Quốc Tuấn- Hải Hậu - Nam Định
Căn cứ trên những câu hỏi và trả lời từ các phiếu điều tra của giáo viên và học sinh chúng tôi đưa ra những nhận xét sau đây:
Tình hình dạy giải bài tập nói chung trong chương trình vật lí 12- chương
trình cơ bản
Thông qua việc điều tra giáo viên giảng dạy bộ môn vật lí tại trường THPT Trần
Quốc Tuấn và một số đồng nghiệp khác, chúng tôi rút ra nhận định :
Số tiết học dành cho việc chữa bài tâp còn ít mà yêu cầu rèn kĩ năng lại nhiều,
chính vì thế giáo viên rất khó bố trí thực hiện cho đầy đủ.
Trình độ học sinh không đồng đều vì thế bài chọn chữa rất khó phù hợp: bài khó thì học sinh yếu không làm nổi, bài dễ lại làm cho các em học tốt nhàm chán.
Khó đưa ra hệ thống các bài tập vừa đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh lại
vừa đảm bảo yêu cầu, mục đích của chương trình.
Mỗi giáo viên thường chọn riêng cho mình một phương pháp giải và đưa ra cho
học sinh luyện tập, nên rất khó khăn trong công tác kiểm tra đánh giá chất lượng học
tập trong môn vật lí của học sinh cả khối.
Các bài tập chương “Dao động cơ” thuộc về nhiều dạng khác nhau, số liệu nhỏ, một số
bàiliên quan đến nhiều kiến thức ở lớp dưới và là những bài khó đối với học sinh.
Tình hình dạy giải bài tài tập chương “Dao động cơ” vật lí 12 Trung học phổ
thông – Chương trình cơ bản ở Trường THPT Trần Quốc Tuấn.
Tình hình hoạt động giải bài tập của học sinh ở Trường THPT Trần Quốc Tuấn
từ trước đến nay.
Đa số học sinh nhớ máy móc, chưa hiểu hết bản chất hiện tượng vật lí đề cập
trong bài tập nên gặp khó khăn tronggiải bài tập chương “Dao động cơ”.
Trong giờ bài tập một số học sinh còn ỷ nại, không tích cực tham gia xậy dựng
bài.
Nhiều học sinh chưa có ý thức tự giác trong việc phân loại và xây dựng phương
pháp trong việc giải bài tập chương “Dao động cơ”.
Kết quả điều tra cho thấy: những khó khăn mà học sinh gặp phải khi giải bài tập chương “Dao động cơ”.
Kiến thức chương “Dao động cơ”, vật lí 12 –Chương trình cơ bản chứa phần lớn kiến thức mới về con lắc lò xo, con lắc đơn, tổng hợp dao động, dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, học sinh khó hình dung và rất khó để hiểu và nhớ hết các vấn đề.
Phần lực phục hồi và lực đàn hồi học sinh kém không hiểu được, dù được phân tích rất kĩ lưỡng nhưng các em vẫn lẫn lộn và không nhớ rõ được.
Những khiếm khuyết phổ biến của học sinh: Học sinh hay mắc lỗi về đơn vị của khối lượng biên độ và đôi lúc còn nhầm lấn trong việc đổi đơn vị của năng lượng khi tính năng lượng dao động của con lắc. Về vấn đề dao động cưỡng bức học sinh hay nhầm lẫn phần đặc điểm của dao động cưỡng bức.
Học sinh không biết cách biểu diễn giản đồ véc tơ khi tổng hợp dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số, hay bị sai ở cách xác định góc.
Học sinh áp dụng sai công thức trong quá trình giải bài tập trắc nghiệm khách quan. Do mải chạy theo xu thế của thi trắc nghiệm nên học sinh không chịu khó ngồi nghe giáo viên giảng dạy về bản chất vấn đề, không hiểu được cách chứng minh công thức của phần động năng, thế năng, công thức liên hệ giữa hai loại năng lượng này, công thức về dao động tắt dần...Ngoài ra một số học sinh cẩu thả còn mắc lỗi là bấm máy tính không đúng trong khi nhớ chính xác công thức, dẫn đến kết quả bị sai.
Tìm hiểu nguyên nhân của những khó khăn và sai lầm của học sinh ở trường
THPT Trần Quốc Tuấn- Nam Định khi giải bài tập chương dao động cơ và phương hướng khắc phục.
Những nhận xét chung trên đây cho phép chúng tôi đưa ra được nguyên nhân những khó khăn và sai lầm của học sinh thường mắc phải khi học giải BT chương
“Dao động cơ” như sau:
Về phía giáo viên: Giáo viên chưa lựa chọn được hệ thống bài tập và phương pháp hướng dẫn giải bài tập đầy đủ và phù hợp với học sinh.
Về phía học sinh: Học sinh quên nhiều kiến thức toán học có liên quan đến chương “Dao động cơ”- Vật lí 12 và khả năng vận dụng kiến thức môn toán vào môn vật lí còn hạn chế.
Một cách khách quan nhìn chung nội dung kiến thức của chương “Dao động cơ” Vật lí 12. chương trình cơ bản khá nhiều (14 tiết), do phải vận dụng nhiều kiến thức toán học nên chương này có thể coi là khó đối với học sinh.
Hiểu được nguyên nhân của những khó khăn và sai lầm mà học sinh mắc phải ở trường THPT Trần Quốc Tuấn - Nam Định, tập thể giáo viên chúng tôi đã đề xuất các phương hướng khắc phục như sau:
Khi cho học sinh làm bài tập giáo viên cần chọn ra hệ thống bài tập phù hợp và đề ra phương pháp giải bài tập tối ưu cho học sinh. Giáo viên cần thường xuyên ôn tập kiến thức cho học sinh qua các bài tập trên lớp và các bài tập cho về nhà với số lượng bài tập vừa phải, nhưng cần chứa đựng kiến thức tổng quát của chương.
Ngoài ra giáo viên cần chú trọng rèn luyện kỹ năng cho học sinh, chỉ ra cho các em những sai lầm mà các em có thể mắc phải trong quá trình giải bài tập.
Bản thân giáo viên cần có phương pháp dạy học hấp dẫn,lôi cuốn tạo điều kiện cho học sinh phát triển tư duy trong quá trình giải bài tập. Bởi vì học sinh có yêu thích môn học thì kết quả và thành tích giải bài tập mới cao.
Tiểu kết chương1
Chương 1 đã trình bày một cách hệ thống cơ sở lí luận về dạyhọc hiện đại và cơ sở thực tiễn về dạy giải bài tập vật lí ở trường THPT. Trong đó những vấn đề chúng tôi đặc biệt quan tâm là:
Bài tập vật lí có vai trò đặc biệt quan trọng trong dạy và học vật lí ở trường phổ thông. Nó là công cụ kích thích tư duysáng tạo và rèn luyện kĩ năng cho học sinh. Nó khơi dậy niềm say mê, hứng thú trong khi giải bài tập, giúp học sinh tiếp cận với phương pháp nghiên cứu khoa học trên cơ sở đó sự phân loại các bài tập vật lí đã giúp cho giáo viên tiến hành một tiến trình dạy học cụ thể chính xác và hiệu quả.
Việc tiến hành lấy phiếu điều tra giáo viên và học sinh ở trường THPT Trần Quốc Tuấn, Nam Định đã cho chúng tôi cơ sở để đánh giá quá trình dạy và học bài tập vật lí tại trường từ trước đến nay. Trên cơ sở đó chúng tôi đã rút ra được những bài học bổ ích chung cho môn vật lí và riêng cho chương “Dao động cơ” vật lí 12, chương trình cơ bản.
Để khắc phục những khuyết điểm và nhược điểm vẫn còn tồn tại, chúng tôi cho rằng điều quan trọng để góp phần nâng cao chất lương dạy và học hiện nay là phải có một hệ thống bài tập phù hợp với trình độ và sự hiểu biết chung của học sinh. Nhất là đối với chương “Dao động cơ”, một chương có thể coi là khó đối với học sinh THPT thì việc soạn thảo môt hệ thống bài tập từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp mang tính khoa học và logic cao là điều vô cùng cần thiết cho cả giáo viên và học sinh.
Vì vậy chúng tôi lựa chọn đề tài “Xây dựng hệ thống và hướng dẫn giảibài tập chương “Dao động cơ ” Vật lí lớp12 Trung học phổ thông, chương trình cơ bản theo hướng phát huy tính tích cực tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” VẬT LÍ LỚP 12 TRUNG HỌC
PHỔ THÔNG -CHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN
2.4. Vị trí vai trò chương dao động cơ trong chương trình vật lí 12 THPT-
Chương trình cơ bản
Chương “Dao động cơ” là chương đầu tiên trong chương trình vật lí khối lớp 12 – Cơ bản nên có một vị trí và vai trò quan trọng đối với giáo viên trong giảng dạy và học sinh trong học tập. Chương này đề cập đến các vấn đề quan trọng của vật lí như: dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn; cách tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số; các loại dao động tắt dần, dao động cưỡng bức và dao động duy trì.
Thông qua các vấn đề cần nghiên cứu học sinh hiểu được thế nào là một con lắc lò xo, thế nào là con lắc đơn, làm thế nào để kích thích chúng dao động và dao động đó diễn ra như thế nào? Ứng dụng những kiến thức đó, học sinh hiểu được về sự nhanh chậm của đồng hồ. Trong thực tế có thể giúp học sinh giải thích được vì sao đồng hồ lại chạy sai trong các trường hợp khác nhau.
Mặt khác chương dao động cơ là còn là cơ sở khoa học để học sinh nghiên cứu các chương tiếp theo là “Dao động sóng cơ”, “Điện xoay chiều” và “Dao động điện từ”.
Đặc điểm nổi bật của chương này là kiến thức vật lí gắn với thực tế nên có thể tạo điều kiện thuận tiện cho học sinh liên hệ với các hiện tượng sinh động, phong phú trong đời sống.
Bài tập chương “Dao động cơ” có liên quan đến việc vận dụng Định luật Niu - Tơn, địnhluật Hooke, Định luật vạn vật hấp dẫn để giải bài tập về con lắc lò xo, con lắc đơn, và dao động tắt dần và dao động cưỡng bức. Các bài tập của chương đòi hỏi học sinh phải biết cách vận dụng lí thuyết và học thuộc công thức. Ngoài ra bản thân người học phải nắm được phương pháp giải các bài tập đặc trưng và cần biết cách sử dụng các kiến thức toán học có liên quan để giải bài tập, đậy cũng là vấn đề mà học sinh gặp khó khăn khi làm bài tập. Nếu giải quyết được khó khăn đó trong quá trình học thì mức độ hiểu sâu kiến thức và năng lực giải bài tập của học sinh cũng
2.5. Đặc điểm, cấu trúc và nội dung kiến thức chương “Dao động cơ”
Theo khung phân phối của Bộ GC và ĐT thì chương trình vật lí 12 cơ bản gồm 37 tuần với tổng số là 70 tiết.
Học kì I có 19 tuần với 35 tiết và học kì II có 18 tuần với 35 tiết.
Chương “Dao động cơ”- Vật lí 12 chương trình cơ bản là chương đầu tiên gồm những bài sau:
Bài 1. Dao động điều hòa. Bài 2. Con lắc lò xo. Bài 3. Con lắc đơn.
Bài 4. Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức Bài 5. Tổng hợp dao động.
Bảng phân phối giờ dạy theo các nội dung chính
Tiết Chương I: Dao động cơ
Tiết 1,2 Dao động điều hòa Tiết 3 Bài tập
Tiết 4 Con lắc lò xo Tiết 5 Con lắc đơn Tiết 6 Bài tập
Tiết 7 Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức
Tiết 8 Tổng hợp hai dao động điều hòacùng phương, cùng tần số. Tiết 9 Bài tập
Các nội dung chính của chương.
BÀI 1.DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
1. Định nghĩa dao động điều hòa
Dao động điều hòa là dao động mà li độ của vật là hàm cosin hay sin của thời gian.
2. Phương trình dao động và các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa
x= Acos(wt+j) ( 2.1) xmax= A, xmin= -A, |x|min= 0 ( 2.2)
Biên độ A là giá trị lớn nhất của li độ đơn vị m, cm, mm.
Chu kì T là thời gian để vật thực hiện một dao động, đơn vị đo: giây, phút, giờ Tần số f là số dao động vật thực hiện trong một giây. Đơn vị: Hz
Tốc độ góc đơn vị (rad/s).
( t+ ) là pha của dao động. gọi là pha ban đầu, đơn vị đo: rad. Công thức liên hệ giữa chu kì, tần số và tốc độ góc.
1 2
T f
= = (s) ( 2.3) 3. Vận tốc trong dao động điều hòa
v = x’= - wAsin(wt+j) ( m/s ; cm/s ) ( 2.5) vmax = wA ( 2.6)
vmi n= -wA ( 2.7)
4. Gia tốc trong dao động điều hòa a = v’= x’’= -w2
A cos(wt+ j) = - w2
x ( m/s2; cm/s2) ( 2.8) Gia tốc cực đại: amax= w2
A. ( 2.9)
Gia tốc cực tiểu: amin= - w2
A. ( 2.10) Gia tốc có độ lớn cực đại: |a|max= w2
A khi vật ở vị trí biên ( x = A hoặc x = -A). Gia tốc có độ lớn cực tiểu: |a|min = 0 khi vật ở vị trí cân bằng ( x = 0).
5. Công thứccủa lực kéo về( lực hồi phục) tác dụng vào vật dao động điều hòa
Đặc điểm:Là lực gây dao động cho vật, luôn hướng về VTCB, biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ,tỉ lệ với li độ x, tỉ lệ với gia tốc a.
F = -kx = -mw2
x ( 2.11)
Lực hồi phục cực đại: Fmax= kA = mw2
A tại các vị trí biên x = ±A ( 2.12) Fmin= 0 tại VTCB . ( 2.13)
BÀI 2. CON LẮC LÒ XO
1. Cấu tạo: Con lắc lò xo là một hệ gồm một lò xo có độ cứng k, một đầu cố định , một đầu nối với vật m được coi là chất điểm.
2. Chu kì, tần số, tầnsố góc đối với con lắc của lò xo w= 2pf = 2p/T= m k ( 2.14) 0 g l = D áp dụng cho con lắc lò xo đứng ( 2.15) w p = 2 T k m 2 T= p ; T 1 f = ( 2.16) m k 2 1 f p = 2 = 1 T = ( 2.17)
Với w(rad/s); f (Hz); T(s); m (kg); k (N/m), Dl0 (m): độ dãn lò xo khi quả cầu treo thẳng đứng cân bằng
3. Lực đàn hồi của con lắc lò xo
* Độ lớn lực đàn hồi.
Fđh= kDl (2.18)
Dl= | l - l0| (2.19)
Dl(m): độ biến dạng của lò xo, độ nén, độ dãn.
k(N/m): độ cứng của lò xo; l0: chiều dài tự nhiên của lò xo.
l: chiều dài lò xo lúc ta khảo sát (thường là lúc bị biến dạng); Fđh(N): lực đàn hồi. Chú ý: Lực tác dụng lên giá đỡ hoặc điểm treo lò xo là lực đàn hồi.
* Con lắc lò xo dao động ngang
Khi quả cầu ở vị trí có toạ độ x: Dl = |x|
Fđh = k.|x| ( 2.20)
Lực đàn hồi lớn nhất khi: Dlmax= xmax= A, vật ở vị trí biên
Fđh max= kA (2.21)
Lực đàn hồi nhỏ nhấtkhi: Dlmin= |x|min= 0, vật ở vị trí cân bằng Fđh min= 0
Đối với con lắc lò xo dao động theo phương thẳng đứng( hình 2.1)
* Độ dãn của lò xo tại vị trí cân bằng O: 0 mg l
k
D = (2.21)
Dl0 : độ dãn của lò xo tại vị trí cân bằngO; m (kg), k (N/m). * Lực đàn hồi tác dụng lên quả cầu khi quả cầu có toạ độ x
Toạ độ x có thể nhận giá trị dương hoặc âm. Nếu chọn chiều dương hướng xuống:
Dl = |Dl0 + x|
Fđh= k.|Dl0 + x| ( 2.22) Chú ý: Với xlà tọa độ, là giá trị đại số.
Lực đàn hồi lớn nhất, nhỏ nhất
+ Lực đàn hồi lớn nhất khi quả cầu ở vị trí biên phía dưới vị trí cân bằng
Fđh.max= k.(Dl0 + A) ( 2.23)
+ Lực đẩy (lực nén) đàn hồi cực đại: lúc vật ở vị trí cao nhất
FNmax= k(A -Dl0) (2.24)
+ Nếu A< Dl0: Lực đàn hồi nhỏ nhất khi quả cầu ở vị trí biên phía trên vị trí cân bằng
Fđh.min= k.(Dl0 – A) (2.25)
+ Nếu A> Dl0 : Lực đàn hồi nhỏ nhất khi quả cầu ở vị trí điểm phía trên vị trí cân bằng, mà tại điểm lò xo không bị biến dạng:
Fđh.min= 0 (2.26)
+ Chiều dài lò xo tại vị trí cân bằng lCB: lCB = l0+ Dl0
lmax= l0+ Dl0+ A lmin= l0+ Dl0– A
lCB= ( lMin+ lMax)/ 2 (2.27).
Hình 2.1: Mô tả chiều dài lớn nhất và nhỏ nhất của lò xo. lmaxkhi quả cầu ở biên phía dưới vị trí cân bằng; lmin khi quả cầu ở biên phía trên vị trí cân bằng
Tính biên độ A theo lmaxvà lmin.