diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tr1 thức mới

Sau đây là một số đặc điểm của thí nghiệm vật lý:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thơng qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết Mỗi thí nghiệm có 3 yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: Đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây ra tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát đo đạc thu nhận các kết quả của sự tác động

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ

không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu (nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện để không làm xuất hiện các tính chất, các mối quan hệ không được quan tâm) - Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do có sự biến đổi của đại lượng khác

- Có thể lặp lại được thí nghiệm: Với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì sự bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện

Trang 5

tượng, quá trình vật lí diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước đó

1.1.2 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lý

1.1.2.1 Theo quan điểm của lí luận nhận thức

Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong dạy học vật lý ở trường phổ thơng, thí nghiệm có các chức năng sau:

-Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp của tri thức)

- Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

- Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

- Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lý 1.1.2.2 Theo quan điểm của lí luận dạy học

- Thí nghiệm có thể sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học; đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức, kĩ năng mới, củng cố kiến thức, kĩ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn điện của học sinh

+ Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo về vật lý của học sinh

+ Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức q trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

+Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tâp thể

khác nhau, bồi dưỡng phẩm chất đạo đức của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học vật lý

Trang 6

Khoa ludn tét nghiép

1.1.3 Các loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lý

Thí nghiệm trong dạy học vật lý

Thí nghiệm biểu diễn Thí nghiệm thực tập

v ⁄⁄ v

Thi Thi Thi Thi Thi Thi

nghiém nghiệm nghiệm nghiệm nghiệm nghiệm

mở đầu nghiên củng trực thực và

cứu cố diện hành quan

hiện sát vật

tượng lý ở

nhà

Thí nghiệm biểu diễn là thí nghiệm được giáo viên tiến hành ở trên lớp, trong các giờ học nghiên cứu kiến thức mới và có thể ở giờ học củng cố kiến thức của học sinh

Các thí nghiệm biểu diễn: a Thí nghiệm mở đầu

Thí nghiệm mở đầu là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho học sinh biết qua về hiện tượng sắp nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú học tập cho học sinh, lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhận thức

b Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng

Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng là thí nghiệm nhằm xây dựng lên hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới, được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới

Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng bao gồm: - Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát

- Thí nghiệm nghiên cứu minh hoa

Trang 7

c Thí nghiệm củng cố

Thí nghiệm củng cố là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của kiến thức đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng của kiến thức này trong sản xuất và đời sống, đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức đã học để dự đốn hoặc giải thích hiện tượng hay cơ chế hoạt động của các thiết bị, dụng cụ kĩ thuật Thông qua đó, giáo viên cũng có thể kiểm tra được mức độ nắm vững kiến thức của học sinh

Thí nghiệm củng cố có thể được sử dụng không chỉ trong các tiết học nghiên cứu kiến thức mới mà cả trong những giờ luyện tập và hệ thống hoá kiến thức đã học

1.1.3.2 Thí nghiệm thực tập

Thí nghiệm thực tập là thí nghiệm do học sinh tự tiến hành trên lớp, ngoài gid, ngoài nhà trường hoặc ở nhà với mức độ tự lực khác nhau

Các loại thí nghiệm thực tập: a Thí nghiệm trực diện

Tuỳ theo mục đích sử dụng, thí nghiệm trực diện có thể là thí nghiệm mở đầu, thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng được tiến hành dưới dạng nghiên cứu khảo sát hay nghiên cứu minh hoạ và cũng có thể là thí nghiệm củng cố

Thí nghiệm trực diện có thể được tổ chức dưới dạng thí nghiệm đồng loạt (giáo viên chia học sinh trong lớp thành các nhóm, tất cả các nhóm học sinh cùng lúc làm các thí nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau để giải quyết

cùng một nhiệm vụ) nhưng cũng có thể dưới hình thức thí nghiệm cá thể (các

nhóm học sinh cùng một lúc tiến hành các thí nghiệm khác nhau thường với cùng một dụng cụ nhằm giải quyết các nhiệm vụ bộ phận, để đi tới giải quyết một nhiệm vụ tổng quát)

b Thí nghiệm thực hành

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm do học sinh thực hiện trên lớp mà sự tự lực làm việc cao hơn so với ở thí nghiệm trực diện

Trang 8

Khoa ludn tét nghiép

Thí nghiệm thực hành vật lý có thể có nội dung định tính hay định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các qui tắc đã học và xác định các đại lượng vật lý mà các nội dung này khơng có điều kiện để thực hiện ở dạng thí nghiệm trực diện

Thí nghiệm thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai hình thức:

- Thí nghiệm thực hành đồng loạt - Thí nghiệm thực hành cá thể

Thí nghiệm thực hành được tiến hành khi học sinh đã có khá đầy đủ kiến thức về đề tài nghiên cứu và có kĩ năng thực nghiệm

c Thí nghiệm và quan sát vật lý ở nhà

Thí nghiệm và quan sát vật lý ở nhà là loại bài tập mà giáo viên giao cho học sinh hoặc các nhóm học sinh thực hiện ở nhà, giúp học sinh nâng cao tính tự lực, tự giác và hứng thú học tập; cá thể hoá quá trình học tập của học sinh, giúp học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức đã học

1.2 Thí nghiệm với phương pháp dạy học giải quyết vấn đề

Trong dạy học, phương pháp dạy học giải quyết vấn đề gồm các giai đoạn cơ bản sau:

- Nêu vấn đề nghiên cứu: dựa trên các sự kiện ban đầu thu được nhờ quan sát thực tế hoặc các thí nghiệm, giáo viên tạo điều kiện cho học sinh

nhận thức và phát biểu vấn đề cần nghiên cứu

- Để xuất giải pháp thực hiện: dựa vào thảo luận trước lớp hoặc thảo luận nhóm, giáo viên định hướng cho học sinh đề xuất các giải pháp để giải quyết vấn đề đã nêu

- Thực hiện giải pháp đã đề ra: giáo viên với tư cách là trọng tài và là người hướng dẫn cho các học sinh thảo luận theo nhóm hoặc cá nhân thực hiện các giải pháp đã nêu để rút ra được các kiến thức cần thiết

- Vận dụng kiến thức vào thực tế hoặc tiếp tục dựa vào đó để xây dựng kiến thức mới từ các vấn đề nảy sinh tiếp theo

Trang 9

Với việc dạy học môn vật lý, phương pháp dạy hoc giải quyết vấn đề lại có thể thực hiện theo hai con đường khác nhau:

- Con đường thực nghiệm, phỏng theo phương pháp thực nghiệm của khoa học vật lý Theo con đường này, thí nghiệm có vai trị chủ đạo, có mặt trong hầu hết các giai đoạn xây dựng kiến thức

- Con đường lý thuyết, dựa vào suy luận lý thuyết từ những khái niệm, định luật đã biết để xây dựng kiến thức Theo con đường này, thí nghiệm có vai trò quan trọng và để kiểm nghiệm lại các kết quả thu được từ suy luận lý thuyết Với giai đoạn này, một lần nữa học sinh lại được trải qua các giai đoạn cơ bản của phương pháp dạy học giải quyết vấn đề Cụ thể là: nêu vấn đề kiểm tra các kết quả thu được, thảo luận để nêu ra được các đại lượng cần kiểm nghiệm và đo đạc; đề xuất phương án thí nghiệm để thực hiện thí nghiệm trên thiết bị thực để đo đạc; kết luận

Như vậy, với quá trình dạy học bộ mơn vật lý theo phương pháp dạy học giải quyết vấn đề thì thí nghiệm vật lý có vai trị nổi bật, quyết định đến chất lượng của quá trình dạy học

Trang 10

Khoa ludn tét nghiép

KET LUAN CHUONG 1

Dạy học giải quyết vấn đề là hệ thống phương pháp dạy học nhằm đạt được mục tiêu dạy học của thời đại mới là tạo cho người học khả năng thích ứng và linh hoạt giải quyết các vấn đề mới đặt ra trong cuộc sống

Dạy học giải quyết vấn đề gồm các giai đoạn: - Nêu vấn đề cần nghiên cứu

- Đề xuất giải pháp thực hiện - Thực hiện giải pháp đề ra - Vận dụng kiến thức vào thực tế

Cho dù việc dạy học giải quyết vấn đề có thể đi hồn tồn theo con đường thực nghiệm hoặc con đường lý thuyết thì thí nghiệm vật lý với rất nhiều hình thức thực hiện trong quá trình dạy học là yếu tố quyết định đến chất lượng thực sự của quá trình dạy học bộ môn

Sau đây, chúng tôi sẽ vận dụng các lý luận vào việc đề xuất hướng đề xuất dạy học bài “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” chương trình vật lý lớp

12 nâng cao

Trang 11

CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO THIẾT BỊ DUY TRÌ DAO ĐỘNG ĐỀ TỔ

CHỨC QUÁ TRÌNH DẠY HỌC BÀI “DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC CỘNG HUGNG”

2.1 Cấu trúc nội dung của phần dao động tắt dân Dao động cưỡng bức — cộng hưởng Dao động duy trì

Các thí nghiệm với các hệ dao động đều diễn ra sự tắt dần do có ma sát và lực cản của môi trường

Sự tắt dần phụ thuộc vào yếu tố nào? Làm thể

nào để giữ cho dao động được lâu dài, không bị

ất

Su tất dân phụ thuộc vào ma sát Để đao động tắt dần thì có thể:

ở các chơ liên kết và đặc điểm - Cưỡng bức dao động: Tác

của môi trường (hệ số ma sát, lực dụng lực cưỡng bức cản) và những điều nay phụ

thuộc vào bản thân các vật dao động: Rắn, lỏng, tiết diện hiệu

- Duy trì dao động: Bổ sung

năng lượng đã mất dụng

Hai dao động này có đặc điểm gì?

Dao động cưỡng bức Dao động duy trì: — Phụ thuộc vào ngoại lực + Giữ chu kì dao động cưỡng bức về tần số, biên ổn định bằng chu kì

độ ` ? riêng B-

- Phụ thuộc vào bản thân hệ + Có cơ cấu tư bổ

dao động (thể hiện ở biên -

đô Ộ sung năng lượng hợp z ^ A lý theo dao động hệ

ứng dụng gì?

Vv

- Quả lắc trong đồng hồ

- Khi chế tạo và lắp đặt máy móc - Chế tạo tần số kế, lên dây đàn

Ogquyén Fhi Whung Lip K31A - Oat lg

Trang 12

Khoa luận tốt ngiiệp

Với các kiến thức về duy trì dao động cơ, nhờ phương pháp tương tự học sinh sẽ dễ dàng tiếp nhận được kiến thức về duy trì dao động điện từ ở phần sau

2.2 Thí nghiệm về dao động cưỡng bức cộng hưởng hiện có ở trường THPT 2.2.1 a Dụng cụ 1 1 Ống nhơm trịn 2 Con lắc vật lý 3 Ba con lắc đơn 4.0 bi 5 Giá đố b Tiến hành thí nghiệm:

Dùng tay kéo làm con lắc nguồn dao động, điều chỉnh vị trí của con lắc nguồn và quan sát biên độ dao động của con lắc đơn khi ổn định

c Lưu ý: Không kéo con lắc nguồn quá mạnh hoặc quá nhẹ

Trang 13

d Sử dụng thí nghiệm làm thí nghiệm nghiên cứu khảo sát để kiểm tra những kết quả đã nêu ra: Giá trị cực đại của biên độ A của dao động cưỡng bức đạt được khi tần số góc của ngoại lực (gần đúng) bằng tần số góc riêng (òạ của hệ dao động tắt dần

e - Uu điểm: Dễ tiến hành

- Nhược điểm: Ma sát ở ổ bi lớn nên con lắc vật lý chỉ đao động 20 -30 lần thì dừng lại

Con lắc nguồn là con lắc vật lý làm cho học sinh khó nhận thấy sự khác nhau giữa chu kì của con lắc nguồn và con lắc khác

2.3 Cải tiến thí nghiệm 2.3.1 a Dụng cụ:

B Con lắc nguồn (con lắc đơn), có thể

thay đổi chiêu dài bằng cách dùng kẹp giấy 1

Khối lượng 100g — 2008

C, D, E Con lắc đơn Khối lượng 20g — 50g

1 Thanh thép mỏng, đàn hồi 2 Giá đố

b Tiến hành thí nghiệm và kết quả:

Dùng tay kéo cho con lắc nguồn dao động

Lần thứ nhất: con lắc nguồn B có chiều dài dài nhất, để con lắc dao động ổn định, quan sát biên độ dao động của các con lắc thành phần thấy chúng dao động với biên độ rất nhỏ, gần như không dao động

Lần thứ hai: Điều chỉnh chiều dài của con lắc B bằng (gần bằng) chiều dài con lắc C, kéo cho con lắc B dao động, chờ ổn định, quan sát li độ cực đại (biên độ) của các con lắc

Trang 14

Khoa ludn tét nghiép Kết quả: Con lắc C dao động với li độ cực đại (biên độ) lớn nhất so với li độ cực đại (biên độ) của các con lắc còn lại

Lan thứ ba: Điều chỉnh chiều dài của con lắc B bằng (gần bằng) chiều dài của con lắc E, kéo cho con lắc B dao động, chờ ổn định, quan sát li độ cực dai (biên độ) của các con lắc

Kết quả: con lắc E dao động với li độ cực đại (biên độ) lớn nhất so với li độ cực đại (biên độ) của các con lắc còn lại nhưng vẫn không lớn bằng li độ cực đại (biên độ) của con lắc C ở lần thứ hai

Lần thứ tư: Điều chỉnh chiều dài của con lắc B bằng (gần bằng) chiều dài con lắc D, kéo cho con lắc B dao động, chờ ổn định, quan sát li độ cực đại (biên độ) của con lắc

Kết quả: Con lắc D dao động với li độ cực đại (biên độ) lớn nhất so với li độ cực đại (biên độ) của các con lắc cịn lại nhưng vẫn khơng lớn hơn bằng li độ cực đại (biên độ) của con lắc C ở lần thứ hai, hoặc li độ cực đại (biên độ) của con lắc E ở lần thứ ba

c Lưu ý:

- Kéo con lắc cho nó dao động theo phương vng góc với mặt phẳng treo các con lắc tại vị trí cân bằng

- Không kéo con lắc quá mạnh hoặc quá nhẹ

- Treo con lắc ở xa thanh thép để việc truyền dao động được dễ dàng

d Sử dụng thí nghiệm làm thí nghiệm nghiên cứu khảo sát để kiểm tra kết quả: Khi có hiện tượng cộng hưởng thì biên độ của dao động cưỡng bức đạt tới giá trị cực đại

e - Ưu điểm: Con lắc nguồn dao động lâu hơn thí nghiệm trước Dao động lâu tắt (100 đao động)

Dễ thấy sự bằng nhau của chu kì qua sự bằng nhau của dây treo

Dễ thay đổi chiều đài qua việc rút ngắn, nối dài dây treo con lắc nguồn

Trang 15

- Nhược điểm: Nếu khối lượng con lắc thành phần q nhẹ thì khó quan sát được hiện tượng

2.3.2 a Dụng cụ:

B Con lắc nguồn (con lắc đơn), thay đổi chiêu dài b.ằng cách dùng kẹp giấy

Khối lượng 100g — 200g

C,D, E Con lắc đơn Khối lượng 20s — 50g

l1 Nẹp tre 2 Giá đố

b Tiến hành và kết quả tương tự thí nghiệm trên

c Ưu điểm: Ngoài các ưu điểm như thí nghiệm trên, học sinh có thể tự tiến

hành thí nghiệm này ở nhà

2.4 Tình hình dạy học ở THPT bài “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” - Việc tiến hành bài học hầu như được thực hiện bằng lời nói của giáo viên: mơ tả hiện tượng, giảng giải, nhấn mạnh cho học sinh nhớ các nội dung quan trọng

- Có thể giáo viên cũng mong muốn tích cực hoá hoạt động của học sinh trong giờ học bằng cách đặt ra những câu hỏi cho học sinh suy nghĩ giải quyết, nhưng đó thường là những câu hỏi có tính chất vụn vặt, địi hỏi học sinh tự tái hiện thơng thường, khơng có tác dụng trong việc phát triển tư duy

- Hầu như các giáo viên đều không vận dụng tiểm năng của phần dao động cũng như bài “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” trong việc thiết kế các thí nghiệm đơn giản dùng trong quá trình dạy học

- Với các thí nghiệm đó, khơng chỉ giáo viên mà học sinh có thể thực hiện được trong tiến trình dạy học Điều này có tác dụng rất lớn trong việc phát huy tính tích cực, tự chiếm lĩnh kiến thức của học sinh trong quá trình học tập

Trang 16

Khoa ludn tét nghiép

- Qua điều tra tôi thấy đa số các giáo viên không tiến hành thí nghiệm, nhìn chung khi dạy giáo viên chỉ mô tả thí nghiệm trong SGK để qua đó học sinh thu nhận kiến thức

2.5 Một số câu hỏi và dự kiến 2.5.1 Dao động cưỡng bức

Vật nặng đứng yên ở vị trí cân bằng, tác dụng lên vật một ngoại lực F,

biến đổi điều hoà theo thời gian:

F = F,CosQ2t

Và xét xem vật chuyển động như thế nào?

GV Đặt vấn đề: Có thể thiết kế thí nghiệm như thế nào? Giả sử vật nặng đứng yên là con lắc đơn, ta tác dụng lên vật một ngoại lực F bằng cách nào?

HS: Dùng một con lắc đơn khác, cho con lắc này dao động, thông qua một thanh kim loại mảnh thì con lắc đứng yên kia cũng dao động

GV: Tiến hành thí nghiệm

Con lắc nguồn B, con lắc cần nghiên cứu C Coi như dao động của con lắc nguồn B gần như là dao động điều hoà Kéo con lắc nguồn ra khỏi vị trí cân bằng cho nó dao động, quan sát dao động của con lắc còn lại (C)

Chúng ta thấy lúc đầu và lúc sau khi dao động ổn định thì biên độ dao động của con lắc cần nghiên cứu như thế nào?

Gợi ý: Nếu chia chuyển động của con lắc C ra làm 2 giai đoạn:

Giai đoại chuyển tiếp và giai đoạn ổn định thì trong mỗi giai đoạn giá trị cực đại của li độ (biên độ) của con lắc C có gì khác nhau?

Trang 17

HS: Trong giai đoạn chuyển tiếp thì giá trị cực đại của li độ (biên độ) của con lắc C cứ tăng dần, cực đại sau đó lớn hơn cực đại trước Sau đó trong giai đoạn ổn định giá trị cực đại của li độ gần như không thay đối

GV: Nếu con lắc B dao động điều hoà và gọi dao động của con lắc C trong giai đoạn ổn định là dao động cưỡng bức Vậy dao động cưỡng bức có điều hồ hay khơng?

HS: Dao động cưỡng bức là dao động điều hoà 2.5.2 Cộng hưởng

GV cho học sinh tiến hành thí nghiệm: Điều chỉnh để chiều dài hai con lắc bằng nhau, kéo cho con lắc B dao động với biên độ bằng (gần bằng) như thí nghiệm trước

ĐVĐ: Giá trị của biên độ A của dao động cưỡng bức lúc này đã là cực đại chưa Để trả lời được câu hỏi này ta cần tiến hành thêm thí nghiệm trong các trường hợp nào nữa?

HS: Điều chỉnh con lắc B sao cho chiều dài của nó lớn hơn hoặc nhỏ hơn chiều dài của con lắc C Làm thí nghiệm tương tự trên

GV: Tiến hành làm thí nghiệm hoặc hướng dẫn cho học sinh tiến hành Yêu cầu học sinh đưa ra kết luận

HS: Trường hợp khi chiều dài hai con lắc bằng nhau thì giá trị của biên độ A của dao động cưỡng bức đạt cực đại

GV: Chiều dài của hai con lắc bằng nhau tức đại lượng đặc trưng nào của hai con lắc bằng nhau

HS: Chiều dài của hai con lắc bằng nhau tức là tần số góc của chúng bằng nhau

GV: Khi biên độ A của dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại, người ta nói rằng có hiện tượng cộng hưởng Vậy điều kiện xảy ra cộng hưởng là gì?

HS: Điều kiện xảy ra cộng hưởng là tần số góc của ngoại lực bằng (gần đúng) tần số góc riêng của hệ dao động tắt dần

Trang 18

Khoa ludn tét nghiép

2.6 Soạn thảo tiến trình dạy học bài “ Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” 2.6.1 Mục tiêu bài học:

- Về mặt kiến thức:

+ Biết thế nào là dao động cưỡng bức, dao động cưỡng bức có tần số bằng tần số của ngoại lực, có biên độ phụ thuộc tần số của ngoại lực

+ Nắm được hiện tượng cộng hưởng là gì, điều kiện để xảy ra cộng

hưởng Cộng hưởng thể hiện rõ khi ma sát nhỏ

+ Quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm, từ đó vẽ được dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ A của dao động cưỡng bức với tần số của ngoai lực

+ Đề xuất được cách tiến hành thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng khi lực cản lớn, quan sát giáo viến tiến hành thí nghiệm, từ đó vẽ được dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ A, của dao động cưỡng bức với tần số của ngoại lực trong trường hợp lực cản lớn

+ Biết được hiện tượng cộng hưởng có nhiều ứng dụng trong thực tế

và kể ra được một vài ứng dụng

- Về kĩ năng:

+ Rèn luyện kỹ năng đưa ra một dự đốn có căn cứ

+ Rèn luyện kỹ năng quan sát giáo viên tiến hành thí nghiệm và rút ra kết luận

+ Rèn luyện kỹ năng vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng vật lý

+ Rèn luyện kỹ năng giải thích các hiện tượng vật lý - Thái độ:

Thái độ nghiêm túc, tích cực trong hoạt động nhóm 2.6.2 Phương pháp, phương tiện

- Phương pháp chủ yếu: Truc quan kết hợp với vấn đáp, gợi mở

Trang 19

- Phương tiện: Sách giáo khoa, sách giáo viên, sách thiết kế vật lý nâng

cao 12

2.6.3 Tiến trình bài giảng:

Hoạt động của học

sinh Trợ giúp của giáo viên Nội dung ghỉ bảng

Hoat đông 1:

Kiểm tra, chuẩn bị điều Giáo viên nêu câu hỏi

kiện xuất phát kiểm tra kiến thức cũ

- Dao động tự do là gì? - Dao dong tat dần có phải là dao động tự do hay không?

Hoat đông 2: GV thông báo: Tìm hiểu dao động cưỡng bức Học sinh chú ý quan sát và mô tả chuyển động của vật Chuyển động của vật gồm hai giai đoạn: - Giai đoạn chuyển tiếp trong đó dao động hệ chưa ổn định, giá trị cực dai cua li độ cứ tăng dần, cực đại sau lớn hon cực đại trước

Sau đó giá trỊ cuc dai của li độ không thay

- Xét chuyển động của một vật nặng đứng yên chịu tác dụng của ngoại lực F biến đổi điều hoà theo thoi gian:

F = F,CosQt

Người ta chứng minh

được rằng, chuyển động

ở vật dưới tác dụng của ngoại lực nói trên được mơ tả bằng đồ thị 11.1 SGK Giáo viên cho học sinh quan sát đồ thị trên

giấy khổ A¿ và yêu cầu

Bài 11 Dao động cưỡng bức Cộng hưởng

1 Dao động cưỡng bức: - Vật nặng đứng yên 6 vị trí cân bằng, tác dụng lên vật ngoại lực F biến

đổi điều hoà:

F = F,CosQ2t

- Chuyển động của vật gồm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn chuyển tiếp

+ Giai đoạn ổn định - Dao động của vật trong giai đoạn dao

Ogquyén Fhi Whung

Trang 20

đổi, đó là giai đoạn ổn định Giai đoạn ổn định kéo dài cho đến khi ngoại lực thôi tác dụng

mô tả chuyển động của vật ở hai giai đoạn GV thông báo:

- Dao động của vật trong giai đoạn ổn định gọi là dao động cưỡng bức Lí thuyết và thí nghiệm chứng tỏ rằng: + Dao động cưỡng bức là điều hồ + Tần số góc của dao động cưỡng bức bằng tần số góc 92 của ngoại lực + Biên độ của dao động cưỡng bức tỉ lệ thuận với biên độ Fạ của ngoại lực và phụ thuộc vào tần số góc Ê) của ngoại lực

động ổn định là dao động cưỡng bức - Đặc điểm: + Dao động cưỡng bức là điều hoà + Tần số góc của dao động cưỡng bức bằng tần số góc (2 của ngoại lực

+ Biên độ tỉ lệ với biên độ F, và phụ thuộc vào tần số góc Q

Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng cộng hưởng HS chi y quan sat va lang nghe

GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu:

- Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc như thế nào và tần số góc Ấ2 của ngoại lực?

GV giới thí

nghiệm về hiện tượng thiệu

cộng hưởng 2 Cộng hưởng: a Thí nghiệm b Kết quả:

Với một biên độ F, của ngoại lực, biên độ A của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số của ngoại lực

Trang 21

HS chi y quan sat va

Vật dao động là con lắc

don C, D, E có khối lượng trong khoảng 20g

lắng nghe đến 50g N là tấm nhựa mỏng và nhẹ có thể tháo lắp được | ả , Tần số góc riêng ©¿ của con lắc C khi chưa lắp N được xác định qua chu ki:

zn f?

To; Wo = Tụ 0 tủa

Tọ được đo bằng đồng hồ bấm giây

- Tác dụng một lực , - Giá trị cực đại của biên ¬ ae

cưỡng bức biến thiên ,

; độ A của dao động

điêu hoà lên con lắc C| - ,

- } cưỡng bức đạt được khi

băng một lực biến thiên

` oe , Q #0@ạ > Có hiện

điều hồ từ con lắc B

| tượng cộng hưởng thông qua thanh kim loại

mỏng, đàn hồi Điều kiện để xây ra cộng hưởng là: 9# Wy

OWguyén Shi Whung Lip K31A -— Oat lg

Trang 22

Khoa ludn tét nghiép HS quan sát GV tiến hành làm thí nghiệm, vẽ dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ dao động cưỡng bức A và tần số góc, rút ra kết luận HS tính tần số góc của lực cưỡng bức tương ứng với giá trỊ cực đại của biên độ A, sau đó so sánh với tần số dao động riêng (0 và rút ra kết luận:

Biên độ A của dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại khi tần số góc của ngoại lực cưỡng bức bằng tần số góc riêng

- Muốn thay đổi tần số góc của lực cưỡng bức ta

thay đổi tần số góc của

con lắc B bằng cách dùng kẹp giấy để thay đổi chiều dài con lắc

GV tiến hành thí

nghiệm (khi chưa lắp tấn nhựa N) tăng dần tần số góc của lực cưỡng bức bằng cách dùng kẹp

giấy thay đổi chiều dai

sao cho chiều dài l của con lắc giảm Yêu cầu học sinh quan sát và vẽ dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ A vào tần số góc W cua lực cưỡng bức

- Khi nào biên độ A của dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại

Ogquyén Fhi Whung

Trang 23

W, cua hé dao déng tắt

dần

HS tiếp thu ghi nhớ

HS thảo luận chung toàn lớp và đưa ra dự đoán - Hiện tượng cộng hưởng vẫn xảy ra Do lực cản lớn nên khi xẩy ra hiện tượng cộng hưởng thì biên độ của dao động cưỡng bức sẽ nhỏ hơn trường hợp trên

GV thông báo:

- Khi biên độ A của dao động cưỡng bức đạt giá tri cực đại, người ta nói rằng có hiện tượng cộng hưởng

- Điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng là

Q = Wo

GV đưa ra câu hỏi về vấn đề nghiên cứu tiếp Nếu

không thay đổi, vật dao lực cưỡng bức động trong mơi trường có lực cản lớn hơn thì hiện tượng cộng hưởng có xảy ra nữa khơng? Nếu có thì đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ A của dao động cưỡng bức vào tần số góc của ngoại lực cưỡng bức có dạng như thế nào?

GV nêu câu hỏi và cách

3.Ảnh hưởng của ma sát

Học sinh thảo luận | tiến hành thí nghiệm: chung tồn lớp: - Cần phải tiến hành thí

(Xguuyến Ctị ()(hưưng Đớp “X31c† - Oat ly

Trang 24

- Lap thém tém nhua N vao con lac C sao cho

mặt phẳng tấm nhựa

vng góc với phương dao động

- Lặp lại thí nghiệm như

trên, để độ lớn của lực F

không đổi, ban đầu ta kéo con lắc B tới vị trí đã được đánh dấu ở thí nghiệm trước Khi hiện tượng cộng hưởng xảy ra, đánh dấu vị trí biên độ của dao động so sánh với biên độ của thí nghiệm trước

Học sinh chú ý quan sát, rút ra kết luận và vẽ dang d6 thi

nghiém nhu thé nao dé

kiểm tra dự đoán trên GV nêu các câu hỏi gợi ý: Muốn có lực cản lớn ta phải làm thế nào?

hành thí nghiệm, yêu cầu HS

GV tiến

quan sát, rút ra kết luận và vẽ dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của biên độ A của dao động cưỡng bức vào tần số góc của lực cưỡng bức lên cùng đồ thị với thí nghiệm trước Với cùng một ngoại lực tuần hoàn tác dụng, nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng Hiện tượng công hưởng rõ nét hơn

Hoạt đông 4: Phân biệt GV nêu câu hỏi để HS 4 Phân biệt dao động

Trang 25

dao động cưỡng bức với đao động duy trì

Học sinh thảo luận chung toàn lớp

- Dao động cưỡng bức là đao động xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực tuần hồn có tần số góc bất kì Sau giai đoạn chuyển tiếp thì dao động cưỡng bức có tần số góc bằng tần số góc của ngoại lực - Dao dộng duy trì cũng xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực nhưng ở đây ngoại lực được điều khiển để có tần số góc @ bằng tần số góc (0o của dao động tự do của hệ

- Khi cố hiện tượng cộng hưởng xảy ra, dao động cưỡng bức và dao đông duy trì giống nhau: cả hai đều có tần số góc đúng bằng tần số góc riéng Wo của hệ dao

động

phân biệt dao động cưỡng bức với dao động duy trì

- Nêu sự giống nhau và khác nhau giữa dao động cưỡng bức và dao động duy trì?

- Khi có hiện tượng cộng hưởng xảy ra thì dao động cưỡng bức giống và khác dao động duy trì như thế nào? cưỡng bức và dao động duy trì - Dao động cưỡng bức xảy ra dưới tác động của ngoại lực tuần hồn có tần số góc 2 bất kỳ - Dao động duy trì thì ngoại lực được điều khiển để W = Wo

- Khi cộng hưởng: + Giống nhau: @ = 0o + Khác nhau: Dao động cưỡng bức xảy ra trong hệ dưới tac dung cua ngoại lực độc lập với hệ, còn dao động duy trì là dao động riêng của hệ được bù thêm năng lượng

OWguyén Shi Whung

Trang 26

Khoa ludn tét nghiép

Khác nhau: Dao động

cưỡng bức xẩy ra trong

hệ dưới tác dụng của ngoai lực độc lập với hệ, còn dao động duy trì là dao động riêng của hệ được bù thêm năng lượng do một lực được

điều khiển bởi chính dao

động ấy qua một cơ cấu

nào đó

Hoat đơng 5: Tìm hiểu các ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng

HS đọc SGK và trả lời các câu hỏi của GV - Hiện tượng cộng hưởng xảy ra có thể làm gãy, vỡ các vat bi dao động cưỡng bức

- Nguyên nhân là một lực nhỏ nhưng biến đổi tuần hồn có tần số bằng tần số dao động riêng của hệ thì có thể làm gãy những thiết bị máy móc lớn rất chắc chắn GV yêu cầu HS đọc SGK và trả lời câu hỏi: Kể một số tấc hại của hiện tượng cộng hưởng trong đời sống?

Nguyên nhân xảy ra tác hại đó? Người ta làm gì để khắc phục tác hại đó?

Trang 27

- Khac phuc: Khi ché tạo các máy móc cần cố gắng làm sao cho tần số riêng của mỗi bộ phận trong máy khác nhiều so

với tần số biến đổi của

các lực có thể tác dụng lên bộ phận ấy hoặc làm cho dao độnng riêng tắt nhanh Khi lắp đặt máy cũng phải tránh cho tần số rung do máy tạo lên trùng với tần số riêng của các vật gần máy

Hoat đông 6: Củng cố bài học và định hướng bài học tiếp theo

HS làm việc cá nhân sau đó thảo luận chung toàn

Z

lớp

GV yêu cầu HS đọc mục “em có biết” và cho biết nguyên nhân làm gãy các cây cầu

- HS về nhà làm bài tập SGK

Ôn lại cách biểu diễn

một dao động điều hoà bằng một vectơ quay

Trang 28

Khoa ludn tét nghiép

KET LUAN CHUONG 2

Nội dung của chương 2 đề cập đến các vấn dé:

- Cấu trúc nội dung của phần dao động tắt dần Dao động cưỡng bức — Cộng hưởng Dao động duy trì

- Thí nghiệm về “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” hiện có ở trường

THPT

- Cải tiến thí nghiệm

- Tình hình dạy học ở trường THPT bài “Dao động dưỡng bức Cộng hưởng”

- Soạn thảo tiến trình dạy học bài “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng”

Trang 29

PHAN KET LUAN

Nâng cao chất lượng dạy và học theo hướng tích cực hoá hoạt động của người học theo hướng phát triển tư duy của HS là một vấn đề vô cùng cấp bách hiện nay Đây là một vấn đề khó khăn, đòi hỏi một sự thay đổi đồng bộ rất nhiều yếu tố của quá trình dạy học và cần một thời gian rất dài

Trong luận văn chúng tôi đã giải quyết một vấn đề nhỏ của việc dạy học THPT là cải tiến và sử dụng thiết bị thí nghiệm theo hướng phát triển hoạt động học tự chủ sáng tạo của học sinh khi dạy bài “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” lớp 12 nâng cao THPT

Cụ thể đề tài đã giải quyết những vấn đề sau

- Trình bày cơ sở lý luận về thí nghiệm trong dạy học vật lý và thí nghiệm với phương pháp dạy học theo hướng giải quyết vấn đề

- Trình bày đại cương về dao động Thí nghiệm về dao động cưỡng bức Cộng hưởng và việc sử dụng trong việc dạy học bài “Dao động cưỡng Đức Cộng hưởng”

- Xác định phương án và soạn thảo bài “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” theo thí nghiệm đã cải tiến

Do thời gian nghiên cứu có hạn và cũng là lần đầu tập dượt nghiên cứu nên đề tài chưa thực hiện dạy thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra tiến trình dạy học dự kiến Chúng tôi sẽ làm nhiệm vụ này trong thời gian tới sau khi ra trường

Chắc chắn đề tài còn những khiếm khuyết rất mong nhận đuợc những ý kiến đóng góp, phê bình của các thầy cô và bạn đọc để đề tài của tơi được hồn thiện hơn