Xây dựng và hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập chương sóng cơ học vật lí 12 nâng cao nhằm phát triển tư duy và nâng cao hiệu quả tự học của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC ĐINH THỊ HƯƠNG XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “SÓNG CƠ HỌC” VẬT LÍ 12 NÂNG CAO NHẰM PHÁT TRIỂN TƯ DUY VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ TỰ HỌC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÝ) Mã số: 60 14 01 11 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Huy Sinh HÀ NỘI – 2015 LỜI CẢM ƠN Lời luận văn, xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ tơi suốt khóa học q trình nghiên cứu đề tài Đặc biệt, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Huy Sinh – người trực tiếp hướng dẫn tận tình bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình nghiên cứu, thực đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo em học sinh Trường trung học phổ thơng Ngơ Quyền, thành phố Hải Phịng tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình hồn thành luận văn Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến bố, mẹ, chồng động viên tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khố học trường Đại học giáo dục, Đại học quốc gia Hà Nội Hà Nội, ngày 28 tháng 11 năm 2012 Học viên Đinh Thị Hương i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh PPDH Phương pháp dạy học SBT Sách tập SGK Sách giáo khoa STT Số thứ tự THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm ii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1.Vài trò tập dạy học vật lý 1.1.1 Bài tập vật lý 1.1.2 Các kiểu tập vật lý 1.2 Phương pháp giải tập vật lý 1.2.1 Các bước giải tập 1.2.2 Xây dựng lập luận giải tập 1.3 Hướng dẫn học sinh giải tập vật lý 12 1.3.1 Hướng dẫn theo mẫu 12 1.3.2 Hướng dẫn tìm tịi 13 1.3.3 Định hướng khái qt chương trình hóa 14 1.3.4 Lựa chọn sử dụng tập dạy học vật lí 15 1.4 Tư giải tập vật lý 16 1.4 Tự học 16 1.5 Thực trạng sử dụng hệ thống tập vật lí trường THPT 17 1.5.1 Phương pháp điều tra 17 1.5.2 Phân tích kết điều tra đánh giá chung 22 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 NÂNG CAO 25 2.1 Vị trí vai trị chương “Sóng cơ” Vật lý 12 nâng cao THPT 25 2.2 Cấu trúc chương “Sóng cơ” 26 2.3 Mục tiêu dạy học chương “Sóng cơ” Vật lý 12 Nâng cao 34 2.2.1 Chuẩn kiến thức, kĩ phần sóng 34 iii 2.2.2 Mục tiêu chi tiết sóng 35 2.4 Phân loại tập chương “Sóng cơ” THPT Vật lý 12 Nâng cao 38 2.5 Nguyên tắc xây dựng sử dụng hệ thống tập chương “Sóng cơ” Vật lý 12 Nâng cao 39 2.5.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống tập 39 2.5.2 Nguyên tắc sử dụng hệ thống tập 39 2.6 Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Sóng cơ” Vật lý 12 nâng cao 39 2.6.1 Dạng 1: Đại cương song 40 2.6.2 Dạng 2: Giao thoa sóng 46 2.6.3 Dạng 3: Sóng dừng: Dạng tập đề cập đến vấn đề liên quan đến Sóng dừng bao gồm tập 57 2.6.4 Dạng 4: Tính đại lượng đặc trưng sóng âm 66 2.6.5 Dạng : Hiệu ứng Đốp le : 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 78 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 78 3.2 Đối tượng phương thức thực nghiệm sư phạm 78 3.3 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 79 3.3.1 Phân tích định tính trình TNSP 79 3.3.2 Phân tích định lượng 80 3.4 Hiệu trình TNSP 88 KẾT LUẬN CHƯƠNG 89 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 93 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1a Bảng thống kê điểm số kiểm tra trước TNSP 82 Bảng 3.1b Bảng thống kê điểm số kiểm tra sau TNSP 82 Bảng 3.2a Bảng thống kê số % kiểm tra đạt điểm Xi kiểm tra trước TNSP 83 Bảng 3.2b Bảng thống kê số % kiểm tra đạt điểm Xi kiểm tra sau TNSP83 Bảng 3.3a Tần suất tích lũy hội tụ lùi kiểm tra trước TN 83 Bảng 3.3b Tần suất tích lũy hội tụ lùi kiểm tra sau TN 83 Bảng 3.4a Bảng tổng hợp tham số nhóm ĐC TN kiểm tra trước TN 87 Bảng 3.4b Bảng tổng hợp tham số nhóm ĐC TN kiểm tra sau TNSP 87 v DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Sóng cơ” Vật lý 12 chương trình nâng cao 26 Hình 2.2 Minh họa tượng giao thoa hai sóng kết hợp S1 S2 28 Hình 2.3 Hiện tượng sóng dừng 30 Hình 2.4 Sóng dừng trường hợp hai đầu dây cố định 31 Hình 2.5 Sóng dừng trường hợp đầu dây cố định 31 Hình 2.6 Sơ đồ phân loại tập chương “Sóng cơ” Vật lý 12 nâng cao THPT .38 Hình 2.7 Mơ tả tập 11 43 Hình 2.8 Giao thoa hai nguồn sóng dao động pha 48 Hình 2.9 Lời giải cho tập 52 Hình 2.10 Hình minh họa tập 56 Hình 2.11 Sóng dừng sợi dây với hai đầu nút 58 Hình 3.1 Biểu đồ phân bố điểm kiểm tra trước TNSP 84 Hình 3.2 Biểu đồ phân bố điểm kiểm tra sau TNSP 84 Hình 3.3 Đồ thị phân phối tần suất điểm (bài kiểm tra trước TNSP) 85 Hình 3.4 Đồ thị phân phối tần suất (bài kiểm tra sau TN) 85 Hình 3.5 Đồ thị phân phối tần suất tích lũy kiểm tra trước TNSP 86 Hình 3.6 Đồ thị phân phối tần suất tích lũy kiểm tra sau TNSP 86 vi MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong dạy học Vật lý việc sử dụng Hệ thống tập quan trọng việc phát triển tư cho học sinh Bài tập vật lý có tác dụng giúp cho học sinh hình thành, rèn luyện khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho việc đào sâu, mở rộng kiến thức Giải tập vật lý giúp cho học sinh có kĩ kĩ xảo cần thiết từ phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo Bài tập vật lý ln giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong dạy học vật lí trường phổ thông, giúp thực nhiệm vụ dạy học vật lí Bài tập vật lý sử dụng phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ học sinh, sử dụng phương tiện nghiên cứu tài liệu giai đoạn hình thành kiến thức cho học sinh, giúp cho học sinh lĩnh hội kiến thức cách sâu sắc vững Bài tập vật lý phương tiện để ơn tập, củng cố kiến thức lí thuyết học, đồng thời phương tiện để rèn luyện tư hiệu Thông qua tập vật lý bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh, đồng thời phương tiện rèn luyện cho học sinh khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống Trong kiến thức vật lý lớp 12 trung học phổ thông kiến thức sóng mảng kiến thức quan trọng góp phần làm hồn thiện hệ thống vật lý tổng thể mắt xích quan trọng hệ thống vật lý THPT.Chương trình vật lý 12 phần sóng chiếm thời lượng sau: phân phối chương trình cho sách giáo khoa (SGK) Vật lý 12 Nâng cao 12 tiết chiếm 11% tổng số tiết dành cho chương trình, số câu đề thi đại học câu chiếm 10% tổng số câu Kiến thức chương sóng bao gồm kiến thức chung sóng , cịn sử dụng cho chương tiếp sau chương IV “ Dao động sóng điện từ” chươngVI “Sóng ánh sáng” Kiến thức sóng xây dựng kiến thức tảng cho sóng khơng đại lượng mà tượng đặc trưng giao thoa, nhiễu xạ Như thấy học sinh cần phải nắm vững kiến thức sóng ,nhận dạng thực giải tốn sóng cách thành thạo Bài tập hệ thống tập dạy học nhiều nhà khoa học, nhà giáo dục học quan tâm, xây dựng phát triển Các công trình trước vấn đề phần lớn cịn mang tính lý thuyết khái qt hóa cao Do để góp phần đưa hệ thống tập vào trình dạy học trường THPT,thì nên xây dựng hướng dẫn giải chi tiết hệ thống tập Để ứng dụng hệ thống tập để dạy học có hiệu phần chương “Sóng cơ” thuộc chương trình vật lý 12 Nâng cao, tơi chọn đề tài nghiên cứu là: “ Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “ Sóng học” Vật lý 12 Nâng cao nhằm phát triển tư nâng cao hiệu tự học học sinh” Mục đích nghiên cứu -Xây dựng hệ thống tập chương ‘Sóng cơ”Vật lý 12 Nâng cao mang tính hệ thống, khoa học theo mức độ nhận thức học sinh -Hướng dẫn học sinh giải tập giúp học sinh nắm vững kiến thức, phát triển tư nâng cao hiệu tự học hoạt động giải tập Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông hành, chuẩn kĩ kiến thức, dạng tập phương pháp giải tập phần sóng - Xây dựng hệ thống tập hướng dẫn học sinh giải tập sóng dựa mục tiêu chuẩn kĩ kiến thức đề - Thực nghiệm sư phạm Đối tượng nghiên cứu Hoạt động dạy học giáo viên học sinh trình dạy học phần tập sóng cơ, vật lý 12 trung học phổ thơng theo mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ Giả thuyết nghiên cứu - Xây dựng hệ thống tập phù hợp với mục tiêu dạy học sử dụng hợp lý hình thức tổ chức hướng dẫn học sinh dạy giải tập vật lý khơng làm cho học sinh nắm vững kiến thức mà phát triển tư nâng cao hiệu tự học học sinh Giới hạn phạm vi nghiên cứu - Xây dựng hệ thống hướng dẫn học sinh giải tập chương “ Sóng cơ” Vật lý 12 Nâng cao trường THPT Ngơ quyền –Hải Phịng 8.Ý nghĩa khoa học đề tài - Góp phần nâng cao hiệu việc dạy giải tập Vật lý tạo hứng thú cho học sinh việc học tập tự học học sinh Luận văn sử dụng tài liệu giảng dạy môn vật lý Phương pháp nghiên cứu 9.1 Nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò hệ thống tập vật lý sóng chương trình vật lý 12 nâng cao trung học phổ thông - Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thơng, giáo trình, tài liệu hướng dẫn sóng nội dung sách giáo khoa tài liệu tham khảo có liên quan để xác định mức độ nội dung yêu cầu kiến thức, kĩ giải tập mà học sinh cần nắm vững 9.2 Nghiên cứu thực tiễn - Tìm hiểu nội dung chương trình, phương pháp hình thức tổ chức việc giải tập vật lí chương sóng - Điều tra thực tiễn việc sử dụng hệ thống tập giải tập vật lý phần sóng trường trung học phổ thơng S1;S2 -Điều kiện có cực đại; Cực dụng S1S2 Như ? -HS giải tâp - Thảo luận +Nhận xét -Tóm tắt? hai liên S1S2 ? -Điều kiện có cực đại áp dụng dể tìm ? -HS giải tâp - Thảo luận +Nhận xét -Biểu định biên độ sóng dừng? -Điều kiện có sóng dừng hai đầu Suy cách tính số Biên độ dao động nút số bụng ? AM 2A cos(2 -Điều sóng dừng sợi k dây đầu tụ đầu Suy cách tính số nút số bụng ? -Từ sóng phương dừng định ω,λ? - Biên độ dao động O ( x= 0) - Có cách tìm số điểm dao động với ON;OP? biên độ + HS giải tập - Thảo luận - Nhận xét d/ Điểm P cách gốc O đoạn x = 62cm, hỏi đoạn OP có điểm dao động với biên độ 2cm Bài tập nhà: ( phút ) Bài Trên mặt nước hai điểm S1, S2 người ta đặt hai nguồn sóng kết hợp, dao động điều hồ theo phương thẳng đứng với phương trình u A = uB = 6cos40 t (uA uB tính mm, t tính s) Biết tốc độ truyền sóng mặt nước 40cm/s, coi biên độ sóng khơng đổi truyền Trên đoạn thẳng S 1S2, điểm dao động với biên độ 6mm cách trung điểm đoạn S1S2 đoạn bao nhiêu? Đáp số 1/3cm Bài Một nguồn dao động gắn vào đầu sợi dây dài 2m, đầu sợi dây giữ cố định Tần số dao động nguồn thay đổi khoảng từ 31Hz đến 68Hz Sóng truyền dây với vận tốc 60m/s Hỏi, với tần số khoảng số bụng sóng dây nhất? Đáp số : 60Hz Rút kinh nghiệm ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 103 PHỤ LỤC ĐỀ KIỂM TRA - THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Bảng trọng số Chủ đề (chương) Sóng Ma trận đề kiểm tra Tên chủ đề Sóng phương trình sóng tiết =28% Phản xạ sóng Sóng dừng tiết = 14 % Giao thoa sóng tiết = 14 % Sóng âm Nguồn nhạc âm tiết =28% Hiệu ứng Đốp –Ple tiết = 14 % Tổng hợp: tiết = 100% 104 ( Nguồn đề chưa trộn – đáp án để A) Tại hai điểm S1, S2 cách 9,5 cm mặt nước Có hai nguồn dao động Câu điều hịa pha, tần số 100 Hz biên độ a Biết tốc độ truyền sóng mặt nước m/s Hỏi xẩy giao thoa sóng, đoạn S1S2 có điểm dao động với biên độ A 2a 38 Hai nguồn A B cách 9,5 cm d Câu f = 100 Hz gây tượng giao nước m/s Hai điểm M, N nằm trê AMNB hình vuông Số điểm dao đ chéo AN A 14 Câu Xét giao thao hai sóng phát Tại điểm có cực đại giao th A số lẻ lần nửa bước sóng C số nguyên lần bước sóng Câu Chọn phát biểu phát Câu A Sóng khơng truyền mơi trường khơng có tính đàn hồi B Sóng tạo thành nhờ lực hút phần tử mơi trường C Trong q trình truyền sóng cơ, tần số biên độ dao động giảm dần D Khi nguồn sóng ngừng dao động, sóng khơng cịn truyền Khi xảy sóng dừng dây đàn hồi khoảng cách hai nút sóng liên tiếp A nửa bước sóng C bước sóng 105 Câu Khoảng cách đỉnh môi trường với vậ A 50 Hz Câu Chỉ biểu thức sai tro A = /f Câu Hai điểm A hiệu số pha chúng l B khoảng cách chún C khoảng cách chún D hiệu số pha chúng l Câu Tại hai điểm A,B m phương trình : uA = 4co sóng mặt chất lỏng truyền sóng.Trên đoạn A = 5mm A điểm Câu 10 Phương trình s 2,0cos(4,0πt +0,020πx) giây(s).Bước sóng A λ= 100 cm Câu 11 Bước sóng A quãng đường mà sóng t B quãng đường mà sóng t 106 C đại lượng đặc trưng cho D khoảng cách hai đ Câu 12 Nguồn sóng O dao độ 0,4m/s phương Ox O,P,Q có PQ = 15cm C sóng truyền Nếu thờ A cm Câu 13 Tại mặt nước phương thẳng đứng với u2 = a2cos(40 t + A B cách 18 cm cm/s Gọi C vuông Số điểm dao độn A Câu 14 Một dây thép AB dài 60 dao động với tần số 50H truyền sóng dây A 12m/s Câu 15 tần 100 Hz, tốc độ truyề bụng sóng? A có nút sóng bụng C có nút sóng bụng Câu 16 Một sợi dây đàn hồi có cần rung với tần số 100 dây 12 m/s Khi thay nhiều bao A 16 lần A 1,42cm Câu 17 Hai nguồn âm tần số 425 Hz, cùn độ truyền âm 340 m/ O1O2 A 20 Câu 18 Trên sợi dây đàn có dây 80m/s Họa A 150Hz Câu 19 Một ống thuỷ đổi cột nước làm cho ch khoảng từ 45 cm đến 85 số 680 Hz Biết tốc độ t hưởng âm chiều dài A 62,5 cm Câu 20 Sóng phản xạ A bị đổi dấu phản xạ t B luôn không bị đổi C bị đổi dấu D bị đổi dấu phản xạ t Câu 21 Một sóng u = 28cos 20x - 2000t 108 giây.Vận tốc sóng A 100m/s Câu 22 Hiệu ứng Đốple A Thay đổi độ cao âm B Thay đổi cường độ âm đường mà C Thay đổi độ cao c cho D Thay đổi độ cao m Câu23 Trong trường hợp số lớn tần số â A Máy thu chuyển động B Nguồn âm chuyển độn C Máy thu chuyển động D Máy thu chuyển động Câu24 Khi nguồn phát âm chu người nghe thấy A có tần số lớn tần s B có bước sóng dài k C có cường độ âm lớn hơ D có tần số nhỏ tần s Câu 25 Một người xe máy tiến lại gần vách đá với tốc độ 54km/h bấm còi liên tục Biết còi phát với tần số f = 2100Hz tốc độ truyền âm khơng khí 330m/s Tính tần số âm phản xạ từ vách đá mà người nghe B 2922Hz D A 2300Hz C 2200Hz Câu 26 Mức cường độ âm λ Hãy tính cường độ âm theo đơn vị π 2511Hz Biết cường độ âm chuẩn -9 10 W/m A Câu 27 Một nguồn O phát sóng âm có cơng suất khơng đổi môi trường đẳng hướng không hấp thụ âm Tại điểm A , mức cường độ âm 40dB Nếu tăng công suất nguồn âm lên lần không đổi tần số thi mức cường độ âm A : B 67dB C 52dB D A 46 dB Câu 28 Khi nguồn phát âm chuyển động lại gần người nghe đứng yên người 160dB nghe thấy âm A có tần số lớn tần số nguồn âm B có bước sóng dài so với nguồn âm đứng yên C có cường độ âm lớn so với nguồn âm đứng yên D có tần số nhỏ tần số nguồn âm Câu 29 Một sóng truyền theo trục Ox x tính cm, t tính A Câu 30 200 cm/s Một điểm A mặt nước dao động với tần số 100Hz Trên mặt nước người ta đo khoảng cách gợn lồi liên tiếp 3cm Khi vận tốc truyền sóng mặt nước 110 A v = 50cm/s 111 ... là: “ Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “ Sóng học? ?? Vật lý 12 Nâng cao nhằm phát triển tư nâng cao hiệu tự học học sinh? ?? Mục đích nghiên cứu -Xây dựng hệ thống tập chương ? ?Sóng cơ? ? ?Vật. .. KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 CHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “SÓNG CƠ” VẬT LÝ 12 NÂNG CAO 25 2.1 Vị trí vai trị chương ? ?Sóng cơ? ?? Vật lý 12 nâng cao THPT... SINH GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ SÓNG CƠ ” VẬT LÝ 12 NÂNG CAO 2.1 Vị trí vai trị chương ? ?Sóng cơ? ?? Vật lý 12 nâng cao THPT Vật lý 12 Nâng cao THPT gồm 10 chương Chương III “ Sóng cơ? ?? sau chương