Chương 2. Thiết kế, chế tạo và sử dụng một số thí nghiệm về Dao động cơ có kết nối với điện thoại thông minh nhằm bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông
2.3. Thiết kế tiến trình dạy học các bài học chương “Dao động cơ” có sử dụng thiết bị thí nghiệm phần dao động cơ kết nối với điện thoại thông
2.3.3. Tiến trình dạy học bài “Dao động điều hòa” (Tiết 1)
Mục tiêu dạy học của bài Mục tiêu kiến thức
- HS phát biểu được các khái niệm: dao động, dao động tuần hoàn, chu kì, tần số, vị trí cân bằng, biên.
- HS phát biểu được định nghĩa dao động điều hoà.
- HS nêu được ý nghĩa li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu.
- HS mô tả được cách kiểm chứng một dao động nào đó có phải là điều hòa hay không bằng cách kiểm tra đồ thị li độ xem có phải đồ thị hàm sin/cos hay không?
Mục tiêu kỹ năng
- HS viết được phương trình li độ của dao động điều hòa.
- HS vẽ được đồ thị li độ của một dao động điều hoàn theo thời gian.
- HS sử dụng được thiết bị TNKNĐTTM để kiểm tra dao động của CLLX và CLĐ là có dao động điều hòa hay không?
- HS giải được các bài tập đơn giản liên quan đến quan hệ giữa chu kì và tần số của dao động tuần hoàn.
Hình thức – phương pháp tổ chức dạy học chủ đạo
Sử dụng hình thức dạy học lớp – bài tại các phòng học; phương pháp dạy học đàm thoại, hỏi đáp với HS để tìm hiểu từng phần kiến thức.
Những nội dung cần chuẩn bị
Những phương tiện dạy học cần chuẩn bị:
- Bàn ghế sắp xếp phù hợp với việc quan sát bảng, quan sát giáo viên làm thí nghiệm và phù hợp với việc học sinh thảo luận nhóm khi cần.
- Các bộ thí nghiệm CLLX treo thẳng đứng, CLĐ và thiết bị TNKNĐTTM.
Những nội dung cần chuẩn bị:
- Giáo viên phải chuẩn bị trước phiếu học tập.
- Học sinh phải ôn lại các kiến thức về chuyển động cơ như: tọa độ, phương trình chuyển động, vận tốc, gia tốc, đồ thị chuyển động, ...
Các hoạt động tổ chức dạy học cụ thể
Hoạt động của GV Hoạt động (dự kiến) của HS Hoạt động 1: GV giới thiệu về dao động (10 phút)
- GV đưa ra tình huống: “Ở lớp 10 chúng ta đã biết, có nhiều loại chuyển động khác nhau. Các em hãy gọi tên các loại chuyển động sau: Một viên phấn rơi, đoàn tàu khi chuyển động ổn định trên đường ray thẳng, đoàn tàu vào ga, chuyển động của quả lắc đồng hồ”.
- GV giúp HS gọi tên chuyển động của quả lắc đồng hồ là “Dao động”, sau đó yêu cầu HS chỉ ra các dấu hiệu khác nhau của dao động so với các loại chuyển động khác, từ
- Học sinh gọi tên các loại chuyển động mà GV đưa ra:
+ Một viên phấn rơi: chuyển động thẳng nhanh dần đều.
+ Đoàn tàu khi chuyển động ổn định trên đường ray thẳng: chuyển động thẳng đều.
+ Đoàn tàu vào ga: chuyển động chậm dần.
+ Quả lắc đồng hồ???
- HS định nghĩa dao động.
Biên O Biên
VTCB
đó định nghĩa dao động và các đại lượng đặc trưng.
(C1) Dao động là gì?
(C2) Chu kì của dao động là gì?
(C3) Tần số của dao động là gì?
(C4) Hãy viết công thức liên hệ giữa chu kì và tần số của dao động?
- GV giới thiệu cách mô tả chuyển động bằng phương trình và đồ thị chuyển động.
- GV hướng dẫn HS chọn gốc tọa độ, trục tọa độ để hướng đến mô tả chuyển động của vật qua mô tả quy luật thay đổi tọa độ (đồ thị và phương trình chuyển động).
- Gợi ý HS chấp nhận khái niệm li độ thay cho tọa độ, vì có nghĩa là “độ lệch xa” khỏi VTCB.
- GV yêu cầu HS dự đoán quy luật thay đổi li độ của một vật đang dao động (biến đổi qua lại quanh trục thời gian).
- HS phát biểu ý nghĩa các đại lượng.
- HS phát biểu ý nghĩa chu kì, tần số, viết biểu thức liên hệ.
- HS dự đoán đồ thị tọa độ của dao động.
Hoạt động 2: GV xây dựng khái niệm dao động điều hòa (5 phút) - Từ đồ thị dự đoán li độ của một dao động,
GV đưa định hướng: “Nếu dao động của vật có đồ thị li độ dạng như hàm sin như sau thì dao động đó, trong vật lí được gọi là dao động điều hòa.”
(C5) Vậy dao động điều hòa là gì?
(C6) Li độ dao động điều hòa phụ thuộc theo thời gian phải được mô tả bởi hàm như thế nào?
- HS viết ra phương trình mô tả li độ của dao động điều hòa:
x = Acos(ωt + φ)
- GV cùng với HS gọi tên các đại lượng trong phương trình dao động điều hòa. Ghi nhận vào phiếu học tập
- HS định nghĩa dao động điều hòa và ghi nhận ý nghĩa các đại lượng.
Hoạt động 3: GV hướng dẫn HS đề xuất cách thức kiểm tra một dao động nào đó có phải là dao động điều hòa hay không? (5 phút)
- GV đặt vấn đề:
(C7) Từ định nghĩa thế nào là dao động điều hòa, em hãy nêu nguyên tắc để kiểm tra một vật dao động nào đó có phải là dao động điều hòa không?
(C8) Nhưng làm thế nào để biết li độ của một vật có tuân theo hàm sin/cos hay không?
(C9) Có thể xác định ngược lại là tìm thời gian vật di chuyển qua các vị trí (li độ) không?
(C10) Làm thể nào có thể đo li độ của một vật đang dao động? Làm thể nào để xác định thời gian qua các vị trí li độ xác định?
- HS suy nghĩ và trả lời: Kiểm tra xem li độ/đồ thị li độ theo thời gian có tuân theo hàm sin/cos hay không?
- HS trả lời:
Đo li độ theo thời gian, vẽ đồ thị và xem đồ thị có phải hàm sin/cos không.
Tại các vị trí (li độ) cố định, xác định thời gian vật chuyển động qua các vị trí (li độ) này và xem đồ thị có phải hàm sin/cos không?
Hoạt động 4: GV giới thiệu thiết bị TNKNĐTTM (5 phút) - GV: Hôm nay cô sẽ giới thiệu với các em
một thiết bị giúp chúng ta đo được li độ của vật theo thời gian cũng như xác định thời gian qua các vị trí li độ xác định với tốc độ rất nhanh, đó là thiết bị TNKNĐTTM.
- GV giới thiệu TBTN, tính năng và cách sử dụng.
- HS lắng nghe.
- HS thực hiện thí nghiệm với GV, lắng nghe hướng dẫn thu số liệu.
- HS ghi nhận vào phiếu học tập
- GV gọi một HS lên dùng quyển sách chắn cảm biến, dịch chuyển quyển sách để xem tọa độ quyển sách thay đổi trên đồ thị.
- GV chốt lại: “Chúng ta có thể sử dụng TBTN đo li độ theo thời gian, xác định thời gian qua các vị trí li độ cố đinh, vẽ đồ thị, đối chiếu đồ thị thu được với đồ thị hàm sin/cos từ đó khẳng định dao động có phải điều hòa hay không?
Hoạt động 5: GV tổ chức cho HS dùng thiết bị TNKNĐTTM kiểm chứng CLLX và CLĐ có dao động điều hòa hay không? (15 phút)
- GV đặt vấn đề sử dụng TBTN kiểm chứng xem một dao động nào đó là dao động điều hòa hay không?
- GV giới thiệu 3 ví dụ cần kiểm chứng.
+ Con lắc lò xo treo thẳng đứng.
+ Con lắc đơn.
+ Quyển sách dao động bởi tay người.
- GV yêu cầu và hướng dẫn HS nêu lên các bước để tiến hành kiểm tra một dao động nào đó là điều hòa hay không?
- HS quan sát các ví dụ.
- HS thảo luận để thống nhất các bước.
+ Bố trí các thiết bị thí nghiệm có sẵn giáo viên cung cấp, hướng cảm biến vào vật để có thể đo li độ dao động, bố trí cảm biến để vật cản có thể đi lần lượt qua các cảm biến ở các vị trí li độ xác định.
+ Cho vật dao động, thu số liệu về, vẽ lại đồ thị bằng cách sử dựng công cụ vẽ đồ thị trong Excel rồi đối chiếu
- Sau khi thống nhất các bước làm GV tổ chức cho HS tiến hành làm TN theo nhóm kiểm chứng 3 dao động trên có phải dao động điều hòa không, sau đó ghi nhận kết quả vào phiếu học tập.
- Hình thức tổ chức:
+ Chia lớp thành ba nhóm, ba nhóm lần lượt tiến hành thí nghiệm và vẽ đồ thị.
+ Sau khi thu được đồ thị, báo cáo các nhóm đối chiếu với nhau, kết luận
với đồ thị dạng sin/cos để phát hiện quy luật số liệu. Từ đó kết luận.
- HS tiến hành kiểm chứng 3 trường hợp theo nhóm, thông báo kết quả với lớp, đối chiếu kết quả với các nhóm còn lại và ghi nhận vào phiếu học tập.
+ Đồ thị thu được từ các nhóm có dạng như nhau và phù hợp với dao động của hàm sin/cos.
+ Kết luận một vật dao động điều hòa thì phương trình li độ theo thời gian sẽ tuân theo làm sin/cos?
- HS ghi chép vào phiếu học tập Hoạt động 6: Kết thúc tiết học (5 phút)
- GV hệ thống lại những điểm đã học: mục đích của bài học là tìm hiểu một loại chuyển động mới là “Dao động điều hòa”; các đặc điểm của dao động điều hòa (li độ, đồ thị, chu kì, tần số) và cách để biết một vật có dao động điều hòa hay không bằng cách sử dụng thiết bị TNKNĐTTM.
- HS phối hợp với GV để xâu chuỗi lại các vấn đề đã học.
Các chú ý và dự kiến các tính huống phát sinh khi dạy học
GV lưu ý là trong tiết học này, chưa yêu cầu HS biết và hiểu mối quan hệ giữa chu kì và tần số góc, mặc dù có thể sử dụng tính chất tuần hoàn của hàm sin/cos để suy ra. Quan hệ này sẽ được đề cập đến ở tiết thứ 2 ở mục mối quan hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều.