Nghiên cứu chế tạo một số mô hình biểu diễn dùng cho chương “dao động cơ” của vật lý 12, giúp nâng cao tư duy và khả năng tưởng tượng cho học sinh trung học phổ thông

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN NHẬT QUANG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA VẬT LÝ  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo số mơ hình biểu diễn dùng cho chương “Dao động cơ” Vật lý 12, giúp nâng cao tư khả tưởng tượng cho học sinh Trung học Phổ thông” Người thực :NGUYỄN NGỌC TRÂM KHA Lớp : 11SVL Khoá : 2011- 2015 Ngành :SƯ PHẠM VẬT LÝ Người hướng dẫn : ThS NGUYỄN NHẬT QUANG Đà Nẵng, 04/2015 SVTH: NGUYỄN NGỌC TRÂM KHA Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN NHẬT QUANG LỜI CẢM ƠN Được phân công Khoa Vật lý _ Trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng, với đồng ý thầy giáo hướng dẫn ThS.Nguyễn Nhật Quang, thực xong đề tài có tên “Nghiên cứu chế tạo số mơ hình biểu diễn dùng cho chương “Dao động cơ” Vật lý 12, giúp nâng cao tư khả tưởng tượng cho học sinh Trung học Phổ thông” Để hồn thành khóa luận này, tơi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Nhật Quang tận tình hướng dẫn, đóng góp ý kiến, hỗ trợ chỉnh sửa đề tài tơi, giảng dạy tận tình tất thầy cô giáo khác trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng Em xin chân thành cảm ơn Khoa Vật lý _ Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng tạo điều kiện nghiên cứu hỗ trợ tơi q trình thực đề tài Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài nghiên cứu cách hoàn chỉnh nhất, song buổi đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế chế tạo hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên tơi khơng thể tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa thể thấy Tôi mong nhận góp ý, dạy quý thầy giáo bạn lớp để khóa luận hồn chỉnh Tơi xin chân thành cảm ơn SVTH: NGUYỄN NGỌC TRÂM KHA Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN NHẬT QUANG PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu phát triển mạnh mẽ Khoa học kĩ thuật giới, việc đổi nội dung, phương pháp, hình thức phương tiện dạy học để chuẩn bị cho hệ trẻ có đủ khả chủ tri thức khoa học việc làm cần thiết Vì giáo dục nước ta bước đổi mặt để đào tạo người lao động có hiệu cao, đáp ứng mục tiêu cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước.Trước yêu cầu đó, năm gần đây, ngành Giáo dục Đào tạo không ngừng đổi mới, cải cách SGK mở rộng qui mơ cách phịng thí nghiệm, tổ chức thi Sáng tạo cho học sinh nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo học sinh việc tìm tịi, xây dựng kiến thức Tuy nhiên thực tế, trường THPT trì lối dạy học giáo viên thuyết trình, thơng báo, học sinh tiếp thu cách thụ động, bắt chước Thực tế bắt nguồn từ phần giáo viên thiếu sáng tạo, phần thiết bị dạy học trường THPT thiếu, không đủ thiết bị mô cho dạy Các em học sinh tiếp xúc vào phịng thí nghiệm, năm học sinh thí nghiệm khoảng 10 lần, hầu hết làm thí nghiệm để lấy kết số Những thiết bị dạy học khác, nhiều lý khách quan mà giáo viên mang lên lớp giảng dạy trực tiếp cho học sinh, thành giảng khô khan, sinh động Trong SGK lớp 12, chương Dao động chương khó trừu tượng với học sinh, nhiên có nhiều thí nghiệm hay, thú vị trực quan Để góp thêm ý tưởng cho việc thiết kế giảng sinh động, thu hút học sinh, em nghiên cứu làm mơ hình liên quan đến chương Dao động cơ, hỗ trợ cho giáo viên khơi dậy trí tưởng tượng học sinh, khiến cho học sinh tập trung vào giảng hơn, hào hứng nhớ lâu Vì em chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chế tạo số mơ hình biểu diễn dùng cho chương “Dao động cơ” Vật lý 12, giúp nâng cao tư khả tưởng tượng cho học sinh Trung học Phổ thông “ SVTH: NGUYỄN NGỌC TRÂM KHA Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN NHẬT QUANG 2.Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chế tao mơ hình biểu diễn phần dao động sóng Một mơ hình biểu diễn dạng đồ thị phương trình dao động điều hịa, mơ hình biểu diễn phụ thuộc chu kì T vào chiều dài sợi dây “Con lắc đơn” Cả mơ hình khơng theo thí nghiệm mẫu Sách giáo khoa, nhiên giúp giáo viên nhấn mạnh kiến thức “Dao động điều hòa” “Con lắc đơn” Đây trọng tâm chương trình Vật lý 12 3.Đối tƣợng nghiên cứu - Hoạt động học tập, nhận thức học sinh hoạt động giảng dạy giáo viên việc tổ chức dạy học “Dao động điều hòa” “Con lắc đơn” học Vật lý 12 có nội dung liên quan - nội dung kiến thức chương Dao động cơ: + Đồ thị (li độ) dao động điều hòa + Sự phụ thuộc chu kì lắc đơn vào chiều dài sợi dây 4.Giả thuyết khoa học Nếu nghiên cứu, chế tạo mơ hình biểu diễn dao động sóng : - Khắc phục hạn chế thí nghiệm có nâng cao hiệu giảng dạy, học tập chương Dao động Vật lý 12 -Tăng khả tăng tư tưởng tượng cho học sinh hình ảnh sóng khơng gian - Có thể sử dụng cho phần Hàm số lượng giác Toán lớp 11 5.Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý thuyết đồ thị dao động điều hịa, chu kì lắc đơn để mơ hình hóa lý thuyết - Nghiên cứu thí nghiệm chương Dao động cơ, Vật lý 12 phương pháp dạy học theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức - Chế tạo mơ hình biểu diễn đồ thị phương trình li độ dao động điều hịa mơ hình biểu diễn phụ thuộc chu kì T vào chiều dài sợi dây SVTH: NGUYỄN NGỌC TRÂM KHA Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN NHẬT QUANG - Phân tích, so sánh mơ hình lý thuyết để đưa vào giảng cách thích hợp Phƣơng pháp nghiên cứu a Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu sách, báo, tạp chí chuyên ngành, luận án, luận văn liên quan - Nghiên cứu vai trò thí nghiệm Vật lý dạy học Vật lý - Nghiên cứu nội dung chương Dao động cơ, Vật lý 12 tài liệu khác có liên quan b Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn - Thăm dò, trao đổi ý kiến với giáo viên trường THPT để nắm bắt tình hình dạy học chương Dao động điều hịa, Vật lý 12 thiết bị thí nghiệm sẵn có - Nghiên cứu số mơ hình nước qua mạng Internet Cấu trúc đề tài PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương II: MƠ HÌNH BIỂU DIỄN ĐỒ THỊ LI ĐỘ CỦA DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA (MƠ HÌNH BIỂU DIỄN HÌNH SIN) Chương III: DÃY CON LẮC ĐƠN BIỂU DIỄN SỰ PHỤ THUỘC CỦA CHU KỲ T VÀO CHIỀU DÀI CỦA SỢI DÂY Chương IV: MỘT SỐ MÔ HÌNH KHÁC Chương V:KẾT QUẢ PHẦN KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: NGUYỄN NGỌC TRÂM KHA Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN NHẬT QUANG NỘI DUNG CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Dao động điều hòa Phƣơng trình li độ dao động điều hịa 1.1.1 Dao động điều hòa ♦ Dao động học - Dao động học chuyển động vật quanh vị trí xác định gọi vị trí cân ♦ Dao động tuần hồn - Dao động tuần hoàn dao động mà trạng thái vật lặp lại cũ, theo hướng cũ sau khoảng thời gian xác định (Chu kì dao động) ♦ Dao động điều hòa - Dao động điều hòa dao động mà li độ vật biểu thị hàm cos hay sin theo thời gian 1.1.2 Phƣơng trình dao động điều hịa ♦ Phương trình li độ: - Phương trình dao động : Các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa : + x : li độ dao động hay độ lệch khỏi vị trí cân (cm, m ) + A : Biên độ dao động hay li độ cực đại Đơn vị tính (cm, m ) + ω : tần số góc dao động , đại lượng trung gian cho phép xác định chu kỳ tần số dao động Đơn vị tính (rad/s) + φ : pha ban đầu dao động (t = 0), giúp xác định trạng thái dao động vật thời điểm ban đầu Đơn vị tính (rad) + (ωt + φ) : pha dao động thời điểm t, giúp xác định trạng thái dao động vật thời điểm t Đơn vị tính (rad) Xuất phát từ phương trình dao động trên, cho φ=0 để đơn giản, ta vẽ đường biểu diễn x theo t Từ đồ thị ta thấy rằng, dao động điều hòa chuyển động tuần hoàn Đồ thị li độ dao động điều hịa có dạng sóng sin (hoặc cos) SVTH: NGUYỄN NGỌC TRÂM KHA Trang KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN NHẬT QUANG 1.2.Con lắc đơn 1.2.1.Cấu tạo - Gồm sợi dây khơng giãn có độ dài , khối lượng không đáng kể, đầu cố định, đầu cịn lại gắng vào vật có khối lượng m Con lắc dao động với biên độ góc nhỏ (α < 100) - Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản α0