1.3.7.1. Lựa chọn các bài tập vật lí.
Trong thực tế dạy học vật lí người giáo viên thường xuyên phải thực hiện công việc lựa chọn và vận dụng các bài tập vật lí sao cho phù hợp với mục tiêu dạy học của mỗi bài học, của công việc như: giờ dạy kiến thức mới, giờ luyện tập, giờ kiểm tra, giờ ôn tập. Khi đó việc lựa chọn hệ thống các bài tập cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Nội dung bài tập phải phù hợp với nội dung các kiến thức cơ bản và kỹ năng giải bài tập của học sinh.
- Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp,…giúp học sinh xây dựng được phương pháp giải các loại bài tập điển hình.
- Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập, đóng góp vào việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức cho học sinh.
- Trong hệ thống bài tập cần bao gồm nhiều loại: bài tập giả tạo, bài tập trừu tượng, bài tập có nội dung thực tế, bài tập luyện tập, bài tập sáng tạo,…
- Hệ thống bài tập phải đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh đại trà, đồng thời chú ý tới sự phân hóa học sinh.
- Chú ý đích đáng về số lượng và nội dung các bài tập nhằm giúp học sinh vượt qua những khó khăn chủ yếu, khắc phục những sai lầm phổ biến.
1.3.7.2. Sử dụng hệ thống bài tập.
Trong dạy học, người giáo viên cần dự tính kế hoạch về việc sử dụng bài tập vật lí trong dạy học với từng đề tài, từng tiết học cụ thể. Đó là:
- Xác định mục đích sử dụng bài tập:
Làm xuất hiện vấn đề trong các tiết nghiên cứu tài liệu mới.
Hình thành kiến thức mới.
Để củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lý thuyết đã học.
Lựa chọn bài tập điển hình nhằm hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải, từ đó hình thành phương pháp giải chung cho mỗi loại bài tập đó.
26
Để kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh.
- Sắp xếp các bài tập đã chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và mục đích sử dụng trong tiến trình dạy học. Có thể lập kế hoạch sử dụng bài tập theo bảng dưới đây:
STT bài trong SGK
Nội dung tiết học
Ra bài tập và giải ngay
tại lớp Ra về nhà các bài tập Giải ở lớp các bài tập đã ra về nhà Hình thành kiến thức mới Củng cố …… ………… ……… ….. ………. ………
1.4. Tìm hiểu thực trạng hoạt động dạy và học bài tập vật lí ở trƣờng trung học phổ thông Cao Bá Quát – Quốc Oai hiện nay.
1.4.1. Đối tượng và phương pháp điều tra.
Đối tượng
Tìm hiểu thực trạng hoạt động dạy và học bài tập vật lý ở trường THPT Cao Bá Quát – Quốc Oai hiện nay, chúng tôi đã tiến hành điều tra và khảo sát để thu thập các thông tin sau đây:
- Tình hình dạy giải bài tập chương “sóng cơ và sóng âm”.
- Tình hình hoạt động giải bài tập chương “sóng cơ và sóng âm”.
- Những khó khăn và sai lầm mà học sinh thường mắc phải khi giải bài tập vật lí nói chung và bài tập chương “sóng cơ và sóng âm” nói riêng. Từ đó tìm hiểu những nguyên nhân dẫn đến những sai lầm đó của học sinh và đề xuất phương án khắc phục.
Phương pháp điều tra:
- Điều tra giáo viên: sử dụng phiếu điều tra (Nội dung và kết quả điều tra được trình bày trong phần phụ lục 1), dự giờ giảng, trao đổi trực tiếp ,xem giáo án.
27
- Điều tra học sinh: sử dụng phiếu điều tra (Nội dung và kết quả điều tra được trình bày trong phần phụ lục 2), quan sát hoạt động giải bài tập của học sinh trong giờ học, kiểm tra khảo sát, phân tích kết quả.
1.4.2. Kết quả điều tra.
Căn cứ kết quả điều tra thông qua phiếu điều tra giáo viên và học sinh chúng tôi đã phân tích, đánh giá một cách tổng hợp và rút ra những nhận xét sau đây:
Tình hình dạy giải bài tập của giáo viên.
- Số tiết học dành cho việc chữa bài tập còn ít mà yêu cầu rèn luyện kĩ năng lại nhiều nên giáo viên rất khó bố trí thực hiện cho đầy đủ.
- Trình độ học sinh trong lớp không đồng đều nên chọn bài để chữa trên lớp rất khó vì bài khó thì học sinh trung bình không hiểu nổi, bài dễ lại làm cho các em giỏi ít hứng thú.
- Mỗi giáo viên thường chọn riêng cho mình một phương pháp giải và đưa ra cho học sinh luyện tập, nên công tác đánh giá, kiểm tra chất lượng học sinh cả khối cũng gặp nhiều khó khăn.
Tình hình hoạt động giải bài tập của học sinh.
- Nhiều học sinh nhớ máy móc các công thức, chưa hiểu hết bản chất vật lí của hiện tượng nêu ra trong các bài tập, dẫn đến học sinh gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập hoặc áp dụng sai công thức trong quá trình giải.
- Trong các giờ bài tập số học sinh tích cực tham gia hoạt động giải bài tập chiếm khoảng 30%, còn số học sinh thụ động, lười suy nghĩ, chưa có ý thức hoặc chưa biết cách phân loại và xây dựng phương pháp giải cho mỗi loại bài tập chiếm khoảng 70%.
Những khó khăn, sai lầm của học sinh thường gặp khi giải bài tập chương “sóng cơ và sóng âm”.
- Rất nhiều học sinh nắm không vững những kiến thức toán học có liên quan đến việc giải các bài tập vật lí như: Vectơ, lượng giác, đạo hàm… nên
28
chưa hiểu được bản chất vật lí của bài tập, dẫn đến việc giải các bài tập vật lí càng khó hơn.
- Khả năng vận dụng những kiến thức lý thuyết vật lí đã học vào các ứng dụng thực tế của đa số học sinh còn hạn chế. Do vậy, việc giải các bài tập lấy dữ kiện từ thực tế phần lớn học sinh thường giải sai.
- Rất nhiều học sinh không tự giác học, thụ động, lười suy nghĩ, thường đợi giáo viên đưa ra phương pháp giải cho một dạng bài tập nào đó rồi mới vận dụng các bài tập tương tự như vậy.
Nguyên nhân của những khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập vật lí và phương pháp khắc phục.
- Nguyên nhân:
Học sinh quên nhiều kiến thức toán học liên quan và khả năng vận dụng những kiến thức toán học vào giải bài tập vật lí còn hạn chế.
Giáo viên chưa lựa chọn được hệ thống bài tập và phương pháp hướng dẫn giải bài tập đầy đủ và phù hợp với đối tượng học sinh.
- Đề xuất phương án khắc phục.
Lựa chọn hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập phù hợp với học sinh.
Thường xuyên ôn tập kiến thức cho học sinh qua hoạt động giải bài tập.
Rèn luyện cho học sinh một số kĩ năng vận dụng kiến thức toán học vào giải bài tập vật lí.
29
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
Để giải quyết được các nhiệm vụ mà đề tài luận văn đặt ra, trong chương này chúng tôi đã trình bày một số vấn đề cơ sở lí luận dạy học hiện đại, tính tích cực, tự chủ và năng lực sáng tạo của học sinh, lý luận về dạy giải bài tập vật lí ở trường THPT; đồng thời trình bày thực trạng hoạt động dạy và học bài tập vật lí ở trường THPT Cao Bá Quát – Quốc Oai hiện nay.
Những luận điểm lí luận và thực tiễn trình bày trong chương là cơ sở giúp chúng tôi soạn thảo hệ thống và hướng dẫn giải bài tập chương "Sóng cơ và sóng âm" Vật lí 12 THPT được trình bày ở chương 2.
30
CHƢƠNG 2
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƢƠNG “SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM” VẬT LÍ 12
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG (CHƢƠNG TRÌNH CƠ BẢN) 2.1. Vị trí và vai trò chƣơng “Sóng cơ và sóng âm” vật lí 12 THPT.
Chương “Sóng cơ và sóng âm” là chương thứ 2 trong chương trình Vật lí 12 THPT. Các kiến thức trong chương giúp học sinh hiểu:
Khái niệm sóng.
Quy luật chuyển động của sóng và những hiện tượng đặc trưng của sóng.
Việc nghiên cứu chuyển động của sóng có những ứng dụng quan trọng nào trong đời sống và kỹ thuật.
2.2. Cấu trúc nội dung kiến thức chƣơng “Sóng cơ và sóng âm” vật lí 12 THPT
2.2.1. Cấu trúc chương “Sóng cơ và sóng âm” vật lí 12 THPT
Chương “Sóng cơ và sóng âm” vật lí 12 THPT có cấu trúc gồm 5 bài với nội dung cụ thể như sau:
Tên bài Số tiết theo ( Phân phối chương trình)
Bài 7. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ. 2 tiết
Bài 8. Giao thoa sóng. 1 tiết
Bài 9. Sóng dừng. 1 tiết
Bài 10. Đặc trưng vật lí của âm. 1 tiết Bài 11. Đặc trưng sinh lí của âm. 1 tiết
2.2.2. Nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm” vật lí 12 THPT.
2.2.2.1. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ.
a.Định nghĩa: Sóng cơ là dao động lan truyền trong môi trường vật chất. b.Phân loại: Gồm 2 loại
31
- Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng.
- Sóng ngang chỉ truyền được trong chất rắn và bề mặt chất lỏng.
Sóng dọc:
- Sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động dọc theo phương trùng với phương truyền sóng.
- Sóng dọc truyền được trong cả chất khí, chất lỏng và chất rắn.
c.Các đại lượng đặc trưng của sóng hình sin.
Biên độ sóng A:
Biên độ A của sóng là biên độ dao động của một phần tử của môi trường khi có sóng truyền qua.
Chu kì sóng, tần số của sóng:
Chu kì sóng là chu kì dao động của một phần tử của môi trường khi
có sóng truyền qua, chu kì sóng là chu kì dao động và cũng là chu kì của nguồn sóng.
Tần số sóng là tần số dao động của một phần tử của môi trường khi có
sóng truyền qua, tần số sóng là tần số dao động và cũng là tần số của nguồn sóng.
Tốc độ truyền sóng:
- Tốc độ truyền sóng υ là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.
- Đối với mỗi môi trường tốc độ truyền sóng υ có giá trị không đổi.
Bước sóng (m):
- Bước sóng là quãng đường sóng truyền được trong một chu kì.
. v
v T f
- Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương dao động cùng pha.
Năng lượng sóng:
Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử môi trường khi có sóng truyền qua.
32
d.Phương trình sóng.
Phương trình sóng tại một điểm trong môi trường truyền sóng là phương trình dao động của điểm đó.
- Giả sử phương trình dao động của nguồn sóng O là: cos
uA t
Thì phương trình sóng tại điểm M cách O một khoảng x là: cos 2 ( ) M t x u A T
- Nhận xét: Tính tuần hoàn của sóng.
Tại một điểm xác định trong môi trường truyền sóng có x = const. uM
là một hàm biến thiên điều hòa theo thời gian t với chu kì T.
Tại một thời điểm xác định t = const uM là một hàm biến thiên điều hòa trong không gian theo biến x với chu kì .
2.2.2.2. Giao thoa sóng. a.Hai sóng kết hợp.
- Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương, cùng chu kì (tần số) và có hiệu số pha không đổi theo thời gian.
- Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra là hai sóng kết hợp.
b.Phương trình sóng.
- Giả sử phương trình sóng tại hai nguồn kết hợp O1 và O2 là: 1 2 cos
u u a t (1)
- Xét một điểm M cách hai nguồn lần lượt là d1 = O1M và d2 = O2M Phương trình sóng tại M do hai nguồn O1 và O2 truyền đến là:
1 1M cos 2 (t d ) u a T (2) 2 2M cos 2 (t d ) u a T (3) Phương trình sóng tổng hợp tại M. 2 1 1 2 2 cos ( ) cos 2 ( ) 2 M M M d d t d u u u a T (4)
33
- Nhận xét: Dao động tổng hợp tại M cũng là dao động điều hòa cùng chu kì (tần số) với hai nguồn có biên độ dao động, và độ lệch pha là:
2 1 2 cos (d d ) 2 M cos ( ) A a a 2 1 2 d d
c.Vị trí cực đại, cực tiểu giao thoa.
Từ biểu thức biên độ dao động của M ta có: - Biên độ dao động cực đại Amax = A khi
2 1
2 1
cos ( d d ) 1 2k;k Z d d k
Những điểm tại đó dao động với biên độ cực đại là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một số nguyên lần bước sóng λ.
Quỹ tích của những điểm này là những đường hypebol có hai tiêu điểm S1, S2, chúng được gọi là những vân giao thoa cực đại.
- Biên độ dao động cực tiểu Amin = A khi 2 1 2 1 1 cos ( ) 0 (2 1) ; ( ) 2 d d k k Z d d k
Những điểm tại đó dao động với biên độ cực đại là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn truyền tới bằng một nửa số nguyên lần bước sóng λ. Quỹ tích của những điểm này là những đường hypebol có hai tiêu điểm S1, S2, chúng được gọi là những vân giao thoa cực tiểu.
2.2.2.3. Sóng dừng.
a.Định nghĩa: Sóng dừng là trường hợp đặc biệt của giao thoa sóng, trong đó có sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ. Những điểm tăng cường lẫn nhau gọi là bụng sóng, những điểm triệt tiêu lẫn nhau gọi là nút sóng.
b.Tính chất.
- Khoảng cách giữa hai nút sóng hay hai bụng sóng liên tiếp nhau trên phương truyền sóng:
34 2 A P N N N N N B B B B 4 A Bụng Nút P ; 0,1, 2.. 2 NN BB d d k k n
- Khoảng cách giữa nút và bụng sóng liên tiếp nhau trên phương truyền sóng: (2 1) ; 0,1, 2.. 4 NB d k k n c.Điều kiện để có sóng dừng.
- Đối với sợi dây có hai đầu cố định (nút sóng) hay hai đầu tự do (bụng sóng) như hình 2.1a
; : 2
l k k
số bó sóng
- Đối với sợi dây có một đầu cố định (nút sóng) và một đầu tự do (bụng sóng) như hình 2.1b (2 1) ; : 4 l k k số bó sóng 2.2.2.4. Sóng âm a.Định nghĩa
- Sóng âm là những sóng cơ học lan truyền trong môi trường vật chất. - Nguồn âm là những vật dao động phát ra âm.
b.Sự truyền âm.
Hình 2.1a: Mô tả hiện tượng sóng dừng trên sợi dây có hai đầu cố
định
Hình vẽ 2.1b: Mô tả hiện tượng sóng dừng trên sợi dây có một đầu
cố định, một đầu tự do
35
- Sóng âm truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí và không truyền được trong chân không.
- Âm hầu như không truyền qua các chất xốp như bông, len… Những chất đó được gọi là chất cách âm.
- Sóng âm truyền trong mỗi môi trường với một tốc độ hoàn toàn xác định. - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào bản chất môi trường, nhiệt độ, áp suất…
c.Hạ âm, siêu âm.
- Sóng có tần số dưới 16Hz gọi là sóng hạ âm. - Sóng có tần số trên 20000Hz gọi là sóng siêu âm.
- Âm nghe được có tần số nằm trong khoảng từ 16 Hz đến 20000 Hz.
d.Đặc trưng vật lý của âm.
- Tần số âm.
- Cường độ âm và mức cường độ âm:
Cường độ âm I tại một điểm là đại lượng đo bằng năng lượng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian.
.
W P
I
S t S