Xây dựng mô phỏng quan hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa trong bài dao động điều hòa trên phần mềm geogebra

MỤC LỤC Stt 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.4 3.1.1 3.1.2 Nội dung Mở đầu Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung đề tài sáng kiến kinh nghiệm Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Mối quan hệ chuyển động tròn dao động điều hòa Giới thiệu phần mềm Geogebra Hướng dẫn cài đặt phần mềm Giao diện phần mềm Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Xây dựng mô Xây dựng mô quan hệ chuyển động tròn dao động điều hịa Xây dựng mơ tìm thời gian ngắn vật từ li độ x1 đến x2 Sử dụng mơ dao động điều hịa Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Kết luận Kết Các kết luận chung TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 2 2 3 3 6 10 12 13 14 14 14 15 1 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Trong chương trình vật lí lớp 10 học sinh học số loại chuyển động là: thẳng đều, thẳng biến đổi đều, chuyển động tròn chuyển động ném xiên Khi tiếp cận với loại chuyển động học sinh biết giải loại tập xác định quãng đường thời gian chuyển động vật Tuy nhiên chuyển sang loại chuyển động dao động điều hịa việc xác định thời gian quãng đường vật không giống với em gặp loại chuyển động học lớp 10 Do người ta phải dùng phương pháp đường tròn lượng giác để giải toán xác định quãng đường thời gian chuyển động vật quãng đường Tuy nhiên sử dụng phương pháp học sinh cần phải hình dung mối quan hệ chuyển động trịn chất điểm với hình chiếu trục, việc tương đối khó hiểu học sinh có học lực trung bình tơi tiến hành Xây dựng mơ quan hệ chuyển động tròn dao động điều hòa dao động điều hòa phần mềm Geogebra 1.2 Mục đích nghiên cứu Trong q trình giảng dạy nhận thấy dạy tập xác định thời gian chuyển động vật dao động điều hịa học sinh cịn lúng túng khơng biết cách xác định sử dụng phương pháp đường trịn lượng giác nên tơi tiến hành xây dựng mơ để học sinh có nhìn trực quan cho việc giải tốn Từ làm tốt tập phần 1.3 Đối tượng nghiên cứu Là học sinh lớp 12A3 năm học 2019-2020 học dao động điều hòa làm tập xác định thời gian chuyển động vật dao động điều hịa có sử dụng mơ khơng sử dụng mô để so sánh hiệu việc sử dụng mô dạy dạng tập 1.4 Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phần mềm Geogebra xây dựng mô quan hệ chuyển động trịn với dao động điều hịa mơ tìm thời gian ngắn vật từ li độ x1 đến x2 Sử dụng mô dạy dao động điều hòa làm tập xác định thời gian ngắn vật từ x1 đến x2 học sinh lớp 12A3 năm học 2019-2020 sau thống kê kết học tập so sánh với lớp 12A2 dạy phần khơng sử dụng mơ Từ rút ưu điểm việc sử dụng mô dạy dao động điều hòa làm tập phần 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Mối quan hệ chuyển động tròn dao động điều hòa Khi nghiên cứu phương trình dao động điều hịa, biết vật chuyển động tròn quĩ đạo có hình chiếu xuống đường kính quĩ đạo dao động điều hịa Do dao động điều hịa có dạng x = Acos(ωt + ϕ) biểu diễn tương đương với chuyển động trịn có: - Tâm đường trịn vị trí cân - Bán kính đường tròn với biên độ dao động: R = A - Vị trí ban đầu vật đường trịn hợp với chiều dương trục ox góc ϕ - Tốc độ quay vật đường tròn ω - Bên cạnh cách biểu diễn trên, ta cần ý thêm: + Thời gian để chất điểm quay hết vòng (360 ) chu kỳ T + Chiều quay vật ngược chiều kim đồng hồ Hình + Góc mà bán kính nối vật chuyển động quét trình vật chuyển động tròn đều: ∆ϕ = ω.∆t ⇒ thời gian để vật chuyển động trịn góc ∆ϕ là: ∆t = ∆ϕ /ω = ∆ϕ.T/2π 2.1.2 Giới thiệu phần mềm Geogebra Geogebra chương trình miễn phí tốn học hỗ trợ việc học mơn hình học, đại số giải tích Chương trình phát triển tác giả Markus Hohenwarter Đại học Florida Atlantic Ứng dụng cung cấp hình biểu diễn đối tượng liên kết động Nó giúp liên kết tương tác hình biểu diễn khác nên người sử dụng nghiên cứu làm việc với nhiều cách khác Chương trình thực với điểm, đường thẳng, vecto đường cô-nic Người sử dụng nhập thao tác với phương trình, tọa độ, tạo điểm, đường thẳng, vecto đường cơ-nic cách xác Geogebra cho phép người dùng đưa vào số câu lệnh giúp việc vẽ hình trở nên đơn giản dễ dàng 2.1.3 Hướng dẫn cài đặt phần mềm Để cài đặt tải phần mềm từ trang chủ www.geogebra.org truy cập vào đường link https://www.geogebra.org/download chọn phiên GeoGebra Classic sau nhấn Download Mở file GeoGebra-Windows-Installer-5-0 Hình NhÊn Next ®Ĩ tiÕp tơc Hình NhÊn I Agree ®Ĩ ®ång ý với điều khoản quyền Hỡnh Có thể chọn cài đặt dạng tiêu chuẩn Standard cài đặt dạng điều chỉnh Custom Sau nhấn Install để tiến hành cài đặt Hình 5 Sau nhấn Finish để hồn tất cài đặt 2.1.4 Giao diện phần mềm Phần mềm hỗ trợ Tiếng Việt, tất hệ thống thực đơn, câu lệnh, hộp hội thoại thể tiếng Việt, thuận tiện cho giáo viên nhà trường Việt Nam - Thanh công cụ phần mềm thiết kế đơn giản với tính popup đổ xuống gọn nhẹ, đẹp mắt dễ sử dụng Thực đơn phần mềm Thanh công cụ Vùng làm việc Cửa sổ danh sách đối tượng Khung nhập lệnh trực tiếp Hình - Cửa sổ Danh sách đối tượng nằm bên trái hình vị trí lý tưởng cho người dùng quan sát điều khiển đối tượng tốn học hình Chức cho phép người dùng mở rộng hiểu biết dễ dàng việc điều khiển đối tượng hình Với đối tượng nằm danh sách bên trái, người dùng thực thao tác thường gặp chọn, xóa, thay đổi thuộc tính, - Cuối cùng, tính đặc biệt Geogebra Khung nhập lệnh trực tiếp nằm phía hình Tại người dùng phép nhập trực tiếp đối tượng toán học Rất nhiều đối tượng Đại số phải nhập từ vị trí 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Khi học dao động điều hịa tốn xác định thời gian chuyển động vật học sinh gặp khó khăn loại chuyển động không giống với loại chuyển động mà em học lớp 10 2.3 Xây dựng mô 2.3.1 Xây dựng mô quan hệ chuyển động tròn dao động điều hòa Đầu tiên ta tiến hành vẽ hệ trục tọa độ vòng tròn lượng giác Để vẽ hai đối tượng ta sử dụng lệnh sau: Dùng lệnh Đoạn thẳng để vẽ đoạn thẳng trục tọa độ vẽ Vec tơ Hình qua điểm để vẽ trục toa độ Hình Dùng lệnh Đường trịn biết tâm bán kính để vẽ hình trịn Hình Dùng lệnh Thanh trượt để tạo điểm chuyển động đường trịn Hình 10 Khi trượt tạo Hình 11 Tạo điểm M chuyển động đường tròn lệnh Quay đối tượng quanh điểm theo góc cho trước Hình 12 Để tạo hình chiếu điểm M trục Ox ta dùng lệnh Đường vng góc để dựng đường thẳng qua M vng góc với trục Ox tạo điểm P giao trục Ox đường thẳng dựng Hình 13 Dùng lệnh Đoạn thẳng để vẽ đoạn thẳng MP Hình 14 Sau dựng xong ta thu giao diện Hình 15 Để vẽ đồ thị ta nhập hàm số y = cosx vào khung nhập lệnh trực tiếp với giá trị cuối a=απ/1800, α góc quay điểm M Hình 16 Để tạo nút chuyển động ta dùng lệnh Chèn nút Hình 17 Sau tiến hành nhập lệnh Hình 18 Để tạo nút tạm dừng trở lại từ đầu ta làm tương tự với nút bắt đầu chuyển động Sau xây dựng xong mơ có giao diện 10 Hình 19 2.3.2 Xây dựng mơ tìm thời gian ngắn vật từ li độ x1 đến x2 - Ta biết qua mô phần vật chuyển động từ vị trí x đến vị trí x2 tương ứng vòng tròn lượng giác chất điểm chuyển động từ M đến H Do thời gian ngắn vật dao động điều hòa từ x đến x2 thời gian chất điểm chuyển động tròn đường tròn từ M đến H Nên xây dựng mô để học sinh thấy chất điểm dao động điều hòa từ x1 đến x2 bán kính nối chất điểm chuyển động tròn với tâm đường · tròn quét góc β = M 0OH thời gian chuyển động vật dao động điều hòa t= β ω - Để xây dựng mơ tiến hành vẽ hệ trục tọa độ đường tròn lượng giác, với cách làm giống phần xây dựng mô quan hệ chuyển động tròn dao động điều hòa - Để xây dựng mô vật dao động điều hịa trục Ox biểu diễn Hình 20 điểm P bán kính nối chất điểm chuyển động trịn với tâm đường trịn qt góc β tơi sử dụng khung nhập lệnh để nhập lệnh Goc( , , ) với điểm M0, đỉnh tâm O đường trịn góc β lấy giá trị từ trượt Hình 21 11 - Tiếp theo dựng đoạn thẳng OM 0, OM, MP để tạo hiệu ứng cho chất điểm chuyển động tròn hình chiếu dao động điều hịa bán kính nối điểm M với tâm O qt góc β ta thu giao diện Hình 22 - Tiến hành tạo nút Bắt đầu, tạm dừng trở lại ban đầu thu mô có giao diện Hình 23 2.3.3 Sử dụng mơ dao động điều hòa Khi dạy dao động điều hòa mục II ta tiến hành mở mơ có giao diện hình 19 Nhấn vào nút Start cho mô hoạt động, ban đầu cho ẩn 12 điểm P để học sinh thấy điểm M chuyển động trịn sau cho xuất trở lại điểm P đặt câu hỏi với học sinh điểm P chuyển động M chuyển động trịn Quan sát từ mơ học sinh thấy trả lời P thực dao động quanh O Từ hình vẽ sách yêu cầu học sinh lập biểu thức tính li độ x điểm P để từ nêu định nghĩa dao động điều hòa Khi dạy tập xác định thời gian ngắn vật chuyển động từ li độ x1 đến li độ x2 ta tiến hành mở mơ có dao điện hình 23, nhấn nút Play cho mô hoạt động, M chuyển động đến điểm H nhấn nút Pause cho điểm M dừng H Khi đặt câu hỏi với học sinh “khi chất điểm chuyển động tròn chuyển động từ M0 đến H vật dao động điều hòa từ đâu đến đâu” học sinh trả lời từ quan sát Tiếp đặt câu hỏi “thời gian chất điểm chuyển động tròn từ M đến H có vật dao động điều hịa từ x1 đến x2 khơng” đặt tiếp câu hỏi “thời gian vật chuyển động tròn từ M0 đến H xác định nào” Từ ta có câu trả lời xác định thời vật dao động điều hòa từ x1 đến x2 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Khi sử dụng sáng kiến kinh nghiệm giảng dạy nhận thấy học sinh tiếp thu nhanh có khả giải tập xác định thời gian vật dao động điều hịa so với lớp tơi dạy tập phần không sử dụng mô Qua sáng kiến kinh nghiệm sử dụng giảng dạy giúp học sinh hiểu ý nghĩa việc sử dụng phương pháp đường tròn lượng giác giải tốn dao động điều hịa 13 Kết luận 3.1 Kết Tác giả tiến hành thực nghiệm lớp 12A3 trường THPT Triệu Sơn Kết kiểm tra sau học phần dao động có sử dụng mơ q trình dạy học so sánh với kết học tập lớp 12A2 học phần không sử dụng mô 45 GIỎI % 4,7 KHÁ % 45,2 TB % 47,8 YẾU % 2,3 KÉM % 42 34,7 56,6 8,7 Lớp Sĩ số 12A 12A Như chứng tỏ mức độ hiểu làm tốt tập học sinh học phần dao động có sử dụng mơ cao hơn, mức độ hứng thú học tập học sinh cao 3.2 Các kết luận chung - Đề tài xây dựng mô quan hệ chuyển động tròn với giao động điều hòa mô xác định thời gia ngắn vật dao động từ vị trí x1 đến vị trí x2 - Qua việc sử dụng mô giảng dạy giúp học sinh hiểu ý nghĩa việc sử dụng phương pháp đường tròn lượng giác giải tốn dao động điều hịa - Việc sử dụng mô tạo hứng thú với học sinh học phần dao động điều hịa, sở để học sinh học tốt phần sóng cơ, điện xoay chiều… XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 03 tháng 07 năm 2020 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Phạm Văn Hải 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) Sách giáo khoa Vật lí 12 NXB Giáo dục 2008 Dương Trọng Bái Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý trung học phổ thông NXB Giáo dục 2002 Nguyễn Cảnh Hịe, Nguyễn Mạnh Tuấn Phương pháp giải tốn Vật lý 12 theo chủ đề NXB Giáo dục 2009 Lê Cơng Triêm Sử dụng máy vi tính dạy học Vật lí NXB Giáo dục 2005 Nguyễn Quang Hậu Đề thi tuyển sinh năm học 2000 - 2001 NXB Giáo dục 2001 Vũ Thanh Khiết Một số phương pháp chọn lọc để giải toán vật lý sơ cấp, Tập - NXB Giáo dục 1999 Trần Phúc Hòa Phần mềm Geogebra 5.0 hướng dẫn sử dụng ứng dụng mơn tốn cấp ba Tài liệu sưu tầm Internet 15 Mẫu (2) DANH MỤC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đà ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN, TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Phạm Văn Hải Chức vụ đơn vị công tác: Tổ trưởng tổ Vật lí – Tin – Cơng nghệ Trường THPT Triệu Sơn TT Tên đề tài SKKN Cấp đánh giá xếp loại Kết đánh giá xếp loại Năm học đánh giá xếp loại (Ngành GD cấp huyện/tỉnh; Tỉnh ) (A, B, C) Tỉnh C 2009-2010 Tỉnh C 2015-2016 Xây dựng mô đường tia sáng qua lăng kính phần mềm Geomete’r Sketchpad Sử dụng câu hỏi định hướng giải tập phần mắt học sinh có học lực trung bình * Liệt kê tên đề tài theo thứ tự năm học, kể từ tác giả tuyển dụng vào Ngành thời điểm 16 ... hành Xây dựng mô quan hệ chuyển động tròn dao động điều hòa dao động điều hịa phần mềm Geogebra 1.2 Mục đích nghiên cứu Trong q trình giảng dạy tơi nhận thấy dạy tập xác định thời gian chuyển động. .. giống phần xây dựng mơ quan hệ chuyển động trịn dao động điều hịa - Để xây dựng mơ vật dao động điều hòa trục Ox biểu diễn Hình 20 điểm P bán kính nối chất điểm chuyển động tròn với tâm đường tròn. .. nghiên cứu Sử dụng phần mềm Geogebra xây dựng mô quan hệ chuyển động tròn với dao động điều hịa mơ tìm thời gian ngắn vật từ li độ x1 đến x2 Sử dụng mô dạy dao động điều hòa làm tập xác định thời