Hướng dẫn học sinh giải nhanh bài tập đồ thị sóng cơ

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Đất nước ta thời kỳ xây dựng, đổi đẩy mạnh cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước Để đáp ứng nhu cầu xã hội, ngành Giáo dục có thay đổi mặt đặc biệt PPDH Giáo dục phổ thông nước ta thực bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận lực người học, nghĩa từ chỗ quan tâm đến việc học sinh học đễn chỗ quan tâm học sinh vận dụng qua việc học Vài năm trở năm trở lại Bộ giáo dục đào tạo áp dụng hình thức thi với thi KHTN kì thi THPT Quốc Gia, Trong đề thi với số lượng 40 câu, thời gian 50 phút, để làm tốt thi học sinh khơng biết cách giải chưa đủ mà cần phải biết cách giải nhanh gọn, xác Trong q trình thực giảng dạy cho đối tượng học sinh em chuẩn bị thi THPT Quốc Gia Nhất với hình thức đề thi trắc nghiệm khách quan áp dụng Tơi thấy thân khơng giáo viên, học sinh xuất nhu cầu lớn làm tìm phương pháp giải nhanh gọn dạng tập toàn chương trình Để vừa lấy kết xét tốt nghiệp xét tuyển vào trường Đại học để thi phải đảm bảo hai yếu tố đề thi xuất nhiều dạng tập đồ thị hầu hết tất chương tập đồ thị sóng khai thác sử dụng nhiều đề thức đề thi thử sở trường nước Dạng tập sóng gây đau đầu cho đa số học sinh chí giáo viên khai thác chất vật lí, tính thơng minh học sinh phù hợp với cấu trúc đề thi Vì để giúp cho học sinh hiểu rõ chất dạng tập tìm mẫu chốt để giải dạng tập này, qua nhiều năm công tác đứng lớp mũi nhọn nhà trường tơi tích lũy mạnh dạn chọn đề tài “ Hướng dẫn học sinh giải nhanh tập đồ thị sóng ” làm đề tài SKKN để chia sẻ với đồng nghiệp em học sinh Với mục đích giúp em tự học tổ chức hướng dẫn mức giáo viên trình bày theo bước lôgic đề tài chắn phát triển tư độc lập, sáng tạo, góp phần hình thành phương pháp nhu cầu tự học, bồi dưỡng hứng thú học tập, tạo niềm tin niềm vui học tập cho học sinh 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài - Giúp học sinh hiểu chất đồ thị dao động phần tử vật chất biến thiên theo thời gian đồ thị sóng biến thiên theo khơng gian - Xây dựng hệ thống tập đồ thị chương sóng - Vật lí 12 - Vận dụng hệ thống tập xây dựng vào trình dạy học theo định hướng phát triển lực 1.3 Đối tượng nghiên cứu đề tài - Nội dung kiến thức, kỹ trình dạy học Chương “Dao động Sóng học - Vật lí 12” - Xây dựng cách phát mẫu chốt vấn đề đồ thị nhằm định hướng phát triển lực học sinh - Các tập đồ thị - Đánh giá hiệu trình vận dụng vào giảng dạy 1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài Để thực nhiệm vụ mục đích đề tài, sử dụng phương pháp sau: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu sách, báo, tài liệu tham khảo để xây dựng sở lí luận đề tài, cho đề xuất tiến trình dạy học - Phương pháp quan sát sư phạm - Phương pháp điều tra khảo sát thực tiễn, thu thập thông tin - Phương pháp thực nghiệm sư phạm NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận 2.1.1 Kiến thức Bước sóng : v 2 v  = vT = f   Phương trình sóng Tại nguồn O : uO = Acos(t + ) Tại điểm M cách O đoạn x phương truyền sóng x  * Sóng truyền theo chiều dương trục Ox : uM = AMcos(t +  - 2 ) x * Sóng truyền theo chiều âm trục Ox : uM = AMcos(t +  + 2 ) Độ lệch pha hai điểm cách nguồn khoảng x1, x2    x1  x2 v  2 x1  x2   2  x  + Hai điểm pha :   k 2 + Hai điểm dao động ngược pha :   (2k  1) + Hai điểm dao động vuông pha :   (2k  1)  Đồ thị sóng a Đồ thị sóng biến thiên theo thời gian b Đồ thị sóng biến thiên theo khơng gian * Chú ý: sóng tryền qng đường tương ứng thời gian ( a số) Ví dụ: tương ứng thời gian là c Trạng thái chuyển động phần tử môi trường theo phương truyền sóng phần tử mơi trường trước định sóng gần chuyển động xuống, phần tử môi trường sau đỉnh gần chuyển động lên 2.2 Thực trạng vấn đề Từ thực tế trực tiếp giảng dạy học sinh lớp, trao đổi đồng nghiệp tham khảo tài liệu có thị trường, qua năm gần tơi nhận thấy đại phận học sinh coi tốn liên quan đến đồ thị nói chung độ thị sóng nói riêng tốn khó với đại phận học sinh Khó chỗ Học sinh coi đồ thị sóng biến thiên theo thời gian đồ thị sóng biến thiên theo khơng gian ( hình ảnh sợi dây) khơng tìm điểm đặc biệt đồ thị để tháo nút tốn Vì vận dụng lúng túng, có giải khơng hiểu chất vấn đề, giải nhiều thời gian, không phù hợp cách thi Sở dĩ có thực trạng theo tơi số nguyên nhân sau: - Thứ phân phối chương trình theo chuẩn kiến thức kỹ có giới hạn nên dạy lớp giáo viên khơng thể sâu vào phân tích cách chi tiết dạng bại tập đồ thị Vì đại phận học sinh khơng thể hệ thống hóa phươg pháp tối ưu để giải dạng tài tập Trong đề thi năm gần khai thác nhiều dạng tập có mức độ từ khó tới cực khó so với chuẩn kiến thức, kỹ - Thứ hai tài liệu tham khảo thị trường chưa có tài liêu viết riêng mảng tập đồ thị nên học sinh khơng có thêm nguồn tài liệu để tham khảo Vì đại phận học sinh khơng thể tự phân tích, tổng hợp để hình thành phương pháp hay tháo gỡ nút thắt toán đồ thị khó để đưa tốn - Thứ ba phương pháp giải truyền thống không phù hợp với cách thi với mức độ đề có phân hóa cao đặc biệt dùng phương pháp cũ nhiều toán rơi vào bế tắc Từ vấn đề dẫn đến học sinh gặp nhiều khó khăn giải tập phần đồ thị sóng đề thi THPT Quốc Gia đề thi thử sở trường nước 2.3 Các giải pháp giải vấn đề Xuất phát từ sở lí luận từ thực trạng dẫn đến hạn chế nêu trên, áp dụng số giải pháp để khắc phục hạn chế Cụ thể + Giải pháp thứ là: Qua củng cố kiến thức cho học sinh thấy điểm khác đồ thị sóng biến thiên theo thời gian đồ thị sóng biến thiên theo khơng gian + Giải pháp thứ hai là: Đồ sóng biến thiên theo khơng cho học sinh hiểu rõ phần tử sóng đăng chuyển động lên hay xuống sóng truyền theo chiều + Giải pháp thứ ba là: Xây dựng hệ thống dạng tập đồ thị thông hiểu tập đồ thị vận dụng vận dụng cao 2.3.1 BÀI TẬP THƠNG HIỂU Ví dụ 1: Cho trạng thái dao động M phưng truyền sóng hình vẽ Chiều truyền sóng A.từ lên B.từ phải qua trái C.từ xuống D.từ trái qua phải Hướng dẫn M M N - Xét phần tử N hình vẽ, ta thấy N đăng bắt đầu lên mà phần tử M lên trước suy phần tử M sớm pha hơn phần tử N Vậy sóng truyền từ phải qua trái Ta chọn đáp án: D - Lưu ý: Ta chọn phẩn tử N đỉnh sóng trước M Nhận xét: Cái khó đa số học sinh chọn phần tử để so sánh với phần tử M Để giải vấn đề em phải hiểu điểm đỉnh sóng hay hõm sóng sau phải vị trí cân Ví dụ : Xét sóng có trạng thái chiều truyền sóng hình vẽ Chiều chuyển động phần tử M M A.từ lên B.từ phải qua trái C.từ xuống D.từ trái qua phải M Hướng dẫn N - Xét phần tử N hình vẽ, sóng truyền từ phải qua trái nên N sớm pha M Mà N bắt đầu xuống Vậy M từ lên - Ta chọn đáp án: A Ví dụ 3: Trên sợi dây dài có sóng ngang hình sin truyền qua theochiều dương trục Ox Tại thời điểm t0, đoạn sợi dây có hình dạng hình bên Hai phần tử dây M Q dao động lệch pha A  rad C  rad B  D 2 rad rad Hướng dẫn + Từ hình vẽ dễ thấy: λ = , MQ = + Nên ta có x   Vậy độ lệch pha hai điểm O M Ta chọn đáp án: C Ví dụ 4: Một sóng hình sin truyền sợ dây dài Ở thời điểm t, hình dạng đoạn dây hình vẽ Các vị trí cân phần tử dây nằm trục Ox Bước sóng sóng A 48 cm B 18 cm C 36 cm D 24 cm Hướng dẫn Từ hình vẽ ta có   33  �   48 cm Ta chọn đáp án: A Ví dụ 5: Một sóng ngang hình sin truyền sợi dây dài Chu kì sóng s Ở thời điểm t, hình dạng đoạn sợi dây hình vẽ Các vị trí cân phần tử dây nằm trục Ox Tốc độ lan truyền sóng A m/s B m/s C m/s D m/s Hướng dẫn Từ hình vẽ ta có   12 cm Vận tốc truyền sóng v  12   m/s T Ta chọn đáp án: D 2.3.2 BÀI TẬP VẬN DỤNG VÀ VẬN DỤNG CAO Dạng 1: Độ thị sóng biến thiên theo khơng gian Ví dụ 1: Một sóng hh́ình sin truyền sợi dây theo chiều dương trục Ox Hh́nh vẽ mơ tả hh́ình dạng sợi dây thời điểm t1 (đường nét đứt) t2 = t1 + 0,2 (s) (đường liền nét) Tại thời điểm t2, vận tốc điểm N A 6,54 cm/s B 19,63 cm/s C 19,63 cm/s D 6,54 cm/s Hướng dẫn - Nhận xét: Sóng truyền theo chiều từ trái qua phải nên phần tử N lên Tức N đăng qua vị trí cân theo chiều dương Vậy vận tốc N có giá trị cực đại: vN = , đến ta loại đáp án A C Ta cần tìm T xong Từ hình vẽ ta thấy ô dài = 0, cm, suy bước sóng: = 0,8 cm Trong khoảng thời gian 0,2 s sóng truyền khơng gian quãng đường s = ô = 0, cm = hay tương ứng mặt thời gian Vậy: vN = Ta chọn đáp án: B Ví dụ 2: Một sóng hình sin truyền sợi dây theo chiều dương trục Ox Hình vẽ mơ tả hình dạng sợi dây thời điểm t1 (đường nét đứt) t2 = t1 + 0,3 (s) (đường liền nét) Tại thời điểm t2, vận tốc điểm N A 65,4 cm/s B -65,4 cm/s C -39,3 cm/s D 39,3 cm/s Hướng dẫn Nhận xét: Sóng truyền theo chiều từ trái qua phải nên phần tử N lên Tức N đăng qua vị trí cân theo chiều dương Vậy vận tốc N có giá trị cực đại: , đến ta loại đáp án B C Ta cần tìm T xong Từ hình vẽ ta thấy dài = 30 cm, suy ô dài = cm bước sóng: = 40 cm Trong khoảng thời gian 0,3 s sóng truyền khơng gian qng đường s = ô = 15 cm = hay tương ứng mặt thời gian Vậy: vN = Ta chọn đáp án: D Ví dụ 3: Một sóng truyền trục Ox dây đàn hồi dài với tần số f = 1/3 Hz Tại thời điểm t0 = thời điểm t1 = 0,875s hình ảnh sợi dây mơ tả hình vẽ Biết d2 – d1 = 10 cm Gọi  tỉ số tốc độ dao động cực đại phần tử dây tốc độ truyền sóng Giá trị  A π C 5 B 3 D 2 Mt0 Hướng dẫn Cách giải 1/// -8 Nt0 Nt1 M Ta có : N Từ đồ thị dễ thấy A = cm Vậy ta phải tìm λ - Xét phần tử M N hình vẽ - Tại thời điểm t1 phần tử N biểu diễn hình vẽ, trước khoảng thời gian ( tức thời điểm t0 ) tương ứng với góc quay ( Cung NtoNt1) - Ở thời điểm t0 phần tử M biểu diễn hình vẽ - Từ hình vẽ ta thấy M, N lệch pha góc: = 2250 - Mặt khác theo gải thiết ta có: - Suy ra: λ = 16 cm Vậy rad Ta chọn đáp án: A Cách giải - Xét phần tử P Q P Q - Theo raMsóng truyền từ P đến Q khoảng N thời gian 10 tương ứng mặt không gian là: PQ = -Tương tự, từ đồ thị ta thấy MP = QN = - Vậy MN = MP + PQ + QN = - Suy ra: λ = 16 cm Vậy rad Ta chọn đáp án: A Ví dụ 4: Một sóng ngang hình sin truyền dao cơ,dài điệnHình xoayvẽ chiều sang cáccủa dạng tập đồ thị dao động cơ, điện xoay chiều mộtđộng sợi dây bên rộng hình dạng 10 đoạn dây thời điểm xác định Trong trình lan truyền sóng, khoảng cách lớn hai phần tử M N có giá trị -10 gần với giá trị sau đây? A 8,5 cm B 8,2 cm C 8,35 cm D 8,02 cm Hướng dẫn Gọi a chiều ô, từ đồ thị dễ thấy: a = cm, λ = 24 cm Suy ra: MN = cm Độ lệch pha dao động hai phần tử M N   2x 2.8 2    24 rad -1 M N u(cm) + Khoảng cách hai chất điểm d  x  u Ta có với ∆x khơng đổi, d lớn ∆u lớn �2 � u max   u M  u N  max  A  A  2A.Acos � � cm �3 � 11 Vậy d max  x  u max  82   3 �8, 2cm Ví dụ 5:Sóng truyền sợi dây đàn hồi theo ngược chiều dương trục Ox Tại thời điểm hình dạng sợi dây cho hình vẽ Các điểm O, M, N nằm dây Chọn đáp án A ON  30cm , N lên B ON  28cm , N lên C ON  30cm , N xuống D ON  28cm , N xuống + Theo phương truyền sóng, so sánh với đỉnh gần Trước đỉnh sóng phần tử mơi trường xuống, sau đỉnh sóng phần tử mơi trường lên � N trước đỉnh M xuống + Từ hình vẽ ta thấy điểm N có li độ   u N  2   AM 2x IN  2x IN �  � x IN  cm  48 ON  28 cm Vậy  Đáp án D 2.3.2 Bài tập rèn luyện 12 Câu 1: Một sóng truyền theo phương AB Tại thời điểm đó, hình dạng sóng có dạng hình vẽ Biết điểm M lên vị trí cân Khi điểm N chuyển động A xuống B đứng yên C chạy ngang D lên Câu 2: Một sóng ngang hình sin truyền sợi dây dài Hình vẽ bên hình dạng đoạn dây thời điểm xác định Trong q trình lan truyền sóng, hai phần tử M N lệch pha góc A C 2  B D 5  Câu 3: Một sóng ngang hình sin truyền sợi dây dài Chu kì sóng s Ở thời điểm t, hình dạng đoạn sợi dây hình vẽ Các vị trí cân phần tử dây nằm trục Ox Tốc độ lan truyền sóng A m/s B m/s C m/s D m/s Câu 4: Một sóng hình sin lan truyền sợi dây đàn hồi theo chiều dương trục ox Hình vẽ bên mơ tả hình dạng sợi dây thời điểm t Cho tốc độ truyền sóng dây 64 cm/s Vận tốc điểm M thời điểm t2 = t1 + 1,5 s gần giá trị sau đây? A 26,65 cm/s B –26,65 cm/s C 32,64 cm/s D –32,64cm/s 13 Câu 5: Một nguồn phát sóng hình sin đặt O, truyền dọc theo sợi dây đàn hồi căng ngang dài OA với bước sóng 48 cm Tại thời điểm t t2 hình dạng đoạn dây tương ứng đường đường hình vẽ, trục Ox trùng với vị trí cân sợi dây, chiều dương trùng với chiều truyền sóng Trong M điểm cao nhất, u M, uN, uH li độ điểm M, N, H Biết u 2M  u 2N  u H2 biên độ sóng khơng đổi Khoảng cách từ P đến Q A cm B 12 cm C cm D cm 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Với việc triển khai thực nêu tiến hành lấy ý kiến đồng nghiêp, học sinh, theo dõi tinh thần thái độ học sinh trình học tập qua kiểm tra khảo sát đánh giá đại phận học sinh lớp dạy năm vững phương pháp, kỹ giải nhanh Đồng thời có nhiều học sinh tự nghiên cứu sâu tập hay khó tập đồ thị - Thực tế giảng dạy cảm thấy tự tin tất tốn giải cụ thể, dễ hiểu gắn gọn ví dụ minh hoạ rõ ràng Và đạt kết 14 định: học sinh tích cực tham gia giải tập, nhiều em tiến nhanh, nắm vững kiến thức tạo hứng thú say mê học tập mơn Vật lý Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em bồi dưỡng khả tự học sáng tạo phương pháp giải nhanh cho dạng tốn khác chương trình - Với sở lý thuyết xây dựng tỉ mỉ, khoa học, xác giúp cho đồng nghiệp, học sinh hiểu sâu sắc số kiến thức mà lâu thừa nhận chưa tự chứng minh - Sáng kiến giúp học sinh tự tin, u thích mơn vật lý đặc biệt phần tập đồ thị nói chung đồ thị dao động sóng học nói riêng, học sinh không chịu khuất phục tốn khó Kết luận, kiến nghị 3.1.Kết luận Từ việc vận dụng Sáng kiến giúp cho học sinh hiểu rõ chất tốn dạng đồ thị, nắm vững phương pháp, có kỹ giải nhanh Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em bồi dưỡng khả tự học sáng tạo phương pháp giải nhanh cho dạng toán khác chương trình Ngồi mục đích giải nhanh tốn đồ thi sóng cơ, từ học sinh tư mở rộng sang dạng tập đồ thị dao động cơ, điện xoay chiều sáng kiến tài liệu bổ ích giúp cho học sinh, đồng nghiệp tham khảo cách nhanh Tóm lại: Tuy qúa trình thực gặp khó khăn nêu trên, đồng thời việc tổ chức thực với số tiết học thời gian chưa nhiều Nhưng với kết bước đầu đạt với đóng góp ý kiến đồng nghiệp tin tưởng sáng kiến thời gian tới tài liệu bổ ích học sinh đồng nghiệp, góp phần nâng cao hiệu quả trình giảng dạy bậc THPT Rất mong đóng góp ý kiến bổ sung bạn đồng nghiệp 3.2 Kiến nghị 3.2.1 Đối với tổ chuyên môn + Trong trình hướng dẫn học sinh sử dụng sáng kiến thiết học sinh phải chứng minh kết cho sử dụng, tránh kiểu học thuộc lòng 15 + Do số tiết lớp không nhiều mà nội dung kiến thức lại lớn đồng thời để bồi dưỡng khả tự học học sinh giáo viên cần hướng dẫn cho học sinh nội dụng cốt lõi cho học sinh nhà tự nghiên cứu tiếp sau cần trả lời vấn đề học sinh khúc mắc 3.2.2 Đối với Sở Giáo Dục + Đối với sở giáo dục nên triển khai rộng rãi sáng kiến ngành xếp giải cho anh chị em giáo viên tỉnh tham khảo, mở mang thêm kiến thức kỹ XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Nga Sơn, ngày 25 tháng 05 năm 2018 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết SKKN Mai Đăng Ngọc 16 ... tài liệu có thị trường, qua năm gần nhận thấy đại phận học sinh coi toán liên quan đến đồ thị nói chung độ thị sóng nói riêng tốn khó với đại phận học sinh Khó chỗ Học sinh coi đồ thị sóng biến... kiến đồng nghiêp, học sinh, theo dõi tinh thần thái độ học sinh trình học tập qua kiểm tra khảo sát đánh giá đại phận học sinh lớp dạy năm vững phương pháp, kỹ giải nhanh Đồng thời có nhiều học sinh. .. Đồ sóng biến thiên theo không cho học sinh hiểu rõ phần tử sóng đăng chuyển động lên hay xuống sóng truyền theo chiều + Giải pháp thứ ba là: Xây dựng hệ thống dạng tập đồ thị thông hiểu tập đồ