Rèn luyện kỹ năng giải bài tập và phát huy tính sáng tạo của học sinh lớp 12 khi giải quyế

Có thể nói, các bài toán liên quan đến sóng cơ, sóng âm nguồn âm là những bài toán gây khá nhiều khó khăn cho những học sinh có mục tiêu đạt điểm cao cho bài thi THPT môn vật lí.. Chính

MỤC LỤC

Trang

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 3

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo

dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 17

2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để

1 Lời mở đầu:

1.1 lí do chọn đề tài

Có thể nói, các bài toán liên quan đến sóng cơ, sóng âm nguồn âm là những bài toán gây khá nhiều khó khăn cho những học sinh có mục tiêu đạt điểm cao cho bài thi THPT môn vật lí Những bài tập liên quan đến sóng âm và nguồn âm tuy khó nhưng lại mang tính thực tiễn khá cao

Đã nhiều sách và tài liệu viết về đề tài sóng âm và nguồn âm vì đây là những bài tập thường xuất hiện trong đề tuyển sinh, đề thi THPT QG và cả đề thi đại học tuy vậy những tài liệu chỉ viết sơ sài và thiếu tính hệ thống hoặc không làm tốt phần hướng dẫn phương pháp giải, phần liên hệ thực tế

Chính vì thế tôi chọn đề tài "Rèn luyện kỹ năng giải bài tập và phát huy tính sáng tạo của học sinh lớp 12 khi giải quyết bài toán liên quan đến sóng âm và nguồn âm " Với đề tài này tôi mong góp phần nâng cao chất lượng

học tập môn vật lí, phát huy tính chủ động, tư duy sáng tạo tăng sự hứng thú cho học sinh khi học phần cơ học nói chung và phần sóng âm nói riêng

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Đưa ra được hệ thống lí thuyết, hệ thống bài tập, phương pháp giải, phương pháp giải nhanh các bài tập phần sóng âm và nguồn âm

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

Các đặc trưng vật lí, các đặc trưng sinh lí của âm, các công thức liên quan, kiến thức toán học liên quan hỗ trợ giả nhanh các bài tập của dang

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Sử dụng phương pháp xây dựng cơ sở lí thuyết Tìm hiểu thiết kế bài tập Thu thập thông tin qua thái độm hứng thú học tập bằng phiếu khảo sát, thu nhận kết quả bằng bài kiểm tra đánh giá thường xuyên

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm.

Bổ túc được phần toán học liên quan cho học sinh nhằm giúp học sinh nhớ và vận dụng tốt kiến thức đã được học Sau phần hướng dẫn phương pháp tôi cố gắng đưa ra được những công thức mang tính tổng quát, sử dụng được cho nhiều trường hợp khác nhau Nhận xét, chỉ ra được những ứng dụng thực tế qua từng ví dụ điển hình

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm.

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.

Qua thực tế giảng dạy học sinh 12 phần sóng cơ nói chung và phần sóng

âm và nguồn âm nói riêng tôi thấy các em thường gặp các khó khăn sau đây:

+ Kiến thức về số mũ và logrit, biết đổi toán học của phần này của không

ít học sinh cảm thấy khó khăn

+ Khả năng phân tích và phối hợp các kiến thức với nhau chưa tốt

+ Kỹ năng phân loại các dạng toán và tìm mối liên hệ giữa các bài toán chưa tốt

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

Khảo sát chất lượng của học sinh 12A1, 12A2, 12A3 năm học

2015- 2016 của trường THPT Tĩnh Gia 3 cho thấy việc học tập các bài tập về sóng âm chỉ được một số học sinh lớp 12A1 là làm tốt nhưng chưa nhanh còn lại một bộ phận học sinh làm được nhưng kết quả không đúng và thường mất điểm những bài tập dạng này, nhất là học sinh lớp 12A2, 12A3

Từ những vấn đề trên tôi áp dụng sáng kiến vào thực tế giảng dạy và bước đầu đã thu được kết quả tốt trong năm 2016-2017 vừa qua

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

Để thực hiện đề tài này tôi sử dụng các tiết ôn tập và tự chọn qua đó củng

cố lí thuyết và rèn luyện kỹ năng giải bài tập và phát huy khả năng tư duy sáng tạo cho học sinh

Trong các tiết ôn tập và tự chọn tôi cho học sinh ôn tập kiến thức cơ bản ở nhà, còn tại lớp hướng dẫn các em tìm hiểu sâu hơn về kiến thức sóng âm, hướng dẫn phương pháp, làm các bài tập ví dụ, còn phần bài tập vận dụng được giao về nhà để các em tự luyện

2.3.1 Bổ túc toán học phần số mũ, logarit, diện tích mặt cầu và diện tích chỏm cầu cho học sinh.

+ ℓogax = b  x = ab + lg10x = x

+ a = lgx  x = 10a

-+ lg a b   lga lgb 

+ Diện tích mặt cầu: S mc  4 R2

+ Diện tích chỏm cầu:

S=2πRhRh

Từ hình vẽ hình ra ta thấy được:

h=R(1−cos300)

 S cc  2 R(1  cos ) 

2.3.2 Hệ thống lại kiến thức đã học.

Giúp học sinh hệ thống lại kiến thức đã học về sóng âm, các đặc trưng sinh lí và đặc trưng vật lí của âm

2.3.2.1 Khái niệm và đặc điểm

a Khái niệm

Sóng âm là sự lan truyền các dao động cơ học trong các môi trường rắn, lỏng, khí

b Đặc điểm

* Tai con người chỉ có thể cảm nhận được (nghe được) các âm có tần số từ

16 Hz đến 20000 Hz được gọi là âm thanh

* Các sóng âm có tần số nhỏ hơn 16 Hz được gọi là hạ âm

* Các sóng âm có tần số lớn hơn 20000 Hz được gọi là siêu âm

* Âm truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí, hầu như không truyền được qua các chất xốp, bông, len… những chât đó gọi là chất cách âm

* Tốc độ truyền âm giảm trong các môi trường theo thứ tự: rắn, lỏng, khí

Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính chất môi trường, nhiệt độ của môi trường

và khối lượng riêng của môi trường Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ truyền âm cũng tăng

2.3.2.2 Các đặc trưng vật lí của âm

a Tần số âm: Là tần số dao động âm.

b Cường độ âm: Là năng lượng mà sóng âm truyền trong một đơn vị thời gian

qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm

Công thức tính: I = trong đó

+ P là công suất của nguồn âm + S là diện tích miền truyền âm Khi âm truyền trong không gian thì S = 4πRhR2 → 4 R2

P I





Cường độ âm tại hai điểm A, B được cho bởi











2 2

4 4

B B

A A

R P I

R P I





→

2















A

B B

A

R

R I

I

Đơn vị: P (W), S (m2), I (W/m2)

c.Mức cường độ âm

công thức:

0

log

I

I

L  , (đơn vị B) trong đó,

+ I là cường độ âm tại điểm cần tính, + I0 là cường độ âm chuẩn (âm ứng với tần số ƒ = 1000 Hz) có giá trị là I0 = 10–12 W/m2

Trong thực tế thì người ta thường sử dụng đơn vị nhỏ hơn Ben để tính mức cường độ âm, đó là dexiBen (dB)

1B = 10dB →

0

log 10

I

I

Chú ý: Tại hai điểm A, B có mức cường độ âm lần lượt là LA, LB thì ta có

LA - LB =

0 log 10

I

I A

-0 log 10

I

I B

=

B

A I

I

log

2

log











A

B

R

R











A

B R

R

log

2.3.2.3 Các đặc trưng sinh lý của âm

Âm có 3 đặc trưng sinh lý là độ cao, độ to và âm sắc Các đặc trưng của âm nói chung phụ thuộc vào cảm thụ âm của tai con người

a) Độ cao

* Đặc trưng cho tính trầm hay bổng của âm, phụ thuộc vào tần số âm

* Âm có tần số lớn gọi là âm bổng và âm có tần số nhỏ gọi là âm trầm

b) Độ to

Là đại lượng đặc trưng cho tính to hay nhỏ của âm, phụ thuộc vào tần số âm

và mức cường độ âm.

c) Âm sắc

Là đại lượng đặc trưng cho sắc thái riêng của âm, giúp ta có thể phân biệt được hai âm có cùng độ cao

Âm sắc phụ thuộc vào dạng đồ thị dao động của âm (hay tần số và biên độ âm)

2.3.2.4 Nhạc âm và tạp âm

* Nhạc âm là những âm có tần số xác định và đồ thị dao động là đường cong hình sin

* Tạp âm là những âm có tần số không xác định và đồ thị dao động là những đường cong phức tạp

2.3.2.5 Họa âm

Một âm khi phát ra được tổng hợp từ một âm cơ bản và các âm khác gọi là họa âm

Âm cơ bản có tần số ƒ1 còn các họa âm có tần số bằng bội số tương ứng với

âm cơ bản

Họa âm bậc hai có tần số ƒ2 = 2ƒ1

Họa âm bậc ba có tần số ƒ3 = 3ƒ1…

Họa âm bậc n có tần số ƒn = n.ƒ1

→ Các họa âm lập thành một cấp số cộng với công sai d = ƒ1

2.3.3 Phân loại các bài tập.

Tôi chia bài tập phần sóng âm nguồn âm thành các dạng bài tập như sau:

Dạng 1: Âm truyền trong các môi trường khác nhau.

Dạng 2: Những bài toán liên quan đến cường độ và mức cường độ âm với

một nguồn âm

Dạng 3: Những bài toán liên quan đến cường độ và mức cường độ âm với

nhiều nguồn âm

Dạng 4: Bài toán liên quan đến loa và nhạc lí.

Cụ thể các dạng gồm phương pháp bài tập ví dụ, hướng dẫn giải và cuối cùng là phần bài tập vận dụng có đáp án

Dạng 1: Âm truyền trong các môi trường khác nhau.

*Phương pháp:

Với cùng nguồn âm, khi sóng âm truyền trong các môi trường khác nhau thì tần số âm và chu kì giống nhau, Bước sóng và vận tốc truyền âm là khác nhau nhau

1 1

2

v

f

















 



Thời gian truyền âm trong môi trường một và môi trường hai với cùng

độ dài quãng đường là (v1 v2).

1 1

2 1

2 2

l t

t v









     



 



* Ví dụ 1:

Một người dùng búa gõ vào đầu một thanh kim loại Người thứ hai ở đầu kia của thanh áp tai vào thanh nhôm và nghe được âm của tiếng gõ hai lần Khoảng thời gian giữa hai tiếng gõ là 0,12s Biết chiều dài của thanh kim loại là 45m tốc

độ truyền âm trong không khí là 340m/s Xác định tốc độ truyền âm trong thanh kim loại

* Hướng dẫn giải

Ta biết rằng vận tốc truyền âm trong không khí nhỏ hơn vận tốc truyền âm trong kim loại

45 45 0.12

340 3642,857 /

kk kl

kk kl

kl

kl

v

    

Nhận xét: Đây là bài toán đước ứng dụng trong đo vận tốc truyền âm trong môi trường khi biết vận tốc truyền âm trong môi trường không khí Một bài toán có tính ứng dụng khá cao

* Ví dụ 2: Một vận động viên leo núi đứng ở gần chân núi hét lên một tiếng

Sau 10 s thì nghe tiếng mình vọng lại, biết tốc độ truyền âm trong không khí là 340m/s Xác định khoảng cách từ người đó đến chân núi

* Hướng dẫn giải

Âm truyền từ vận động viên đến chân núi phản xạ ngươc trở lại đến tai vận động viên

1700

v

* Nhận xét: Đây cũng là bài toán có tính ứng dụng cao, nhất là trong việc xác định khoảng cách, mục tiêu trong kĩ thuật quân sự và kĩ thật hàng hải

Dạng 2: Những bài toán liên quan đến cường độ và mức cường độ âm với một nguồn âm.

*Phương pháp:

Mối liên hệ giữa cường độ âm mức cường độ âm, và khoảng cách

I = = = 











2 2

4 4

B B

A A

R P I

R P I







2















A

B B

A

R

R I

I

0

log

I

I

L  (B) =

10log I ( ) I 10L

dB

2 0

1

L

P

I R

Nếu nguồn O đẳng hướng phát sóng âm điểm A, M, B là ba điểm cùng nằm trên một phương truyền sóng trong đó: AM=nMB

A

M

B

OA R

OB R



















 

0,5

1

10

L

R





Tuỳ theo giá trị của n, đề bài có thể yêu cầu xác định giá trị của L L L A, B, M

Chúng ta dễ dàng xác định được các đại lượng khi dùng phương pháp nhẩm nghiệm bằng máy tính

Trường hợp đặc biệt là khi điểm M là trung điểm của AB khi đó n= 1, công thức trở thành:

,5 0.5 0,5

2.10 o L M 10  L B 10  L A

* Ví dụ 3: Một vật máy thu cách nguồn âm có công suất ℓà 30 W một khoảng

cách ℓà 5 m, biết I0 = 10-12 W/m2 Hãy xác định tại đó giá trị

a Cường độ âm

b mức cường độ âm

* Hướng dẫn giải:

Ta có I = = = 0,095 W/m2

0

0,095 log log 10,978 109,78

10

I

* Ví dụ 4: Tại một vị trí, nếu cường độ âm ℓà I thì mức cường độ âm ℓà L, nếu

tăng cường độ âm ℓên 1000 ℓần thì mức cường độ âm tăng ℓên bao nhiêu?

* Hướng dẫn giải:

L = 10.ℓog

0

A I I

Nếu tăng I ℓên 1000 ℓần

 L = 10ℓog

0

A I

I 1000

= ℓog1000 + 10ℓog

0

A I

I

= L + 3B

*Nhận xét: Nếu cường độ âm tăng thêm 10n lần thì mức cường độ âm tăng thêm n lần

* Ví dụ 5 Hai điểm AB trên phương truyền sóng, mức cường độ âm tại A ℓớn

hơn tại B 20 dB Hãy xác định tỉ số

B

A I

I

* Hướng dẫn giải:

Từ nhận xét trên ta thấy mức cường độ âm tăng 20dB= 2B, nên cường độ âm tăng thêm 102 lần vậy tỉ số

B

A I

I

= 102= 100

* Ví dụ 6: Tại hai điểm A và B trên phương truyền sóng, khoảng cách từ nguồn

đến A ℓà 1m và có cường độ âm ℓà IA = 10-2 W/m2 Hỏi tại điểm B cách nguồn

100 m thì có cường độ âm ℓà bao nhiêu?

* Hướng dẫn giải:

1 10 10 W /

100

*Nhận xét: Đây là bài toán cho biết khoảng cách và cường độ tại một điểm tìm

cường độ âm tại điểm kia Còn nếu cho khoảng cách từ hai điểm đến nguồn và mức cường độ âm tại một điểm yêu cầu xác định mức cường độ âm tại điểm còn lại

* Ví dụ 7: Tại hai điểm A và B trên phương truyền sóng có khoảng cách đến

nguồn ℓần ℓượt ℓà 1 m và 100 m Biết mức cường độ âm tại A ℓà 70 dB Hỏi mức cường độ âm tại B ℓà bao nhiểu:

* Hướng dẫn giải:

LB = 10log 









 0

B I

I

Với IB = IA 2

B

2 A R R

 LB = 10log 











2 B

2 A 0

A

R

R I

I











B

2 A 0

A

R

R log I

I log = 10(7-4) = 30 dB

* Ví dụ 8: Ba điểm O, A, B cùng nằm trên một nửa đường thẳng xuất phát từ O.

Tại O đặt một nguồn điểm phát sóng âm đẳng hướng trong không gian, môi trường không hấp thụ âm Mức cường độ âm tại A là 60 dB, tại B là 20 dB Mức cường độ âm tại điểm M là bao nhiêu? Biết rằng M là trung điểm của AB

* Hướng dẫn giải:

Từ 4 R2

P

I



 ta được











2 2

4 4

B B

A A

R P I

R P I





→

2















A

B

B

A

R

R

I

I

Mặt khác











0

0

log 10

log 10

I I L

I I L

B B

A A

→ LA - LB =

B

A I

I

log

10 =

2

log











A

B

R

R

 40 =

2

log











A

B

R

R

→

A

B R

R

=100  RB = 100RA

Ta lại có RM = RA +AM = RA + = RA +

2

A

R 

=

2

A

R 

= 50,5RA

Từ đó LA - LM =

M

A I

I

log

2

log











A

M

R

R

= 10log50,52 → LM = 60 - 10log50,52 ≈ 25,93 dB

Ta cũng có thể giải nhanh như sau: Do M là trung điểm của AB

,5 0.5 0,5

2.10 o L M 10  L B 10  L A

 L M  2,593B=25,93dB

*Nhận xét: Đây là trường hợp đặc biệt khi M là trung điểm của AB, đề có thể ra

dưới dạng tổng quát hơn

* Ví dụ 9: Bốn điểm O, A, B, M cùng nằm trên một nửa đường thẳng xuất phát

từ O Tại O đặt một nguồn điểm phát sóng âm đẳng hướng trong không gian, môi trường không hấp thụ âm Mức cường độ âm tại A là 60 dB, tại B là 20 dB Mức cường độ âm tại điểm M là bao nhiêu? Biết rằng M nằm giữa AB và

AM= 4MB [1]

* Hướng dẫn giải:

 1 10 o L,5 M 10 0.5L B 10 0,5L A

MB

4 1 10 o L,5 M 4.10 0.5L B 10 0,5L A

 5 10 o L,5 M 4.10  0.5.2 10  0,5.6

M

L

  2,191B=21,91dB

*Nhận xét: Bài toán được giải khá nhanh khi có sự giúp đỡ của máy tính.

Dạng 3: Những bài toán liên quan đến cường độ và mức cường độ âm với nhiều nguồn âm.

* Phương pháp:

Cường độ âm tại một điểm tỉ lệ với công suất ngồn âm và tỉ lệ với số nguồn âm giống nhau đặt tại cùng một điểm

1 0

n P

I P n P n Với P P1 , 2là công suất của 2 nguồn khác nhau đặt tại cung một điểm, P0 là công suất của các nguồn giống nhau,n n1 , 2 lần lượt là số nguồn giống nhau đặt tại cùng một điểm trong hai trường hợp

* Ví dụ 10: Tại điểm O trong môi trường đẳng hướng, không hấp thụ âm, có 2

nguồn âm điểm , giống nhau với công suất phát âm không đổi Tại điểm A có mức cường độ âm 20dB Để tại trung điểm M của đoạn OA có mức cường độ

âm 30dB thì số nguồn âm giống các nguồn âm trên cần đặt thêm tại O bằng bao nhiêu? [2]

* Hướng dẫn giải:

M là trung điểm của OA nên

2

2A 4

M

R

Mức cường độ âm tại M cao hơn tại A

 L L M  L A  30dB 20dB 10dB 1B

 Cường độ âm tại M cao hơn tại A 101 =10 lần

0

2 2

2 1

4 10

4

10 10.2

5.

4

A

M A

P n

P

R

n R n

R





Vậy số nguồn âm cần đặt thêm là 3 nguồn

*Nhận xét: Đây là bài vừa liên quan đến số nguồn âm giống nhau, vừa liên

quan đến mối liên hệ giữa năng lượng nguồn âm, cường độ và mức cường độ âm

đã trình bầy ở dạng 2

Ví dụ 10 Tại vị trí O trong một nhà máy, một còi báo cháy (xem là nguồn

điểm) phát âm với công suất không đổi Từ bên ngoài một thiết bị xác định mức cường độ âm chuyển động thẳng từ M hướng đến O theo hai giai đoạn với vận tốc ban đầu bằng 0 và gia tốc có độ lớn 0,4m/s2 cho đến khi dừng lại tại N (cổng nhà máy) Biết NO = 10m và mức cường độ âm (do còi phát ra) tại N lớn hơn mức cường độ âm tại M là 20dB Cho rằng môi trường truyền âm là đẳng hướng và không hấp thụ âm Thời gian thiết bị đó chuyển động từ M đến N có giá trị là bao nhiêu? [4]

* Hướng dẫn giải: