Sáng kiến kinh nghiệm cải tiến và đưa ra một số phương án thí nghiệm dạy học chủ đề sóng âm

Hiện nay, chúng ta đang thực hiện việc đổi mới toàn diện nội dung và phương pháp dạy học ở trường phổ thông. Đối với các môn khoa học thực nghiệm nói chung và môn vật lí nói riêng thì việc đổi mới đó gắn liền với việc phải tăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học. Nội dung kiến thức của phần “Sóng âm” gần gũi với kinh nghiệm sống của học sinh song để hiểu các kiến thức ấy cần được quan sát trực tiếp qua các thí nghiệm định tính và định lượng. Do vậy, để tổ chức hoạt động nhận thức nhằm nâng cao mức độ nắm vững kiến thức và hứng thú của học sinh trong dạy học phần “Sóng âm” giáo viên cần sử dụng các thí nghiệm nghiên cứu các tính chất của sóng âm. Hiện nay, ở phòng thí nghiệm vật lí phổ thông đã có một số bộ thí nghiệm về phần sóng âm. Tuy nhiên các thí nghiệm khảo sát các tính chất của âm chưa đầy đủ. Điều này dẫn đến giáo viên chưa có điều kiện tổ chức dạy học với các hoạt động nhận thức tích cực nhằm nâng cao mức độ nắm vững kiến thức và hứng thú học sinh khi học phần này. Với các lí do đó, tôi lựa chọn và nghiên cứu đề tài: Cải tiến và đưa ra một số phương án thí nghiệm thực hành chủ đề “Sóng âm”.

Trang 1/ 18

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH OAI

TRƯỜNG THCS CAO VIÊN

-

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

CẢI TIẾN VÀ ĐƯA RA MỘT SỐ PHƯƠNG ÁN THÍ NGHIỆM

THỰC HÀNH CHỦ ĐỀ “SÓNG ÂM”

Lĩnh vực/ Môn: Vật lí

Cấp học: THCS

Tên tác giả: NGUYỄN THỊ THU

Đơn vị công tác: Trường THCS Cao Viên

Chức vụ: Giáo viên

NĂM HỌC: 2019 - 2020

Trang 2/ 18

MỞ ĐẦU

1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, chúng ta đang thực hiện việc đổi mới toàn diện nội dung và phương pháp dạy học ở trường phổ thông Đối với các môn khoa học thực nghiệm nói chung và môn vật lí nói riêng thì việc đổi mới đó gắn liền với việc phải tăng cường sử dụng thí nghiệm trong quá trình dạy học

Nội dung kiến thức của phần “Sóng âm” gần gũi với kinh nghiệm sống của học sinh song để hiểu các kiến thức ấy cần được quan sát trực tiếp qua các thí nghiệm định tính và định lượng Do vậy, để tổ chức hoạt động nhận thức nhằm nâng cao mức độ nắm vững kiến thức và hứng thú của học sinh trong dạy học phần “Sóng âm” giáo viên cần sử dụng các thí nghiệm nghiên cứu các tính chất của sóng âm

Hiện nay, ở phòng thí nghiệm vật lí phổ thông đã có một số bộ thí nghiệm về phần sóng âm Tuy nhiên các thí nghiệm khảo sát các tính chất của âm chưa đầy

đủ Điều này dẫn đến giáo viên chưa có điều kiện tổ chức dạy học với các hoạt động nhận thức tích cực nhằm nâng cao mức độ nắm vững kiến thức và hứng thú học sinh khi học phần này

Với các lí do đó, tôi lựa chọn và nghiên cứu đề tài: Cải tiến và đưa ra một số phương án thí nghiệm thực hành chủ đề “Sóng âm”

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Cải tiến và đưa ra một số phương án thí nghiệm thực hành chủ đề “Sóng âm”

ở trương trình Vật lý 7

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nội dung và phương pháp dạy học chủ đề

“Sóng âm” – Vật lí 7

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

 Nghiên cứu lí luận dạy học về phương pháp DHTT nhằm nâng cao mức

độ nắm vững kiến thức và hứng thú học sinh

 Phân tích nội dung các bài học thuộc phần “Sóng âm” vật lý 7 THCS nhằm tìm hiểu nội dung và các kiến thức cần xây dựng

 Cải tiến và đưa ra một số phương án thí nghiệm về phần sóng âm cấp THCS

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm trong phòng thí nghiệm

 Nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu lý thuyết về chủ đề “Sóng âm” ở cấp THCS

Trang 3/ 18

6 CẤU TRÚC SKKN

Ngoài phần mở đầu và kết luận SKKN còn có 2 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận

Chương 2: Tổng quan về một số thí nghiệm thuộc phần sóng âm cấp THCS

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN

1.1 Thí nghiệm trong dạy học vật lý

1.1.1 Khái niệm

Thí nghiệm vật lý là sự tác động có chủ định, có hệ thống của con người vào các đối tượng của hiện thực khách quan Thông qua sự phân tích có điều kiện

mà trong đó đã diền ra sự tác động và kết quà của sự tác động, ta có thể thu nhận được tri thức mới

Làm thí nghiệm vật lý nhằm tạo ra những hiện tượng vật lý riêng rẽ, xảy ra trong những điều kiện thuần khiết, loại trừ được ảnh hưởng của những yếu tố không bản chất xung quanh, mà những ảnh hưởng đó che lấp đi bản chất của hiện tượng Do đó, với thí nghiệm vật lý ta có thể dễ dàng tìm ra nguyên nhân

và mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng cần nghiên cứu

Vật lý với đặc thù là môn khoa học thực nghiệm thì việc làm thí nghiệm trong các giờ lên lớp là rất cần thiết, nó có vai trò quan trọng trong việc học và dạy các kiến thức vật lý

Lý luận dạy học đã khăng định “Làm thí nghiệm vật lý trong nhà trường là một bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học” Nó có ý nghĩa quan trọng như một yêu tố không thể tách rời của quá trình nhận thức

1.1.2 Vai trò, ý nghĩa của thí nghiệm trong dạy học vật lý

Thí nghiêm vật lí là yếu tố không thể thiếu trong quá trình nhận thức vật lí Tuỳ theo mục đích sử dụng thí nghiệm trong dạy học, thí nghiệm có thể thực hiện các chức năng khác nhau trong tiến trình dạy học

Hiểu theo một cách rộng rãi nhất thì thí nghiêm vật lí là bộ phận hữu cơ của quá trình dạy học Nó như một yếu tố khổng thể tách rời của quá trình nhận thức Thí nghiệm có vai trò to lớn trong việc thực hiện các nhiệm vụ cùa dạy học vật lí

1.1.3 Phân loại thí nghiệm trong dạy học vật lí

Sử dụng thí nghiệm vào dạy học vật lí là phương pháp dạy học đem lại hiệu quả rất cao và được sử dụng rộng rãi trong nhà trường phổ thông Tùy theo mục đích, vai trò, nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức thí nghiệm mà người ta chia thành các loại thí nghiệm khác nhau Có nhiều cách phân loại thí nghiệm, nhưng hiện nay thí nghiệm ở các trường phố thông thường được chia thành hai loại:

 Thí nghiệm biểu diễn của giáoviên

Trang 4/ 18

 Thí nghiệm thực hành của học sinh

1.2 Lí thuyết về “sóng âm”

1.2.1 Sóng âm Sự truyền sóng âm Vận tốc âm và cảm giác âm

 Khi ta nghe thấy âm thanh do một nguồn âm phát ra, tức là âm thanh đã truyền đi trong không gian tới tai ta

 Khi âm thoa dao động trong không khí, nó tạo ra các miền loãng và đặc

Sự sắp xếp của hai miền loãng và đặc liên tiếp tạo thành một sóng dọc trong không khí - sóng âm Ta có thể dễ dàng hình dung ra điều đó khi quan sát một chiếc ôtô chuyển động nhanh trên đường: bụi, cát bị cuốn vào sau xe, còn phía trước xe chịu một sức cản đáng kể của không khí (hai luồng loãng - đặc) Như vậy, âm lan truyền trong không khí dưới dạng một sóng dọc hình sin do sự sắp xếp của các miền không khí loãng, đặc liên tiếp

Sự truyền âm trong chất rắn và chất lỏng thì không hoàn toàn giống như trên Các phân tử chất rắn liên kết với nhau chặt chẽ hơn, các ion lại dễ dao động quanh các nút mạng Vì vậy, sự truyền âm chủ yếu do sự truyền dao động trực tiếp từ phần tử này sang phần tử khác dọc theo môi trường rắn (hoặc lỏng)

 Sóng âm truyền được trong tất cả các môi trường rắn, lỏng, khí (môi trường đàn hồi) Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi và mật độ của môi trường Nói chung vận tốc âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng và trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí Vận tốc truyền âm cũng thay đổi theo nhiệt độ Sóng âm không truyền được trong chân không

 Sóng âm cũng là một loại sóng cơ học nên nó cũng có tần sỗ buớc sóng Tẩn số của sóng âm lã tẩn số dao động cùa các phẩn tử mỏi trường Nó

có độ lớn bằng tẩn số dao động của nguồn âm

Tai con người chỉ cảm thụ được nhũng dao dộng có tẩn số trong khoảng 16Hz - 20000Hz Những sóng có tần số trong miền đó gọi là sóng âm Những sóng có tần số nhỏ hơn 16Hz gọí là sóng hạ âm Những sóng có tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm

1.2.2 Năng lượng âm

Nếu dùng búa cao su gõ nhẹ vào một âm thoa, ta nghe thấy âm thanh do nó phát ra và kéo dài khá lâu

Đưa âm thoa chạm vào mặt nước ta thấy mặt nước dao động hoặc khi đặt tay lên âm thoa thì ta cũng không nghe thấy âm thanh nữa Điều đó chứng tỏ dao động của âm thoa đã tạo ra âm thanh Việc ta gõ nhẹ vào âm thoa tức là đã truyền cho nó một năng lượng để nó dao động Năng lượng dao động này đã chuyển thành âm thanh Do đó khi năng lượng dao động không còn nữa thì âm thanh cũng hết Tóm lại, để tạo ra âm thanh bao giờ cũng cần một năng lượng Khi đặt hai trống có mặt bằng da cách nhau khoảng 15 cm Treo hai quả cầu bấc (có dây treo dài bẳng nhau) vừa chạm sát vào giữa mặt trống Gõ mạnh vào trống 1 ta thấy quả cầu bấc treo gần trổng 2 cũng dao động Hiên tượng đó

Trang 5/ 18

chứng tỏ sóng âm có mang năng lượng và năng lượng đã truyền từ mặt trống 1 đến mặt trống 2

Hình 1.2: Sự truyền âm trong chất khí (Vật Lí 7)

Năng lượng âm tỉ lệ với bình phương biên độ sóng Năng lượng đó truyền

từ nguồn âm đến tai ta

Cường độ âm là năng lượng được sóng âm truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm

Mức cường độ âm:

L= lg(I/I0) (B) hoặc L= 10 lg (I/I0)(dB)

Trong đó I0 là ngưỡng nghe của âm chuẩn 1000 Hz (tức là 10l2W/m2) Cường độ âm có thể đo được bằng những dụng cụ đo thích hợp Ví dụ: đo áp suất âm tác dụng lên màng nhĩ

1.2.3 Các đặc tính sinh lí của âm

 Độ cao của âm: độ cao cùa âm là một đặc tính sinh lí của âm gây ra cảm giác âm trầm bổng khác nhau Tần số dao động càng lớn âm càng bổng, tần số dao động càng nhỏ âm càng trầm

 Độ to của âm: Độ to của âm là một đặc tính sinh lí của âm gây ra cảm giác âm to nhỏ khác nhau

Độ to cùa âm không chỉ phụ thuộc vào biên độ âm mà còn phụ thuộc vào tần số của âm Tai người chỉ nghe được những âm có cường độ nằm trong khoảng từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau

 Ầm sắc: âm sắc là một đặc tính sinh lí của âm gây ra cảm giác âm có những sắc thái khác nhau

1.2.4 Sự phản xạ Khúc xạ Giao thoa sóng âm

Sóng âm có rất nhiều điểm giống với sóng nước Vì là sóng nên đều cần một nguồn kích thích, đều mang năng lượng, đều có tính tuần hoàn và có các đại lượng đặc trưng: v , ,  f Do đó, nên chúng có đầy đủ tính chất của sóng: Tính phản xạ, tính khúc xạ và giao thoa sóng âm

1.2.5 Nguồn âm Hộp cộng hưởng

Nguồn âm bao gồm hai loại: nguồn nhạc âm và nguồn tạp âm

Trang 6/ 18

Hộp cộng hưởng có tác dụng tăng cường những âm cố tần số xác định tạo

ra âm sắc đặc trưng cho mỗi loại nhạc cụ

1.3 Kết luận chương 1

Việc tìm hiểu tương đối kĩ những nội dung trên đã giúp tôi có một cái nhìn tổng thể về thí nghiệm trong dạy học vật lí cùng các lí thuyết tổng quan về phần

“Sóng âm” Tôi nhận thấy việc cải tiến và đưa ra một số thí nghiệm dạy học phần nội dung kiến thức này để nâng cao mức độ nắm vững kiến thức và hứng thú của học sinh là hết sức cần thiết

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM CHỦ ĐỀ “SÓNG ÂM”

2.1 Ưu nhược điểm của một số bộ thí nghiệm thực hành phần “Sóng âm” hiện có trong các trường phổ thông và khoa vật lí - ĐHSP về mặt thiết bị, phương án và kĩ thuật tiến hành

2.1.1 Thí nghiệm biểu diễn dao động âm trên dao động kí

 Ở trường phổ thông: Hiện nay ở trường phổ thông không có đầy đủ thiết

bị thí nghiệm biểu diễn dao động âm trên dao động kí (cụ thể là không có micro kết nối với dao động kí) mà chỉ có sự mô phỏng phương án thí nghiệm trong SGK vật lí 12 - cơ bản và nâng cao

 Ở khoa vật lí - ĐHSP Hà Nội: Dựa theo tài liệu khóa luận cũng như luận

án về TBTN trong khoa thì có bộ TN biểu diễn dao động âm trên dao động

kí (Hình 2.1)

Hình 2.1: TBTN biểu diễn dao động âm trên dao động kí

Bộ TBTN này có ưu điểm là: Phương án thí nghiệm đơn giản, dễ tiến hành

và hình ảnh đồ thị dao động âm trên dao động kí rõ nét Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế về dụng cụ như sau:

 Micro (ống nói): Được chế tạo từ thiết bị cảm biến âm thanh và nó đòi hỏi nguồn nuôi cũng như việc nối dây kết nối với dao động kí là khá phức tạp

Trang 7/ 18

 Nguồn âm IC: Được cấu tạo chỉ phát ra 3 tần số là: 440 Hz, 660 Hz và

880 Hz

2.1.2 Thí nghiệm về phản xạ âm

Hình 2.3: Mô phỏng phản xạ âm (SGK Vật lí 7 bài 14)

Trong bài 14 - SGK vật lí 7 hình 14.2 (Hình 2.3) có trình bày thí nghiệm mô phỏng phản xạ âm

Việc chế tạo cũng như tiến hành phương án thí nghiệm này khá đơn giản và kết quả chấp nhận được

2.2 Cải tiến và đưa ra một số phương án thí nghiệm thực hành phần “Sóng âm” trong trương chình vật lí THCS

2.2.1 Nghiên cứu micro và loa điện động

 Micro điện động (Micro Dynamic):

 Nguyên lý, cấu tạo và đặc điểm của micro điện động:

+ Nguyên lý: Hoạt động bằng nguyên lý cảm ứng điện từ

+ Cấu tạo:

Hình 2.6: Cấu tạo bên trong micro điện động

+ Đặc điểm: Không cần cung cấp nguồn điện để hoạt động

 Chế tạo micro điện động kết nối với dao đông kí điện tử

 Dụng cụ:

+ Micro điện động có dây (1) (1 chiếc) + Jack cắm dao động kí (2) (1 chiếc)

Trang 8/ 18

Hình 2.7: Dụng cụ chế tạo micro kết nối với dao động kí điện tử

 Tiến hành và kết quả:

 Tháo jack 1 ở micro ra

 Dùng mỏ hàn, hàn dây micro với jack cắm dao động kí 2

 Dùng băng dính dán chỗ nối của dây và jack cắm dao động kí

Hình 2.8: Micro kết nối với dao động kí điện tử

 Loa điện động: Ở đây, tôi không nói đến cấu tạo cùng nguyên lí hoạt động

mà nói đến cách chế tạo một chiếc loa điện động kết hợp với máy phát tần số để tạo ra các tần số mong muốn với giá thành rẻ

 Dụng cụ:

+ Jack bắp chuối (2 chiếc) (1) + Dây điện (2)

+ Loa màng rung (1 chiếc) (3)

Hình 2.9: Dụng cụ chế tạo loa điện động kết hợp với máy phát tần số

 Tiến hành:

1

2

Trang 9/ 18

+ Cắt 2 đoạn dây điện dài khoảng 30cm

+ Dùng máy hàn, hàn đầu mỗi dây vào một đầu ra của loa ở mặt sau (có thể nối như bình thường nhưng nên hàn cho chắc chắn hơn) (Hình 2.10a) + Với đầu mỗi dây còn lại nối với jack bắp chuối (Hình 2.10b)

Hình 2.10: Chế tạo loa điện động

 Kết quả:

Hình 2.11: Loa điện động kết nối với máy phát tần số

Ta chỉ việc cắm đầu jack bắp chuối vào máy phát tần số, bật máy phát

và chọn tần số mong muốn

2.2.2 Cải tiến, chế tạo và đưa ra một số phương án thí nghiệm thực hành phần “Sóng âm”

2.2.2.1 Thí nghiệm phân tích sự tạo thành sóng âm và cảm giác âm a) Dụng cụ

 Lá thép/nhôm có kích thước dài ngắn khác nhau được gắn vào tấm gỗ (Hình 1) hay thước dẻo có độ dài ≥ 50 cm

Hình 2.12: Lá thép có độ ngắn dài khác nhau gắn vào tấm gỗ

b) Tiến hành

 Dùng tay gẩy nhẹ cho lá thép dao động, làm với từng lá thép có độ dài khác nhau

Trang 10/ 18

(Đối với thước dẻo, đặt thước trên bàn, cố định 1 đầu thước bằng tay,

1 đầu cho dao động tự do, thay đổi độ dài của thước và dùng tay gẩy nhẹ cho thước dao động)

c) Hiện tượng

 Khi lá thép dài ta không nghe thấy âm thanh

 Khi lá thép đủ ngắn thì có âm thanh phát ra

d) Giải thích hiện tượng

 Sự dao động của lá thép tạo ra những miền nén - giãn của không khí sắp xếp một cách đều đặn Đó là một sóng dọc, đến tác động vào màng nhĩ và gây ra cảm giác âm

 Tai người chỉ nghe được những âm có tần số trong khoảng từ 16 Hz - 20.000 Hz Tần số tỉ lệ nghịch với chiều dài, khi lá thép dài, tần số thấp nên tai ta không nghe thấy âm, khi ta giảm dần chiều dài của lá thép thì tần số càng tăng dẫn đến tai ta nghe được âm thanh phát ra

2.2.2.2 Thí nghiệm biểu diễn dao động âm

Dựa trên việc thiết kế - chế tạo micro và loa điện động ở phần 2.2.1 đã khắc phục được những hạn chế của TBTN biểu diễn dao động âm trên DĐKĐT cũ, bên cạnh đó ở đây tôi còn đưa ra một phương án thí nghiệm khác biểu diễn động âm giúp tăng sự hứng thú của học sinh với dụng cụ đơn giản, dễ làm

 Phương án thí nghiệm biểu diễn dao động âm trên DĐKĐT mới: a) Dụng cụ

 Nguồn âm: Loa điện động (1), máy phát tần số (2), âm thoa ( có hộp cộng hưởng (3), không có hộp cộng hưởng(4)), sáo (5), giọng người,

 Búa gõ (6)

 Micro (7)

 Đế để micro (8)

 Dao động kí điện tử (9)

Hình 2.13 : Các dụng cụ thí nghiệm biểu diễn dao động âm b) Tiến hành

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Trang 11/ 18

 Cắm đầu dây của micro với chốt tín hiệu vào của dao động kí

 Đặt nguồn âm gần sát micro, cắm dây nguồn của dao động kí, bật micro

 Lần lượt sử dụng các nguồn âm khác nhau, quan sát đường biểu diễn của từng nguồn âm trên dao động kí

c) Hiện tượng và giải thích

Khi cho nguồn âm hoạt động, sóng âm đập vào màng micrô làm cho màng dao động, các dao động cơ được biến đổi thành dao động điện, cường độ dòng điện biến đổi giống cường độ âm Trên màn hình của dao động kí điện tử sẽ xuất hiện một đường cong sáng biểu diễn sự biến đổi của cường độ dòng điện theo thời gian Căn cứ vào đó, ta biết được qui luật biến đổi của sóng âm truyền tới theo thời gian Từ đó, ta xác định được chu kì, tần số, biên độ của dao động âm

Hình 2.14: Hình ảnh dao động âm của âm thoa trên dao động kí

Hình 2.15: Hình ảnh dao động âm của loa điện động trên dao

động kí