Đánh giá việc xây dựng và phân loại bài tập phần sóngcơ học và sóng

1.2 .Phân loại các cấp độ tư duy

1.4. Đánh giá việc xây dựng và phân loại bài tập phần sóngcơ học và sóng

- Qua việc khảo sát bài tập phần sóng cơ học và sóng điện từ ở SGK cơ bản và SGK nâng cao tôi nhận thấy, đa số phần bài tập cuối bài chưa đầy đủ các cấp độ tư duy; chủ yếu bài tập thuộc cấp độ biết và hiểu, có một phần nhỏ vận dụng thấp và vận dụng cao dường như rất ít. Đối với bài tập SBT cơ bản và SBT nâng cao, lượng bài tập đưa ra khá nhiều tuy nhiên có một phần nhỏ trùng lặp với SGK. Các dạng bài tập ở đây đưa ra phong phú hơn, đầy đủ các cấp độ hơn, tuy nhiên lượng bài tập cấp độ vận dụng cao vẫn còn rất ít và đơn điệu.Việc phân loại các cấp độ theo tư duy vẫn chưa rõ ràng và có những GV chưa phân biệt được các cấp độ dẫn đến việc sử dụng bài tập chưa hiệu quả. - Đối với đề thi THPT Quốc gia năm 2017, lượng bài tập phần Sóng cơ học và sóng điện từ khoảng 4 câu, chiếm 10 % trong đề thi. Các cấp độ của các câu hỏi dải đều các cấp độ biết - hiểu - vận dụng thấp - vận dụng cao.

- Trong đề khảo sát mới nhất của Bộ GD và ĐT năm 2018, các câu hỏi phần sóng cơ học và sóng điện từ chiếm 6 câu, trải đều các cấp độ.

Trong các năm trở lại, như đề thi THPT Quốc gia 2016 có 5 câu ở phần Sóng cơ học và sóng điện từ. Trong đó phần sóng điện từ chiếm 1 câu thuộc cấp độ nhận biết

Từ những đánh giá trên cho ta thấy phần sóng cơ học và sóng điện từ là một phần quan trọng trong đề thi THPT Quốc gia. Chiếm tỉ lệ khá cao so với các chương khác trong các câu hỏi thi. Các câu hỏi ở phần này phân bố đầy đủ ở các cấp độ. Điều này cho thấy việc phân loại các cấp độ tư duy trong việc dạy và học vật lí nói chung và phần sóng cơ học và sóng điện từ nói riênglà rất cần thiết.

TIỂU KẾT CHƯƠNG I

Thông qua việc đánh giá cơ sở lý thuyết và cơ sở thực tiễn “ Xây dựng và phân loại hệ thống bài tập theo cấp độ tư duy phần sóng cơ học và sóng điện từ”. Cho thấy một số vấn đề như sau:

Bài tập vật lí giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống; có tầm quan trọng đặc biệt rèn luyện cho học sinh tính sáng tạo, độc lập trong suy nghĩ, rèn luyện tư duy, đức tính kiên trì và sự yêu thích môn học, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh.

Các cấp độ tư duy gồm có: Nhận biết (Knowledge),Thông hiểu (Comprehension), Vận dụng thấp (Application low level), Vận dụng cao (Application high level). Các bài tập theo các cấp độ tư duy được sử dụng trong việc kiểm tra đánh giá và dạy học phát triển tư duy cho học sinh.

Từ những đánh giá thực tiễn việc dạy học phần sóng cơ học và sóng điện từ ở THPT cho ta thấy việc học tập ở THPT chưa đem lại được hiệu quả tối đa; đây là một phần quan trọng trong đề thi THPT Quốc gia.Số lượng câu hỏi thuộc phần sóng cơ học và sóng điện từ Chiếm tỉ lệ khá cao so với các chương khác trong đề thi. Các câu hỏi ở phần này phân bố đầy đủ ở các cấp độ.Và cần thiết phải xây dựng một tài liệu dạy học phần sóng cơ và sóng điện từ theo các cấp độ tư duy, giúp nâng cao hiệu quả học tập, kích thích phát triển tư duy cho HS và phục vụ cho việc dạy và học vật lí ở THPT.

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG BÀI TẬP PHẦN SÓNG CƠ HỌC VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ THEO CÁC CẤP ĐỘ

TƯ DUY 2.1. Phần sóng cơ học

2.1.1. Tóm tắt kiến thức:

2.1.1.1. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

 Định nghĩa và đặc điểm của sóng cơ học:

- Sóng cơ học là quá trình lan truyền các dao động cơ học theo thời gian trong môi trường vật chất.

- Đặc điểm: Khi truyền qua, các phần tử của môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của chúng mà không chuyển dời theo sóng chỉ có pha dao động của chúng truyền đi.

 Phân loại:

Gồm sóng dọc và sóng ngang

- Sóng ngang: Là sóng có phương dao động của các phần tử môi trường vuông góc với phương trình truyền sóng. Ví dụ: Sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su.

- Sóng dọc: Là sóng có phương dao động của các phần tử môi trường trùng với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng âm, sóng trên một lò xo.

 Các đại lượng đặc trưng cho sóng:

- Biên độ của sóng A: là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

- Chu kỳ sóng T: là chu kỳ dao động của một phần tử của môi trường sóng truyền qua.

-Tần số ƒ: là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sóng: ƒ = 1 T

- Tốc độtruyền sóng v: là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường.

- Bước sóngλ: là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ.

. v

v T f

  

truyền sóng dao động cùng pha.

- Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha làλ

2 .

- Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động vuông pha là λ

4 .

- Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động cùng pha là: kλ.

- Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là: (2k+1)λ

2. * Chú ý

- Quá trình truyền sóng là một quá trình truyền pha dao động, khi sóng lan truyền thì các đỉnh sóng di chuyển còn các phần tử vật chất môi trường mà sóng truyền qua thì vẫn dao động xung quanh vị trí cân bằng của chúng.

- Khi quan sát được n đỉnh sóng thì khi đó sóng lan truyền được quãng đường bằng (n – 1)λ, tượng ứng hết quãng thời gian là Δt = (n – 1)T.

Hình 2. 1 Mô tả sóng hình sin - Năng lượng sóng: 1 . 2. 2 - Năng lượng sóng: 1 . 2. 2

2

E  D A

 Phương trình sóng:

Giả sử phương trình sóng tại nguồn O có dạng u0  A.cos t thì phương trình sóng tại một điểm M các O một khoảng d là:

. . os 2 M d d u A cos t A c t v                   

Ý nghĩa của phương trình sóng: Tại một thời điểm các định t=const, d=x .Lúc đó uM là một hàm biến thiên điều hòa trong không gian theo biến x với chu kỳ  .

Tại một điểm các định trong môi trường, d=const. Lúc đó uM là một hàm biến thiên điều hòa theo thời gian với chu kỳ T.

 Độ lệch pha:

Độ lệch pha dao động giữa hai điểm M, N bất kỳ trong môi trường truyền sóng cách nguồn lần lượt là d1 và d2 là:  2 1 2 2 MN  d d  d         . 0 d

  sóng tại M nhanh pha hơn sóng tại N 0

d

  Sóng tại N nhanh pha hơn sóng tại M

- Nếu MN 2kthì hai điểm dao động cùng pha. Khi đó khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động cùng pha thỏa mãn 2πd

λ = k2π → dmin = λ.

- Nếu MN = (2k + 1)π thì hai điểm dao động ngược pha. Khi đó khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động ngược pha thỏa mãn 2πd

λ = (2k + 1)π → d = (2k+1)λ 2 → dmin = λ 2 - Nếu MN= (2k + 1)π

2 thì hai điểm dao động vuông pha. Khi đó khoảng cách gần nhất giữa hai điểm dao động vuông pha thỏa mãn 2πd

λ = (2k + 1) π 2 → d = (2k+1)λ 4 → dmin = λ 4

2.1.1.2. Giao thoa sóng

 Khái niệm: là hi

ổn định. Các gợn sóng có hình là các tốc vân giao thoa.

Hình 2. 2Minh hoạ

 Giả sử tại hai ngu

1 cos U  A t    Phương trình sóng t 1 2 2 cos cos M U U U  A  t - Biên độ sóng tại M: A A

- Vị trí cực đại giao thoa (Biên đ

 2 1

cos d d 1





 tức là - Vị trí cực tiểu giao thoa (

 2 1 cos d d 0    tức là Những điểm khác dao đ  Xác định sốđiểm dao đ chứa hai nguồn: Cực đại: 2 2 l l k              Giao thoa sóng

m: là hiện tượng gặp nhau của hai sóng tạo nên các g n sóng có hình là các đường hypebol đư thoa.

ạ hiện tượng giao thoa của hai sóng kết hợ i hai nguồn sóng S1 và S2 , phương trình sóng l

1 2 d U A t            và 2 2 2 cos d U A t            . ình sóng tổng hợp tại M là  1 2 2 1 2 cos d d cos d d U U U A t                        2 1 2 cos M d d A A    

i giao thoa (Biên độ dao động bằng 2A) c là d2 d1k với k0, 1, 2,... 

u giao thoa (Biên độ dao động đạt cực tiểu bằng 0) c là d2d1k với k 0, 1, 2,... 

m khác dao động với biên độ 0<a<2A

m dao động với biên độ cực đại, cực tiểu trên đo

2 2 l l k              o nên các gợn sóng ng hypebol được gọi là vận

ợp S1 và S2 ình sóng lần lượt là:

i M là

ng 0)

Cực tiểu: 1 1 2 2 2 2 l l k         

      ( l là khoảng cách giữa hai nguồn )

2.1.1.3. Sóng dừng

 Định nghĩa:

Sóng dừng là hiện tượng sóng tới và sóng phản xạ gặp nhau chúng giao thoa với nhau những điểm dao động với biên độ cực đại gọi là bụng, những điểm không dao động gọi là nút.

 Đặc điểm của sóng phản xạ:

-Khi phản xạ trên vật cản cố định, sóng phản xạ luôn luôn ngược pha với sóng tới ở điểm phản xạ và hai sóng triệt tiêu lẫn nhau ở đó.

-Khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ và hai sóng tăng cường lẫn nhau ở đó.

-Sóng phản xạ luôn cùng tần số với sóng tới, sóng tới và sóng phản xạ là hai sóng kết hợp.

 Tính chất

- Sóng dừng là trường hợp đặc biệt của giao thoa sóng.

- Khi phản xạ trên vật cản cố định, sóng phản xạ luôn luôn ngược pha với sóng tới ở điểm phản xạ và hai sóng triệt tiêu lẫn nhau ở đó.

- Khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ và hai sóng tăng cường lẫn nhau ở đó.

- Sóng phản xạ luôn cùng tần số với sóng tới, sóng tới và sóng phản xạ là hai sóng kết hợp

- Khoảng cách giữa hai nút sóng hay hai bụng sóng bất kỳ:

2

d k

 , k=1,2,3,.

- Khoảng cách giữa một bụng sóng với một nút sóng bất kỳ: (2 1) 4

d k 

 

- Thời gian hai lần dây duỗi thẳng liên tiếp:

2

T t

 

- Bề rộng bụng sóng là 4a

- Hai đầu cố định:

2

l k



- Một đầu tự do, một đầu cố định: (2 1) 4

l k 

 

2.1.1.4. Sóng âm:

 Định nghĩa: Sóng âm là sóng cơ học mà tai con người có thể cảm nhận được. Sóng âm có tần số nằm trong khoảng 16Hz đến 20.000 Hz.

 Môi trường truyền âm, vân tốc âm:

-Môi trường truyền âm có thể là rắn, lỏng, khí và không truyền được trong chân không.

- Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ và nhiệt độ của môi trường. Vận tốc truyền âm trong chất rắn là lớn nhất, sau đó là chất lỏng và chất rắn.

- Vì sóng âm là một loại sóng cơ học nên nó cũng có các đặc trưng như các loại sóng cơ khác, cũng có phản xạ và giao thoa.

 Đặc trưng vật lí

- Tần số âm nghe được: Từ 16 Hz đến 20.000 Hz - Cường độ âm và mức cường độ âm:

Cường độ âm tại một điểm là năng lượng truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm tại điểm đó.

Biểu thức: 2 2 . 4 4 E E P P I S t r t r S     Đơn vị W /m2

E (J): là năng lượng của sóng

P (W): công suất phát âm của nguồn S (m2 ): diện tích. S 4r2 Mức cường độ âm: 0 log I L I  (B) 0 10log I L I

 (dB) ; I0 là mức cường độ âm chuẩn (1012 W /m2 )

-Độ cao của âm là một đặc trưng sinh lí gắn liền với đặc trưng vật lí tần số âm. Âm càng cao khi tần số càng lớn.

- Độ to của âm là một đặc trưng sinh lí gắn liền với đặc trưng vật lí mức cường độ âm. Âm càng to khi mức cường độ âm càng lớn.

- Âm sắc là một đặc trưng sinh lí, giúp ta phân biệt âm do các nguồn âm khác nhau phát ra. Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm.

 Nhạc âm

- Tạp âm là âm có tần số không xác định.

- Nhạc âm là những âm phát ra từ các nhạc cụ nghe êm ái, dễ chịu, là những dao động tuần hoàn.

- Hoạ âm nhạc cụ phát ra một âm có tần số f0, gọi là âm cơ bản, thì bao giờ nhạc cụ đó cũng đồng thời phát ra một loạt âm có tần số là một số nguyên lần âm cơ bản 2 f0, 3 f0.... Các âm này gọi là các hoạ âm.

Khi phát ra âm dây đàn và cột khí đều tạo ra sóng dừng

- Với dây đàn hai đầu cố định hoặc ống sáo hở hai đầu có sóng dừng khi chiều dài của dây thoả mãn điều kiện

2

k

l 



k =1 ta có âm cơ bản ứng với 0 2

v f

l



k=2,3,4… ta có hoạ âm bậc 2,3,4…ứng với tần số 2 ,3 , 4 .f0 f0 f0 …

- Với ống sáo một đầu hở có sóng dừng khi chiều dài của dây thoả mãn điều kiện 2 1

4

k

l 

k= 0 ta có âm cơ bản với tần số 0 4

v f

l



k=1,2,3… ta có hoạ âm bậc 3,5,7…ứng với tần số 3 ,5 ,7 .f0 f0 f0 …( Trường hợp này chỉ có hoạ âm bậc lẻ)

2.1.2. Bài tập mức độ biết

Ví dụ về xác định câu hỏi ở cấp độ biết: Câu hỏi “ Khi nói về sóngcơ học, phát biểu nào sau đây là sai?

A.Sóng cơ học là sự lantruyền daođộng cơ học trong môi trường vật chất. B.Sóng cơ học truyền được trong tất cảcác môi trường rắn,lỏng, khí và chân không.

C.Sóng cơ học có phương dao động vuông góc với phươngtruyền sóng là sóng ngang.

D.Sóng âmtruyền trong không khí là sóng dọc.”

Để xác định được phương án chính các cho câu hỏi này, HS cần nhớ được khái niệm sóng cơ học là gì ? Và nhớ được sóng âm là gì, sóng dọc là gì, môi trường sóng dọc có thể truyền qua ? Căn cứ chuẩn kiến thức kỹ năng, và bảng 1.2 tôi xác định câu hỏi này thuộc cấp độ biết. Tương tự như vậy tôi phân loại và xây dựng được các câu hỏi dưới đây.

 Bài tập trắc nghiệm: Câu 1: Sóng cơ là:

A. Sự truyền chuyển động cơ trong không khí B. Những dao động cơ lan truyền trong môi trường C. Chuyển động tương đối của vật này so với vật khác D. Sự co dãn tuần hoàn giữa các phần tử của môi trường Câu 2: Sóng dọc là sóng có phương dao động

A. nằm ngang.

B. trùng với phương truyền sóng.

C. vuông góc với phương truyền sóng. D. thẳng đứng.

Câu 3.[8]: Một nguồn sóng trên mặt nước dao động với phương trình 5cos 2 4 u t        

 (cm). Biên độ của nguồn sóng có giá trị bằng?

A. 0.5 cm B. 5 cm

C. 5 m D. 0.5 m

Câu 4.[6]: Chu kì sóng là

A. chu kỳ của các phần tử môi trường có sóng truyền qua. B. đại lượng nghịch đảo của tần số góc của sóng

C. tốc độ truyền năng lượng trong 1 (s).

D. thời gian sóng truyền đi được nửa bước sóng.

Câu 5.[ĐH-2015]: Một sóng cơ có tần số f lan truyền trong môi trường vật chất đàn hồi với vận tốc v, khi đó bước sóng được xác định theo công thức:

A.  v f. B. v f   C.  2vf D. 2v