(SKKN 2022) một số giải pháp nâng cao hiệu quả học tập cho học sinh lớp 12 phần dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo trong hệ quy chiếu phi quán tính

NỘI DUNG TRANGSỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HÀ TRUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỌC TẬP CHO HỌC SINH LỚP 12 PHẦN DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN V

NỘI DUNG TRANG

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT HÀ TRUNG

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ

HỌC TẬP CHO HỌC SINH LỚP 12 PHẦN DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN VÀ CON LẮC LÒ XO TRONG HỆ

QUY CHIẾU PHI QUÁN TÍNH

Người thực hiện: Lý Hoàng Liên Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật Lí

THANH HÓA NĂM 2022

NỘI DUNG Trang

1.5 Những điểm mới của SKKN

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 22.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 4

Danh mục các đề tài SKKN đã được Hội đồng SKKN Ngành giáo

dục đánh giá đạt từ loại C trở lên

21

MỤC LỤC

1 Mở đầu

1.1 Lý do chọn đề tài.

Vật lí là một môn khoa học gắn liền với thực tế đời sống Do đó dạy họcphải đi đôi với thực hành, hoặc phải có những liên hệ vào đời sống, hạn chế việcgiảng dạy kiểu thầy đọc trò chép, bài giảng chỉ mang tính lý thuyết mà không cóthực hành hoặc liên hệ thực tế Có những liên hệ thực tế thì bài giảng mới trởnên sinh động, hấp dẫn, học sinh cảm thấy hào hứng và yêu thích môn học hơn,không cảm thấy bị khô khan, nhàm chán, không cảm thấy trừu tượng, khó hiểuvới mỗi phần kiến thức mới

Ở mỗi trường phổ thông, để đạt được kết quả cao trong học tập thì cần

có sự nỗ lực của cả thầy và trò Với thầy cô đó là không ngừng học tập tìm tòicái mới kể cả về phương pháp dạy cũng như về kiến thức, đồng thời phải luônnghiên cứu sâu các vấn đề mà học sinh thường hay lúng túng để giải đáp kịpthời những thắc mắc của học sinh.Với học sinh đó là sự tự giác tích cực tronghọc tập, sự chủ động trong học tập, sự đam mê sáng tạo, sự kiên trì, lòng quyếttâm khi gặp khó khăn của học sinh trong học tập cũng như trong cuộc sống

Đối với môn vật lí, chương trình thi tốt nghiệp THPT chiếm đại đa số ởlớp 12, và phần dao động cơ luôn có câu vận dụng cao Do đó để đạt hiệu quảcao trong học tập cũng như khi thi tốt nghiệp THPT thì việc dạy học theo hướngphát triển năng lực học sinh, để học sinh chủ động trong tiếp cận kiến thức Phảiluôn hướng học sinh tới sự tìm tòi, khám phá và biết vận dụng kiến thức đã họcvào thực tiễn và vào giải quyết được các bài tập khó trong mỗi phần học Vớidao động cơ thì chuyển động của con lắc đơn và con lắc lò xo trong hệ quychiếu quán tính là phần khó

Tuy nhiên tài liệu bài tập về dao động của con lắc đơn và con lắc lò xotrong hệ quy chiếu phi quán tính có ít trên mạng cũng như có rất ít trong cácsách tham khảo, hầu như các bài tập về hệ quy chiếu phi quán tính chỉ xuất hiệnrải rác trong các sách tham khảo hoặc trong các đề thi học sinh giỏi, trong cáccâu khó của đề thi tốt nghiệp THPT Năm 2021-2022 trong đợt thi thử lần 1 của

Sở GD$ĐT Thanh Hóa cũng có câu vận dụng cao của con lắc đơn trong hệ quychiếu phi quán tính

Bản thân tôi là một giáo viên công tác nhiều năm, liên tục đứng lớp mũinhọn và dạy học sinh 12 ôn thi tốt nghiệp THPT tôi nhận thấy để nâng cao hiệuquả học tập phần dao độngcủa con lắc lò đơn và con lắc lò xo trong hệ quy chiếuphi quán tính thì ngoài việc học và hiểu lý thuyết, học sinh phải có liên hệ thựctiễn, thầy cô phải luôn có những đổi mới trong giảng dạy, để bài giảng trở nênsinh động, hấp dẫn, phải nghiên cứu sâu về hệ quy chiếu phi quán tính, phânchia các dạng bài tập rõ ràng để học sinh dễ dàng tiếp cận các bài về về hệ quychiếu phi quán tính trong đề thi tốt nghiệp THPT

Trong năm học 2018-2019 tôi có viết SKKN về đề tài “ Các dạng bài tập

về hệ quy chiếu phi quán tính” và đã được xếp loại B cấp nghành, quyết định số2007/QĐ-SGDĐT ngày 8/11/2019 Tuy nhiên tôi chưa nghiên cứu nhiều về daođộng của con lắc đơn và con lắc lò xo trong hệ quy chiếu phi quán tính.Trong

năm học 2021-2022 tôi tiếp tục nghiên cứu về hệ quy chiếu phi quán tính đểnâng cao hiệu quả học tập của học sinh lớp 12 phần dao động cơ Đó là lý do tôichọn đề tài “Một số giải pháp nâng cao hiệu quả học tập cho học sinh lớp 12phần dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo trong hệ quy chiếu phi quántính”.

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Tôi nghiên cứu đề tài này để:

Tôi tìm hiểu sâu hơn nữa về hệ quy chiếu phi quán tính

Tạo cho học sinh hứng thú hơn khi học phần hệ quy chiếu phi quán tính

và có những liên hệ trong đời sống, giải thích được các hiện tượng tăng, giảm,mất trọng lượng Từ đó tìm hiểu thêm về hiện tượng mất trọng lượng trongkhông gian của các phi hành gia

Phát huy tính tích cực chủ động của học sinh trong việc tiếp cận kiếnthức và luôn tìm được sự liên hệ từ bài học ra thực tiễn đời sống

Rèn luyện tư duy, khả năng phán đoán, suy luận của học sinh thông quaviệc giải quyết các bài về hệ quy chiếu phi quán

Rèn luyện cho học sinh ý chí và sự kiên trì, quyết tâm khi gặp khó khăntrong các bài tập cũng như trong cuộc sống

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

Đề tài này nghiên cứu về

Hệ quy chiêu phi quán tính

Lực quán tính, lực quán tính li tâm

Hiện tượng tăng giảm, mất trọng lượng Sự ảnh hưởng của hiện tượngmất trọng lượng đối với các phi hành gia

Bài tập về phần dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo trong hệ quychiếu phi quán tính hệ quy chiếu phi quán tính

Đối tượng sử dụng đề tài: Học sinh lớp 12: học sinh tham gia thi độituyển học sinh giỏi cấp trường, học sinh giỏi cấp tỉnh, học sinh thi tốt nghiệpTHPT

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Để nghiên cứu đề tài này tôi phải

Nghiên cứu sâu hơn về cơ sở lý thuyết đó chính làhệ quy chiếu phi quántính, hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng

Tìm hiểu trên các thông tin đại chúng như các bài báo trong báo giáo dục

&thời đại, báo dân trí… về sự ảnh hưởng của hiện tượng mất trọng lượng củacác phi hành gia khi ở trong vũ trụ

Tìm hiểu về những chuyển động của vật chịu tác dụng của lực quán tính

li tâm

Tìm hiểu về các bài tập về hệ quy chiếu phi quán tính ở nhiều tài liệukhác nhau.

Phân chia các bài theo từng dạng cụ thể từ dễ đến khó

Thống kê hiệu quả của việc áp dụng đề tài này

Tổng kết kinh nghiệm rút ra từ đề tài này

1.5 Những điểm mới của SKKN

Ở SKKN này tôi đưa ra những điểm mới so với SKKN trước đó là:

Tôi đưa ra các giải pháp để hướng học sinh tới sự chủ động, tích cực,hứng thú, đam mê trong học tập, đó là học sinh tham gia tìm hiểu khoa họcthông tin đại chúng như các bài báo trong báo giáo dục &thời đại, báo dân trí…

về hiện tượng mất trọng lượng của các phi hành gia trong không gian, giúp họcsinh có liên hệ với thực tiễn, học sinh sẽ cảm thấy hào hứng hơn

Hệ thống lại bài tập về con lắc đơn và con lắc lò xo chi tiết rõ ràng hơn

để học sinh tiếp cận với phần hệ quy chiếu phi quán tính không bị vướng mắc,không bị lúng túng, giúp học sinh xử lý được một trong những phần khó của daođộng cơ, làm cho học sinh tự tin hơn trong học tập, tự tin hơn trong kỳ thi tốtnghiệp THPT

2.Nội dung

2.1 Cơ sở lí luận của SKKN

Thế nào là hệ quy chiếu phi quán tính

Muốn nghiên cứu chuyển động của vật cần chọn hệ quy chiếu bao gồm:vật làm mốc, gắn vào đó hệ tọa độ để xác định vị trí của vật và chọn một mốcthời gian gắn với một đồng hồ để xác định thời gian

Hệ quy chiếu gắn với vật mốc đứng yên gọi là hệ quy chiếu quán tính.Các định luật Niu Tơn nghiệm đúng trong hệ quy chiếu quán tính

Hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với một hệ quy chiếu quán tínhthì các định luật Niu Tơn không được nghiệm đúng nữa Ta gọi hệ đó là hệ quychiếu phi quán tính.[1]

Lực quán tính

Trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc a so với hệ quy chiếuquán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra giống như là mỗi vật có khối lượng mchịu thêm tác dụng của lực bằng ma Lực này gọi là lực quán tính [1]

Lực quán tính giống các lực thông thường ở chỗ nó cũng gây ra gia tốchoặc biến dạng cho vật Nhưng nó khác các lực khác ở chỗ:

lực quán tính xuất hiện do tính chất phi quán tính của hệ quy chiếu chứkhông do tác dụng của lực này lên lực khác

lực quán tính không có phản lực

Lực quán tính li tâm: Khi xét chuyển động của một vật A nằm trên vật Bđang quay mà xét với hệ quy chiếu gắn với vật B thì vật A chịu tác dụng củamột lực quán tính hướng ra xa tâm quay gọi là lực quán tính li tâm

nhưng lực quán tính li tâm có chiều hướng ra xa tâm

Hiện tượng tăng giảm, mất trọng lượng.

Trên thực tế có nhiều trường hợp một vật được đặt trong một hệ chuyểnđộng có gia tốc a so với trái đất Khi đó vật còn chịu thêm tác dụng của lựcquán tínhF q ma

gọi là trọng lực biểu kiến, độ lớn P’ gọi là trọng lượng biểu kiến cuả vật.[1]

Tùy vào phương, chiều, độ lớn của gia tốc a mà trọng lượng biểu kiến P’

có thể lớn hơn trọng lượng P, có thể nhỏ hơn trọng lượng P hoặc có thể bằng 0.Những hiện tượng đó gọi là sự tăng, giảm hoặc mất trọng lượng biểu kiến(thường+ gọi tắt là sự tăng, giảm, mất trọng lượng)

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Học sinh ít có liên hệ với thực tế phần hệ quy chiếu có gia tốc

Học sinh không hào hứng khi học về phần hệ quy chiếu phi quán tính.Học sinh cảm thấy vướng mắc và không tích cực khi giải bài tập về hệquy chiếu phi quán tính

Học sinh luôn nghĩ bài tập về hệ quy chiếu phi quán tính là rất khó nênthường ngại làm bài tập về phần này

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề về “Một số giải pháp nâng cao hiệu quả học tập cho học sinh lớp 12 phần dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo trong hệ quy chiếu phi quán tính”

Từ cơ sở lý luận đã nêu ở mục trên, để nâng cao hiệu quả học tập cho học sinh

về hệ quy chiếu phi quán tính tôi đã đưa ra các giải pháp như sau:

Giải pháp 1:Tìm hiểu khoa học, sự ảnh hưởng của hiện tượng mất trọnglượng đối với các phi hành gia

Liên hệ trong bài giảng về những hiện tượng tăng giảm trọng lượngtrong đời sống Cùng nhau tìm hiểu về sự ảnh hưởng của hiện tượng mất trọnglượng đối với các phi hành gia thông qua các trang báo giáo dục $ thời đại, báodân trí thông qua các video về các phi hành gia

Mục đích của giải pháp này là tạo được hứng thú cho học sinh và tạo chohọc sinh có sự đam mê khám phá các hiện tượng trong tự nhiên.

Giải pháp 2: Tìm hiểu những chuyển động về lực quán tính li tâm trongcuộc sống thường ngày

Mục đích của giải pháp này là giúp học sinh hiểu học đi đôi với hành,vật lý gắn với thực tế đời sống

Giải pháp 3: Phân dạng bài tập phần hệ quy chiếu phi quán tính của conlắc đơn và con lắc lò xo, trong mỗi dạng có hướng dẫn về phương pháp và cóbài tập vận dụng để học sinh tiếp cận được dễ dàng với các bài tập từ dễ đếnkhó

Giải pháp 4: Thực nghiệm sư phạm

Mục đích kiểm tra hiệu quả của phương pháp mới thông qua bài kiểm tratrắc nghiệm

2.3.1.Giải pháp 1: Tìm hiểu khoa học, sự ảnh hưởng của hiện tượng mất trọng lượng đối với các phi hành gia.

Hiện nay trên các thông tin báo đài đều đã nói về hiện tượng mất trọnglượng của các phi hành gia trong không gian Nhưng không phải học sinh nàocũng để ý và tìm hiểu Qua phần dạy về hệ quy chiếu phi quán tính tôi đã giảngdạy và nhắc lại về hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng và định hướng họcsinh đi tìm hiểu “ hiện tượng mất trọng lượng đối với các phi hành gia thì có ảnhhưởng gì đến sinh hoạt thường ngày của các phi hành gia trong không gian?”

Trích bài của báo dân trí “ Các nhà du hành vũ trụ thêm gia vị vào món ăn của mình như thế nào ”

Khi ở môi trường không trọng lực ngoài không gian, các chất lỏng bêntrong cơ thể con người sẽ di chuyển một cách tự do, không có trật tự, hiện tượngnày thường khiến mặt của các phi hành gia thường bị phù, dẫn tới chứng ứhuyết Hệ quả là khả năng vị giác lẫn khứu giác của nhà du hành vũ trụ bị giảm

đi một cách đáng kể Chính điều này làm cho các món ăn trong không gian vốn

đã nhạt nhẽo lại càng trở nên nhạt nhẽo hơn Khi đồ ăn bị nhạt việc thêm gia vịvào món ăn cũng không đơn giản như cách chúng ta vẫn làm hàng ngày Trongmôi trường không trọng lực, việc rắc tiêu hoặc muối sẽ dẫn đến kết cục toàn bộkhhoong gian bị bao phủ bởi một đám mây gia vị, vậy các nhà phi hành gia đãthêm gia vị của mình vào món ăn như thế nào? Câu trả lời chính là trong trườnghợp bạn muốn thêm muối vào món ăn chúng ta sẽ có ‘muối dạng lỏng’, nếumuốn thêm tiêu thì dùng ‘tiêu dạng lỏng’ và rắc đều các muối hoặc tiêu dạnglỏng lên thức ăn [2]

Trích bài báo “ 9 điều thường nhật phi hành gia không thể làm trong khônggian” trong báo giáo dục &thời đại

Trong không gian như các phi hành gia không thể khóc Các phi hànhgia có thể cười trong không gian tùy ý, nhưng việc khóc lại hoàn toàn khác Khitrả lời phỏng vấn “Liệu các phi hành gia có thể khóc trong không gian không”,phi hành gia người Canada Chris Hadfieldn chia sẻ “Nước mắt chảy ra giốngnhư những quả bóng dinh dính Nếu không lau đi, trong không gian nước mắt cóthể tạo thành khối lớn như những bong bóng Đại Tây Dương, những quả bóngnước có thể trôi xung quanh các phi hành gia”; và các phi hành gia không thể ănuống thực phẩm thông thường như bánh mỳ và soda- Theo viện Franklin cónhiều loại thực phẩm thông dung nhưng khi vận chuyển và ăn chúng trongkhông gian lại quá khó khăn Ví dụ mảnh vụn của bánh mỳ có thể làm hỏng thiết

bị hoặc các phi hành gia vô tình hít phải nên NASA đã cho ra đời loại bánhTortilas chuyên sử dụng cho phi hành gia từ những năm 1980 Đồ uống có ga vàkhí cacbonat sẽ không nổi trong môi trường không trọng lượng…Muối và hạttiêu bị cấm sử dụng vì khi lơ lửng chúng có thể làm hỏng thiết bị…Các phi hànhgia không thể viết bằng bút thông thường Trong môi trường không trọng lượng

sẽ không thể viết được, mực cần trọng lực để chảy xuống… [3]

Trên đây là một vài bài báo mà tôi hướng dẫn cho học sinh tham khảo

để tìm hiểu về hiện tượng mất trọng lượng trong không gian Qua việc hướng dẫn hoc sinh tìm hiểu và xem video về phi hành gia tôi thấy học sinh rất hứng thú với phần hệ quy chiếu phi quán tính.

2.3.2 Giải pháp 2: Tìm hiểu những chuyển động mà vật chịu tác dụng của lực quán tính li tâm trong cuộc sống thường ngày

Sau khi học sinh 12 ôn lại về lực quán tính, tôi sẽ yêu cầu học sinh tìmhiểu, lấy ví dụ về những chuyển động mà vật chịu tác dụng của lực quán tính litâm xung quanh đời sống chúng ta để học sinh không cảm thấy bị nhàm chántrước những bài toán khó về hệ quy chiếu phi quán tính.

Học sinh có thể nêu ra một số chuyển động như: chuyển động của bàn ăntròn, khi ta xoay bàn thức ăn trên bàn sẽ chịu tác dụng của lực quán tính li tâmtrong hệ quy chiếu gắn với bàn nên khi quanh tròn mạnh thì thức ăn có thể văng

ra ngoài Hoặc trong các trò chơi đu quay vòng tròn trong các khu giải trí thìngười ngồi trên các vòng tròn đó luôn chịu tác dụng của lưc quán tính li tâm, có

xu hướng văng ra ngoài tâm quay làm người chơi cảm thấy sợ…

2.3.3 Giải pháp 3: Hệ thống các bài tập về dao động của con lắc đơn và con lắc lò xo trong hệ quy chiếu phi quán tính.

Dạng 1: Các bài toán về con lắc đơn trong hệ quy chiếu phi quán tính.

Phương pháp:

Bước 1: Chọn hệ quy chiếu

Bước 2: Biểu diễn các lực tác dụng vào con lắc (lực quán tính thì F qt ma

 

)Bước 3: Viết phương trình lực Sau đó chiếu phương trình lên trên hệ trục hoặctrục tọa độ đã chọn

Ghi chú: Trong đề tài này tôi có bổ sung một số bài về con lắc chuyển động trong trọng trường biểu kiến Khi giải bài toán đó thì nên xét cả gia tốc trọng trường biểu kiến và áp dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải.

Bài tập vận dụng

Bài 1: Một vật khối lượng m được treo bằng dây không giãn vào trần một toa xe

đang chuyển động nhanh dần đều lên dốc nghiêng 200 với gia tốc không đổi 2m/

s2 Lấy g = 9,8 m/s2 Góc lệch của dây treo vật hợp so với phương thẳng đứng

[4]

A.100 B 120 C.150 D.90

Hướng dẫn: Khi xe chuyển động với gia tốc a

theo phương ngang thì vật chịu tác dụng của các

Tcosα – mg – ma sinβ= 0 (2)

O α

= 10m/s2 Ngay khi con lắc đi qua vị trí cân bằng thì điểm treo đi xuống nhanhdần đều với gia tốc a = 4m/s2 Góc lệch cực đại của dây treo con lắc so với

vận tốc vật tại cân bằng là v2 = 2 (1 cosgl   0 ) (1)

Khi con lắc đi qua vị trí cân bằng thì điểm treo đi

xuống với gia tốc a, nên vật chịu thêm lực quán

tính  F            q ma             

→ gia tốc g’ = g – a

Gọi  0 là góc lệch cực đại của dây treo con lắc so với

phương thẳng đứng khi điểm treo đi xuống với gia tốc a →v2 = 2g l' (1 cos   0 )(2)

Từ (1) và (2) →β0 = 80,40 Đáp án C

Bài 3: Quả cầu khối lượng 100g treo ở đầu một sợi dây, chuyển động tròn trong

mặt phẳng thẳng đứng trong một thang máy Thang máy đi xuống nhanh dầnđều với gia tốc 2g Ở vị trí thấp nhất của qủa cầu trong thang máy thì lực căngdây bằng 0 Lấy g =10 m/s2 Lực căng dây khi quả cầu ở vị trí cao nhất của quỹ

[6]

A 6N B 7N C 8N D 5N

Hướng dẫn:

Xét trong hệ quy chiếu gắn với thang máy

* Vật chịu tác dụng của trọng lượng biểu kiến P '

→ gia tốc trọng trường biểu kiến g'   g ( a)

T P

l

 

→T’ = 6mg = 6N Đáp án A

Bài 4: Quả cầu nhỏ treo ở đầu một dây nhẹ Kéo quả cầu khỏi phương thẳng

đứng để treo nghiêng góc 90o rồi buông tay Tại thời điểm quả cầu qua vị trí cânbằng, điểm treo của nó chuyển động từ dưới lên trên với gia tốc a = 0,3g Dây sẽlệch khỏi phương thẳng đứng góc lớn nhất là[7]

A 72,50 B 54,60 C 76,70 D 64,60

Hướng dẫn: * Giai đoạn 1: Vật chuyển động trong trọng

trường g từ vị trí ban đầu A đến vị trí cân bằng B (hình vẽ)

 v02 = 2gl (1)

* Giai đoạn 2: Vật chuyển động trong trọng

trường biểu kiếng



’ từ vị trí cân bằng B đến

vị trí cao nhất C (xét trong hệ quy chiếu gắn

với điểm treo) g

g a l g a = 0,23

Vậy: Dây treo lệch khỏi phương thẳng đứng góc lớn nhất là 76,70 Đáp án C

Bài 5: Một con lắc có chiều dài 1m, được treo vào buồng thang máy đứng yên.

Vị trí cân bằng ban đầu của nó là O Kéo lẹch con lắc ra vị trí A sao cho con lắctạo với phương thẳng đứng một góc bằng 3o Rồi thả cho con lắc dao độngkhông vận tốc đầu Đúng lúc con lắc lần đầu tiên đến O thì thang máy rơi tự do.Lấy g=10m/s2 Thời gian từ lúc thả vật đến thời điểm đâu tiên mà dây treo conlắc hợp với phương thẳng đứng một góc 90o gần nhất với giá trị là[8]

A.12.94s B 9,56s C. 9,98s D.14,73s

Hướng dẫn + Chu kỳ dao động của con lắc đơn: T= 2

l g

l