Sử dụng vòng lặp để giải bài toán nhạc âm chương trình vật lý 12

Chính vì vậy tôi chọn đề tài: ‘‘Sử dụng vòng lặp để giải bài toán nhạc âm vật lí 12’’ Trong nhiều năm trở lại đây như ta đã biết Bộ GD&ĐT đã lựa chọn chương trình vật lí khối 12 là chươ

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU……….1

1 Lí do chọn đề tài……….1

2 Mục đích và phạm vi nghiên cứu……….…2

2.1 Mục đích: 2.2 Phạm vi nghiên cứu………2

3 Đối tượng nghiên cứu………2

4 Phương pháp nghiên cứu……… 2

PHẦN II: NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM……… 3

1 Cơ sở lí luận………3

2 Thực trạng của đề tài nghiên cứu……….5

a Thuận lợi……… 5

b Khó khăn……… 5

3 Biện pháp và tổ chức thực hiện……….6

4 Hiệu quả đạt được………17

PHẦN III: KẾT LUẬN………19

1 Kết luận……… ………19

2 Khả năng ứng dụng………19

3 Những kiến nghị đề xuất………20

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 \Lí do chọn đề tài.

Vật lý là khoa học thực nghiệm, cách tiếp cận với môn học đòi hỏi phải có nhiều tư duy (bao gồm cả tư duy thực tế lẫn tư duy trừu tượng) Nhìn vào một bài tập vật lí học sinh không biết nên bắt đầu từ đâu để có phương án thích hợp tìm ra kết quả Hơn nữa trong các tài liệu thiết kế giáo án, bài soạn của một tiết bài tập hầu như không có và không được chú trọng Đa số giáo viên khi đến buổi ôn luyện, gọi học sinh lên giải một vài bài tập cơ bản rồi nhận xét Như thế khả năng giải bài tập vật lí của học sinh bị hạn hẹp, số lượng bài ít, việc hình thành phương pháp giải bài tập vật

lí với từng loại bài sẽ khó có thể có ở học sinh Chính vì vậy tôi chọn đề tài:

‘‘Sử dụng vòng lặp để giải bài toán nhạc âm vật lí 12’’

Trong nhiều năm trở lại đây như ta đã biết Bộ GD&ĐT đã lựa chọn chương trình vật lí khối 12 là chương trình thi tốt nghiệp THPT và Đại học – Cao đẳng, nay

là kì thi THPT Quốc gia, vì thế việc rèn luyện kĩ năng giải bài tập vật lí cho học sinh khối 12 là một trong những khâu quýêt định Đặc biệt ngày nay, với một đề thi trắc nghiệm khách quan thì yêu cầu học sinh phải có kĩ năng và có tốc độ nhất định cho một loại bài tập vật lí nào đó là rất cần thiết, nhưng để đạt được điều đó thì cần phải

có phương pháp giải phù hợp và số lượng bài tập phải đáp ứng đủ yêu cầu để học sinh ôn luyện (Nếu các em không được va chạm các loại bài tập tương tự thì sẽ rất nhanh quên phương pháp của phần đang ôn luyện) Ngoài ra, cách đưa ra các bài tập cũng phải khoa học: Bài tập ôn luyện cần phải từ đơn giản – cơ bản đến nâng cao và phức tạp dần, để học sinh phát triển tư duy logic một cách tự nhiên, từ đó giúp học sinh hiểu rõ được bản chất, hiện tượng vật lí ở các góc độ khác nhau

Qua nhiều năm giảng dạy, bản thân tôi cũng đã rút ra một số kinh nghiệm nhỏ trong việc đưa ra phương pháp giải nhanh và phát triển hệ thống bài tập để rèn luyện

kĩ năng cho học sinh ở phần “Nhạc âm” của chương trình vật lí 12 Tại sao tôi lại

đặc biệt quan tâm đến lĩnh vực này? Bởi vì trước đây trong quá trình giảng dạy và ôn luyện cho học sinh, tôi nhận thấy các em học sinh thường bị động lúng túng khi làm bài tập phần này vì phương pháp giải còn dài, cần lượng kiến thức tổng hợp nhiều Hơn nữa nguồn tài liệu hiện có trên thị trường sách tham khảo cũng không thể đáp ứng tất cả các đối tượng học sinh Xuất phát từ thực tế đó bản thân tôi đã nỗ lực tìm tòi, cải tiến cách ôn tập bằng việc tự tạo ra các bài tập phù hợp, nhằm vào chính đối tượng học sinh của tôi

Cách làm trên đã thực sự có hiệu quả với tôi trong hai năm lại đây Tất cả học sinh theo học với tôi đều tự tin khi gặp bài tập phần này, điều đó góp một phần không nhỏ vào thành tích học tập của các em Sau đây tôi xin trình bày cách làm của mình

2/ Mục đích và phạm vi nghiên cứu:

Xuất phát từ bài toán “nhạc âm“ trong đề thi năm 2013–2014 của Bộ GD&ĐT

và trong quá trình giảng dạy ở những năm trước, một thực trạng tồn tại là học sinh trường THPT Quảng xương I nói chung và học sinh tôi dạy nói riêng, khi giải bài tập phần nhạc âm, các em bị động lúng túng và cảm thấy rất khó vì kiến thức nhạc âm trong SGK không được đề cập sâu về nhạc lý

Một nguyên nhân chính nữa để tồn tại thực trạng trên là tôi chưa thực sự nghiên cứu kĩ, chưa biết cách khai thác kiến thức nhạc lý trong Vật lý Và tôi cũng thấy rằng hầu hết giáo viên trường tôi, cũng như giáo viên trường khác mà tôi biết, cũng còn bị động lúng túng khi ôn luyện bài tập phần này, kể từ việc tìm kiếm nguồn bài tập từ các tài liệu, rồi việc sắp xếp bài tập còn không khoa học và mục tiêu không rõ ràng, bài tập không gắn kết được các phần đã học với các phần đã học và đặc biệt sự sắp xếp không khoa học đó dẫn tới là không sát với đối tượng học sinh do vậy không kích thích được sự hứng thú ở học sinh…Điều này làm ảnh hưởng không tốt đến chất lượng giảng dạy và kết quả học tập của học sính ở đơn vị kiến thức này Thực trạng trên đã kéo dài trong nhiều năm ôn luyện của tôi và điều này ảnh hưởng đến uy tín và niềm tin của học sinh đối với thầy Trước thực trạng đó tôi đã cải tiến cách làm, đó là xuất phát từ mục tiêu dạy học, từ chuẩn kiến thức kĩ năng của chương trình và từ đối tượng học sinh mình đang trực tiếp giảng dạy tôi đã tạo ra phương pháp riêng và hệ thống bài tập phù hợp với phương pháp đó nhằm vào từng kĩ năng

cụ thể cần ôn luyện

3/ Mục đích.

2.1 Mục đích: Đưa ra phương pháp để giải quyết bài toán nhạc âm

- Lấy ví dụ cụ thể vào các bài tập phần này trong vật lí 12

2.2 Phạm vi nghiên cứu: Chương trình Vật lí 12 phần nhạc âm

4 Phương pháp nghiên cứu|:

- Học sinh lớp 12 ôn thi THPT Quốc gia môn vật lí

- Việc đầu tiên không thể thiếu trong quá trình ôn luyện là trang bị cho các em một kiến thức lý thuyết vững chắc về âm nhạc Chuẩn kiến thức kĩ năng phần này là học sinh phải hiểu rõ các nguyên lý về nhạc âm Các ký hiệu về nốt nhạc cần sử dụng trong bài toán dùng vòng lặp Cách làm của tôi chia làm 4 phần chính

1/ Lí thuyết về nhạc âm

2/ Cách xác định vị trí, kí hiệu các nốt nhạc

3/ Phương pháp dùng vòng lặp để giải các bài toán nhạc âm.

4/ Một số bài toán áp dụng.

PHẦN II: NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM I/ CƠ SỞ LÍ LUẬN: NGUỒN GỐC ÂM VÀ CẢM GIÁC ÂM.

1/ Nguồn gốc âm:

- Khi phát ra âm thì các nguồn âm đều dao động

- Dao động được truyền đi từ nguồn âm trong không khí tạo thành sóng âm, có cùng tần số với nguồn âm

- Sóng âm truyền đến tai, làm màng nhĩ tai dao động, cho ta cảm giác về âm

- Cảm giác âm phụ thuộc vào nguồn âm và tai người nghe

- Sóng âm truyền trong môi trường chất lỏng, khí, rắn nhưng không truyền được trong chân không

+ Trong chất khí, chất lỏng sóng âm là sóng dọc

+ Trong chất rắn, sóng âm là sóng dọc, cả sóng ngang

- Âm do nhạc cụ phát ra thì êm tai, dễ chịu; và đồ thị dao động là những đường cong tuần hoàn có tần số xác định: nhạc âm

- Âm nghe chối tai, cảm giác khó chịu khi nghe, đồ thị là đường cong không tuần hoàn không có tần số xác định: tạp âm

2/ Vật phát âm, hộp cộng hưởng: Nhạc âm được phát ra nhờ hai bộ phận chính.

- Vật phát âm tạo ra các âm với các tần số khác nhau

- Và hộp cộng hưởng để khuếch đại tăng cường một số âm nhất định để tạo ra âm sắc riêng

3/ Các bộ nhạc cụ thông dụng:

a/ Bộ dây: Đàn ghita, Nhị…

b/ Bộ hơi: Ống sáo, tiêu…Ông sáo có một đầu hở (bụng); một đầu bịt kín (nút) II/ CÁC ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA ÂM:

1/ Cường độ âm: Cường độ âm được xác định là năng lượng được sóng âm truyền

qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian Đơn vị cường độ âm là “oát trên mét vuông” (W/m2)

- Cường độ âm cùng lớn, cho ta cảm giác nghe thấy âm càng to Độ to của âm không

tỉ lệ thuận với cường độ âm Công thức: I = S(m2().t)(s)

J W

= S((m2))

W P

 P = I.4π.R2 (W)

2/ Mức cường độ âm L: dùng để đặc trưng cho độ to của âm, gồm 130 mức (Từ

mức 0 dB đến 130 dB) được đo bằng "đêxiben" (dB) hoặc "ben" (B)

L(dB) =10logI 

I

 L(B) = logI 

I

III/ CÁC ĐẶC TRƯNG SINH LÍ CỦA ÂM

1) Độ cao: Là đặc trưng sinh lí của âm mà đặc trưng vật lí quyết định là tần số Âm

càng cao thì tần số càng lớn

Âm cao: tần số lớn.

Âm trầm: tần số nhỏ.

Tai người cảm nhận được âm có tần số từ 16Hz - 20.000Hz

Âm có: f > 20.000Hz: siêu âm.

f < 16 Hz: hạ âm

(Tai người "không nghe" được sóng siêu âm và sóng hạ âm)

2/ Độ to: Khi so sánh âm này to hơn âm kia bao nhiêu lần ta dùng khái niệm “độ to” Định nghĩa: Là đặc trưng sinh lí của âm phụ thuộc vào tần số và cường độ âm.

Độ to là một thuộc tính của thính giác, cho phép phán đoán tính chất mạnh yếu của

âm thanh

Mối liên hệ giữa Sôn & Fôn như sau: S = 2 0 , 1 (F−40 )

Như vậy: Nếu mức to của 1 âm = 40F  Độ to của âm đó S = 1 Sôn Khi mức to tăng 10F thì độ to tăng gấp 2

Mức to F: (Đơn vị đo là Fôn)

Cảm giác to nhỏ khi nghe âm thanh của tai người được đánh giá mức to& xác định theo phương pháp so sánh giữa âm cần đo với âm tiêu chuẩn

Đối với âm tiêu chuẩn, mức to có trị số bằng mức áp suất âm (đo dB) Muốn biết mức to của một âm bất kì phải so sánh với âm tiêu chuẩn

Với âm tiêu chuẩn: Mức to ở ngưỡng nghe là 0 Fôn ngưỡng chối tai là 120 Fôn

Cùng một giá trị áp suất âm, âm tần số càng cao  mức to càng lớn Bằng phương pháp thực nghiệm người ta vẽ được bản đồ đồng mức to

3) Âm sắc: Là đặc trưng sinh lí của âm, phụ thuộc vào đồ thị li độ âm

a/ Mỗi âm do một nguồn phát ra có dạng đồ thị khác nhau, nên các âm có sắc thái

khác nhau Đặc tính đó của âm gọi là âm sắc

Những âm phát ra từ âm thoa cho ta một cảm giác đơn giản, chúng ứng với những dao động hình sin Gọi p0 là biên độ áp suất âm gây tại màng nhĩ, t là thời gian, f là tần số âm thì p là áp suất âm thoa gây tại màng nhĩ có thể biểu diễn bằng phương trình: p = p0sin2πft.

Đại đa số các âm là những âm phức tạp, gây cho ta những cảm giác phong phú hơn Chẳng hạn như âm của các dụng cụ âm nhạc, âm do người phát ra Dùng thiết bị phân tích âm có nhiều bộ phận cộng hưởng âm khác nhau có thể phân tích âm phức tạp ra nhiều âm đơn giảm gọi là phổ điều hòa; đặc biệt có thể phân tích âm phức tạp thành âm đơn giản mà tần số của chúng là bội số nguyên của âm đơn giản có tần số nhỏ nhất

Hình vẽ trên trình bày một dạng âm phức tạp (a) và các thành phần phân tích của nó (b), (c), (d) Âm có tần số nhỏ nhất gọi là âm cơ bản, các âm khác gọi là họa âm

b/ Đồ thị li độ âm của một số nhạc cụ:

+) Đồ thị dao động âm của một nốt nhạc do dây đàn violon phát ra

Và đây là phổ của âm này:

+) Đồ thị dao động âm của tiếng trống cơm

Và đây là phổ của âm này.

.

c/ Giới hạn nghe của tai người

Ngưỡng nghe: Cường độ âm "nhỏ nhất" còn gây cảm giác âm Ngưỡng nghe phụ

thuộc vào tần số âm (Âm có tần số cao nghe thính hơn âm có tần số thấp)

Ngưỡng đau: Cường độ âm "lớn nhất" còn gây cảm giác âm nhưng làm đau tai

Ngưỡng đau "không phụ thuộc tần số âm"

Miền nghe được: Nằm giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau

d/ Thiết bị khảo sát dao động âm:

Dao động ký điện tử để khảo sát dao động âm

IV/ ỐNG SÁO: Ống sáo, các loại kèn có bộ phận chính là một ống có một đầu kín,

một đầu hở Khi thổi một luồng khí vào miệng ống khi không khí ở đó sẽ dao động Dao động này truyền đi dọc theo ống và bị phản xạ ở hai đầu ống Sẽ có sóng dừng nếu chiều dài ống thỏa mãn: l = (2k + 1)

4

λ

= (2k + 1)4v f  f = (2k + 1)

l

v

4

k = 0  f = v/4l (Âm cơ bản)

k = 1  f3 = 3f1  Họa âm bậc 3

k = 2  f5 = 5f1  Họa âm bậc 5…

Cách bấm các nút nhạc trên sáo.

V/ ĐÀN GHITA:

+) Gồm 6 dây cố định 2 đầu và hộp cộng

hưởng Để tạo ra sóng dừng thì chiều dài dây thỏa mãn: l = kλ/2  f = kv/2l  Các họa âm: f2 = 2f1; f3 = 3f1 …fn = nf1

+) Khi bấm nốt nhạc  l thay đổi  f thay đổi và tạo ra các âm khác nhau

VI/ SỬ DỤNG VÒNG LẶP ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN NHẠC ÂM.

1/ Lí thuyết về các nốt nhạc:

a/ Nốt nhạc: Trong âm nhạc có 7 nốt cơ bản: Đồ, Rê, Mi, Fa, Sol, La, Si ứng với 7

tần số

b/ Quãng: là khoảng cách giữa 2 nốt liên tiếp (ví dụ đô - rê)

* 8 nốt nhạc : Đồ(thấp) Rê Mi Fa Sol La Si Đô(cao): lập thành 1

quãng tám (hay còn gọi là một Gam nhạc hoặc bát độ)

* Mỗi quãng tám được chia thành 7 quãng nhỏ gồm 5 quãng một cung và 2

quãng nửa cung( mi-fa và si-đô) theo sơ đồ:

2/ Cung và nửa cung (nc):

* Mỗi quãng tám được chia thành 12 nc.

a/ Hai nốt nhạc cách nhau n nửa cung thì hai âm tương ứng với hai nốt nhạc này có

tỉ số tần số là: Công thức: log2 12

n f

f thâp cao =  2 12

n

Thâp

Cao f

f = (Trong đó: n là số nửa cung)

Như vậy: nếu hai nốt nhạc cách nhau nửa cung thì hai âm tương ứng với hai nốt

nhạc này có tỉ số tần số là: (ví dụ : mi-fa hay si-đô)

Ví dụ: 1 12

1

( )

2 ( )

f do

f si =  f(đô1) = f(si1).12 2

b/ Tỉ số tần số của hai nốt cùng tên cách nhau một quãng tám là: 12 2 12 2

1

Đô

Đô f

f

3/ Bảng sắp xếp vị trí cung và nửa cung của các nốt nhạc:

Số nc 0 1nc 2nc 3nc 4nc 5nc 6nc 7nc 8nc 9nc 10nc 11nc 12nc Nốt

trong1

Tần số f 0 f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 f 11 f 12

a/ Cách đặt tên các nốt nhạc chính:

Vì âm La3 (âm La quãng 3) có tần số là: fLa3 = 440 (Hz)

 fLa2 =

12

12 12

3 2

440 2

=

n La f

= 220 (Hz)  fLa1 =

12

12 12

2 2

220 2

=

n La f

= 110 (Hz)

Có tần số đều là số nguyên nên chọn âm La3 làm mốc tính Vì chọn làm mốc nên âm

La được kí hiệu là chữ đầu tiên của bảng chữ cái đó là chữ A Và như vậy âm La

quãng 1 kí hiệu là A1, âm La quãng 2 kí hiệu là A2…và đến An

+) Các nốt nhạc tiếp theo lần lượt được kí hiệu là:

La (A); Si (B); Đô (C), Rê(D); Mi(E); Fa (F); Son (G)

Cứ lần lượt như vậy, hết quãng 2 rồi đến quãng 3…quãng n Trên mỗi nhạc cụ được

chia thành n quãng (VD: Đàn oggan có 6 quãng tám)

Lịch sử: Thang nhạc 7 bậc đầu tiên gồm 7 âm cơ bản là Do1, Re1, Mi1, F1 Sol1, La1,

Si1 và cùng với âm Do2 sẽ tạo thành một quãng tám, khoảng cách cao độ giữa các âm tương ứng là 1c, 1c, 0,5c, 1c, 1c, 1c, 0,5c (c là cung nhạc) Nhưng thang nhạc 7 bậc

không đều nên về sau nhạc sĩ người Đức Ăngdrê–Vécmâyơ đã xây dựng thang nhạc

12 bậc trong đó vẫn gồm 7 âm cơ bản, âm Do2 và 5 âm phụ nằm giữa hai nốt nhạc

cách nhau 1c

Lưu ý: giữa hai nốt nhạc cách nhau 1nc thì không có nốt phụ: Mi–Fa và Si-Đô

Quy ước: Nốt phụ có tần số cao hơn thì gọi là thăng và kí hiệu : X#

Nốt phụ có tần số thấp hơn thì gọi là giáng và kí hiệu : Xb

Có 5 cặp nốt phụ có tần số bằng nhau: (C#, Db) ; (D#, Eb) ; ( F#, Gb) ; (G#, Ab) ; (A#, Sib)

b/ Kết hợp vòng lặp để giải toán nhạc âm:

La

nn

La giáng A b

La thăng A #

Si giáng Si b

Son thăng G #

Fa thăng F #

Son giáng G b

Dê thăng D #

Mi giáng E b

Đô thăng C #

Rê giáng D b

A 1

A 2 (f = 220Hz)

A 3 (f = 440Hz)

1n

Si 1 Đô2

A (La1) B

2n

La 2

Si 2

Đô3 Chiều tăng tần số các nốt nhạc

Trong một quãng tám bất kì: nốt

Đô có tần số nhỏ nhất

+

f Đô < f Rê < f Mi < f Fa < f Son < f La < f Si .

Vòng lặp dùng trục tần số:

Vòng lặp dùng vòng tròn: Mỗi quãng tám được thiết lập bởi vòng lặp trục tần số hoặc vòng tròn

c/ Phương pháp giải toán :

Bước 1: Xác định vị trí nốt làm mốc trên vòng lặp

Bước 2: Xác định số nc giữa hai nốt nhạc (số n)

Bước 3: Áp dụng công thức : log2 12

n f

f thâp cao =

Bước 4: Nếu nốt nhạc làm mốc (đề đã cho f) và nốt nhạc cần xác định f nằm ở hai

quãng nhạc khác nhau thì xác định tần số của nốt đã cho ở cùng quãng nhạc với âm cần tính bằng công thức: fcao = fthấp.2N (N: là số quãng nhạc cách nhau), rối tính theo bước 3

Khúc khuyết (Không có âm phụ) C1(Đô)

D1(Rê)

E1(Mi)

F1(Fa) G1(Sol)

A1(La)

La thăng (A # )

Si giáng (B b )

Sol thăng (G # )

La giáng (A b )

Fa thăng (F # ) Sol giáng (G b )

Rê thăng (D # )

Mi giáng (Mi b )

Đô thăng (C # )

Rê giáng (D b )

Chiều f tăng

B1(Si)

Khúc khuyết (Không có âm phụ)