Cải tiến thiết bị khảo sát hiện tượng dao động cưỡng bức và cộng hưởng dùng trong dạy học dao động cơ ở trường THPT : Khoá luận tốt nghiệp đại học

Cải tiến thiết bị khảo sát hiện tượng dao động cưỡng bức và cộng hưởng dùng trong dạy học dao động cơ ở trường THPT

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong sự nghiệp đổi mới đất nước hiện nay, nhằm đáp ứng những yêu cầu của thời đại mới, đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi mới đồng bộ cả mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học sao cho quán triệt mục tiêu giáo dục đã được nghị quyết trung ương lần 2 khoá VIII đã nêu “ Phải phát huy tính năng động cá nhân, bồi dưỡng năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề

Hiện nay các nhà lý luận dạy học khẳng định “ quan điểm xuyên suốt các phương pháp dạy học là dạy học bằng hoạt động, thông qua hoạt động của người học Học sinh bằng hoạt động tích cực, tự lực mà chiếm lĩnh kiến thức, hình thành kỹ năng, phát triển năng lực sáng tạo”

Cùng với các môn học khác, việc dạy học các kiến thức vật lý ở trường phổ thông có khả năng hoàn thành hầu hết các nhiệm vụ của quá trình dạy học

phổ thông để đạt mục tiêu giáo dục Tuy nhiên, để làm được những điều này

thì quá trình dạy học phải đáp ứng được các yêu cầu đặc thù của quá trình dạy học bộ môn Một trong những yêu cầu rất quan trọng là phải trang bị một cách hợp lý thí nghiệm trong quá trình dạy học theo hướng phát triển hoạt động tự chủ, sáng tạo của học sinh

Qua nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông, qua sơ bộ điều tra xem xét chúng tôi nhận thấy mặc dù trang bị cho học sinh các kiến thức về dao động cơ học của vật lý 12 là rất quan trọng nhưng việc dạy học còn mang nặng tính thông báo Trong các giờ dạy không có thí nghiệm hoặc nếu có thì chưa đáp ứng được yêu cầu của việc đổi mới phương pháp dạy học, gây khó khăn lớn trong việc tổ chức hoạt động học Một trong những lý do của vấn đề trên là bản thân thí nghiệm khó thực hiện (kể cả trên thiết bị hiện đại) hoặc

chưa có thiết bị phù hợp

Khoa ludn tét nghiép

Với mong muốn góp phần đẩy mạnh phương pháp dạy học, vì vậy tôi lựa chọn đề tài: “Cải tiến thiết bị khảo sát hiện tượng dao động cưỡng bức và cộng hưởng dùng trong dạy học dao động cơ ở trường THPT”, làm đề tài nghiên cứu của khóa luận

2 Mục đích nghiên cứu

Trên cơ sở xác định, tìm hiểu các thí nghiệm tương ứng với các kiến thức khi dạy bài 11 “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” chương trình vật lý nâng cao 12 THPT, để tiến hành xây dựng thiết bị thí nghiệm, nhằm soạn thảo tiến trình dạy học tương ứng theo hướng phát triển hoạt động tự chủ, sáng tạo của học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của việc tổ chức hoạt động học tự chủ, sáng tao cua hoc sinh THPT

- Nghiên cứu thực tế dạy học phần kiến thức này ở trường phổ thông, đặc biệt là các khó khăn về mặt thí nghiệm, về mặt tổ chức hoạt động học

- Thiết kế và chế tạo, đề xuất phương án sử dụng thiết bị thí nghiệm theo hướng dạy học đã nêu

- Soạn thảo tiến trình dạy học theo hướng lý luận

- Thực nghiệm sư phạm và đánh giá

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý luận

- Phương pháp điều tra

- Thử nghiệm ở phòng thí nghiệm: Chế tạo thiết bị và thử nghiệm các phương án thí nghiệm ở phòng thí nghiệm

5 Giả thuyết khoa học

Nếu lựa chọn cải tiến và sử dụng thiết bị thí nghiệm phù hợp với yêu cầu của việc tổ chức hoạt động học sẽ phát triển tính tự chủ, sáng tạo ở học sinh

Từ đó góp phần nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức rèn luyện phương pháp tư duy dạy học chương dao động cơ học của vat ly 12 THPT

Khoa ludn tét nghiép

NOI DUNG

CHUONG 1: CO SO LY LUAN

1.1 Thi nghiém trong day hoc vat ly

1.1.1 Dac diém cua thi nghiém vat Ly

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 các điều kiện

mà trong đó diễn ra sự tác động và các kết quả của sự tác động, ta có thể thu nhận được tr1 thức mới

Sau đây là một số đặc điểm của thí nghiệm vật lý:

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được lựa chọn và được thiết lập có chủ định sao cho thông qua thí nghiệm, có thể trả lời được câu hỏi đặt ra, kiểm tra được giả thuyết hoặc hệ quả suy ra từ giả thuyết Mỗi thí nghiệm có 3 yếu tố cấu thành cần được xác định rõ: Đối tượng cần nghiên cứu, phương tiện gây ra tác động lên đối tượng cần nghiên cứu và phương tiện quan sát đo đạc thu nhận các kết quả của sự tác động

- Các điều kiện của thí nghiệm có thể làm biến đổi được để ta có thể nghiên cứu sự phụ thuộc giữa hai đại lượng, trong khi các đại lượng khác được giữ

không đổi

- Các điều kiện của thí nghiệm phải được khống chế, kiểm soát đúng như dự định nhờ sử dụng các thiết bị thí nghiệm có độ chính xác ở mức độ cần thiết, nhờ sự phân tích thường xuyên các yếu tố của đối tượng cần nghiên cứu, làm giảm tối đa ảnh hưởng của các nhiễu (nghĩa là loại bỏ tối đa một số điều kiện

để không làm xuất hiện các tính chất, các mối quan hệ không được quan tâm)

- Đặc điểm quan trọng nhất của thí nghiệm là tính có thể quan sát được các biến đổi của đại lượng nào đó do có sự biến đổi của đại lượng khác

- Có thể lặp lại được thí nghiệm: Với các thiết bị thí nghiệm, các điều kiện thí nghiệm như nhau thì sự bố trí lại hệ thí nghiệm, tiến hành lại thí nghiệm, hiện

tượng, quá trình vật lí diễn ra trong thí nghiệm giống như ở các lần thí nghiệm trước đó

1.1.2 Các chức năng của thí nghiệm trong dạy học vật lý

1.1.2.1 Theo quan điểm của lí luận nhận thức

Theo quan điểm của lí luận nhận thức, trong dạy học vật lý ở trường phổ thông, thí nghiệm có các chức năng sau:

-Thí nghiệm là phương tiện của việc thu nhận tri thức (nguồn trực tiếp của tri thức)

- Thí nghiệm là phương tiện để kiểm tra tính đúng đắn của tri thức đã thu được

- Thí nghiệm là phương tiện của việc vận dụng tri thức đã thu được vào thực tiễn

- Thí nghiệm là một bộ phận của các phương pháp nhận thức vật lý

1.1.2.2 Theo quan điểm của lí luận dạy học

- Thí nghiệm có thể sử dụng ở tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học; đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, hình thành kiến thức, kĩ năng mới, củng cố kiến thức, kĩ năng đã thu được và kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện góp phần phát triển nhân cách toàn điện của học sinh

+ Thí nghiệm là phương tiện để nâng cao chất lượng kiến thức và rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo về vật lý của học sinh

+ Thí nghiệm là phương tiện kích thích hứng thú học tập vật lý, tổ chức quá trình học tập tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh

+Thí nghiệm là phương tiện tổ chức các hình thức làm việc tâp thể

khác nhau, bồi dưỡng phẩm chất đạo đức của học sinh

- Thí nghiệm là phương tiện đơn giản hoá và trực quan trong dạy học vật lý

Khoa ludn tét nghiép

nghiém nghiệm nghiệm nghiệm nghiệm nghiệm

Các thí nghiệm biểu diễn:

a Thí nghiệm mở đầu

Thí nghiệm mở đầu là thí nghiệm nhằm giới thiệu cho học sinh biết qua

về hiện tượng sắp nghiên cứu, để tạo tình huống có vấn đề, tạo nhu cầu hứng thú học tập cho học sinh, lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhận thức

b Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng

Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng là thí nghiệm nhằm xây dựng lên hoặc kiểm chứng lại kiến thức mới, được sử dụng trong giai đoạn nghiên cứu kiến thức mới

Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng bao gồm:

- Thí nghiệm nghiên cứu khảo sát

- Thí nghiệm nghiên cứu minh hoa

c Thí nghiệm củng cố

Thí nghiệm củng cố là thí nghiệm nêu lên những biểu hiện của kiến thức

đã học trong tự nhiên, đề cập các ứng dụng của kiến thức này trong sản xuất

và đời sống, đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải thích hiện tượng hay cơ chế hoạt động của các thiết bị, dụng cụ kĩ thuật Thông qua đó, giáo viên cũng có thể kiểm tra được mức độ nắm vững kiến thức của học sinh

Thí nghiệm củng cố có thể được sử dụng không chỉ trong các tiết học nghiên cứu kiến thức mới mà cả trong những giờ luyện tập và hệ thống hoá kiến thức đã học

Thí nghiệm trực diện có thể được tổ chức dưới dạng thí nghiệm đồng loạt (giáo viên chia học sinh trong lớp thành các nhóm, tất cả các nhóm học sinh cùng lúc làm các thí nghiệm như nhau với dụng cụ giống nhau để giải quyết

cùng một nhiệm vụ) nhưng cũng có thể dưới hình thức thí nghiệm cá thể (các

nhóm học sinh cùng một lúc tiến hành các thí nghiệm khác nhau thường với cùng một dụng cụ nhằm giải quyết các nhiệm vụ bộ phận, để đi tới giải quyết một nhiệm vụ tổng quát)

b Thí nghiệm thực hành

Thí nghiệm thực hành là loại thí nghiệm do học sinh thực hiện trên lớp

mà sự tự lực làm việc cao hơn so với ở thí nghiệm trực diện

Khoa ludn tét nghiép

Thí nghiệm thực hành vật lý có thể có nội dung định tính hay định lượng, song chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các qui tắc đã học và xác định các đại lượng vật lý mà các nội dung này không có điều kiện để thực hiện ở dạng thí nghiệm trực diện

Thí nghiệm thực hành có thể được tổ chức dưới một trong hai hình thức:

1.2 Thí nghiệm với phương pháp dạy học giải quyết vấn đề

Trong dạy học, phương pháp dạy học giải quyết vấn đề gồm các giai đoạn cơ bản sau:

- Nêu vấn đề nghiên cứu: dựa trên các sự kiện ban đầu thu được nhờ quan sát thực tế hoặc các thí nghiệm, giáo viên tạo điều kiện cho học sinh

nhận thức và phát biểu vấn đề cần nghiên cứu

- Để xuất giải pháp thực hiện: dựa vào thảo luận trước lớp hoặc thảo luận nhóm, giáo viên định hướng cho học sinh đề xuất các giải pháp để giải quyết vấn đề đã nêu

- Thực hiện giải pháp đã đề ra: giáo viên với tư cách là trọng tài và là người hướng dẫn cho các học sinh thảo luận theo nhóm hoặc cá nhân thực hiện các giải pháp đã nêu để rút ra được các kiến thức cần thiết

- Vận dụng kiến thức vào thực tế hoặc tiếp tục dựa vào đó để xây dựng kiến thức mới từ các vấn đề nảy sinh tiếp theo

Với việc dạy học môn vật lý, phương pháp dạy hoc giải quyết vấn đề lại

có thể thực hiện theo hai con đường khác nhau:

- Con đường thực nghiệm, phỏng theo phương pháp thực nghiệm của khoa học vật lý Theo con đường này, thí nghiệm có vai trò chủ đạo, có mặt trong hầu hết các giai đoạn xây dựng kiến thức

- Con đường lý thuyết, dựa vào suy luận lý thuyết từ những khái niệm, định luật đã biết để xây dựng kiến thức Theo con đường này, thí nghiệm có vai trò quan trọng và để kiểm nghiệm lại các kết quả thu được từ suy luận lý thuyết Với giai đoạn này, một lần nữa học sinh lại được trải qua các giai đoạn cơ bản của phương pháp dạy học giải quyết vấn đề Cụ thể là: nêu vấn đề kiểm tra các kết quả thu được, thảo luận để nêu ra được các đại lượng cần kiểm nghiệm và đo đạc; đề xuất phương án thí nghiệm để thực hiện thí nghiệm trên thiết bị thực để đo đạc; kết luận

Như vậy, với quá trình dạy học bộ môn vật lý theo phương pháp dạy học giải quyết vấn đề thì thí nghiệm vật lý có vai trò nổi bật, quyết định đến chất lượng của quá trình dạy học

Khoa ludn tét nghiép

KET LUAN CHUONG 1

Dạy học giải quyết vấn đề là hệ thống phương pháp dạy học nhằm đạt được mục tiêu dạy học của thời đại mới là tạo cho người học khả năng thích ứng và linh hoạt giải quyết các vấn đề mới đặt ra trong cuộc sống

Dạy học giải quyết vấn đề gồm các giai đoạn:

- Nêu vấn đề cần nghiên cứu

- Đề xuất giải pháp thực hiện

- Thực hiện giải pháp đề ra

- Vận dụng kiến thức vào thực tế

Cho dù việc dạy học giải quyết vấn đề có thể đi hoàn toàn theo con đường thực nghiệm hoặc con đường lý thuyết thì thí nghiệm vật lý với rất nhiều hình thức thực hiện trong quá trình dạy học là yếu tố quyết định đến chất lượng thực sự của quá trình dạy học bộ môn

Sau đây, chúng tôi sẽ vận dụng các lý luận vào việc đề xuất hướng đề xuất dạy học bài “Dao động cưỡng bức Cộng hưởng” chương trình vật lý lớp

12 nâng cao

CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO THIẾT BỊ DUY TRÌ DAO ĐỘNG ĐỀ TỔ

CHỨC QUÁ TRÌNH DẠY HỌC BÀI “DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC

Sự tắt dần phụ thuộc vào yếu tố nào? Làm thể

nào để giữ cho dao động được lâu dài, không bị

Su tất dân phụ thuộc vào ma sát Để đao động tắt dần thì có thể:

ở các chô liên kết và đặc điểm - Cưỡng bức dao động: Tác

của môi trường (hệ số ma sát, lực dụng lực cưỡng bức

cản) và những điều nay phụ

thuộc vào bản thân các vật dao

động: Rắn, lỏng, tiết diện hiệu

- Duy trì dao động: Bổ sung

Dao động cưỡng bức Dao động duy trì:

— Phụ thuộc vào ngoại lực + Giữ chu kì dao động cưỡng bức về tần số, biên ổn định bằng chu kì

- Phụ thuộc vào bản thân hệ + Có cơ cấu tư bổ

dao động (thể hiện ở biên -

đô Ộ sung năng lượng hợp z ^ A

lý theo dao động hệ

ứng dụng gì?

Vv

- Quả lắc trong đồng hồ

- Khi chế tạo và lắp đặt máy móc

- Chế tạo tần số kế, lên dây đàn

11

Khoa luận tốt ngiiệp

Với các kiến thức về duy trì dao động cơ, nhờ phương pháp tương tự học sinh sẽ dễ dàng tiếp nhận được kiến thức về duy trì dao động điện từ ở phần sau

2.2 Thí nghiệm về dao động cưỡng bức cộng hưởng hiện có ở trường THPT

d Sử dụng thí nghiệm làm thí nghiệm nghiên cứu khảo sát để kiểm tra những kết quả đã nêu ra: Giá trị cực đại của biên độ A của dao động cưỡng bức đạt được khi tần số góc của ngoại lực (gần đúng) bằng tần số góc riêng (òạ của hệ dao động tắt dần

B Con lắc nguồn (con lắc đơn), có thể

thay đổi chiêu dài bằng cách dùng kẹp giấy 1

b Tiến hành thí nghiệm và kết quả:

Dùng tay kéo cho con lắc nguồn dao động

Lần thứ nhất: con lắc nguồn B có chiều dài dài nhất, để con lắc dao động ổn định, quan sát biên độ dao động của các con lắc thành phần thấy chúng dao động với biên độ rất nhỏ, gần như không dao động

Lần thứ hai: Điều chỉnh chiều dài của con lắc B bằng (gần bằng) chiều dài con lắc C, kéo cho con lắc B dao động, chờ ổn định, quan sát li độ cực đại (biên độ) của các con lắc

Khoa ludn tét nghiép Kết quả: Con lắc C dao động với li độ cực đại (biên độ) lớn nhất so với li độ cực đại (biên độ) của các con lắc còn lại

Lan thứ ba: Điều chỉnh chiều dài của con lắc B bằng (gần bằng) chiều dài của con lắc E, kéo cho con lắc B dao động, chờ ổn định, quan sát li độ cực dai (biên độ) của các con lắc

Kết quả: con lắc E dao động với li độ cực đại (biên độ) lớn nhất so với li độ cực đại (biên độ) của các con lắc còn lại nhưng vẫn không lớn bằng li độ cực đại (biên độ) của con lắc C ở lần thứ hai

Lần thứ tư: Điều chỉnh chiều dài của con lắc B bằng (gần bằng) chiều dài con lắc D, kéo cho con lắc B dao động, chờ ổn định, quan sát li độ cực đại (biên độ) của con lắc

Kết quả: Con lắc D dao động với li độ cực đại (biên độ) lớn nhất so với li độ cực đại (biên độ) của các con lắc còn lại nhưng vẫn không lớn hơn bằng li độ cực đại (biên độ) của con lắc C ở lần thứ hai, hoặc li độ cực đại (biên độ) của con lắc E ở lần thứ ba

c Lưu ý:

- Kéo con lắc cho nó dao động theo phương vuông góc với mặt phẳng treo các con lắc tại vị trí cân bằng

- Không kéo con lắc quá mạnh hoặc quá nhẹ

- Treo con lắc ở xa thanh thép để việc truyền dao động được dễ dàng

d Sử dụng thí nghiệm làm thí nghiệm nghiên cứu khảo sát để kiểm tra kết quả: Khi có hiện tượng cộng hưởng thì biên độ của dao động cưỡng bức đạt tới giá trị cực đại

e - Ưu điểm: Con lắc nguồn dao động lâu hơn thí nghiệm trước

Dao động lâu tắt (100 đao động)

Dễ thấy sự bằng nhau của chu kì qua sự bằng nhau của dây treo

Dễ thay đổi chiều đài qua việc rút ngắn, nối dài dây treo con lắc nguồn