Củng cố và nâng cao kỹ năng giải bài tập dao động tắt dần thông xây qua xây dựng hệ thống bài tập vật lý 12 THPT phần dao động cơ học

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT LÊ LỢI ===* * * === SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM CỦNG CỐ VÀ NÂNG CAO KỸ NĂNG GIẢI BÀI TẬP DAO ĐỘNG TẮT DẦN THÔNG QUA XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ 12 THPT PHẦN DAO ĐỘNG CƠ HỌC Người thực hiện: Lê Văn Sáu Chức vụ : Phó hiệu trưởng SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lý THANH HOÁ NĂM 2019 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Những điểm SKKN NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp sử dụng để giải vấn đề 3.1 Cơ sở lý thuyết 2.3.2 Bài tập ví dụ 10 13 2.3.3 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 13 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận 14 2.Kiến nghị 14 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Môn Vật lý phận khoa học tự nhiên nghiên cứu tượng vật lý tự nhiên sống Những thành tựu vật lý ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ngược lại thực tiễn sản xuất thúc đẩy khoa học vật lý phát triển Vì học vật lý không đơn học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vật lý vào thực tiễn sản xuất Do q trình giảng dạy người giáo viên phải liên tục đổi phương pháp dạy học, trau dồi kiến thức chuyên môn, rèn luyện cho học sinh có kỹ năng, kỹ xảo thường xuyên vận dụng hiểu biết học để giải vấn đề thực tiễn đặt Đổi PPDH khắc phục phương pháp dạy học truyền thụ chiều, rèn luyện thói quen, nếp sống tư người học Để làm điều người giáo viên cần phát triển bồi dưỡng phương pháp học tập để phát triển tư nhận thức học sinh, rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức học vào thực tế Điều hiển nhiên muốn nâng cao chất lượng học tập môn vật lý cần nhiều yếu tố kèm, việc áp dụng phương pháp hướng dẫn giải tập vật lý đóng vai trị quan trọng Tiếp sau phải xây dựng hệ thống tập để vận dụng phương pháp hướng dẫn cách lơ gíc, từ dễ đến khó BTVL cơng cụ khơng thể thiếu q trình dạy học Với tính chất phương tiện dạy học, BTVL giữ vị trí quan trọng nhiệm vụ dạy học Trong phạm vi trường THPT, BTVL thường vấn đề khơng q phức tạp, giải suy luận lơ gíc, cơng thức tính tốn thực nghiệm Tuy nhiên, BTVL lại khâu vô quan trọng dạy học vật lý Giải BTVL biện pháp quý báu để phát triển lực tư HS Qua thực tế giảng dạy vật lý trường THPT Lê Lợi, q trình giải BTVL 12 nói chung BTVL chương “Dao động cơ” nói riêng, thân tơi nhận thấy nhiều HS lúng túng giải tập phần dao động tắt dần Đây phần tương đối khó trừu tượng Nhiều em chưa có phương pháp giải phù hợp linh hoạt, dẫn đến tâm lý chán nản, e sợ giải tập phần dao động tắt dần SBT sách tham khảo luyện đề THPTQG chuẩn bị cho kỳ thi THPT Do đó, tơi mạnh dạn đưa số phương pháp xây dựng hệ thống tập để vận dụng phương pháp cách hợp lý, khoa học nhằm củng cố nâng cao kỹ giải tập vật lý qua đề tài: “Củng cố nâng cao kỹ giải tập dao động tắt dần thông xây qua xây dựng hệ thống tập vật lý 12 THPT phần dao động học” 1.2 Mục đích nghiên cứu Chương dao động học chương dài chiếm nhiều thời lượng chương trình vật lý 12 THPT Trong đó, phần dao động tắt dần phần nhỏ thuộc chương khối lượng kiến thức lại sâu khó Đặc biệt năm trở lại đề thi THPTQG lại hay đưa vào dạng tập dao động tắt dần phần coi tương đối khó, HS dễ bỏ qua khơng làm điểm cách đáng tiếc Mặt khác, GV ngại dạy phần cách chi tiết đầy đủ Vì vậy, muốn HS học tốt phần em cần phải nắm vững lý thuyết, biết cách vận dụng định luật vật lý vào giải tập Một số khó khăn dạy phần dao động tắt dần bao gồm: + Khái niệm dao động tắt dần, tính chất, nguyên nhân, vận tốc cực đại, quãng đường được, số lần dao động, số lần vật qua vị trí cân thời gian tương đối trừu tượng + Bài tập dao động tắt dần có nhiều dạng khác nên khó cho em HS nhận dạng + Khả tính tốn tốn học em cịn hạn chế + Các tập dao động tắt dần tương đối gây khó cho HS đề thi THPTQG năm trở lại 1.3 Đối tượng nghiên cứu Các tiết học chương “Dao động học” vật lý 12 THPT Đối tượng sử dụng đề tài: HS khối 12 Xây dựng hệ thống tập phần dao động tắt dần Tìm hiểu phương pháp giải phù hợp cho hệ thống tập xây dựng Đưa thời gian, thời lượng hợp lý giảng dạy kiến thức theo phân phối chương trình có 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực đề tài, sử dụng phương pháp chủ yếu tham khảo tài liệu, đề thi đại học, tổng kết rút kinh nghiệm qua buổi dạy khóa, dạy ơn thi THPT Quốc gia Căn vào đề tập để hệ thống biên soạn tập phần đồng thời đưa kiến thức cần thiết để phục vụ cho việc áp dụng vào giải tập Mặt khác q trình vận dụng đề tài tơi cịn dùng nhiều biện pháp tham khảo tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi, trao đổi với thầy cô giáo giảng dạy mơn Vật lí, Tốn học, trao đổi với em học sinh để tìm vướng mắc từ phía em Áp dụng kiểm tra đối chứng, đánh giá so sánh kết trước sau thực sáng kiến kinh nghiệm học sinh học sinh dự thi đại học qua nhiều năm từ đúc rút kinh nghiệm 1.5 Điểm SKKN Thực tế cho thấy nhiều HS áp dụng tốt kiến thức học vào giải tập đơn giản Nhưng yêu cầu em dùng kiến thức để giải tập phức tạp hơn, cần có tư cao đại đa số em khơng làm Trong đề tài có điểm sau: - Giúp HS vận dụng kiến thức học, đồng thời hướng dẫn em cách tư lơ gíc để giải tập hay khó - Xây dựng hệ thống 50 tập từ dễ đến khó phần dao động tắt dần chương “Dao động học” vật lý 12 THPT - Xây dựng nhiều cơng thức tính tốn trắc nghiệm nhanh phần dao động tắt dần, rút gọn thời gian làm - Giúp cho người dạy thấy HS thường vướng mắc vào phần nào, yếu mặt từ có kế hoạch thời gian bồi dưỡng hợp lý, kịp thời NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHỆM 2.1 Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm - Mục đích, ý nghĩa việc giải tập Quy trình để giải BTVL nói chung BTVL phần dao động tắt dần nói riêng q trình tìm hiểu điều kiện tốn, phân tích, tổng hợp đánh giá chưa biết từ biết Thông qua hoạt động giải tập HS củng cố lý thuyết mà hướng cho em cách suy nghĩ lập luận để hiểu chất vấn đề có nhìn đắn khoa học Vì mục đích cốt yếu đặt giải tập dao động tắt dần làm cho em hiểu sâu loại dao động này, nắm vững quy luật vật lý, biết phân tích ứng dụng chúng vào thực tiễn cuối phát triển lực tư duy, lực giải vấn đề, -Tác dụng tập vật lý dạy học vật lý Trong giai đoạn xây dựng hình thành kiến thức em làm quen nắm sơ qua vấn đề trìu tượng khái niệm, định lý, định luật Trong phần dao động tắt dần HS phải vận dụng kiến thức trìu tượng vào tập cụ thể đa dạng, nhờ mà em nắm biểu chúng thực tế Với hoạt động giải tập vật lý phương tiện giúp em ôn luyện, củng cố nâng cao kiến thức học, bước làm chủ tri thức vận dụng chúng vào giải công việc cụ thể mà thực tiễn đòi hỏi - Phương pháp giải tập Bài tập phần dao động tắt dần tương đối đa dạng, phức tạp trìu tượng, người giáo viên với kinh nghiệm giảng dạy cần rút phương pháp giải chung cho tập điển hình phù hợp với lực HS khối THPT Việc rèn luyện cho HS biết cách giải tập cách khoa học, đến kết xác việc làm cần thiết Như biết, vài năm trở lại đây, đề thi THPT Quốc gia môn Vật lý dài, rộng chứa nhiều câu khó đặc biệt tập phần dao động tắt dần Vì để đạt điểm cao mơn vật lý, khơng cách khác bạn phải giải thật nhiều tập tìm phương pháp giải nhanh hiệu Với kinh nghiệm giảng dạy mình, tơi thấy để giải nhanh dạng tập cần nắm vững lý thuyết trước, vấn đề trìu tượng cần tham khảo thêm tài liệu sách tham khảo internet Cần rút quy trình giải chung cho tập giống nhau, chứng minh tự rút cơng thức cuối nhằm mục đích nhớ lâu rút gọn thời gian làm -Phương pháp xây dựng hệ thống tập Cần phân biệt loại tập định tính định lượng, xếp chúng cách khoa học từ dễ đến khó, cho em có đủ thời gian ngấm kiến thức phương pháp giải Từ đó, triển khai tập rộng phát triển từ tập trước 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm + HS chưa biết phương pháp để giải tập phần + Chưa có kỹ tốn học áp dụng giải BTVL + HS cịn lơ cho tập nhà, chưa tự tìm hiểu giải tập nhà GV giao + Tài liệu tham khảo phần dao động tắt dàn chưa phong phú, chưa có hệ thống phương pháp giải cách cụ thể đầy đủ + Do tư HS hạn chế nên khả tiếp thu chậm + Do phương pháp dạy học chưa phù hợp 2.3.Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Cơ sở lí thuyết: Dao động tắt dần Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân Lực cản môi trường tác dụng lên vật làm giảm vật Cơ giảm cực đại giảm, biên độ A giảm dẫn tới dao động tắt dần Dao động tắt dần nhanh lực cản môi trường nhớt? Chú ý: Khi lực cản mơi trường khơng đổi chu kỳ dao động tắt dần x chu kỳ dao động riêng hệ ∆ Α O t T Dao động tắt dần lắc lò xo Phương pháp giải: Ta xét trường hợp ma sát nhỏ (dao động tắt dần chậm) Ta xét toán hai góc độ: Khảo sát gần khảo sát chi tiết a Khảo sát gần đúng: Xét lắc dao động tắt dần mặt phẳng nằm ngang, có biên độ ban đầu A0 Biên độ lắc giảm sau chu kỳ * Gọi biên độ sau nửa chu kỳ A1 * Áp dụng định luật bảo toàn lượng ta có: 2 kA1 − kA0 = − FC s 2 Trong FC lực cản tác dụng vào cầu lắc lắc dao động tắt dần s quãng đường mà vật sau nửa chu kỳ Ta có: s = A + A 2 kA1 − kA0 = − FC ( A1 + A0 ) ↔ k ( A21 − A2 ) = − FC ( A1 + A0 ) 2 * Khi đó: − FC ↔ k ( A1 + A0 )(A − A1 ) = − FC ( A1 + A0 ) ↔ (A − A1 ) = k 2F C Đặt ∆A1 = k độ giảm biên độ sau nửa chu kỳ coi lực cản lực ma sát FC = Fms = µ mg Do độ giảm biên độ sau nửa chu kỳ là: ∆A1 = 2µ mg k * Vậy độ giảm biên độ dao động lắc sau chu kì là: ∆A = 2∆A1 = µ mg k * Độ giảm biên độ dao động lắc sau N chu kì dao động là: ∆An = A0 − An = N ∆A = N µ mg k * Số lần dao động vật dừng lại: N= A0 ∆A * Khoảng thời gian từ lúc vật bắt đầu dao động lúc vật dừng lại là: t = N T = A0 k.T µ mg (Nếu coi dao động tắt dần có tính tuần hồn với chu kỳ T = 2π ) ω * Quãng đường vật dừng lại: Áp dụng định luật bảo toàn lượng: kA2 kA02 kA0 = F s ⇒ s = = 2 Fc µ mg * Phần trăm lắc bị dao động toàn phần: (Ta xét lắc dao động tắt dần chậm (ma sát nhỏ) độ giảm biên độ sau chu kỳ: ∆A = A0 − A1 nhỏ nên coi gần A0 + A1 ≈ A ta có kA2 kA21 − A2 − A2 (A − A )( A + A1 ) ∆W W − W ' ∆A = = 2 = 1= =2 kA W W A0 A0 A0 * Phần trăm lắc bị sau n chu kỳ: - Phần trăm biên độ bị giảm sau n chu kỳ: hna = A0 − An A0 A n - Phần trăm biên độ lại sau n chu kỳ: A = − hna - Phần trăm lại sau n chu kỳ: hnw W A  = n = n ÷ W  A0  - Phần trăm bị chuyển thành nhiệt sau n chu kỳ: = W − Wn = − hnw W b Khảo sát chi tiết: Bài toán tổng quát: Cho hệ hình vẽ, lúc đầu giữ vật A thả nhẹ vật dao động tắt dần Tìm vị trí vật đạt vận tốc cực đại giá trị vận tốc cực đại Khi khơng có ma sát, vật dao động điều hòa xung quanh VTCB O Khi có thêm lực ma sát lực ma sát làm thay đỏi VTCB Xét trình chuyển động từ A sang A’ Lực ma sát có hướng ngược lại nên làm dịch VTCB đến I cho lực đàn hồi lực ma sát trượt: kxI = µ mg → xI = µ mg Lúc biên độ vật k là: AI = A0 − xI nên vận tốc cực đại I vI = ω AI Sau vật chuyển động chậm dần dừng lại điểm A1 đối xứng với A qua I Do đó, li độ cực đại so với O A1 = AI - xI = A0- 2xI - Qúa trình chuyển động từ A sang A VTCB dịch chuyển đến I’, biên độ lúc A’ I = A1- xI tốc độ cực đại I’ vI ' = ω AI ' Sau chuyển động chậm dần dừng lại điểm A đối xứng với A1 qua I’ Do đó, li độ cực đại so với O A2 = AI ' − xI = A1 − xI = A0 − 2.2 xI Khảo sát q trình hồn tồn tương tự Như vậy, sau chu kỳ (sau lần qua O) biên độ so với O giảm lượng:  A1 = A0 − ∆A1   A = A − 2∆A  2 Fms µ mg  ∆A1 = xI = =  A3 = A0 − 3∆A1 k k  2    An = A0 − n.∆A1  * Quãng đường sau thời gian t= T T T T , ,3 .n là: 2 2 T là: S = A0 + A1 t = T là: S = A0 + A1 + A2 t = T là: S = A0 + A1 + A2 + A3 t = n T là: S = A0 + A1 + A2 + .2 An −1 + An Chú ý: Vật dừng lại vị trí từ − xI → xI Nếu vật dừng lại vị trí x đường tổng cộng là: k ( A2 − x ) A2 − x S= = µ mg ∆A1 A0 =n+q (q