Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý phần dao động cơ học và dao động điện tử Vật lý lớp 12 nâng cao theo phương pháp tương tự tt

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN VĂN NAM HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHẦN DAO ĐỘNG CƠ HỌC VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO THEO PHƯƠNG P

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN VĂN NAM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ

PHẦN DAO ĐỘNG CƠ HỌC VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ LỚP

12 NÂNG CAO THEO PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

Chuyên ngành : LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

(BỘ MÔN VẬT LÍ)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Kim Chung

HÀ NỘI – 2012

v

MỤC LỤC

Lời cảm ơn……… …… ….……… i

Danh mục viết tắt……… … ….…… ii

Danh mục bảng biểu……… ……… ii

Mục lục……….… ……… iv

MỞ ĐẦU……….…… 1

Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 6

1.1 Mục đích của việc bài tập và vai trò trong dạy học vật lí 6

1.1.1 Mục đích của việc giải bài tập vật lí trong dạy học 6

1.1.2 Vai trò của bài tập trong dạy học vật lí 7

1.1.3 Các dạng bài tập vật lí 8

1.2 Kĩ năng cần rèn luyện cho học sinh trong dạy bài tập vật lí 10

1.3 Phương pháp giải bài tập 13

1.3.1 Các bước giải bài tập 13

1.3.2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập 16

1.4 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí 20

1.4.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) 20

1.4.2 Hướng dẫn tìm tòi 21

1.4.3 Định hướng khái quát chương trình hóa 22

1.5 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lí 23

1.5.1 Lựa chọn bài tập 23

vi

1.5.2 Sử dụng hệ thống bài tập 25

1.6 Suy luận tương tự 26

1.6.1 Định nghĩa và cấu tạo của suy luận tương tự 26

1.6.2 Cấu tạo của suy luận tương tự 28

1.6.3 Các quy tắc suy luận tương tự 29

1.6.4 Các kiểu suy luận tương tự 30

1.6.5 Sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lí 32

1.7.1 Phương pháp điều tra 37

1.7.2 Kết quả điều tra 37

1.8 Kết luận chương 1 40

Chương 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN DAO ĐỘNG CƠ VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÝ LỚP 12 NÂNG CAO THEO PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ 41

2.1 Sự tương tự trong phần dao đông cơ học và dao động điện từ, chương trình vật lí lớp 12 nâng cao 41

2.1.1 Sự tương tự trong phần dao đông cơ học và dao động điện từ 41

2.1.2 Mối quan hệ tương đồng giữa điện cơ 43

2.1.2.1 Mối quan hệ tương đồng qua các hàm dao động 43

2.1.2.2 Mối quan hệ tương đồng qua năng lượng : 45

2.1.2.3 Mối quan hệ tương đồng qua cách mắc thành bộ : 48

2.1.2.4 Mối quan hệ tương đồng qua tổng trở : 50

vii

2.3 Xây dựng hệ thống bài tập “phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc

chương trình vật lí lớp 12 nâng cao” 51

2.3.1 Dạng 1 Viết phương trình dao động 51

2.3.2.Dạng 2 Tính quãng đường - Điện tích 56

2.3.3 Dạng 3 Xác định thời gian dao động 57

2.3.4 Dạng 4 Bài toán cực trị 62

2.3.5 Dạng 5 Bài toán về tần số dao động riêng 67

2.5 Soạn thảo tiến trình dạy học 72

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ……….76

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 76

3.2 Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm 77

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 77

3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm 77

3.3 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 78

3.3.1 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP 78

3.3 Hiệu quả của phương pháp 86

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 92

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Bài tập vật lí (BTVL) luôn giữ một vị trí đặc biệt quan trọng trong dạy học vật lí (DHVL) ở trường phổ thông, giúp thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lí, là một phương tiện để ôn tập, củng cố kiến thức lí thuyết đã học, phương tiện rất tốt để rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh (HS); BTVL cũng là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đời sống, phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh, có thể được sử dụng như là một phương tiện nghiên cứu tài liệu mới trong giai đoạn hình thành kiến thức mới cho học sinh, giúp cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc và vững chắc

Trong thực tế việc dạy học vật lí ở các trường trung học phổ thông (THPT) cho thấy việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vẫn còn rập khuôn theo các dạng bài và vận dụng toán học để giải các bài tập

Sự suy luận tương tự là một phương pháp suy luận lôgíc từ sự giống nhau về các dấu hiệu xác định của hai hay nhiều đối tượng, từ đó suy ra

sự giống nhau về các dấu hiệu khác của chúng, từ việc xác định các điểm giống và khác nhau giữa các dạng bài tập sẽ giúp hệ thống hóa các dạng bài tập và giúp học sinh phát triển kĩ năng giải các dạng bài tập Trong chương trình vật lí lớp 12, các hiện tượng vật lí liên quan đến dao động có vai trò quan trọng, có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, các dạng bài tập và cách giải có nhiều nét tương tự giữa dao động cơ học và dao động điện từ, học sinh sẽ được học ở các phần sau

Từ những lí do trên tôi chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí phần dao động cơ học và dao động điện từ vật lí lớp 12 nâng cao theo phương pháp tương tự”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Vận dụng phương pháp suy luận tương tự để hướng dẫn học sinh giải bài tập thuộc phần “dao động cơ học và dao động điện từ” phần này nhằm phát huy tính tích cực và chủ động cho học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hiện hành, các dạng bài tập phần dao động cơ học và dao động điện từ vật lí lớp 12 nâng cao, hệ thống hoá các dạng bài tập và phương pháp giải các bài tập phần này

- Vận dụng phương pháp suy luận tương tự để xây dựng hệ thống các dạng phần trên nhằm giúp HS giải các bài tập hiệu quả

- Xây dựng tiến trình dạy học hướng dẫn học sinh giải bài tập theo phương pháp suy luận tương tự

- Thực nghiệm sư phạm

4 Phạm vi nghiên cứu

Xây dựng hệ thống và hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao theo phương pháp tương tự

5 Giả thuyết khoa học

Vận dụng phương pháp suy luận tương tự để hướng dẫn học sinh giải bài tập phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao, sẽ giúp học sinh tích cực, chủ động trong việc hệ thống hóa kiến thức, phát triển kĩ năng giải bài tập cho học sinh

6 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu thực tiễn

- Thực nghiệm sư phạm

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương :

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2 Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn học sinh giải bài

tập phần tự phần dao động cơ và dao động điện từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao theo phương pháp tương tự

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích của việc bài tập và vai trò trong dạy học vật lí

1.1.1 Mục đích của việc giải bài tập vật lí trong dạy học

Trong thực tế dạy học bài toán vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt

ra đòi hỏi những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên

cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí

Quá trình giải một bài tập vật lí là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài toán, xem xét hiện tượng vật lí đề cập, dựa vào kiến thức vật lí để tìm ra những cái chưa biết trên cơ sở những cái đã biết Thông qua hoạt động giải bài tập, học sinh cách suy nghĩ, lập luận để hiểu rõ bản chất của vấn

đề, và có cái nhìn đúng đắn khoa học

1.1.2 Vai trò của bài tập trong dạy học vật lí

Bài tập vật lí là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn trong cuộc sống của học sinh

Để giúp học sinh khả năng tự học, người giáo viên phải biết lựa chọn bài tập sao cho phù hợp, sắp xếp chúng một cách có hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp và hướng dẫn cho học sinh cách giải để tìm ra được bản chất vật lí của bài toán vật lí

Bài tập vật lí còn là phương tiện kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng

và kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát hiện trình độ phát triển trí tuệ của học sinh Bài tập vật lí còn có chức năng giáo dục tư tưởng đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp

1.1.3 Các dạng bài tập vật lí

- Bài tập vật lí định tính

- Bài tập vật lí định lượng

- Bài tập đồ thị

- Bài tập thí nghiệm :

1.2 Kĩ năng cần rèn luyện cho học sinh trong dạy bài tập vật lí

Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí, những kĩ năng cần rèn luyện cho học sinh là :

1 Phân tích hiện tượng vật lí

2 Thực hiện tiến trình giải một bài tập vật lí

3 Phân tích, tổng hợp, khái quát hóa vấn đề qua bài tập vật lí

1.3 Phương pháp giải bài tập

1.3.1 Các bước giải bài tập

Các bước chính như sau :

1 Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện

2 Phân tích hiện tượng

3 Xây dựng lập luận

4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp

5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận

1.3.2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập

1 Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính

Bài tập định tính thường có hai dạng : giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra

+ Bài tập giải thích hiện tượng:

Xây dựng lập luận :

- Tìm trong đầu bài những dấu hiệu có liên quan đến một tính chất vật

lí, một định luật vật lí đã biết

- Phát biểu đầy đủ tính chất đó, định luật đó

- Xây dựng một luận ba đoạn để thiết lập mối quan hệ giữa định luật

đó với hiện tượng đã cho, nghĩa là giải thích được nguyên nhân của hiện tượng Trong trường hợp hiện tượng phức tạp thì phải xây dựng nhiều luận ba đoạn liên tiếp

+ Bài tập dự đoán hiện tượng

Về mặt logic ta phải thiết lập một luận ba đoạn, trong đó ta mới biết tiên đề thứ hai (phán đoán khẳng định riêng), cần phải tìm tiên đề thứ nhất (phán đoán khẳng định chung) và kết kuận (phán đoán khẳng định riêng)

2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập định lượng

Có hai phương pháp xây dựng lập luận : phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

Phương pháp phân tích

Phương pháp tổng hợp

1.4 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

- Hướng dẫn theo mẫu (Angorit)

- Hướng dẫn tìm tòi

- Định hướng khái quát chương trình hóa

1.5 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lí

1.5.1 Lựa chọn bài tập

- Bài tập phải đi từ dễ tới khó, từ đơn giản đến phức tạp

- Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập

- Hệ thống bài tập cần bao gồm nhiều thể loại bài tập : bài tập giả tạo

và bài tập có nội dung thực tế, bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo, bài tập cho thừa hoặc thiếu dữ kiện, bài tập mang tính chất ngụy biện và nghịch lý, bài tập có nhiều cách giải khác nhau và bài tập có nhiều lời giải tùy theo điều kiện cụ thể của bài tập mà giáo viên không nêu lên hoặc chỉ nêu lên một điều kiện nào đó mà thôi

1.5.2 Sử dụng hệ thống bài tập

Các bài tập đã lựa chọn có thể sử dụng ở các khâu khác nhau của quá trình dạy học : nêu vấn đề, hình thành kiến thức mới củng cố hệ thống hóa, kiểm tra và đánh giá kiến thức kĩ năng của học sinh

1.6 Suy luận tương tự

1.6.1 Định nghĩa và cấu tạo của suy luận tương tự

Theo suy luận tương tự hay phép tương tự là suy luận căn cứ vào một

số thuộc tính giống nhau của hai đối tượng, để rút ra kết luận về những thuộc tính giống nhau khác của hai đối tượng đó

1.6.2 Cấu tạo của suy luận tương tự

Có thể trình bày cấu trúc của suy luận tương tự như sau :

1.6.3 Các quy tắc suy luận tương tự

Có ba quy tắc cơ bản sau đây :

1) Số lượng các đặc điểm giống (hoặc khác) nhau ở hai đối tượng so sánh càng nhiều, thì kết luận càng chính xác

2) Các đặc điểm giống (hoặc khác) nhau đó càng bản chất, thì kết luận rút ra càng chính xác hơn

3) Mối liên hệ giữa các đặc điểm giống (hoặc khác) với đặc điểm được rút ra ở kết luận càng chặt chẽ, hữu cơ, mang tính quy luật bao nhiêu, thì kết luận cũng sẽ càng chính xác

1.6.4 Các kiểu suy luận tương tự

a) Các kiểu tương tự căn cứ vào tính chất giống nhau

Chia ra thành hai dạng cơ bản :

- Suy luận tương tự về thuộc tính của các đối tượng có đặc điểm là, dựa trên cơ sở sự giống nhau về thuộc tính nào đó của hai đối tượng (hay nhóm đối tượng) để rút ra kết luận, chúng có thể giống nhau ở một

số thuộc tính khác nữa

- Suy luận tương tự về quan hệ giữa các đối tượng, đặc điểm là các đối tượng được so sánh không có những thuộc tính như nhau, mà lại có những thuộc tính hoàn toàn khác nhau, ở một nghĩa nào đó, thậm chí là không thể so với nhau được, nhưng chúng có những mối quan hệ như nhau với các đối tượng khác

b) Các kiểu tương tự theo mức giống nhau của các đối tượng

Sự giống nhau giữa các thuộc tính hay các mối quan hệ qua lại của các đối tượng có thể có những mức độ khác nhau Vì thế phép tương tự còn

có các dạng khác nữa - khoa học hoặc phổ thông

1.6.5 Sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lí

1.6.5.1 Sự cần thiết của việc sử dụng SLTT trong DHVL

Sử dụng suy luận tương tự giúp cho học sinh làm quen với một phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu vật lí Việc sử dụng PPTT góp phần nâng cao hiệu quả của giờ học, thể hiện tính hệ thống của các kiến thức.Việc sử dụng suy luận tương tự còn làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tượng quá trình vật lí không thể quan sát trực tiếp được

1.6.5.2 Các khả năng sử dụng ưphơng pháp TT trong DHVL

Có thể sử dụng sự TT ở các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học, nhưng có giá trị hơn cả là việc sử dụng PPTT để xây dựng kiến thức mới.Sử dụng sự tương tự để minh hoạ làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tượng, quá trình VL không thể quan sát trực tiếp được

Sử dụng sự TT để hệ thống hoá các kiến thức mà học sinh đã lĩnh hội

ở nhiều phần khác nhau của vật lí

1.7 Thực trạng việc sử dụng PPTT trong DHVL

1.7.1 Phương pháp điều tra

Quá trình điều tra được tiến hành ở trường: THPT Ngô Quyền thành phố Hải Phòng Nội dung điều tra tập trung vào việc dạy của giáo viên

và việc học của học sinh, đặc biệt quan tâm đến việc sử dụng suy luận tương tự trong dạy học vật lí nói chung và việc sử dụng suy luận tương

tự trong giải bài tập vật lí phần cơ học và phần điện - từ học nói riêng

Có rất nhiều nguyên học sinh còn chưa thường xuyên là :

- HS chưa tích cực phân tích HTVL, tìm hiểu kỹ đề bài

- HS chưa xác lập được mối liên hệ giữa các bài tập

- KT toán học, KN lập luận giải BT của HS còn nhiều hạn chế

- Việc sử dụng phổ biến các dạng thi bài trắc nghiệm, để học sinh giải nhanh các bài tập, học sinh ghi nhớ công thức và tính thật nhanh

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN

HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN DAO ĐỘNG CƠ VÀ

DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VẬT LÝ LỚP 12 NÂNG CAO THEO PHƯƠNG PHÁP TƯƠNG TỰ 2.1 Sự tương tự trong phần dao đông cơ học và dao động điện từ, chương trình vật lí lớp 12 nâng cao

2.1.1 Sự tương tự trong phần dao đông cơ học và dao động điện từ

Dao động con lắc lò xo và mạch dao động LC tuy khác nhau về bản chất nhưng có những sự tương tự khác thú vị Dựa vào sự so sánh này ta có thể hiểu rõ và nắm chắc hơn kiến thức nội dung này (bảng 2.1, bảng 2.2)

Ta nhận thấy rằng : Trong phương trình mô tả dao động cơ học và dao động điện từ, có các đại lượng từng cặp tương cặp tương ứng đóng vai trò tương tự nhau

2.1.2 Mối quan hệ tương đồng giữa điện cơ

- Mối quan hệ tương đồng qua các hàm dao động

- Mối quan hệ tương đồng qua năng lượng :

- Mối quan hệ tương đồng qua cách mắc thành bộ :

- Mối quan hệ tương đồng qua tổng trở

2.3 Xây dựng hệ thống bài tập “phần dao động cơ và dao động điện

từ thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao”

Trên cơ sở phân tích các yêu cầu của chương trình vật lí phổ thông và các dạng bài tập thường gặp trong phần dao động cơ học và dao động điện từ, đề tài soạn hệ thống bài tập tương tự giữa 2 phần trên và hướng dẫn giải các bài đó một cách chi tiêt, cụ thể các dạng bài như sau:

- Dạng 1 Viết phương trình dao động

- Dạng 2 Tính quãng đường - Điện tích

- Dạng 3 Xác định thời gian dao động