skkn XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỒ THỊ CHƯƠNG “SÓNG CƠ HỌC” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12, NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁTRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỒ THỊ CHƯƠNG “SÓNG CƠ HỌC” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12, NHẰM BỒI

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỒ THỊ CHƯƠNG “SÓNG CƠ HỌC” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12, NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH THPT

Người thực hiện: Lê Thị Huệ

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 1

1.4 Phương pháp nghiên cứu 1

2 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận lí 2

2.1.1 Bài tập đồ thị 2

2.1.2 Nguyên tắc xây dựng, tuyển chọn và phân loại BT theo logic nhận thức trong hệ thống bài tập chọn lọc 2

2.1.3 Nguyên tắc xây dựng hệ thống BTĐT chọn lọc phần sóng cơ học lớp 12 2

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng đề tài 3

2.3 Các giải pháp áp dụng để giải quyết vấn đề 3

2.3.1 Hướng dẫn giải bài toán đồ thị 4

2.3.2 Hệ thống BTĐTCL chương “sóng cơ học” Vật lý 12 nhằm BDTD cho HS THPT 4

2.3.2.1 BTĐT chọn lọc chủ đề: Sự truyền sóng cơ học 4

2.3.2.2 BTĐT chọn lọc chủ đề: Sóng dừng 12

2.3.2.3 BTĐT chọn lọc chủ đề: Sóng âm 16

2.4 Hiệu quả của SKKN đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, động nghiệp và nhà trường 17

3 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận 18

3.2 Kiến nghị 18

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài

Thế kỷ 21, thế kỷ của sự bùng nổ khoa học và công nghệ, đòi hỏi nền giáodục phải đổi mới mạnh mẽ sâu sắc và toàn diện, trong đó đổi mới phương phápgiáo dục là hết sức cần thiết Luật giáo dục, điều 28.2 đã nêu rõ: “Phương phápgiáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo củahọc sinh phù hợp với đặc điểm lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tựhọc, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn ”

Bài tập vật lý có tác dụng to lớn trong việc giáo dục và giáo dưỡng vàphát triển trí tuệ cho học sinh Bài tập vật lý là phương tiện quan trọng rèn luyệncho học sinh: khả năng vận dụng kiến thức, rèn luyện tư duy; liên hệ lý thuyếtvới thực tế đời sống; bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học; là phươngtiện ôn tập, cũng cố kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả; rènluyện đức tính tự lực, kiên trì, nhẫn lại, chịu khó vượt khó Bài tập đồ thị là dạngbài xuất hiện tương đối nhiều trong các đề thi THPT quốc gia, đòi hỏi học sinhnắm chắc kiến thức cơ bản, đồng thời phải có kĩ năng tổng hợp và xử lí các sốliệu trong đồ thị Trong khi đó thực trạng cho thấy, bài tập đồ thị là một trongdạng bài tập mà học sinh rất lúng túng khi gặp phải

Trong quá trình giảng dạy, ôn thi đại học, cao đẳng nay là ôn thiTHPTQG, hay ôn thi HS giỏi, tôi thấy SGK, sách tham khảo các bài tập đồ thịcòn ít, có nhưng chỉ đưa ra cách giải chưa có hướng dẫn chung cho việc giải bàitập đồ thị các chương nói chung, và chương “Sóng cơ học” nói riêng nên HSnắm bắt một cách mơ hồ, không rõ ràng

Chương “ Sóng cơ học” Vật lý 12 là một trong những chương quan trọngcủa chương trình vật lý phổ thông, trong chương trình thi THPTQG, bài tập ởchương này cũng rất khó và đôi khi trừu tượng đặc biệt là bài tập đồ thị

Như vậy xét về mục đích của phương pháp giáo dục phổ thông, vị tríchương sóng cơ trong chương trình phổ thông, cũng như tính đặc biệt của bàitập đồ thị trong hệ thống bài tập, tôi thấy rất cần thiết có một đề tài về bài tập đồthị chương sóng cơ học để phục vụ cho dạy và học Chính vì vậy, tôi chọn đề tài

nghiên cứu: “Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập đồ thị chương “ sóng cơ

học” chương trình vật lý 12 nhằm bồi dưỡng nâng lực tư duy cho học sinh THPT ”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Xây dựng và sử dụng bài tập đồ thị chương: “ sóng cơ học” vật lý 12nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy cho HS THPT

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Quá trình dạy học là học sinh lớp 12 trường THPT Nguyễn Mộng Tuân

- Bài tập đồ thị chương “ Sóng cơ học” Vật lý 12 THPT

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau :

- Phương pháp nghiên cứu lý luận.

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp điều tra và quan sát

- Phương pháp phân tích, đánh giá

2.1.2 Nguyên tắc xây dựng, tuyển chọn và phân loại BT theo logic nhận thức trong hệ thống bài tập chọn lọc

Việc lựa chọn, phân loại hệ thống các BT theo chủ đề là một việc khó.Những BT khó đòi hỏi vận dụng nhiều vùng kiến thức cần phải có những tìm tòi

về PP nhằm xác định những mối liên hệ quan trọng nhất, điển hình nhất vànhững biểu hiện của chúng trong các bài tập, từ đó xác định loại BT xuất phát,

số lượng của chúng và trình tự giải

Hệ thống các BT được lựa chọn thỏa mãn các tiêu chí sau:

-Tiêu chí 1: Các BT phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp về mối

quan hệ giữa những đại lượng và khái niệm đặc trưng cho quá trình hoặc hiệntượng, sao cho từng bước HS hiểu được kiến thức một cách vững chắc và có kỹnăng, kỹ xảo, vận dụng linh hoạt sáng tạo các kiến thức đó

-Tiêu chí 2: Mỗi BT được chọn phải là một mắt xích trong hệ thống kiến thức

vật lý, đóng góp được phần nào vào việc hoàn chỉnh các kiến thức của học sinh,giúp họ hiểu được mối liên hệ giữa các đại lượng, cụ thể hoá các khái niệm…

-Tiêu chí 3: Hệ thống BT phải giúp cho HS có kỹ năng vận dụng toán học tốt để

sau này dễ tiếp thu kiến thức các phần mới và có thời gian nhiều hơn dành chophần bản chất VL của các BT phải giải quyết

-Tiêu chí 4: Hệ thống BT phải đảm bảo được tính tích cực, chủ động, sáng tạo

của HS trong học tập

-Tiêu chí 5: Hệ thống các BT được chọn lọc phải giúp cho HS nắm được PP

giải từng loại, dạng cụ thể

-Tiêu chí 6: Hệ thống BT phải giúp HS tự tìm ra vấn đề mới, nảy sinh từ những

BT đã làm, để từ đó tự tìm tòi nghiên cứu nhằm đạt đến mức cao hơn về nhậnthức

-Tiêu chí 7: Nội dung BT phải phù hợp yêu cầu ngày càng cao của các kì thi

nhưng vẫn phải đảm bảo phù hợp với thời gian học tập của HS ở lớp và ở nhà

2.1.3 Nguyên tắc xây dựng hệ thống BTĐT chọn lọc phần sóng cơ học lớp 12

Xây dựng hệ thống BTĐTCL nhằm bồi dưỡng NLTD cho học sinhTHPTtheo các nguyên tắc sau đây:

- Bảo đảm được các tiêu chí theo các nguyên tắc tư duy chung của quá trìnhnhận thức

- Hệ thống BT được sắp xếp theo các chủ đề về nội dung kiến thức Bao gồmcác BTĐT theo chủ đề sau:

+ BTĐT về quá trình truyền sóng cơ học

+ BTĐT về sóng dừng

+ BTĐT về sóng âm

- Bài tập đồ thị theo chủ đề PP giải bao gồm:

+ Bài tập chọn lọc dùng PP chia nhỏ Với loại BT này chúng tôi hướngdẫn HS áp dụng PP tư duy nghiên cứu riêng lẻ đến khái quát tổng thể và vậndụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp vào BT một cách hiệu quảnhất

+ Bài tập chọn lọc dùng PP giải theo mối liên kết Loại BT này chọn lọctheo nguyên tắc nhân quả mà trong đó xuất hiện các mối liên kết tự nhiên, hệquả của sự ràng buộc, truyền động trong cấu trúc chung của hệ vật chất

Với mỗi chủ đề, các BTĐT được sắp xếp theo trình tự:

+ Xuất phát bằng BTĐT điển hình

+Bài tập phát triển dựa trên BTĐT xuất phát

+Lời giải, hướng dẫn giải hoặc đáp số

- Đặc biệt chú ý hướng dẫn học sinh cách đọc đồ thị trước một BTĐT

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN

Trong quá trình dạy học tại trường PT Nguyễn Mộng Tuân, tôi nhận thấy: + Kiến thức toán học của các em còn thấp vì đầu vào của trường thấp, đ aphần là học sinh có học lực tương đối yếu, mất căn bản dẫn tới khi học các mônKhoa học thực nghiệm như môn Vật lí các em thường chán nản và học đối phó,các bài tập mang tính suy luận do vậy các em gặp rất nhiều khó khăn

+ Gặp bài tập có đồ thị các em HS cho là bài tập khó ngay cả những bài

đồ thị đơn giản

+ Các em rất ngỡ ngàng, khó khăn và lúng túng trong việc giải bài tập đồthị vật lý, nhiều em không đọc được đồ thị dẫn đến không tìm được hướng giảiquyết bài toán Trong tình trạng này các em chỉ giải quyết bài toán một cáchmáy móc, thiếu chính xác, không có lập luận logic Các em nắm một cách mơ

hồ, không rõ ràng, làm rồi nhưng lại quên, nhớ không lâu

+ Chương “ sóng cơ học” là chương có kiến thức khó, trừu tượng, ngay cảhọc sinh khá, giỏi cũng cảm thấy như vậy

2.3 Giải pháp áp dụng để giải quyết vấn đề

Hệ thống BTĐT của đề tài này được xây dựng tuyển chọn gồm nhữngBTĐT xuất phát nhằm khắc sâu củng cố kiến thức cơ bản của chương trình,những BT giúp HS đạt được các kỹ năng toán học cần thiết, những BT khó vàhay đòi hỏi phải có kiến thức và tư duy VL sâu sắc với các PP và kỹ thuật toán

học phức tạp mới giải được Được sắp xếp từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phứctạp, bài sau có thể tìm ra sự định hướng ở bài trước, trong bài đã làm lại hìnhthành hay ẩn chứa một BT mới hay một vấn đề mới phức tạp hơn cần được giảiquyết tiếp.

2.3.1 Hướng dẫn giải bài toán đồ thị

Để giải bài tập đồ thị, HS phải biết chuyển bài tập đồ thị thành bài tập tínhtoán, rồi tự đó tìm cách giải quyết bài tập tính toán Sau đây là các bước giải bàitập đồ thị:

- Bước 1: Đọc đồ thị: Nêu được dữ kiện bài toán (mối quan hệ giữa hai đạilượng vật lý), mô tả được hiện tượng vật lý hay nói cách khác biểu đại được mốiquan hệ giữa 2 đại lượng vật lý bằng lời

- Bước 2: Tìm mối liên hệ giữa các dữ kiện bài toán với đại lượng cần tìm

- Bước 3: Giải bài toán, tìm đại lượng cần tìm

- Bước 4: Biện luận và kết luận

2.3.2 Hệ thống BTĐTCL chương “sóng cơ học” Vật lý 12 nhằm BDTD cho

vẽ Biết rằng điểm M đang đi lên vị trí cân

bằng Khi đó điểm N đang chuyển động

A đi xuống B đứng yên

C chạy ngang D đi lên

Giải

Theo phương truyền sóng, các phần tử trước đỉnh sẽ đi xuống, sau đỉnh sóng sẽ

đi lên Điểm M sau đỉnh sóng đang đi lên vậy sóng truyền từ B đến A và từ đócho thấy N sau đỉnh sóng nên cũng đang đi lên Đáp án D

Nhận xét: Ở dạng BT này ta lưu ý tính chất theo phương truyền sóng, các

phần tử môi trường ở trước một đỉnh sóng gần nhất sẽ chuyển động đi xuống, các phần tử môi trường ở sau đỉnh gần nhất sẽ chuyển động đi lên Đây là BTCB, nắm được dạng BT này sẽ là tiền đề để ta giải các BT phức tạp khác dễ dàng hơn.

BT 2: (Chuyên Hà Tĩnh 2015): Một sóng ngang truyền trên một sợi dây rất dài

với tần số f = 10 Hz Tại một thời điểm nào đó sợi dây có hình dạng như hình

vẽ Trong đó khoảng cách từ vị trí cân bằng của điểm A

đến vị trí cân bằng của điểm D là 60 cm và điểm C đang đi xuống qua vị trí cânbằng Sóng truyền theo chiều

A từ A đến E với tốc độ 8 m/s B từ E đến A với tốc độ 6

m/s

C từ E đến A với tốc độ 8 m/s D từ A đến E với tốc độ 6 m/s.

Giải

Theo phương truyền sóng, các phần tử trước đỉnh sẽ đi xuống, sau đỉnh sóng sẽ

đi lên Điểm C đi xuống nên C nằm trước đỉnh sóng nên sóng truyền từ E đến A

* Bài tập phát triển: Xác định độ lệch pha

Nhận xét: Khi biết cách xác định trạng thái dao động, phương truyền sóng ta có thể xác định góc pha giữa 2 điểm thông qua đọc khoảng cách trên đồ thị ( theo trục hoành ox) BT 3 hay so sánh trạng thái dao động theo trục tung li độ u) BT

4

BT 3: (Quốc gia – 2017) Trên một sợi dây dài,

đang có sóng ngang hình sin truyền qua theo

chiều dương của trục Ox Tại thời điểm t0 một

đoạn của sợi dây có hình dạng như hình bên Hai

phần tử M và N dao động lệch pha nhau

x

3

2 2

3

1 12

BT 4 : Sóng truyền trên một sợi dây đàn hồi theo

ngược chiều dương trục Ox Tại một thời điểm

nào đó thì hình dạng sợi dây được cho như hình

N dao động trước O, sử dụng vòng tròn lượng giác dễ dàng tìm được độ lệch pha

* BT phát triển : Xác định bước sóng, tốc độ truyên sóng, chu kỳ, biên độ.

BT 5: Một sóng hình sin truyền trên một sợi dây dài Ở thời điểm t, hình dạng

của một đoạn dây như hình vẽ Chu kỳ sóng là 3s Các vị trí cân bằng của cácphần tử trên dây cùng nằm trên trục Ox Tính bước sóng, tốc độ truyền sóng ?

BT 7: Một sóng hình sin đang truyền trên

một sợi dây, theo chiều dương của trục Ox

Hình vẽ mô tả hình dạng của sợi dây ở các

thời điểm t1 và t 2   t 1 0,3s Chu kì của sóng

BT 8: (THPT Nam Trực – 2017) Một sóng

hình sin đang truyền trên một sợi dây theo

chiều dương của trục 0x Hình vẽ mô tả

hình dạng của sợi dây tại thời điểm t1 và t2 =

t1 + 1s Tại thời điểm t2, vận tốc của điểm M

trên dây gần giá trị nào nhất sau đây?

, 0

) 20

3 30

11 ( 2

BT 9: ( QG năm 2013) Một sóng hình sin đang truyền trên một sợi dây theo

chiều dương của trục Ox Hình vẽ mô tả hình dạng của sợi dây tại thời điểm t1(đường nét đứt) và t2 = t1 + 0,3 (s) (đường liền nét) Tại thời điểm t2, vận tốc củađiểm N có thể nhận giá trị nào dưới đây

Tại t2 phân tử N ở VTCB đang đi lên ( sau đỉnh sóng).

Vận tốc tại N là : v  A =39,3cm/s

BT 10: (Sở Thanh hoa – 2017, Lê Quý

Đôn 2018) Trên một sợi dây dài có một

sóng ngang, hình sin truyền qua Hình dạng

của một đoạn dây tại hai thời điểm t1 và t2

có dạng như hình vẽ bên Trục Ou biểu diễn

li độ của các phần tử M và N ở các thời

điểm Biết t2 − t1 bằng 0,05 s, nhỏ hơn một

chu kì sóng Tốc độ cực đại của một phần tử

BT 11:(Chuyên Thái Bình – 2017) Cho một

sợi dây cao su căng ngang Làm cho đầu O

của dây dao động theo phương thẳng đứng

Hình vẽ mô tả hình dạng sợi dây tại thời điểm

t1 (đường nét liền) và t 2   t 1 0, 2s (đường nét

đứt) Tại thời điểm t 3  t 2  0,4s thì độ lớn li độ

của phần tử M cách đầu dây một đoạn 2,4 m

(tính theo phương truyền sóng) là 3cm Gọi

δ là tỉ số của tốc độ cực đại của phần tử trên

dây với tốc độ truyền sóng Giá trị của δ gần

giá trị nào nhất sau đây?

dây đàn hồi có ba điểm M, N và P, N là trung

điểm của đoạn MP Trên dây có một sóng lan

truyền từ M đến P với chu kỳ T T 0,5   Hình

vẽ bên mô tả dạng sợi dây tại thời điểm t1

(đường 1) và t 2   t 1 0,5s(đường 2); M, N và P

là vị trí cân bằng của chúng trên dây Lấy

2 11 6,6  và coi biên độ sóng không đổi khi

truyền đi Tại thời điểm 0 1

1

9

  , vận tốc daođộng của phần tử dây tại N là

A 3,53 cm/s B 4,98 cm/s

C – 4,98 cm/s D – 3,53 cm/s.

Giải

+ Ta để ý rằng điểm N tại thời điểm t1 đang ở

vị trí cân bằng, tại thời điểm t2 N đi đến vị trí

biên  t1 và t2 là hai thời điểm vuông pha

1

9

  làN

* BT phát triển: Xác định thời điểm, thời gian.

BT 13: Sóng có tần số 20 Hz truyền trên mặt thoáng nằm ngang của một chất

lỏng, với tốc độ 2 m/s, gây ra các dao động theo phương thẳng đứng của các phần

tử chất lỏng Hai điểm M, N thuộc mặt thoáng chất lỏng cùng phương truyềnsóng, cách nhau 22,5 cm Biết M nằm gần nguồn sóng hơn Tại thời điểm t, N hạxuống thấp nhất Thời gian ngắn nhất sau đó M sẽ hạ xuống thấp nhất là:

BT 14: (Sở Đồng Tháp – 2017) Một sóng

cơ học tại thời điểm t = 0 có đồ thị là đường

liền nét Sau thời gian t, nó có đồ thị là

đường đứt nét Cho biết vận tốc truyền sóng

là 4 m/s, sóng truyền từ phải qua trái Giá trị

v 4



*BT phát triển: Xác định khoảng cách

BT 15: (Minh Họa – 2017): Một sóng ngang

hình sin truyền trên một sợi dây dài Hình vẽ

bên là hình dạng của một đoạn dây tại một

thời điểm xác định Trong quá trình lan truyền

sóng, khoảng cách lớn nhất giữa hai phần tử

M và N có giá trị gần nhất với giá trị nào sau

BT 16: (Chuyên Lê Quý Đôn – 2017, quãng

xương - 2018) Sóng ngang có tần số f truyền

trên một sợi dây đàn hồi rất dài, với tốc độ 3

m/s Xét hai điểm M và N nằm trên cùng một

phương truyền sóng, cách nhau một khoảng x

Đồ thị biểu diễn li độ sóng của M và N cùng

theo thời gian t như hình vẽ Biết t1 = 0,05 s

Tại thời điểm t2, khoảng cách giữa hai phần tử

chất lỏng tại M và N có giá trị gần giá trị nào

BT 1: (Yên Lạc – 2016) Hình ảnh dưới đây

mô tả sóng dừng trên một sợi dây MN Gọi H

là một điểm trên dây nằm giữa hai nút M, P

Gọi K là một điểm trên dây nằm giữa hai nút Q

và N Kết luận nào sau đây là đúng?

A H và K dao động lệch pha nhau 5 B H và K dao động ngược pha nhau

C H và K dao động lệch pha nhau

2



D H và K dao động cùng nhau