Sóng cơ và sóng âm - Vật lý lớp 12

Mục tiêu nghiên cứu của sáng kiến kinh nghiệm là biểu diễn bản chất của quá trình truyền sóng: Là quá trình lan truyền dao động trong một môi trường. Giúp học sinh hình thành khái niệm sóng dọc và sóng ngang. Biểu diễn sự phản xạ của sóng cơ trên vật cản tự do. Biểu diễn sự phản xạ sóng cơ trên vật cản cố định. Biểu diễn sóng dừng có một đầu cố định, một đầu tự do. Biểu diễn sóng dừng có hai đầu cố định. Biểu diễn sự truyền sóng qua hai môi trường khác nhau.

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN Kính gửi: Sở GD&ĐT Ninh Bình Tơi (chúng tôi): STT Họ tên Ngày tháng Nơi công Chức tác danh năm sinh Trình độ Tỷ lệ % đóng chun góp vào việc tạo mơn sáng kiến Cử nhân 100% Trường Đinh Thứ Cơ 15/8/1984 THPT Kim Sơn Giáo viên A Là tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: Thiết kế, chế tạo thí nghiệm sóng truyền sóng để dạy học chương II: "Sóng sóng âm" Vật lý lớp 12 - Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Đinh Thứ Cơ I NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN Giải pháp cũ a Thí nghiệm sử dụng - Hiện phịng thí nghiệm trường phổ thông phục vụ cho dạy học nội dung Chương - Vật lý 12 có hai thiết bị là: + Thiết bị thí nghiệm giao thoa sóng nước + Thiết bị thí nghiệm sóng dừng dây có hai đầu cố định b Hạn chế - Chỉ cho thấy kết tượng mà không thấy trình diễn tượng xảy nhanh - Không quan sát chuyển động chi tiết phần tử - Thiết bị giao thoa sóng nước khó thực nên khơng nhiều giáo viên sử dụng - Giáo viên biểu diễn thí nghiệm truyền sóng sợi dây thí nghiệm khó thành cơng Giải pháp 2.1 Thiết kế, chế tạo thí nghiệm a Nguyên tắc hoạt động cấu tạo - Nguyên tắc hoạt động: Dựa truyền sóng vật đàn hồi lò xo - Cấu tạo: + Sợi lị xo dài 1,2m + Các nhơm (ống nhơm) đường kính 0,8cm, loại dài 50cm loại dài 30cm gắn cố định vng góc với lò xo cách + Lò xo đặt cân giá đỡ gỗ - Yêu cầu kỹ thuật: + Độ cứng lò xo phải đảm bảo đủ lớn để nằm cân giá đỡ + Độ cứng lị xo kích thước, khối lượng nhơm phù hợp với để sóng hình thành truyền dọc theo trục lị xo b Ngun vật liệu Mỗi thí nghiệm gồm - Thanh nhơm: 34 - Lị xo: - Dây buộc, dây cao su để gắn cố định nhơm lị xo - Đế gỗ: - Trụ đỡ: 17 ốc dài 10cm bu-lông; - Chi tiết đỡ: Được uốn từ dây kẽm có 17 - Sợi mềm c Chế tạo thí nghiệm - Dùng dây buộc, dây cao su mềm gắn cố định nhôm cách với lị xo theo phương vng góc với lị xo Khoảng cách hợp lý 3cm - Điều chỉnh để vị trí gắn với lị xo trọng tâm nhôm, giúp hệ thống nhôm nằm cân - Dùng sợi mềm, liên kết nhôm với để hệ thống nằm cân tốt - Dùng bu-lông liên kết trụ chi tiếp đỡ với nhau, gắn với giá gỗ - Đặt lò xo lên giá đỡ Hình ảnh thí nghiệm 2.2 Ứng dụng thí nghiệm Với thiết bị dạy học tơi sử dụng để dạy học gần tất nội dung kiến thức phần sóng theo sách giáo khoa Vật lý lớp 12 hành như: - Q trình truyền sóng (q trình lan truyền dao động phần tử vật chất) - Các khái niệm sóng dọc sóng ngang - Hình ảnh sóng hình sin - Q trình phản xạ sóng vật cản cố định - Quá trình phản xạ sóng vật cản tự - Hiện tượng sóng dừng có hai đầu cố định - Hiện tượng sóng dừng có đầu cố định, đầu tự Ngồi thí nghiệm biểu diễn tượng khác liên quan tới sóng như: Sự truyền sóng qua hai mơi trường khác Xem thêm phần phụ lục II KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CỦA SÁNG KIẾN - Bộ thí nghiệm chế tạo thành công vào dịp hè năm 2013 kịp đưa vào sử dụng cho năm học 2013 – 2014 trường THPT Kim Sơn A Vì tơi có hội thử nghiệm đánh giá hiệu sử dụng thí nghiệm tiến trình dạy học xây dựng Năm học 2014 - 2015 này, thí nghiệm phổ biến tới giáo viên nhóm Lý - Trường THPT Kim Sơn A đông đảo thày cô sử dụng dạy học với tất lớp thuộc khối 12 III ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH THU ĐƯỢC DO ÁP DỤNG SÁNG KIẾN Hiệu giảng dạy a Chất lượng dạy học đại trà: Căn kết thi bán kỳ I năm, nội dung thi gồm chương: Chương chương Vật lý 12 Tỉ lệ kiến thức chương đóng góp 50% Năm học Giỏi Khá TB Yếu Kém 2013 - 2014 21% 38% 31% 8% 2% 2014 - 2015 28% 40% 25% 5% 2% b Chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi: Đề thi HSG có 1/5 thuộc phần chương 2, chiếm tỉ lệ 20% cấu trúc đề thi Năm học 2012 - 2013 HSG tỉnh nhất, nhì, Xếp thứ 2/25 mơn Vật lý ba toàn tỉnh Năm học 2013 - 2014 nhất, nhì Xếp thứ 1/25 tồn tỉnh ba khu vực HSG Casiô c Chất lượng bồi dưỡng học sinh thi Đại học cao đẳng: Tỉ lệ kiến thức chương 2, vật lý 12 có 07 câu tổng số 50 câu hỏi trắc nghiệm đề thi Đại học, Cao đẳng năm, chiếm tỉ lệ 14% Điểm thi môn Vật lý góp phần nâng cao chất lượng đỗ Đại học, cao đăng xếp hạng chung nhà trường 2011 2012 2013 2014 Xếp loại nhà Toàn quốc: 164 Toàn quốc: 145 Toàn quốc: 65 Toàn quốc: 84 trường Tỉnh NB: 04 Tỉnh NB: 04 Tỉnh NB: 02 Tỉnh NB: 02 Lợi ích xã hội a Đối học sinh: Dễ tiếp thu hiểu nhanh hơn, gây hứng thú học tập cho học sinh Qua học sinh thêm u thích mơn học, thích tìm hiểu, khám phá kiến thức khoa học cách tự nhiên tự giác Khi học sinh học với thiết bị thí nghiệm, quan sát tượng thực tế sóng kiến thức nhớ lâu b Đối giáo viên: Qua q trình theo dõi, tơi nhận thấy thầy cô giáo trường sử dụng thí nghiệm để phục phục giảng cách chủ động Điều chứng tỏ cần thiết hiệu thí nghiệm mang lại Giúp tiết kiệm công sức mô tả, thời gian trình bày, tránh tượng dạy chay, góp phần đổi phương pháp dạy học c Đối với phụ huynh xã hội: Tạo tâm lí tự tin cho phụ huynh học sinh trước kì thi quan trọng Gây dựng dư luận tốt đẹp lịng nhân dân cơng đổi phương pháp dạy học Góp phần đưa nhà trường địa giáo dục tin cậy địa phương d Đối với nhà trường THPT Kim Sơn A: Góp phần tạo tin tưởng quan lãnh đạo với chuyên môn nhà trường, với chuyên mơn nhóm lý trường THPT Kim Sơn A Lợi ích kinh tế - Bộ thí nghiệm thiết kế dựa nguyên vật liệu dễ kiếm, dễ mua Giáo viên học sinh tự chế tạo thí nghiệm thí nghiệm tương tự (có nguyên tắc hoạt động) nguyên vật liệu sẵn có khác - Giá thành thí nghiệm khoảng 350.000đ bao gồm: + Nguyên vật liệu: 150.000đ + Một ngày công chế tạo: 200.000đ - So với giá thành thí nghiệm sóng trang bị nhà trường vào khoảng 3.000.000đ thí nghiệm có giá thành 10% Nếu trường THPT trung tâm GDTX tồn tỉnh trang bị thí nghiệm số tiền làm lợi so với thí nghiệm cũ trang bị ước tính theo bảng sau: Bộ thí nghiệm cũ (đang trang bị) 33 trường x 3.000.000đ = 99.000.000đ Bộ thí nghiệm (của sáng kiến) 33 trường x 350.000đ = 11.550.000đ Số tiền làm lợi 87.450.000đ Tôi xin cam đoan thông tin nêu đơn trung thực, thật hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật Kim Sơn, ngày 18 tháng năm 2014 Người nộp đơn ĐINH THỨ CƠ PHỤ LỤC: ỨNG DỤNG CỦA BỘ THÍ NGHIỆM Sử dụng dạy học đơn vị kiến thức q trình truyền sóng - Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn chất q trình truyền sóng: Là q trình lan truyền dao động mơi trường - Tiến hành thí nghiệm: Đặt thí nghiệm mặt bàn nằm ngang Dùng tay tác động lên nhôm theo phương thẳng đứng để tạo đầu sóng phía thí nghiệm Quan sát trình lan truyền dao động (sự truyền sóng ngang) nhơm dọc theo trục lị xo - Kết thí nghiệm: + Học sinh quan sát rõ lan truyền dao động nhơm dọc theo trục lị xo Chỉ có dao động truyền đi, cịn thân nhơm (đóng vai trị phần tử mơi trường) dao động xung quanh vị trí cân + Giáo viên dễ dàng tạo một, hai hay nhiều đỉnh sóng, học sinh hình thành khái niệm đỉnh sóng, hõm sóng Sử dụng dạy học đơn vị kiến thức sóng dọc sóng ngang - Mục đích thí nghiệm: Giúp học sinh hình thành khái niệm sóng dọc sóng ngang - Tiến thành thí nghiệm: + Giáo viên phân tích: Quan sát trình truyền sóng thí nghiệm trước, học sinh nhận biết phương dao động phần tử mơi trường (chính phương dao động lên – xuống nhơm) phương truyền sóng (sóng truyền dọc theo trục lò xo) Kết ta có sóng ngang hình thành truyền Học sinh nhìn thấy q trình truyền sóng ngang + Nếu ta cho nhôm dao động dọc theo trục lị xo, ta sóng dọc Sử dụng dạy học đơn vị kiến thức phản xạ sóng vật cản tự - Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn phản xạ sóng vật cản tự - Tiến hành thí nghiệm: Dùng tay tác động lên nhôm theo phương thẳng đứng để tạo đầu sóng phía thí nghiệm Khi có lan truyền sóng ngang nhơm dọc theo trục lị xo - Kết thí nghiệm: + Khi sóng truyền tới đầu tự dây lò xo, quan sát sóng phản xạ thấy chiều biến dạng (cùng pha) với sóng tới điểm phản xạ + Q trình phản xạ hai đầu diễn nhiều lần Sử dụng dạy học đơn vị kiến thức phản xạ sóng vật cản cố định - Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn phản xạ sóng vật cản cố định - Tiến hành thí nghiệm: Dùng tay tác động lên nhơm theo phương thẳng đứng để tạo đầu sóng phía thí nghiệm Tay cịn lại giữ cố định nhôm đầu - Kết thí nghiệm: Khi sóng truyền tới đầu cố định dây lị xo, quan sát sóng phản xạ thấy ngược chiều biến dạng (ngược pha) với sóng tới điểm phản xạ Sử dụng dạy học đơn vị kiến thức sóng dừng có đầu cố định, đầu tự - Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn sóng dừng có đầu cố định, đầu tự - Tiến hành thí nghiệm: Dùng tay tác động lên nhôm theo phương thẳng đứng để tạo sóng phía thí nghiệm Khi có lan truyền sóng ngang nhơm dọc theo trục lò xo Điều chỉnh tần số dao động tay để thu hình ảnh sóng dừng Ban đầu rung tay với tần số nhỏ, sau tăng dần, hình thành sóng dùng tay rung Bằng cách tạo sóng dừng thí nghiệm với nhiều tần số khác - Kết thí nghiệm: Quan sát hình thành sóng dừng: Có nhơm dao động với biên độ cực đại (bụng sóng), có nhôm dao động với biên độ nhỏ coi đứng yên (nút sóng) Đầu gắn với nguồn sóng coi nút, đầu tự bụng sóng - Học sinh tham gia làm thí nghiệm để trải nghiệm cảm giác tìm tần số phù hợp để xảy sóng dừng Sử dụng dạy học đơn vị kiến thức sóng dừng có hai đầu cố định - Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn sóng dừng có hai đầu cố định - Tiến hành thí nghiệm: + Giữ cố định nhơm ngồi đầu thí nghiệm + Dùng tay tác động lên nhôm theo phương thẳng đứng để tạo sóng phía thí nghiệm Khi có lan truyền sóng ngang nhơm dọc theo trục lị xo Điều chỉnh tần số dao động tay để thu hình ảnh sóng dừng Ban đầu rung tay với tần số nhỏ, sau tăng dần, hình thành sóng dùng tay rung Bằng cách tạo sóng dừng thí nghiệm với nhiều tần số khác - Kết thí nghiệm: Quan sát hình thành sóng dừng: Có 10 nhôm dao động với biên độ cực đại (bụng sóng), có nhơm dao động với biên độ nhỏ coi đứng yên (nút sóng) Đầu gắn với nguồn sóng coi nút, đầu cố định nút sóng - Học sinh tham gia làm thí nghiệm để trải nghiệm cảm giác tìm tần số phù hợp để xảy sóng dừng Biểu diễn truyền sóng qua hai mơi trường khác - Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn truyền sóng qua hai mơi trường khác - Tiến hành thí nghiệm: + Nối hai đầu hai thí nghiệm, thí nghiệm có tốc độ truyền sóng khác + Tạo đầu sóng đầu thí nghiệm - Kết thí nghiệm: Sóng truyền qua chỗ nối hai thí nghiệm (nơi giao hai mơi trường truyền sóng khác nhau) thấy phần sóng truyền qua, phần sóng phản xạ lại mơi trường cũ Do tần số sóng khơng đổi, tốc độ truyền sóng hai môi trường khác nên ta quan sát bước sóng hai mơi trường khác (hiện tượng khúc xạ sóng, sau học sinh có thêm sở để khẳng định chất sóng ánh sáng) 11 12