Thiết kế, chế tạo và sử dụng TBTN ghi tọa độ thời gian của các loại con lắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN LỘC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM GHI TỌA ĐỘ - THỜI GIAN TRONG DẠY HỌC CÁC LOẠI CON LẮC (VẬT LÍ 12) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI, NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN LỘC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM GHI TỌA ĐỘ - THỜI GIAN TRONG DẠY HỌC CÁC LOẠI CON LẮC (VẬT LÍ 12) Chuyên ngành: Mã số: Lí luận phương pháp dạy học môn Vật lí 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ANH THUẤN HÀ NỘI, NĂM 2016 LỜI CẢM ƠN Để thể hoàn thành luận văn này, nhận hướng dẫn giúp đỡ tận tình mặt từ thầy cô, gia đình bạn bè Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Vật lí Bộ môn Phương pháp dạy học Vật lí trường Đại học Sư phạm Hà Nội Đặc biệt xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới thầy Nguyễn Anh Thuấn, giành nhiều thời gian dìu dắt, trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình cho suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa Văn hóa trường Đại học Văn hóa - Nghệ thuật Quân đội tập thể lớp 12D tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ suốt thời gian thực nghiệm sư phạm Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc gia đình, bạn bè bạn học viên K24 động viên giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Tác giả Nguyễn Tiến Lộc MỤC LỤC BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU .2 Lí chọn đề tài 2 Mục đích nghiên cứu đề tài 3 Giả thuyết khoa học đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu đề tài Đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1 Dạy học phát giải vấn đề 1.1.1 Khái niệm phát giải vấn đề 1.1.2 Các giai đoạn tiến trình dạy học phát giải vấn đề 1.2 Xây dựng sử dụng thiết bị thí nghiệm dạy học vật lí theo dạy học phát giải vấn đề 10 1.2.1 Vị trí, chức vai trò thiết bị thí nghiệm 10 1.2.2 Các yêu cầu thiết bị thí nghiệm 12 1.2.3 Quy trình xây dựng thiết bị thí nghiệm 14 1.2.4 Quy trình sử dụng yêu cầu sử dụng thiết bị thí nghiệm 15 1.3 Phát triển lực thực nghiệm học sinh dạy học vật lí 19 1.3.1 Khái niệm lực thực nghiệm 19 1.3.2 Cấu trúc lực thực nghiệm 20 1.3.3 Biện pháp phát triển lực thực nghiệm 26 1.4 Kết luận chương 28 CHƯƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM GHI TỌA ĐỘ - THỜI GIAN TRONG DẠY HỌC CÁC LOẠI CON LẮC (VẬT LÍ 12) 30 2.1 Nội dung kiến thức loại lắc (Vật lí 12) 30 2.2 Thực trạng dạy học loại lắc (Vật lí 12) 33 i 2.2.1 Phương pháp dạy giáo viên 33 2.2.2 Phương pháp học học sinh 34 2.2.3 Thực trạng thiết bị thí nghiệm 35 2.3 Mục tiêu dạy học loại lắc (Vật lí 12) 36 2.4 Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm ghi tọa độ - thời gian dạy học loại lắc (Vật lí 12) 38 2.4.1 Sự cần thiết việc thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm 38 2.4.2 Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động thiết bị thí nghiệm 38 2.4.3 Các thí nghiệm tiến hành với thiết bị thí nghiệm 40 2.5 Soạn thảo tiến trình dạy học kiến thức loại lắc (Vật lí 12) 46 2.5.1 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức 47 2.5.2 Ý tưởng sư phạm soạn thảo 48 2.5.3 Tiến trình dạy học cụ thể 49 2.6 Xây dựng công cụ đánh giá lực thực nghiệm học sinh 56 2.7 Kết luận chương 65 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 66 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 66 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 66 3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 66 3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 66 3.5 Thời gian thực nghiệm sư phạm 67 3.6 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 67 3.7 Kết thực nghiệm sư phạm 67 3.7.1 Phân tích diễn biến trình thực nghiệm sư phạm 67 3.7.2 Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm mặt định lượng 70 3.8 Kết luận chương 74 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 78 ii MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ khái quát tiến trình xây dựng kiến thức theo kiểu dạy học phát giải vấn đề Hình 1.2 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo đường lí thuyết kiểu dạy học phát giải vấn đề Hình 1.3 Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức theo đường thực nghiệm kiểu dạy học phát giải vấn đề .9 Hình 2.1 Đồ thị li độ vật dao động điều hòa 30 Hình 2.2 Hình vẽ mô tả mối liên hệ li độ dao động điều hòa chuyển động tròn 31 Hình 2.3 Cấu tạo lắc lò xo .31 Hình 2.4 Cấu tạo lắc đơn 32 Hình 2.5 Cấu tạo lắc vật lí 33 Hình 2.6 Thiết bị thí nghiệm lắc đơn 35 Hình 2.7 Thiết bị thí nghiệm nghiên cứu dao động loại lắc 36 Hình 2.8 Các phận thiết bị thí nghiệm ghi tọa độ - thời gian loại lắc 39 Hình 2.9 Bố trí thí nghiệm ghi tọa độ - thời gian lắc lò xo .41 Hình 2.10 Kết đồ thị li độ lắc lò xo 42 Hình 2.11 Kết khớp hàm 42 Hình 2.12 Bố trí thí nghiệm ghi tọa độ - thời gian lắc đơn 43 Hình 2.13 Đồ thị tọa độ - thời gian dao động lắc đơn 44 Hình 2.14 Bố trí thí nghiệm ghi lại đồ thị dao động lắc vật lí 45 Hình 2.15 Đồ thị tọa độ - thời gian dao động lắc vật lí 46 Hình 2.16 Phiếu học tập cá nhân 62 Hình 2.17 Phiếu lập kế hoạch nhóm 63 Hình 2.18 Phiếu báo cáo kết thí nghiệm 64 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1 Chỉ số hành vi tiêu chí chất lượng thành tố xác định vấn đề cần nghiên cứu đưa dự đoán, giả thuyết 21 Bảng 1.2 Chỉ số hành vi tiêu chí chất lượng thành tố thiết kế phương án thí nghiệm 22 Bảng 1.3 Chỉ số hành vi tiêu chí chất lượng thành tố tiến hành phương án thí nghiệm thiết kế .24 Bảng 1.4 Chỉ số hành vi tiêu chí chất lượng thành tố xử lí, phân tích trình bày kết quả, rút kết luận 25 Bảng 2.1 Bảng liệt kê công cụ đánh giá 57 iii Bảng 2.2 Rubric đánh giá số hành vi lực thực nghiệm dạy học lắc lò xo 58 Bảng 2.3 Bảng kiểm đánh giá số hành vi lực thực nghiệm dạy học lắc lò xo .60 Bảng 3.1 Kết bảng kiểm 70 Bảng 3.2 Kết rubric đánh giá lực thực nghiệm 73 iv BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT CHỮ VIẾT TẮT NỘI DUNG DH Dạy học DHVL Dạy học vật lí GQVĐ Giải vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh NLTN Năng lực thực nghiệm PH&GQVĐ Phát giải vấn đề ƯDKT Ứng dụng kĩ thuật TBTN Thiết bị thí nghiệm 10 THPT Trung học phổ thông 11 TN Thí nghiệm MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Và o thạ p niên cuó i củ a kỷ XX, khoa học công nghệ giới phát triển vũ bão tạo bước tiến nhảy vọt, đặc biẹ t cá c lĩnh vực điện tử - viễn thông, tin học và công nghẹ thông tin Những thà nh tựu củ a sự phá t triẻ n tác động mạnh mẽ đé n mặt đời sống xã hội quốc gia phạm vi toà n cà u Đẻ diẽ n đạ t bướ c ngoạ t tié n trình phá t triẻ n củ a nhân loại ngườ i ta đã nó i đé n mọ t thời đạ i tin họ c vớ i bù ng nỏ thông tin và công nghẹ đỏ i nhanh đến mức chóng mạ t Đó chính là nè n tả ng khoa họ c – công nghẹ trình toà n cầu hó a và sự phá t triẻ n củ a kinh té tri thức Những chuyẻ n bié n hé t sức mạ nh mẽ đã là m thay đỏ i nhiè u trié t lý , quan niệm, phương thức tổ chức hoạt động củ a hà u hé t cá c lĩnh vực mà trướ c hé t và chủ yé u lạ i chính là giá o dục đào tạo Do vậy, Nghị Hội nghị Trung ương VIII khóa XI đổi toàn diện giáo dục khẳng định: “Đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo đổi vấn đề lớn, cốt lõi, cấp thiết, từ quan điểm, tư tưởng đạo đến mục tiêu, nội dung, phương pháp, chế, sách, điều kiện bảo đảm thực hiện…”[1] Trong Nghị rõ: “Đổi chương trình nhằm phát triển lực phẩm chất người học, hài hòa đức, trí, thể, mỹ; dạy người, dạy chữ dạy nghề Đổi nội dung giáo dục theo hướng tinh giản, đại, thiết thực, phù hợp với lứa tuổi, trình độ ngành nghề; tăng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn”[1] Điều khẳng định điều 28.2 Luật giáo dục: ” Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo HS; phù hợp với đặc điểm lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS”[2] Trước yêu cầu đó, ngành giáo dục đào tạo không ngừng đổi chương trình, nội dung SGK phương pháp DH nhằm bồi dưỡng tư sáng tạo, lực tự học cho HS Đối với môn vật lí, chương trình, nội dung, phương pháp DH đổi Danh mục TBTN tối thiểu môn vật lí ban hành cung cấp cho tất trường THPT Tuy nhiên, số TBTN chưa đáp ứng hết yêu cầu kĩ thuật yêu cầu sư phạm khiến cho việc thực TN GV HS gặp không khó khăn Dao động nói chung dao động điều hòa nói riêng đóng vai trò quan trọng chương trình Vật lí THPT, tiền đề hình thành phát triển kiến thức dao động điện sóng điện từ sau Vì vậy, việc học nắm vững kiến thức dao động cơ, đặc biệt dao động điều hòa, vô quan trọng Trong đó, thí nghiệm dao động đóng vai trò thiết yếu để HS hình dung rõ tượng, hiểu sâu sắc kiến thức Một TN đáp ứng yêu cầu kĩ thuật yêu cầu sư phạm giúp HS dễ dàng lĩnh hội khắc sâu kiến thức, đồng thời tạo hứng thú, nâng cao hiệu học tập Hầu hết thiết bị phổ thông sử dụng tồn số nhược điểm như: đồ thị ghi lại tọa độ bị tắt nhanh, tính ổn định thiết bị chưa cao, nghiên cứu dao động lắc đơn,… Vì lí kể trên, chọn “Thiết kế, chế tạo sử dụng TBTN ghi tọa độ thời gian loại lắc” làm đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài Thiết kế, chế tạo TBTN ghi tọa độ - thời gian đáp ứng yêu cầu TBTN vật lí trường phổ thông sử dụng chúng DH loại lắc vật lí 12 theo DH PH&GQVĐ nhằm phát triển lực lực thực nghiệm HS Giả thuyết khoa học đề tài Nếu thiết kế, chế tạo sử dụng TBTN ghi tọa độ - thời gian DH loại lắc (Vật lí 12) theo DH GQVĐ phát triển NLTN HS học tập Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu sở lí luận xây dựng sử dụng TBTN, DH PH&GQVĐ NLTN - Nghiên cứu thực tiễn DH loại lắc THPT về: Thực trạng dạy, thực trạng học thực trạng TBTN - Nghiên cứu thiết kế chế tạo TBTN ghi tọa độ - thời gian DH loại lắc TÀI LIỆU THAM KHẢO Nghị Hội nghị Trung ương VIII khóa XI đổi toàn diện giáo dục Luật giáo dục (2005), Nhà xuất trị Quốc gia Hà Nội Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (1998) Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh dạy học vật lí, NXB ĐHQG, Hà Nội Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học vật lí trường phổ thông, NXB ĐHSP, Hà Nội Phạm Hữu Tòng (2001), Lí luận dạy học vật lí trường trung học, NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (1998), “Hướng dẫn học sinh giải vấn đề dạy học vật lí”, tạp chí Giáo dục, số 1, tr.34-37 Đỗ Hương Trà (2011), Các kiểu tổ chức dạy học đại dạy học vật lí trường phổ thông, NXB ĐHSP, Hà Nội Nguyễn Ngọc Hưng (2012), “Tổ chức hoạt động nhận thức học sinh dạy học vật lí”, Bài giảng chuyên đề cho học viên cao học lí luận phương pháp dạy học môn vật lí, ĐHSP Hà Nội, Hà Nội Hà Duyên Tùng (2014), Xây dựng sử dụng TBTN theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo học sinh dạy học kiến thức từ trường lớp 11 trung học phổ thông, Luận án tiến sĩ giáo dục học, ĐHSP Hà Nội 10 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (1998), “Hướng dẫn học sinh giải vấn đề dạy học vật lí”, Tạp chí giáo dục, số 1, tr.34-37 11 Trần Đức Vượng (2004), “Thiết bị dạy học tự làm, thực trạng xu thể phát triển”, Tạp chí giáo dục, số 103, tr.34-37 12 Nguyễn Anh Thuấn (2007), Xây dựng sử dụng TBTN dạy học chương “Sóng học” lớp 12 trung học phổ thông theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo học sinh, Luận án tiến sĩ giáo dục học, ĐHSP Hà Nội 76 13 Dương Xuân Quý (2011), Xây dựng sử dụng thiết bị TN thực tập theo hướng phát triển hoạt động học tích cực, sáng tạo HS dạy học chương Dao động lớp 11 trường THPT, Luận án tiến sĩ giáo dục học, ĐHSP Hà Nội 14 Nguyễn Văn Biên, Tạp chí giáo dục số đặc biệt tháng 11 năm 2013 15 Bộ giáo dục đào tạo, Chương trình giáo dục phổ thông môn vật lí, Ban hành theo định số 16/2006/QĐ – BDGĐT ngày 05/05/2006 Bộ trưởng Bộ giáo dục đào tạo 77 PHỤ LỤC Phụ lục Tiến trình dạy học bài: “Con lắc đơn” + Hoạt động 1: GV làm nảy sinh vấn đề cần giải (làm việc chung lớp) Hoạt động GV Hoạt động HS - Yêu cầu HS quan sát hình ảnh chuẩn bị sẵn: lắc đồng hồ, xích đu, dây dọi,… trả lời câu hỏi: - Tiếp nhận yêu cầu GV: Quan sát vật suy nghĩ trả lời câu hỏi + Các vật cho: lắc đồng hồ, xích + Nêu điểm chung vật mà đu, dây dọi,… cấu tạo gồm em vừa quan sát cấu tạo, đặc điểm vật nặng treo vào đầu sợi vật cân bằng? dây (hoặc mảnh) Khi vật kể trạng thái cân bằng, dây treo hướng theo phương thẳng đứng tác dụng trọng lực + Có thể kích thích vật chuyển + Có thể kích thích vật chuyển động cách kéo vật nặng động cách nào, chuyển động vật khỏi vị trí cân thả nhẹ vật thuộc loại chuyển động Khi đó, vật chuyển động qua lại mà em học? Vì sao? quanh vị trí làm vật cân bằng, đó, chuyển động vật dao động - Thông báo khái niệm lắc đơn: - Lắng nghe tiếp nhận khái niệm “Con lắc đơn mới: Con lắc đơn trường hợp lí tưởng vật kể trên, gồm vật nặng nhỏ có khối lượng m, treo sợi dây mảnh không giãn có khối lượng không đáng kể chiều dài l, dao động trường trọng lực với gia tốc trọng trường g” 78 - Thực TN biểu diễn: cho lắc - Quan sát dao động lắc dao động + Hoạt động 2: Phát biểu vấn đề cần giải (làm việc chung lớp) Hoạt động GV Hoạt động HS - Đề xuất vấn đề cần giải quyết: Như - Tiếp nhận vấn đề mà GV đưa vậy, lắc đơn vật dao động Vậy, dao động nhỏ lắc đơn có chịu chi phối quy luật dao động không, có, quy luật dao động nào? + Hoạt động 3: Suy đoán giải pháp giải vấn đề nhờ suy luận lý thuyết (vận dụng định luật II Niutơn, biểu thức mối quan hệ gia tốc li độ, làm việc chung lớp) thực giải pháp suy đoán (làm việc cá nhân) Hoạt động GV Hoạt động HS - Nêu câu hỏi gợi ý: - Lắng nghe câu hỏi, suy nghĩ để tìm + Có thể trả lời câu hỏi nhờ vận câu trả lời dụng kiến thức biết không? + Có thể vận dụng kiến thức - Suy đoán giải pháp giải vấn đề: biết vận dụng kiến Có thể dùng cách suy luận tương tự thức để trả lời câu hỏi? dao động lắc lò xo -Gợi ý giải pháp tìm câu trả lời: Chúng cách tìm phương trình động lực học ta học cách suy luận tìm quy luật lắc đơn việc xác định mối dao động lắc lò xo, dùng liên hệ lực gia tốc chi phối cách suy luận để tìm quy luật chuyển động lắc (biểu thức dao động lắc đơn hay không? định luật II Niutơn), viết phương trình biểu thị mối liên hệ gia tốc li độ - Thực giải pháp: -Theo dõi giúp đỡ HS thực giải + Tại vị trí bất kì, lắc đơn chịu tác pháp đề xuất Lưu ý HS xét điều dụng lực: Trọng lực P hướng kiện lắc đơn dao động nhỏ theo phương thẳng đứng, chiều từ 79 xuống lực căng dây T theo phương dây treo, hướng vào tâm quỹ đạo + Phân tích trọng lực P làm hai thành phần: Pn thành phần theo phương pháp tuyến, với lực căng dây T đóng vai trò lực hướng tâm chuyển động tròn bán kính R = l; Pt thành phần theo phương tiếp tuyến kéo vật vị trí cân bằng, làm cho vật dao động + Ta có: Pt = -P.sinα = -mg.sinα ≈ mg.α = -mg s (Từ điều kiện lắc l đơn dao động nhỏ nên α(đơn vị rad) nhỏ, vậy, sinα ≈ α = s ) l + Theo định luật II Niu-tơn: Pt = ma, s l tức là: -mg = ms” hay s” + g s = l (*) g l + Nếu đặt ω2= , phương trình (*) trở thành: s” + ω2s = phương trình động lực học vật dao động điều hòa với nghiệm: s = S0cos(ωt + φ) + Mà s=αl nên S0=α0l α = α0cos(ωt + φ) phương trình li độ góc dao động lắc đơn + Chu kì dao động lắc đơn: 80 T  2 - GV kiểm tra nhận xét trình l g - HS lắng nghe nhận xét GV suy luận HS + Hoạt động 4: Thiết kế phương án TN (TN ghi đồ thị dao động lắc đơn, làm việc chung lớp) tiến hành TN (làm việc theo nhóm) để kiểm nghiệm kết trình suy luận lý thuyết Hoạt động GV Hoạt động HS -Nêu câu hỏi thiết kế phương án TN: Chúng ta tìm kết lắc đơn - Tiếp nhận câu hỏi GV, tìm phương án trả lời dao động điều hòa nhờ suy luận từ kiến thức học, vậy, vấn đề đặt làm để kiểm nghiệm kết nhờ TN? - Đặt câu hỏi gợi ý: Nếu li độ góc - Hình chiếu lắc đơn lên mặt lắc đơn biến đổi điều hòa hình phẳng nằm ngang dao động điều hòa chiếu lắc đơn lên mặt phẳng nằm với phương trình: ngang dao động nào? x = α0lcos(ωt + φ) - Vậy thay chứng minh li độ góc lắc đơn biến đổi điều hòa, ta chứng minh hình chiếu lắc đơn lên mặt phẳng nằm ngang điểm dao động điều hòa, muốn vậy, ta phải thiết kế phương án TN nào? - Đề xuất phương án TN: Gắn nam châm vào lắc lắc dao động đầu nam châm tạo vết bảng từ đặt nằm 81 ngang, dịch chuyển thẳng theo phương vuông góc với mặt phẳng dao động lắc, ta thu bảng đồ thị li độ dài x theo quãng đường dịch chuyển s lắc - Có thể kết luận li độ góc lắc vật lí dao động nhỏ biến đổi điều hòa (tức trình suy luận lí thuyết đắn) đồ thị hình chiếu theo quãng đường dịch chuyển s có dạng sin, đồ thị hàm điều hòa: x = α0lcos(ω’s + φ) đó: s quãng đường mà mặt phẳng dịch chuyển đơn vị thời gian: s = vt ω’ tần số góc dao động hình chiếu lắc theo quãng đường dịch chuyển mặt phẳng: - Giao HS làm TN kiểm chứng: giao TBTN cho nhóm phân trước, nhóm tiến hành TN với nhiệm vụ: - Nhiệm vụ chung: Ghi lại đồ thị tọa độ - thời gian ứng với lắc có chiều dài dây treo là: 0,50m 0,75m - Nhóm 3: Dùng thước máy tính cầm tay kiểm nghiệm kết TN thu 82 ω’= ω/v - Nhóm 4: Dùng phần mềm Excel để kiểm nghiệm kết thu từ thực nghiệm - Nhận nhiệm vụ, tiến hành làm việc theo nhóm - Hình chiếu lắc lên bảng từ đường hình sin, đồ thị hàm điều hòa: x = α0lcos(ω’u + φ) với đại lượng tính toán nhờ suy luận - Nhận xét kết luận kiến thức học - Tiến hành báo cáo kết TN - Lắng nghe ghi nhớ 83 Phụ lục Tiến trình DH bài: “Con lắc vật lí” + Hoạt động 1: GV làm nảy sinh vấn đề cần giải (làm việc chung lớp) Hoạt động GV Hoạt động HS - Yêu cầu HS quan sát dao động lắc vật lí GV chuẩn bị - Tiếp nhận yêu cầu GV: Quan sát suy nghĩ trả lời câu hỏi sẵn trả lời câu hỏi + Nêu cấu tạo lắc vật lí mà em vừa quan sát + Con lắc vật lí có cấu tạo gồm vật rắn khối lượng m, có trục quay nằm ngang qua điểm nằm vật, + Chuyển động lắc vật lí mà em vừa quan sát thuộc loại nào? Vì sao? + Khi kéo vật rắn khỏi vị trí cân góc nhỏ thả nhẹ., vật chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng, đó, chuyển động vật dao động - Thông báo khái niệm lắc vật lí: - Lắng nghe tiếp nhận khái niệm Con lắc vật lí có cấu lắc vật lí tạo gồm vật rắn khối lượng m, có trục quay nằm ngang qua điểm nằm vật, cách khối tâm vật khoảng d + Hoạt động 2: GV phát biểu vấn đề cần giải (làm việc chung lớp) Hoạt động GV Hoạt động HS - Đặt câu hỏi: - Tiếp nhận vấn đề mà GV đưa câu trả lời Khi nghiên cứu chuyển động thẳng, - Dao động lắc vật lí tuân theo chuyển động tròn đều, dao động quy luật nào? lắc lò xo, lắc đơn…ta đến việc 84 tìm quy luật chuyển động Vậy nghiên cứu dao động lắc lò xo ta cần tìm hiểu vấn đề gì? + Hoạt động 3: Suy đoán giải pháp giải vấn đề nhờ suy luận lý thuyết thực giải pháp suy đoán (làm việc cá nhân) Hoạt động GV Hoạt động HS - Đưa câu hỏi: - Lắng nghe câu hỏi, suy nghĩ để tìm Làm để tìm quy luật dao câu trả lời động lắc vật lí? - Câu hỏi định hướng: - Suy đoán giải pháp giải vấn đề: + Tương tự nghiên cứu dao Có thể dùng cách suy luận tương tự động lắc lò xo dao động dao động lắc lò xo lắc vật lí, quy luật chuyển động lắc đơn, phải tìm phương trình thường khái quát phương động lực học lắc vật lí trình Làm cách để khái quát qui luật lắc vật lí dạng phương trình? + Có thể vận dụng kiến thức biết vận dụng kiến thức để tìm phương trình dao động lắc lò xo? -Gợi ý giải pháp tìm câu trả lời: + Phân tích lực tác dụng vào lắc vật lí -Theo dõi giúp đỡ HS thực giải - Thực giải pháp: pháp đề xuất Lưu ý HS xét điều + Tại vị trí bất kì, lắc chịu tác kiện lắc đơn dao động nhỏ dụng lực: Trọng lực P hướng theo phương thẳng đứng, chiều từ xuống phản lực trục 85 quay trục quay tác dụng lên vật rắn, có giá qua tâm trục Như vậy, có trọng lực có tác dụng gây momen làm vật quay + Momen lực trục quay: M( P ) = -Pd sinα = -mgd sinα + Phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục: -mgd sinα = Iα” (I momen quán tính vật trục quay) + Khi vật dao động nhỏ, sinα ≈ α, ta mgd  0 I có:  " Đặt 2  mgd , phương trình trở I thành: " 2  phương trình vật dao động điều hòa + Chu kì dao động lắc vật lí: T  2 - GV kiểm tra nhận xét trình I mgd - HS lắng nghe nhận xét GV suy luận HS + Hoạt động 4: Thiết kế phương án TN (TN ghi đồ thị dao động lắc vật lí, làm việc chung lớp) tiến hành TN (làm việc theo nhóm) để kiểm nghiệm kết trình suy luận lý thuyết Hoạt động GV Hoạt động HS -Nêu câu hỏi thiết kế phương án TN: - Tiếp nhận câu hỏi GV, tìm phương Chúng ta tìm kết lắc vật lí án trả lời dao động điều hòa nhờ suy luận từ kiến 86 thức học, vậy, vấn đề đặt làm để kiểm nghiệm kết nhờ TN? - Đặt câu hỏi gợi ý: Nếu li độ góc - Hình chiếu lắc vật lí lên mặt lắc vật lí biến đổi điều hòa hình chiếu phẳng nằm ngang dao động điều hòa lắc đơn lên mặt phẳng nằm ngang với phương trình: dao động nào? x = α0lcos(ωt + φ) - Vậy thay chứng minh li độ góc lắc vật lí biến đổi điều hòa, ta chứng minh hình chiếu lắc vật lí lên mặt phẳng nằm ngang điểm dao động điều hòa, muốn vậy, ta phải thiết kế phương án TN nào? - Đề xuất phương án TN: Gắn nam châm vào lắc lắc dao động đầu nam châm tạo vết bảng từ đặt nằm ngang, dịch chuyển thẳng theo phương vuông góc với mặt phẳng dao động lắc, ta thu bảng đồ thị li độ dài x theo quãng đường dịch chuyển s lắc - Có thể kết luận li độ góc lắc vật lí dao động nhỏ biến đổi điều hòa (tức trình suy luận lí thuyết đắn) đồ thị hình chiếu theo quãng đường dịch chuyển s có dạng sin, đồ thị hàm điều hòa: x = α0lcos(ω’s + φ) 87 đó: s quãng đường mà mặt phẳng dịch chuyển đơn vị thời gian: s = vt ω’ tần số góc dao động hình chiếu lắc theo quãng - Giao HS làm TN kiểm chứng: giao TBTN đường dịch chuyển mặt phẳng: cho nhóm phân trước, nhóm tiến ω’= ω/v hành TN với nhiệm vụ: - Nhiệm vụ chung: Ghi lại đồ thị tọa độ thời gian ứng với lắc có chiều dài khác - Nhóm 3: Dùng thước máy tính cầm tay kiểm nghiệm kết TN thu - Nhóm 4: Dùng phần mềm Excel để kiểm nghiệm kết thu từ thực nghiệm - Nhận xét kết luận kiến thức học - Nhận nhiệm vụ, tiến hành làm việc theo nhóm - Tiến hành báo cáo kết TN - Lắng nghe ghi nhớ 88 Phụ lục Một số hình ảnh thực nghiệm sư phạm Ảnh chụp HS tiến hành TN ghi tọa độ - thời gian lắc lò xo Ảnh chụp HS xác định phương trình dao động lắc lò xo 89 Ảnh chụp HS sử dụng máy tính để khớp hàm cho đồ thị dao động lắc lò xo 90 ... trên, chọn Thiết kế, chế tạo sử dụng TBTN ghi tọa độ thời gian loại lắc làm đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài Thiết kế, chế tạo TBTN ghi tọa độ - thời gian đáp ứng yêu cầu TBTN vật... kế chế tạo TBTN ghi tọa độ - thời gian DH loại lắc - Soạn thảo tiến trình DH loại lắc có sử dụng thiết bị ghi tọa độ - thời gian chế tạo - Soạn thảo công cụ đánh giá NLTN DH loại lắc - Thực nghiệm... 2: Thiết kế, chế tạo sử dụng TBTN ghi tọa độ - thời gian dạy học loại lắc (Vật lí 12) - Chương 3: Thực nghiệm sư phạm CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG TBTN TRONG DHVL