2.1.1. Mục tiêu cần đạt đƣợc khi dạy học chƣơng [2], [3]
a. Về kiến thức:
- Phát biểu đƣợc định nghĩa dao động điều hoà.
- Nêu đƣợc li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì. - Công thức xác định vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa.
- Viết đƣợc phƣơng trình động lực học và phƣơng trình dao động điều hoà của con lắc lò xo.
- Viết đƣợc công thức tính chu kì (hoặc tần số) dao động điều hoà của con lắc lò xo. - Nêu đƣợc quá trình biến đổi năng lƣợng trong dao động điều hoà.
- Viết đƣợc phƣơng trình động lực học và phƣơng trình dao động điều hoà của con lắc đơn.
- Viết đƣợc công thức tính chu kì (hoặc tần số) dao động điều hoà của con lắc đơn. - Nêu đƣợc ứng dụng của con lắc đơn trong việc xác định gia tốc rơi tự do. - Nêu đƣợc dao động riêng, dao động tắt dần, dao động cƣỡng bức là gì. - Nêu đƣợc các đặc điểm của dao động tắt dần, dao động cƣỡng bức, dao động duy trì. - Nêu đƣợc điều kiện để hiện tƣợng cộng hƣởng xảy ra.
- Trình bày đƣợc nội dung của phƣơng pháp giản đồ Fre-nen.
- Nêu đƣợc cách sử dụng phƣơng pháp giản đồ Fre-nen để tổng hợp hai dao động điều hòa cùng tần số, cùng phƣơng dao động.
b. Về kĩ năng
- Giải đƣợc những bài toán đơn giản về dao động của con lắc lò xo. - Giải đƣợc những bài toán đơn giản về dao động của con lắc đơn. - Biểu diễn đƣợc dao động điều hoà bằng vectơ quay.
- Xác định chu kì dao động của con lắc đơn và gia tốc rơi tự do bằng thí nghiệm
c.Về thái độ tình cảm:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Niềm say mê yêu thích môn Vật lí, chủ động tích cực, trung thực khách quan trong quá trình học tập xây dựng kiến thức mới.
- Có ý thức trách nhiệm trƣớc những nhiệm vụ học tập đƣợc giao, có tinh thần hợp tác, biết lắng nghe ý kiến của ngƣời khác.
- Có ý chí phấn đấu, tự tin vào bản thân, mong muốn đƣợc khẳng định chính mình trƣớc tập thể.
2.1.2. Cấu trúc nội dung của chƣơng “Dao động cơ” [3]
Trong nội dung kiến thức chƣơng “Dao động cơ”, học sinh sẽ đƣợc khảo sát về các dạng dao động điều hòa cơ bản, thƣờng gặp trong thực tiễn (dao động của con lắc lò xo, dao động của con lắc đơn). Các đại lƣợng đặc trƣng cho dao động động (chu kỳ, tần số, li độ, biên độ, pha dao động, li độ, vận tốc, gia tốc). Ngoài ra còn xét xem khi nào thì xảy ra dao động điều hòa, dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cƣỡng bức. Giúp học sinh hiểu và vận dụng tốt kiến thức và phƣơng pháp nghiên cứu trong chƣơng “Dao động cơ” sẽ tạo hứng thú và bƣớc đầu phát triển năng lực tự lực học tập của học sinh.
Chƣơng “Dao động cơ” của chƣơng trình vật lí 12 đƣợc triển khai thực hiện từ năm học 2008-2009 đƣợc phân bố nhƣ sau:
Bảng 2.1. Phân phối loại bài học của chƣơng
Loại bài học Lýthuyết Bài tập Thựchành Tổng số tiết
Số tiết 6 2 2 10
Bảng 2.2 Kế hoạch phân phối chƣơng trình của chƣơng
Tiết theo PPCT Tên bài học
Tiết 1-2 Bài 1. Dao động điều hòa
Tiết 3 Bài 2. Con lắc lò xo
Tiết 4 Bài tập.
Tiết 5 Bài 3. Con lắc đơn.
Tiết 6 Bài 4. Dao động tắt dần, dao động cƣỡng bức. Cộng hƣởng.
Tiết 7 Bài 5. Tổng hợp dao động điều hoà cùng phƣơng, cùng tần số. phƣơng pháp Fre-nen
Tiết 8 Bài tập
Tiết 9-10 Bài 6. Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.2. Tiến trình dạy học một số bài chƣơng “Dao động cơ” Vật lý 12 theo hƣớng phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh miền núi phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo của học sinh miền núi
Tiến trình dạy học chúng tôi xây dựng là tuân thủ theo các biện pháp mà chúng tôi đã đề xuất ở chƣơng 1, mà mục đích là nhằm phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo cho học sinh THPT miền núi.
Để phát huy tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh, chúng tôi sử dụng phƣơng pháp dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề, phƣơng pháp làm việc độc lập của học sinh kết hợp với học tập hợp tác trong nhóm nhỏ. Giáo viên tạo ra những tình huống có vấn đề thông qua hệ thống các câu hỏi nhằm xây dựng các kiến thức trong bài logic, dễ hiểu. Giáo viên định hƣớng hành động học tập theo kiểu hƣớng dẫn tìm tòi, sau đó tổ chức cho học sinh thảo luận và giao nhiệm vụ cho các nhóm. Trong nhóm các học sinh tự giác, chủ động suy nghĩ và trao đổi ý kiến. Với cách hƣớng dẫn nhƣ vậy tất cả học sinh trong lớp sẽ tích cực suy nghĩ và chủ động tranh luận giải quyết vấn đề. Ngoài ra, chúng tôi còn lựa chọn và lồng ghép thêm một số câu hỏi định tính, bài tập thí nghiệm thông qua phiếu học tập trong đó nội dung có gắn liền với các hiện tƣợng thực tiễn cuộc sống, kĩ thuật để học sinh vận dụng khi đó sẽ kích thích đƣợc hứng thú học tập cho các em.
Để phát huy tính tích cực và năng lực tự lực học tập của học sinh, chúng tôi sử dụng phƣơng tiện dạy học hiện đại nhƣ: máy chiếu projector, máy tính.. để hỗ trợ chiếu câu hỏi, hình vẽ, các thí nghiệm mô phỏng và video clip lên màn chiếu để học sinh dễ quan sát và dễ tƣ duy. Ngoài ra, việc liên hệ các kiến thức vật lí với ứng dụng thực tiễn cũng góp phần tạo hứng thú và kích thích tính tích cực, tự lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Trong quá trình xây dựng kiến thức mới hay vận dụng giải bài tập giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận theo nhóm và tự trình bày ý tƣởng của mình, các nhóm khác nhận xét giúp cho quá trình kiểm tra, đánh giá và tự kiểm tra, đánh giá của học sinh đƣợc diễn ra một cách tự nhiên. Qua đây cũng phát huy đƣợc tính tự lực học tập, giúp phát triển tƣ duy lôgic, rèn luyện đƣợc khả năng diễn đạt và trình bày trƣớc tập thể. Chính trong hoạt động tự lực, đƣợc giao cho từng cá nhân hoặc theo dạy học hợp tác trong từng nhóm nhỏ thì tiềm năng sáng tạo của mỗi HS đƣợc bộc lộ và phát huy.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Dƣới đây chúng tôi xin trình bày 3 giáo án đƣợc biên soạn theo quan điểm, mục tiêu của đề tài đặt ra.
2.2.1. Bài 2: Con lắc lò xo A. MỤC TIÊU A. MỤC TIÊU
1. Về kiến thức:
- Nêu đƣợc cấu tạo của con lắc lò xo.
- Xác định đƣợc công thức của lực kéo về tác dụng vào con lắc lò xo. - Viết đƣợc phƣơng trình động lực học của con lắc lò xo.
- Viết đƣợc công thức tính chu kì của con lắc lò xo.
- Viết đƣợc công thức tính thế năng, động năng và cơ năng của con lắc lò xo. - Nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng của con lắc lò xo
2. Về kĩ năng
- Giải thích đƣợc tại sao dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa. - Vận dụng đƣợc các biểu thức làm các bài tập đơn giản và nâng cao trong SGK hoặc SBT vật lý 12.
3. Về thái độ
- Rèn thái độ tích cực tìm hiểu, học tập, tự lực nghiên cứu các vấn đề mới trong khoa học
B. CHUẨN BỊ:
1. Giáo viên:
- Chuẩn bị một con lắc lò xo treo thẳng đứng.
- Các thí nghiệm mô phỏng đƣợc thiết kế bằng phần mền Crocodile Phisics - Chuẩn bị các hình vẽ về con lắc lò xo nằm ngang.
- Giáo án điện tử.
- Máy vi tính, máy chiếu, phiếu học tập.
2. Học sinh:
- Chế tạo con lắc lò xo đơn giản.
- Ôn tập các công thức: Lực đàn hồi, Định luật II Niu-tơn, động năng, thế năng , cơ năng.
- Hoàn thành nội dung phiếu học tập mà giáo viên giao:
1. Tự chế tạo con lắc lò xo theo hƣớng dẫn sau: Dùng một lò xo mảnh(mềm), một đầu gắn vật nặng(Viên bi đục lỗ hoặc mẩu kim loại nhỏ ….)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Tìm hiểu con lắc lò xo: Cấu tạo nhƣ thế nào? Treo cố định con lắc ở một điểm theo phƣơng thẳng đứng, quan sát và đánh dấu vị trí của con lắc(Vị trí của vật nặng) khi nó chƣa dao động?Kích thích cho con lắc dao động bằng cách kéo nó lệch khỏi vị trí ban đầu(chú ý kéo theo phƣơng thẳng đứng, xuống phía dƣới) một đoạn nhỏ rồi buông ra, hãy quan sát và chỉ ra VTCB của con lắc? Ở VTCB chiều dài con lắc có thay đổi gì không?
2. Các lực tác dụng vào con lắc lò xo trong quá trình dao động là những lực nào? Vẽ hình biểu diễn cá lực đó? Lực duy trì dao động của con lắc là lực nào?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
I- CON LẮC LÒ XO:
CẤU TẠO CỦA CON LẮC LÒ XO
CON LẮC LÒ XO THẲNG ĐỨNG CON LẮC LÒ XO NẰM NGANG
GV yêu cầu HS đƣa ra các con lắc lò xo đã tự
chế tạo ở nhà
NÊU VẤN ĐỀ
CẤU TẠO CON LẮC LÒ XO?
Thảo luận nhóm Nêu cấu tạo của con lắc lò xo
NÊU VẤN ĐỀ VỊ TRÍ CÂN BẰNG CỦA CON LẮC
LÒ XO? CON LẮC LÒ XO THẲNG ĐỨNG CON LẮC LÒ XO NẰM NGANG
Chỉ ra vị trí cân bằng của con lắc lò xo Thảo luận nhóm, hoàn thành phiếu học tập số1
NÊU VẤN ĐỀ
Nếu kéo con lắc ra khỏi VTCB rồi buông ra, hãy dự đoán chuyển động
của nó? Dùng phần mền mô phỏng dao động của con lắc lò xo
Kết luận: Con lắc dao động quanh VTCB
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
II- KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT ĐỘNG LỰC HỌC
NÊU VẤN ĐỀ
Dao động của con lắc lò xo có phải là dao động điều hòa hay không?
Dùng phần mền mô
phỏng
Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học NÊU VẤN ĐỀ Thảo luận nhóm, kết luận - Hãy chỉ ra các lực tác dụng vào con lắc khi buông tay?
- Theo các em lực gây nên dao động của con lắc lò xo là lực nào? - Áp dụng định luật II Niu-tơn? Dùng phần mền mô phỏng dao động của con lắc - Trọng lực P , phản lực N của mặt phẳng, và lực đàn hồiF của lò xo. - Lực đàn hồi F = - kx
- Theo định luật II Niu tơn: x
m k a Thảo luận nhóm, hoàn thành phiếu họctập số 2
Kết luận: Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hòa theo phƣơng trình:x = Acos(t + ) * Chu kì: T =
k m
2
HS quan sát mô phỏng và khẳng định dao động của con lắc lò xo là một dao động
điều hòa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
III - KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO VỀ MẶT NĂNG LƢỢNG
NÊU VẤN ĐỀ
Trong quá trình dao động của con lắc xung quanh VTCB thì động năng và thế năng của con lắc biến đổi nhƣ thế nào?
Dùng phần mền mô phỏng, tìm giả thuyết đúng Giả thuyết 1 Động năng tăng, thế năng tăng và ngƣợc lại
NÊU VẤN ĐỀ
Viết biểu thức động năng, thế năng, cơ năng của con lắc lò xo?
Thảo luận nhóm, viết đƣợc các biểu thức Giả thuyết 2 đúng: Động năng tăng, thế năng
giảm và ngƣợc lại
Giả thuyết 2 Động năng tăng, thế năng giảm và ngƣợc lại
Thảo luận nhóm, đƣa ra các giả thuyết
1. Động năng của con lắc lò xo:
2 2 1
mv Wđ
2. Thế năng của con lắc lò xo: 2 2 1 kx Wt 3. Cơ năng: 1 2 1 2 2 2 W mv kx NÊU VẤN ĐỀ
Trong quá trình dao động của con lắc xung quanh VTCB cơ năng của con lắccó bảo toàn hay không?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Thảo luận nhóm, đƣa ra các giả thuyết Dùng phần mền mô phỏng để kiểm chứng Giả thuyết 1 đúng: 1 2 1 2 2 2 2 W kA m A = hằng số
Giả thuyết 1: Cơ năng đƣợc bảo toàn
Giả thuyết 2: Cơ năng không bảo
toàn Thảo luận nhóm, tìm giả thuyết đúng Thảo luận nhóm, kết luận Kết luận:
- Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động.
- Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua ma sát.
Dựa vào đồ thị do phần mền vẽ đƣợc tính động năng và thế năng tại các thời điểm: 0s; 2s; 3s. Từ đó rút ra nhận xét về cơ năng của con lắc để kiểm chứng lại kết quả vừa tính toán
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
D. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CỤ THỂ. Đặt vấn đề:
Ta đã tìm hiểu xong dao động điều hòa về mặt động học. Trong bài này, ta sẽ khảo sát tiếp dao động điều hòa về mặt động lực học và năng lƣợng. Muốn thế, ta hãy dùng con lắc lò xo làm mô hình để nghiên cứu.
Hoạt động 1: Con lắc lò xo
Trợ giúp của giáo viên Hoạt động của học sinh GV: Yêu cầu các nhóm HS đƣa ra các con
lắc lò xo đã tự chế tạo ở nhà.
GV: Con lắc lò xo có cấu tạo nhƣ thế nào? Cho HS thảo luận để nêu cấu tạo của con lắc lò xo.
GV:Hãy chỉ ra VTCB của con lắc lò xo? + VTCB của con lắc lò xo nằm ngang? + VTCB của con lắc lò xo thẳng đứng?
Phát phiếu học tập số 1:
Em hãy làm thí nghiệm với con lắc lò xo đã chế tạo nhƣ sau: Để con lắc theo chiều thẳng đứng, kích thích cho con lắc dao động:
1. Em hãy chỉ ra VTCB của con lắc lò xo thẳng đứng và nằm ngang?Ở VTCB chiều dài của con lắc có thay đổi gì không?
2. Kéo vật nặng của con lắc lò xo ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn rồi buông nhẹ thì con lắc sẽ chuyển động thế nào?
GV: Dùng phần mền mô phỏng dao động
HS: Đƣa ra các con lắc lò xo đã tự chế tạo ở nhà.
HS: Thảo luận nhóm, nêu cấu tạo của con lắc lò xo.
Con lắc lò xo gồm một vật nặng m gắn vào 1 đầu của lò xo có độ cứng k và khối lƣợng không đáng kể. Đầu còn lại của lò xo cố định.
HS: Thảo luận nhóm, hoàn thành phiếu học tập số 1.
1. Con lắc có 1 vị trí cân bằng mà khi ta thả vật ra vật sẽ đứng yên mãi.
+ Con lắc lò xo nằm ngang: Tại VTCB lò xo chƣa biến dạng, có chiều dài tự nhiên l0.
+ Con lắc lò xo treo theo phƣơng thẳng đứng: Tại VTCB lò xo dãn một đoạn.
mg l
k
2. Nếu kéo vật khỏi vị trí cân bằng rồi buông ra vật sẽ dao động quanh vị trí cân bằng, giữa hai vị trí biên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
của con lắc lò xo: Thẳng đứng và nằm ngang cho học sinh quan sát
Gọi đại diện các nhóm lên thực hiện thí nghiệm mô phỏng
GV: Dao động của con lắc lò xo có phải là dao động điều hòa hay không?