Sáng kiến kinh nghiệm: Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh một số bài tập Vật lý cấp THPT

Sáng kiến kinh nghiệm: Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh một số bài tập Vật lý cấp THPT được thực hiện nhằm dựa trên cơ sở phân tích các bước giải bài toán Vật lý, tính năng sử dụng của một số loại máy tính cầm tay, nghiên cứu hoạt động giải bài tập vật lý với sự hỗ trợ của máy tính cầm tay nhằm giải bài tập được nhanh và chính xác.

Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc I TÊN ĐỀ TÀI Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập vật lý cấp THPT II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Giải tập vật lý giúp cho học sinh (HS) ơn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức học Bài tập vật lý điểm khởi đầu để dẫn dắt kiến thức Bài tập vật lý giúp HS rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, khả vận dụng lý thuyết học để giải thích số tượng thực tế, làm tập Mức độ tiếp nhận kiến thức HS đánh giá thông qua kiểm tra, thông qua kỳ thi Kể từ năm học 2007 - 2008, Bộ GD&ĐT áp dụng hình thức thi trắc nghiệm môn Vật lý kỳ thi Tốt nghiệp THPT Tuyển sinh Đại học – Cao đẳng Vì vậy, việc ơn luyện, trả lời nhanh câu hỏi trắc nghiệm vật lý giáo viên giảng dạy học sinh đề cao Máy tính cầm tay (MTCT) dụng cụ học tập khơng thể thiếu giúp HS tính tốn phép tính tốn học thời gian ngắn xác Khi giải tập vật lý cần tới trợ giúp MTCT để thu kết toán Bắt đầu từ năm học 2007 - 2008, Sở GD&ĐT số tỉnh có tổ chức kỳ thi cấp tỉnh “Thi chọn Học sinh giỏi giải tốn máy tính cầm tay mơn vật lý cấp THPT”, Bộ GD&ĐT tổ chức kỳ thi khu vực “Thi chọn học sinh giỏi giải toán máy tính cầm tay mơn Vật lý cấp THPT” Hơn nữa, trường THPT Việt Bắc, kiểm tra định kỳ mơn Vật lý áp dụng hình thức kiểm tra trắc nghiệm 100 % lớp 12, 60% – 70% lớp 10 lớp 11 Hơn nữa, kết khảo sát việc sử dụng MTCT để tính tốn tìm đáp số giải tập vật lý, kết sau: + 20% sử dụng tốt MTCT + 65% biết sử dụng MTCT + 15% sử dụng MTCT Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc Vì vậy, việc hướng dẫn học sinh giải tập vật lý có hỗ trợ MTCT cần thiết; Giáo viên cần có đầu tư thời gian, cơng sức để có cách hướng dẫn HS cách hợp lý, giúp em tính tốn đến kết tập cách nhanh Xuất phát từ lý nêu trên, chọn đề tài nghiên cứu: “Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập vật lý cấp THPT” III NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1.Mục đích nghiên cứu Trên sở phân tích bước giải tốn vật lý, tính sử dụng số loại MTCT, nghiên cứu hoạt động giải tập vật lý với hỗ trợ MTCT nhằm giải tập nhanh xác Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu dạng tập vật lý cấp THPT - Nghiên cứu tính cách sử dụng loại máy tính cầm tay Casio - Fx 570MS , Casio - Fx 570ES loại máy tính có tính tương đương - Lựa chọn số tập vật lý tiêu biểu chương trình vật lý cấp THPT để hướng dẫn giải với hỗ trợ MTCT Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu lý luận dạy giải tập vật lý, SGK SGV Vật lý cấp THPT - Tổ chức thực nghiệm hướng dẫn học sinh giải tập vật lý với hỗ trợ MTCT thông qua số tự chọn, ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi - Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng MTCT, tham khảo số đề thi MTCT mạng internet Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: hoạt động dạy GV hoạt động học HS việc giải tập vật lý với hỗ trợ MTCT Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc - Phạm vi nghiên cứu : Một số tập tiêu biểu hướng dẫn HS giải tập với hỗ trợ MTCT Nội dung 5.1 Giới thiệu chức loại MTCT Các loại máy tính cầm tay có bán thị trường có chức bản: tính tốn, phép tốn có nhớ, giải phương trình, giải hệ phương trình, đổi đơn vị… Đối với máy Casio Fx 570 MS, Casio Fx 570 ES có thêm số chức năng: đạo hàm – tích phân, lệnh Solve – Calc, số phức… Trong đề tài này, đặc biệt quan tâm tới chức năng: tính tốn, lệnh solve – Calc, đạo hàm, tích phân, giải phương trình, giải hệ phương trình, tính tốn số phức 5.2 Cách trình bày cách giải tập vật lý với hỗ trợ MTCT Câu hỏi 1:………… Trình bày ngắn gọn lời giải nội dung vật lý Kết (chủ yếu biểu thức, phương trình) Câu hỏi 2:……… Trình bày ngắn gọn lời giải nội dung vật lý (chủ yếu biểu thức, phương trình) Kết 5.3 Hướng dẫn học sinh giải số tập vật lý với hỗ trợ MTCT nhãn hiệu “Casio Fx 570 ES” (Kết tốn xác tới chữ số thập phân) Bài Tại nơi Trái Đất, lắc đơn có chiều l1 dao động với chu kì T1; có chiều dài l2 dao động với chu kì T 2; Biết lắc đơn có Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc chiều dài (l1 + l2) dao động với chu kì T3 = 2,7 s; có chiều dài (l1 - l2) dao động với chu kì T4 = 0,8 s Hãy tính chu kì dao động T T2 lắc đơn có chiều dài tương ứng l1 l2? Tóm tắt cách giải - Biểu thức chu kì: T1  2. � Kết l1 l l l l l ; T2  2. ; T3  2. ; T4  2. g g g g l1 l2 l1  l2 l1  l2    �T12  T22  T32 ; T12  T22  T42 T12 T22 T3 T42 � T1  T32  T42 T  T42 ; T2  2 Tính T1: ( ( 2.7 x2 + 0.8 x2 )  ) = 1.991230775 Tính T2: Sau tính T1 bấm REPLAY dịch chuyển trỏ sửa dấu (+) thành dấu (-) biểu thức vừa tính T T1 = 1,9912 (s) bấm = Hoặc ( ( 2.7 x2 - 0.8 x2 )  ) = 1.823458253 T2 =1,8235 (s) Bài Cho hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số: x1 = 3,7sin(10t+ 0,32) (cm) ; x2 = 2,8cos(10t - 0,48) (cm) Tìm phương trình dao động tổng hợp? Tóm tắt cách giải Phương trình dao động tổng hợp: Kết x = x1 + x2 = 3,7sin(10t+ 0,32) + 2,8cos(10t - 0,48) x = 3,7cos(10t + 0,32 -  ) + 2,8cos(10t - 0,48) Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc Tìm x: SHIFT MODE MODE 3.7 SHIFT (-) ( 0.32 - ( SHIFT x10x  ) ) + 2.8 SHIFT (-) ( - 0.48 ) = 6.03271234 �-0.92151105 Kết quả: x = 6,0327cos(10t – 0,9215) (cm) x = 6,0327cos(10t – 0,9215) (cm) Bài Một ống dây dẫn có điện trở R hệ số tự cảm L Đặt vào hai đầu ống hiệu điện chiều 12 V cường độ dòng điện ống 0,2435 A Đặt vào hai đầu ống hiệu điện xoay chiều tần số 50 Hz có giá trị hiệu dụng 100 V cường độ hiệu dụng dòng điện ống dây 1,1204 A Tính R, L? Tóm tắt cách giải - Mắc ống dây vào hiệu điện chiều, ta có: Kết U1 = RI1 � R = Tính R: 12  0.2435 = 49.28131417 - Mắc ống dây vào hiệu điện xoay chiều, ta có: �Z  U2 ; Z L  Z  R2 I2 2 � U � � U � � L   � � � �� L  4. f �I � �I1 � R = 49,2813 (  ) Tính L: 2 � � U2 � � U1 �� � � � � �� � �I � �I1 �� � � ( ( 100 x2  1.1204 x2 ) - ( 12 x2  0.2435 x2 ) )  (  SHIFT x10x x2  50 x2 ) = 0.23687046 L = 0,2369 (H) Bài Chiếu hai xạ  = 0,555m 2 = 377nm vào catốt tế bào quang điện thấy hiệu điện hãm gấp lần Tìm giới hạn quang điện 0 kim loại làm catốt? Tóm tắt cách giải Kết Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc hc hc Áp dụng công thức Anhstanh:     eU h ta có: �hc hc  eU h1 �  31 �1  � 0  �hc hc 4  1 �   eU h � �  = 0,6587 m Tính  : x 0.555 x 0.377  ( x 0.377 – 0.555 ) = 0.658662119   = 0,6587 m Bài Hai điện tích điểm q1 = 10-8 C, q2 = 10-8 C đặt A B cách cm chân khơng Phải đặt điện tích q3 = 10-6 C đâu để điện tích q3 nằm cân (khơng di chuyển)? Tóm tắt cách giải ur ur F 13 , F 23 lực điện q1, q2 tác dụng lên q3 chân Kết không ur ur r ur ur q3 nằm cân khi: F 13  F 23  � F 13   F 23 � q3 đặt C nằm đoạn AB, F13 = F23 Ta có: F13  k F13  F23 � k | q1.q3 | | q q | F23  k 23 , AC CB | q1.q3 | | q q |  k 23 �  2 AC CB AC (9  AC )2 Tính AC: ( 1 ALPHA ) x2 ) ALPHA CALC ( AC = 3,0000 cm  ( - ALPHA ) ) x2 SHIFT CALC = Bài Hai điện tích q1 = q2 = 5.10-16C đặt cố định hai đỉnh B, C tam giác ABC cạnh a = cm Các điện tích đặt khơng khí có số điện mơi ε = 1,000594 Xác định cường độ điện trường t ại đỉnh trên? A tam giác nói Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc Tóm tắt cách giải - Điện trường q1 (tại B) gây A có độ lớn: E1 = k Kết | q1 | a - Điện trường q2 (tại C) gây A có độ lớn: E2 = k | q2 | a � Điện trường q1 q2 gây A E E1  E Do q1 = q2 nên E1 = E2 � E = 2E1.cos300  2.k | q1 | cos300 a Tính E:  x10x  x10x - 16  cos 30  ( ( x10x E = 1,2171.10-3 (V/m) - ) x2  1.000594 ) = 1.21712525.10-3 Bài Cho mạch điện hình vẽ Hiệu điện hai đầu đoạn mạch không đổi U = 7V Các điện trở R1 = 3, R2 = 6, AB là dây dẫn điện dài 1,5m tiết diện không đổi S = 0,1mm2, điện trở suất 4.10-7 m, điện trở ampe kế dây nối không đáng kể a Tính điện trở dây dẫn AB? b Xác định vị trí C để dòng điện qua ampe kế có cường độ 1/3 A? Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc Tóm tắt cách giải Kết RAB = 6,0000  l S a Áp dụng: RAB    6 b Giả sử RAC = x với < x < � RCB = – x Vì RA = nên UCD = �VC  VD � Chập C � D Sơ đồ mạch điện: (R1 // RAC) nt (R2 // RCB) R R 6(6  x) R R 3x AC CB Ta có: R1AC  R  R   x ; R2CB  R  R  12  x AC CB � RN  R1AC  R2CB  �I  3x 6(6  x) 9(  x2  x 12)    x 12  x (3  x)(12  x) U 7(x  3)(12  x)  R N 54x  9x2  108 6(6  x) 42(6  x) (x  3) I  12  x 54x  9x2  108 � U DB  U DB 7(x  3)(12  x)  R1 54x  9x2  108 U 7(6  x) (x  3) I  DB  R2 54x  9x2  108 I1  Vậy: * Nếu cực dương ampe kế gắn vào D: I A  I1  I  �  x1  x2  18 63x  126  54x  9x  108 (loại) (Sử dụng chức SOLVE) * Nếu cực dương ampe kế gắn vào C: I A  I  I1  126x  63  54x  9x  108 � x1  1,2, x2  25,8  nên loại (Sử dụng chức SOLVE) Vậy: RAC = 1,2  ; RCB = 4,8  R AC mà R CB  AC 1,2   CB 4,8 Vậy điểm C cách A đoạn là: AC  AB 1,5   0,3m 5 AC = 0,3000 m Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc Bài Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ O có tiêu cự f = 12cm Qua thấu kính, vật AB cho ảnh thật A’B’ Khi dời AB đoạn 24cm lại gần thấu kính ảnh dời đoạn 3cm Xác định vị trí AB trước dời chỗ? Tóm tắt cách giải 1 1 Kết - Trước dịch chuyển: f  d  d' � 12  d  d' (1) 1 1 1 1 1 - Sau dịch chuyển: f  d  d ' � 12  d  24  d '  (2) 2 1 d f 12d ' 1 Mà d1  d  f  d 12 (3) 1 d 12 1    Từ (1), (2) (3) có: d1 12d1 d1  24 12d1  d 12 Giải phương trình dùng chức SOLVE MTCT d1 = 60,0000 cm được: d1 = -12 < loại d1 = 60 (cm) Bài Một vật chuyển động thẳng biến đổi theo phương trình chuyển động: x = + 2t + gt2 (x đo m, t đo s), g gia tốc trọng trường Hãy xác định: a Thời gian cần thiết để vật quãng đường 5m kể từ bắt đầu chuyển động? b Quãng đường vật sau phút giây? Tóm tắt cách giải a) Phương trình chuyển động vật: Kết x = + 2t + gt2 (x đo m, t đo s) Quãng đường vật chuyển động khoảng thời gian t là: s = x - = 2t + gt2 Thay s = 5m ta phương trình: gt2 + 2t - = (1) Giải phương trình (1): Tính t: MODE (3 lần) MODE CONST 35 = = -5 = = Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc Tóm tắt cách giải Kết x = 0.619316336 t = 0,6193 (s) y = - 0.823259579 (loại) b) Đổi t = 1phút giây = 65 (s) Tính s: MODE x 65 + COSNT 35 x 65 ^ = s = 41563,0963 (m) 41,563.09625 Bài 10 Một khối khí lí tưởng thực q trình giãn đẳng nhiệt từ áp suất p = atm, thể tích V1 = lít, đến thể tích V2 = 3,5 lít Hãy tính cơng mà khí thực q trình? Tóm tắt cách giải Xét phần nhỏ q trình, khí giãn lượng dV Kết áp suất coi khơng thay đổi, cơng mà khí thực q trình dA = p.dV dA = Cơng mà khí thực tồn q trình A = � pdV � p p1V1 V ta suy V2 p1V1 � A V1 dV V V = dV p1V1 � V1 V = 226,8122789 J - Đổi đơn vị từ atm Pa: ấn Shift Const 25 = - Tính cơng A: ấn Ans   10 x-1 ,  10 IV KẾT QUẢ  - , 3.5  10   dx Alpha ) -  � - = 226.8122789 A = 226, 8123 J Cách hướng dẫn HS giải tập với hỗ trợ MTCT áp dụng từ năm 2008 việc giảng dạy lớp ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi Kết cho thấy 95% HS áp dụng để tìm kết số tốn nhanh xác Hơn nữa, đội tuyển HS giỏi tham dự kỳ thi “Giải tốn MTCT mơn Vật lý lớp 12” cấp Tỉnh trường THPT Việt Bắc 02 năm học 2008 – 2009 2009 – 2010 đạt 05 giải, đó: 02 giải Ba 03 giải Khuyến 10 Sáng kiến kinh nghiệm Nguyễn Minh Tú, THPT Việt Bắc khích 01 HS tơi đạt giải Khuyến khích kỳ thi “Giải tốn MTCT môn Vật lý lớp 12” cấp Quốc gia V NHỮNG KIẾN NGHỊ - ĐỀ XUẤT - Tổ chức Hội thảo “Sử dụng MTCT việc giảng dạy vật lý” để GV trao đổi, thảo luận đưa nhiều cách giải nhanh xác số dạng tập vật lý cấp THPT - Đưa thêm từ 1-2 tiết PPCT với nội dung “Hướng dẫn HS sử dụng MTCT để giải tập vật lý” VI LỜI KẾT Với việc nghiên cứu sở lý luận, nội dung kiến thức, tài liệu hướng dẫn giải toán MTCT phương pháp giải tập Vật lý giúp xây dựng hệ thống tập để hướng dẫn HS giải với hỗ trợ MTCT Như vậy, đề tài thực mục đích đề Trên số ý kiến chủ quan cá nhân đề tài nghiên cứu Kính mong đóng góp, trao đổi bạn đồng nghiệp, cấp quản lý để đề tài ngày hoàn thiện mang lại hiệu cao việc giảng dạy ôn luyện HS giỏi Xin trân trọng cảm ơn! 11 ... hướng dẫn HS cách hợp lý, giúp em tính tốn đến kết tập cách nhanh Xuất phát từ lý nêu trên, chọn đề tài nghiên cứu: ? ?Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập vật lý cấp THPT? ?? III NỘI DUNG ĐỀ... tích bước giải tốn vật lý, tính sử dụng số loại MTCT, nghiên cứu hoạt động giải tập vật lý với hỗ trợ MTCT nhằm giải tập nhanh xác Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu dạng tập vật lý cấp THPT - Nghiên... cứu tính cách sử dụng loại máy tính cầm tay Casio - Fx 570MS , Casio - Fx 570ES loại máy tính có tính tương đương - Lựa chọn số tập vật lý tiêu biểu chương trình vật lý cấp THPT để hướng dẫn giải