Do đó trong quá trìnhgiảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh những kỹ năng tổng hợp, hệthống kiến thức và vận dụng những hiểu biết đã học để giải quyết những vấn đề đặt ra,
Trang 1A - ĐẶT VẤN ĐỀ.
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Vật lý là một nghành khoa học cơ bản nghiên cứu về các hiện tượng, quá trình
và các quy luật trong thế giới tự nhiên Các kiến thức Vật lí trong các lĩnh vực khácnhau luôn có mối quan hệ chặt chẽ logic với nhau Vì vậy học vận lí luôn phải vậndụng đồng thời nhiều kiến thức khi giải quyết một vấn đề Do đó trong quá trìnhgiảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh những kỹ năng tổng hợp, hệthống kiến thức và vận dụng những hiểu biết đã học để giải quyết những vấn đề đặt
ra, từ đó hình thành tư duy sáng tạo trong quá trình học
Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cungcấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện về vật lý
Hệ thống kiến thức này phải thiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp và đặc biệt phảiphù hợp với quan điểm vật lý hiện đại Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc
và đủ những kiến thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cầnphải rèn luyện cho các học sinh các thao tác tư duy tổng hợp phân tích để giải quyếtvấn đề, những kỹ năng , kỹ xảo thực hành như : kỹ năng, kỹ xảo giải bài tập, đolường, quan sát …
Bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sứcquan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông.Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý các học sinh sẽ có được những những kỹnăng so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tưduy của học sinh Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thốngcũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống cụthể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn
Trang 2
Với mong muốn tìm được phương pháp giảng dạy tốt nhất nhằm giúp học sinh nắm vững được kiến thức, hình thành tư duy sáng tạo và phương pháp nghiên cứu khoa học làm cho bộ môn Vật lí trở nên hấp dẫn hơn đối với các em học sinh , tôi chọn
đề tài: “XÂY DỰNG CÁC BÀI TẬP TỔNG HỢP GIÚP HỌC SINH HỆ THỐNG, CỦNG CỐ VÀ VẬN DỤNG KIẾN THỨC TRONG PHẦN DAO ĐỘNG CƠ HỌC
”
II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
- Làm quen với công tác nghiên cứu khoa học
- Tìm cho mình một phương pháp để tạo ra không khí hứng thú, lôi cuốn nhiều họcsinh tham gia giải các bài tập vật lý, đồng thời giúp các em đạt được kết quả cao trongcác kỳ thi
- Rèn luyện cho học sinh phương pháp tổng hợp kiến thức để vận dụng trong nhiềudạng toán khác nhau
- Nghiên cứu phương pháp giảng dạy bài vật lý với quan điểm nắm vững một cách
có hệ thống kiến thức và hiểu sâu bản chất từ đó tiếp cận nhanh các bài toán tự luậncũng như các bài toán theo phương pháp Trắc nghiệm khách quan
III, NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Trong đề tài này tôi lần lượt giải quyết các nhiệm vụ sau:
- Tìm hiểu cơ sở lý luận chung của bài tập vật lý và phương pháp bài tập vật lý ở nhà
trường phổ thông
- Nghiên cứu lý thuyết về dao động cơ học
- Xây dựng các bài tập mang tính tổng hợp theo hướng khai thác vấn đề từ thấp đến
cao, từ đơn giản đến phức tạp Thể hiện cụ thể trong bài toán Dao động điều hòa con lắc lò xo
Trang 3- Xây dựng một số bài tập tổng hợp khác trong phần dao động cơ học
IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu lý thuyết
- Sưu tầm , tổng hợp phân loại các dạng bài tập liên quan dến bài toán Con lắc lò xo
- Áp dụng giảng dạy đối với học sinh khối 12 Kèm theo phân tích đánh giá hiệu quảđạt được
VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
-Trong giới hạn đề tài này tôi chỉ xây dựng và phân tích sâu một bài tập tổng hợpphần Dao động điều hòa của con lắc lò xo nằm ngang
- Đối tượng áp dụng : Học sinh khối 12
B - GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I CƠ SỞ LÍ LUẬN
Hiện nay chúng ta đang thực hiện đổi mới chương trình giáo dục, đổi mới phương pháp dạy học và đổi mới cách kiểm tra đánh giá Quan trọng nhất trong các nội dung đổi mới đó là đổi mới phương pháp dạy học
Đổi mới phương pháp dạy học là dạy học theo hướng tích cực Bản chất của việc dạy học tích cực là lấy người học làm trung tâm Hiểu một cách đơn giản là làm sao cho người học cảm thấy hứng thú với nội dung kiến thức bài học, từ đó chủ động suy nghĩ tìm hiểu để chiếm lĩnh kiến thức Muốn vậy các nội dung kiến thức cần phải được trình bày có khoa học, phù hợp với tư duy, trình độ người học theo hướng từ thấp đến cao , từ đơn giản đến phức tạp
Một trong những phương pháp lôi cuốn người học là việc giải các bài tập
Việc giảng dạy bài tập vật lý trong nhà trường không chỉ giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra
Trang 4Trước hết, vật lý là một môn khoa học giúp học sinh nắm dược qui luật vận độngcủa thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những qui luật ấy, biếtphân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp mặt
dù người giáo viên có trình bày tài liệu một cách mạch lạc, hợp lôgích, phát biểu địnhluật chính xác, làm thí nghiệm đúng yêu cầu, qui tắc và có kết quả chính xác thì đó chỉ
là điều kiện cần chứ chưa đủ để học sinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thôngqua việc giải các bài tập vật lý dưới hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điềukiện cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thể thìkiến thức đó mới trở nên sâu sắc và hoàn thiện
Trong qua trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra, họcsinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa ,trừu tượng hóa …để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của học sinh có điều kiện để pháttriển Vì vậy có thể nói bài tập vật lý là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óctưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, tính kiên trì trong việckhắc phục những khó khăn trong cuộc sống của học sinh
Bài tập vật lý là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức mà trong giờ học
lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua đó nhằm củng cố khắc sâu kiến thức chohọc sinh
Trong chương trình vật lí 12, phần dao động cơ học là chương mở đầu Tuy nhiênnội dung kiến thức về dao động là nền tảng để học sinh tiếp thu các phần kiến thứccủa các chương sau Vì vậy cần phải cho học sinh nắm chắc hiểu sâu phần kiến thứcnày
II – THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ
Hiện nay , trong xu thế đổi mới của ngành giáo dục về phương pháp giảng dạy
cũng như phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả giảng dạy và thi tuyển Cụ thể là
phương pháp kiểm tra đánh giá bằng phương tiện trắc nghiệm khách quan.Trắc
Trang 5nghiệm khách quan đang trở thành phương pháp chủ đạo trong kiểm tra đánh giá chất
lượng dạy và học trong các nhà trường Những ưu điểm của phương pháp này ở đây
tôi không đề cập tới, mà chỉ ra những hạn chế của phương pháp này:
- Các bài tập trắc nghiệm khách quan thường ngắn gọn chỉ giải trong một vài phép
tính không thể hiện được tính liên quan giữa các phần kiến thức
- Việc giải các bài tập trắc nghiệm khách quan thường yêu cầu học sinh nhớ nhiều
các công thức để thay số tính toán dẫn đến học sinh ít thao tác tư duy suy luận
- Việc làm bài trắc nghiệm khách quan bằng hình thức tô ô tròn cũng dẫn đến học
sinh không biết trình bày một bài toán làm sao cho chặt chẽ logic
- Việc làm bài trắc nghiệm khách quan cũng dẫn đến học sinh ít phải làm các bài tập
lớn mang tính khài quát kiến thức, vì vậy không rèn luyện cho học sinh được
phương pháp học , phương pháp suy luận và nghiên cứu khoa học
III - GIẢI PHÁP VÀ TỔ CHỨC THỰC HIỆN
1 GIẢI PHÁP
1.1 Phân loại bài tập vật lý.
1.1.1 Bài tập vật lý định tính hay bài tập dưới dạng câu hỏi lý thuyết.
- Là bài tập mà học sinh không cần phải tính toán (Hay chỉ có các phép toán đơn giản)
mà chỉ vận dụng các định luật, định lý, qui luật để giải tích hiện tượng thông qua cáclập luận có căn cứ, có lôgich
- Nội dung của các câu hỏi khá phong phú, và đòi hỏi phải vận dụng rất nhiều các kiếnthức vật lý
Trang 6- Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước:
* Phân tích câu hỏi
* Phân tích hiện tượng vật lý có đề cập đến trong câu hỏi để từ đó xác định cácđịnh luật, khái niệm vật lý hay một qui tắc vật lý nào đó để giải quyết câu hỏi
* Tổng hợp các điều kiện đã cho với các kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi
b/Bài tập tổng hợp; Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó học sinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnh vực
1.1.4 Bài tập thí nghiệm: là loại bài tập cần phải tiến hành các thí nghiệm hoặc để
kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, hoặc để tìm những số liệu, dữ kiện dùng trong việcgiải các bài tập.Tác dụng cụ thể của loại bài tập này là Giáo dục, giáo dưỡng và giáo
Trang 7dục kỹ thuật tổng hợp Đây là loại bài tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú vàđặc biệt đòi hỏi học sinh ít nhiều tính sáng tạo.
1.2 Hệ thống lý thuyết Dao động điều hòa và Con lắc lò xo
DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
- Phương trinh DĐĐH : x = Acos(ωt+ϕ) ( cm)
- Lực phục hồi: F=-kx= - kAcos(ωt+ϕ) với k là một hệ số tỉ lệ
T
π π
π
Với N là số dao động vật thực hiện được trong t (s)
Chú ý: - Vận tốc sớm pha hơn li độ x góc π/2
- Gia tốc sớm pha hơn vận tốc góc π/2 và ngược pha so với li độ x
- Công thức độc lập với thời gian: 2 22
ω
v x
+ Nếu biết chiều dài quỹ đạo của vật là L, thì A=L/2
+ Nếu vật được kéo khỏi VTCB 1 đoạn x0và được thả không vận tốc đầu thì A=x0 + Nếu biết vmax và ω thì A= vmax /ω
+ Nếu lmax, lmin là chiều dài cực đại và cực tiểu của lò xo khi nó dao động thì A=( lmax
-lmin)/2
+
k E
A= 2 với E là cơ năng
Trang 8+ Biết gia tốc amax thì A= max2
- Tính đối xứng về thời gian chuyển động trong dao động điều hoà
Với phương trình: x = A Cos ( ωt + φ)
Nhận xét :
+ Một chu kì là một dao động toàn phần là 1T tương đương quãng đường là s = 4A + Do tính chất đối xứng: t A – (-A) = T/2 hoặc ngược lại
+ t O – A, A – O = T/4 hoặc ngược lại
+ Nhưng đi từ O – A/2 hoặc A – A/2 không bằng T/8
Cách tính : chọn t0 = 0 khi x = A ta có φ = 0
nên phương trình là: x = A Cosωt
Khi x = A/2 có Cosωt = ½ suy ra nghiệm: ωt1 = π/3 + 2kπ và ωt2 = -π/3 + 2nπ Suy ra t1 = T/6 + k ( k≥ 0 ) và t2 = - T/6 +n ( n≥ 1 )
-vậy thời vật đi từ A – A/2 ứng với nghiệm nhỏ nhất là t = T/6
- Suy ra thời gian vật đi từ O – A/2 là t = T/4 – T/6 = T/12
-Tương tự thời gian vật đi từ O - A 2 / 2 bằng từ A 2 / 2 - A là T/8
-Tương tự thời gian vật đi từ O - A 3 / 2 bằng T/6
-Tương tự thời gian vật đi từ A 3 / 2 - A bằng T/12
Trang 9Ta có sơ đồ như sau:
- Thời gian ngắn nhất vật đi từ li độ x1 đến li độ x2 : ∆t= t2 – t1
+ Xác định Vị trí M1 ứng với x1 và chiều vậntốc v1, vị trí M2 ứng với x2 và chiều vậntốc v2 trên đường tròn ⇒góc M1OM2= α , ta có ω∆t= α ⇒ ∆t
- Biết li độ xM , và chiều chuyển động ở thời điẻm t Xác định li độ x ở thời điểm t’
= t+ ∆t
Tại thời điểm t , li độ xM = Acos(ωt+ϕ)
ở thời điểm t’ = t+ ∆t x’ = Acos(ωt+ϕ+ω∆t )
- Quãng đường đi được sau thờì gian ∆t :
+ Tính số dao động : ∆t/T= N ( phần nguyên) + p ( phần thập phân)
+ Quãng đường đi được s= N 4 A + s0
-A/2
Trang 10Xác định x và chiều cđ ở t , trên đường tròn s0 là quãng đường ngắn nhất tính từ
M tbM
S v
t
=
Min tbMin
S v
-A P 2
Trang 11∆l: độ biến dạng của lò xo khi ở VTCB (khi lò xo treo thẳng đứng) l mg
1
A m
(nếu chọn chiều dương hướng lên )).
- Biểu thức lực đàn hồi tác dụng lên giá đỡ.
2.1 Phương pháp xây dựng bài tập
- Xuất phát từ một bài toán đơn giản, xây dựng hệ thống câu hỏi từ đơn giản đến phức
tạp theo hướng khai thác vấn đề, khai triển bài toán đi sâu làm rõ bản chất của vấn đề
- Các câu hỏi được chia thành từng nhóm theo phần kiến thức Các nhóm câu hỏi
được sắp xếp từ dễ đến khó Trong mỗi nhóm, các câu hỏi cũng được xây dựng từthấp đến cao
- Trong mỗi nhóm câu hỏi có phần gợi ý cho học sinh tự đặt ra các câu hỏi khác để
khai thác bài toán
2.2 Xây dựng Bài toán về dao động điều hòa con lắc lò xo
Đề bài Một con lắc lò xo đặt trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát ,lò xo
khối lượng không đáng kể k = 50N/m ,khối lượng m = 200g Vật đang nằm yên ở vị
Trang 12trí cân bằng thì được kéo sang ngang để lò xo dãn 4cm rồi thả cho nó dao động điều hoà Lấy π = 2 10 , 2
10 /
1 Câu hỏi về phương trình, công thức liên hệ
a/ Tính chu kì, tần số góc của dao động Tính biên độ dao động
b/ Chọn trục ox nằm ngang, gốc tọa độ tại vị trí cân bằng, Gốc thời gian lúc vật qua
vị trí cân bằng theo chiều âm Viêt phương trình dao động , phương trình vận tốc và gia tốc
c/ Tính vận tốc vật khi x = 2cm
d/ Khi vận tốc vật bằng một nửa vận tốc cực đại tính li độ của vật
Gợi ý đặt câu hỏi: Chọn thời điểm ban đầu tại các li độ đặc biệt khác , viết phương trình dao động Tính vận tốc tại x =
2 Câu hỏi về năng lượng con lắc
a/ Tính cơ năng của con lắc
b/ Xác định li độ, vận tốc vật khi: Wđ = Wt
c/ Khi vật đi qua vị trí cân bằng, người ta giữ chặt điểm chính giữa lò xo Hỏi sau đó con lắc dao động với biên độ bằng bao nhiêu
Gợi ý đặt câu hỏi: + Xác định li độ, vận tốc vật khi W đ = 3 W t , W t = 3 W đ
+ Khi vật tới vị trí lò xo bị nén, bị giãn, người ta gắn nhẹ lên vật một gia trọng m , = 100g lên vật m Hỏi sau đó con lắc dao động với vân tốc lớn nhất bằng bao nhiêu
3 Câu hỏi về lực đàn hồi , lực hồi phục con lắc
a/ Tính lực đàn hồi, lực hồi phục tác dụng lên vật m tại li độ x = 2cm
b/ Xác định lực nén cực đại lên giá cố định lò xo
c/ Xác định thời gian lò xo bị giãn trong một chu kì
Gợi ý đặt câu hỏi: Áp dụng đối với con lắc lò xo treo thẳng đứng
4 Câu hỏi xác định thời điểm, thời gian khi vật đi qua một li độ cho trước
a/ Xác định thời điểm vật qua li độ x = -2cm lần thứ nhất
Trang 13b/ Xác định thời điểm vật đi qua li độ dương mà tại đó động năng bằng thế năng, lần
thứ 3 theo chiều dương
c/ Xác định thời gian từ thời điểm ban đầu đến lúc vật qua li độ x = 2 3cm lần thứ 2013
d/ Xác định thời gian khi vật đi được 22cm tính từ thời điểm ban đầu
Gợi ý đặt câu hỏi: tính thời gian thời điểm vật đi qua các tọa độ x =
± lần thứ n theo chiều dương hoặc âm
5 Câu hỏi tính quãng đường vật đi khi cho biết thời gian
a/ Tính quãng đường vật đi được đến thời điểm t =
3
T
b/ Tính quãng đường vật đi được đến thời điểm t = s
15 7
c/ Tính quãng đường vật đi được từ thời điểm t1 = s
15
1 đến t2 = s
15 32
Gợi ý đặt câu hỏi: Tính quãng đường vật đi được đến thời điểm t =
4
9T , Tính quãng đường vật đi được từ thời điểm t 1 = s
6 Câu hỏi về vận tốc trung bình, quãng đường lớn nhất nhỏ nhất
a/ Tính vận tốc trung bình của vật trong một chu kì
b/ Tính quãng đường lớn nhất vật đi được trong thời gian
6
13T
Với quãng đường S cho trước tính thời gian lớn nhất , nhỏ nhất đi hết quãng đường đó
7 Câu hỏi về dao động tắt dần của con lắc
Giả sử hệ số ma sát của vật với mặt phẳng nằm ngang là μ = 0,1
a/ Tính tổng quãng đường vật đi được đến khi dùng lại
b/ Tính vận tốc lớn nhất của vật trong quá trình dao động
Gợi ý đặt câu hỏi:Tính độ giảm biên độ sau mỗi chu kì, tính số dao động, thời gian dao động của vật đến khi dừng lại