HƯỚNG dẫn học SINH GIẢI bài TOÁN về đồ THỊ TRONG DAO ĐỘNG điều hòa của CON lắc lò XO(2015 2016)

Quá trình giải BT là quá trình vận dụng lý thuyết vào giải quyết các nhiệm vụ học tập cụ thể, qua đó rèn luyện được khả năng vận dụng tri thức, rèn luyện được tính kiên trì,

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Chương 1:

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC " HƯỚNG

DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN VỀ ĐỒ THỊ TRONG DAO

ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC LÒ XO "

5

3 Mối liên hệ giữa giải bài tập đồ thị và nắm vững kiến thức

4 Phương pháp giải bài tập đồ thị trong vật lí

a Tư duy trong quá trình giải bài tập đồ thị trong vật lí

b Phân loại bài tập

c Các bước chung của việc giải bài tập

II Thực trạng làm bài tập của học sinh ở nhà

3 Nguyên nhân cơ bản của thực trạng nói trên 8

Chương 2 - HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN VỀ ĐỒ

THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC LÒ XO

I Phương pháp

1 Phương pháp chung

2 Kiến thức cơ bản của đồ thị trong dao động điều hòa

10

10

10

II Vận dụng vào làm bài tập

A Bài tập minh họa

B Bài tập tự luyện

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

1 Mục đích thực nghiệm sư phạm

2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm

3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

4 Đánh giá kết quả thực nghiệm

a Tính khả thi của hệ thống bài tập đã soạn thảo

b Đánh giá tác dụng của hệ thống bài tập trong việc khắc phục sai

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt : Viết đầy đủ

SBT : Sách bài tập

ĐỀ TÀI HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN VỀ ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG

ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC LÒ XO

I Lý do chọn đề tài

Vật lí học là một trong những môn học có hệ thống bài tập (BT) rất đa dạng và phong phú Quá trình giải BT là quá trình vận dụng lý thuyết vào giải quyết các nhiệm vụ học tập cụ thể, qua đó rèn luyện được khả năng vận dụng tri thức, rèn luyện được tính kiên trì, tính chủ động và sáng tạo của người học.Việc giải BTVL có tác dụng rất tích cực đến việc giáo dục và phát triển nhân cách của học sinh, mặt khác đây cũng là thước đo đích thực trong việc nắm vững kiến thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành kỹ xảo của học sinh

Các sách tham khảo hướng dẫn học sinh làm bài tập chỉ chú trọng áp dụng luôn công thức Vật lí vào làm bài tập để ra kết quả nhanh, nhưng không chú trọng nhiều về bài tập đồ thị nên các bài tập dạng này vẫn là khó đối với đa số học sinh THPT Mấy năm gần đây BGD&ĐT đưa ra các dạng bài tập về đồ thị để thi THPTQG Với lí do trên

tôi chọn đề tài " HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN VỀ ĐỒ THỊ

TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC LÒ XO "

II Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu về vấn đề này được xác định là:

- Đánh giá được thực trạng hiện nay về khả năng làm bài tập về đồ thị của Học sinh

- Khai thác được hệ thống BT đồ thị trong con lắc lò xo Vật lý 12 hợp lý nhằm bồi dưỡng năng kĩ năng tự làm bài tập ở các chương khác của học sinh

- Học sinh có thể từ đồ thị tìm ra kết quả mà đề yêu cầu hoặc từ bài tập vẽ đồ thị theo yêu cầu

- Học sinh có thể tự mình tìm ra hướng làm bài tập về đồ thị trong Vật lí 12 cũng như các môn học khác

III Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu trên, nhiệm vụ nghiên cứu được vạch ra là:

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về vấn đề rèn luyện kĩ năng áp dụng kiến thức vào việc làm bài tập về đồ thị

- Nghiên cứu chương trình, nội dung kiến thức Vật lí 12 ban cơ bản THPT

- Khai thác, xây dựng các bước làm bài tập về vẽ đồ thị và vận dụng đồ thị vào làm bài tập

- Đề xuất các biện pháp sử dụng đồ thị theo hướng rèn luyện kĩ năng giải bài tập cho học sinh

IV Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu

- Hoạt động dạy học vật lí ở trường phổ thông liên quan đến việc sử dụng BTVL các dạng bài có đồ thị

- Nghiên cứu khai thác và sử dụng các BTVL chương 1 Vật lí 12 cơ bản THPT có liên quan đến đồ thị

V Phương pháp nghiên cứu

Để làm rõ vấn đề mà đề tài mghiên cứu, chúng tôi vận dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu lí luận:

+ Nghiên cứu lí luận dạy học vật lí, nghiên cứu mục tiêu dạy học, lí luận về bài tập đồ thị trong Vật lí

+ Nghiên cứu các tài liệu vật lí: sách giáo khoa, sách giáo viên vật lí 12, các tài liệu có liên quan đến kiến thức về vẽ đồ thị và xác định các đại lượng từ đồ thị

- Điều tra cơ bản: sử dụng các phiếu hỏi, trao đổi với giáo viên và học sinh, dự giờ,

từ đó phân tích kết quả điều tra

- Sử dụng phương pháp phân tích thống kê toán học

NỘI DUNG Chương 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC " HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN VỀ ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON

LẮC LÒ XO "

I Vai trò của đồ thị trong bài tập vật lí

1 Khái niệm đồ thị trong bài tập vật lí

- Khái niệm đồ thị: Đồ thị là một cấu trúc rời rạc bao gồm các đỉnh và các cạnh nối các đỉnh này, các loại đồ thị khác nhau được phân biệt bởi kiểu và số lượng cạnh nối hai đỉnh nào đó của đồ thị

- Một số dạng đồ thị trong dao động điều hòa con lắc lò xo

+ Trong dao động điều hòa của các đại lượng Vật lí( x, v, a, Wđ, Wt, ) nó điều hòa hoặc tuần hoàn theo thời gian nên đồ thị có dạng hình Sin hoặc Cosin theo thời gian + Đồ thị trong dao động điều hòa của vân tốc theo li độ hoặc gia tốc là đường elip + Đồ thị trong dao động điều hòa của gia tốc theo li độ là đoạn thẳng

2 Vai trò của bài tập đồ thị trong vật lí

a Bài tập đồ thị là phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng thu thập và xử lý thông tin thông qua hình vẽ và thông số trên các trục tọa độ cũng như từ dữ kiện bài cho có thể vẽ đồ thị dạng tổng quát

b Bài tập đồ thị là phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng tri thức vào thực tiễn Áp dụng những đặc điểm dạng đồ thị tính tuần hoàn để giải BT một cách nhanh và chính xác nhất

c Bài tập đồ thị là phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng tự kiểm tra, đánh giá kiến thức tổng quát nhất mà mình có được

Như vậy thông qua việc giải bài tập đồ thị trong vật lý đòi hỏi học sinh phải tích cực suy nghĩ tìm lời giải thông qua hình vẽ, tính đối xứng và tuần hoàn, từ đó học sinh nắm vững, lĩnh hội tổng hợp kiến thức một cách vững chắc, sâu sắc

3 Mối liên hệ giữa giải bài tập đồ thị và nắm vững kiến thức

Để đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức vật lí một cách chắc chắn, cần phải hình thành cho họ kĩ năng, kĩ xảo không chỉ vận dụng mà còn phải chiếm lĩnh kiến thức thông qua nhiều hình thức luyện tập khác nhau Trong số đó việc giải nhiều bài tập, nhiều loại bài tập về đồ thị trong dao động điều hòa con lắc lò xo, bài tập này được sắp xếp theo hệ thống từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, từ hình vẽ xác định các đại lượng đến vẽ đồ thị theo yêu cầu của bài, để Học sinh hiểu sâu hơn về kiến thức Vật lý

4 Phương pháp giải bài tập đồ thị trong vật lí

a Tư duy trong quá trình giải bài tập đồ thị trong vật lí

Quá trình giải bài tập đồ thị trong vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện bài tập từ hình vẽ đồ thị, để tìm hiểu các đại lượng vật lí được đề cập dựa trên kiến thức vật lí để nghĩ tới những mối liên hệ có thể có của cái đã cho và cái phải tìm, sao cho

có thể thấy được cái phải tìm có mối liên hệ trực tiếp hay gián tiếp với cái đã cho Từ

đó chỉ rõ mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm chỉ với cái đã biết trên hình

vẽ đồ thị, tức là tìm được giải đáp

b Phân loại bài tập

Căn cứ vào hệ thống các bài tập dựa vào đồ thị để giải ở phần con lắc lò xo và đặc trưng của dạng bài tập về đồ thị và thi trắc nghiệm THPTQG có thể phân ra một số bài tập minh họa:

c Các bước chung của việc giải bài tập

Bài tập đồ thị vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú trong giáo trình " Phương pháp dạy giải bài tập vật lí " của GS Phạm Hữu Tòng đã chỉ ra tiến trình chung của việc giải một bài tập vật lí gồm những bước chính sau:

Bước 1: Tìm hiểu đề bài

- Đọc, ghi ngắn gọn các dữ kiện xuất phát và cái phải tìm

- Dựa vào đồ thị để xem đề bài cho những đại lượng nào đã biết và có tính tuần hoàn hay không

- Nếu đề bài yêu cầu thì phải vẽ đồ thị để thu được dữ kiện cần thiết

- Đổi đơn vị của các đại lượng đã cho về đơn vị chuẩn( hệ SI)

Bước 2: Xác lập các mối liên hệ cơ bản

- Đối chiếu các dữ kiện xuất phát và cái phải tìm, xem xét bản chất vật lí của tình huống đã cho để nghĩ đến các kiến thức, các định luật, các công thức có liên quan

- Xác lập mối liên hệ cơ bản, cho biết sự liên hệ của cái phải tìm với các dữ kiện xuất phát và từ đó có thể rút ra được cái phải tìm

Bước 4: Kiểm tra xác nhận kết quả

Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm được, cần kiểm tra lại việc giải theo một hoặc một

số cách sau:

- Kiểm tra đã trả lời hết câu hỏi chưa? Đã xét hết các trường hợp chưa?

- Kiểm tra lại xem tính toán có đúng không

- Kiểm tra lại thứ nguyên của các đại lượng có phù hợp không?

- Kiểm tra kết quả về ý nghĩa thực tế xem có phù hợp không?

II Thực trạng làm bài tập của học sinh ở nhà

1 Thực trạng về việc sử dụng đồ thị trong việc giải quyết các bài tâp Vật lý

- Hầu hết GV đều nhận thức được tầm quan trọng của BTVL trong quá trình dạy học đồng thời kiến thức trên lớp ít nói về đồ thị Nên GV thường cho học sinh làm BTVL

áp dụng công thức là chủ yếu mà chưa cho HS làm nhiều bài tập về đồ thị

- GV hay áp đặt HS giải BT theo cách riêng của mình mà không hướng dẫn HS độc lập suy nghĩ tìm kiếm lời giải để HS có thể tự học, tư duy vào làm bài tập

- Khi ra BT trên lớp cũng như về nhà, đa số GV sử dụng BT từ SGK và SBT mà chưa hướng dẫn cách giải hoặc áp dụng công thức vào làm bài tập cũng như dùng đồ thị làm bài tập vật lý

- Bài tập đồ thị do ít làm nên đa số HS thường thấy khó và hay bỏ qua không suy nghĩ đến việc làm bài tập

3 Nguyên nhân cơ bản của thực trạng nói trên

- Trình độ, khả năng nắm và vận dụng kiến thức của HS còn hạn chế, nhiều HS trình

độ chưa phù hợp với lớp học Do đó, HS thiếu hứng thú, động cơ học tập, năng lực tự học còn rất hạn chế, nặng về bắt chước, máy móc

- Phần đông HS nhận thức được tầm quan trọng của việc tự học trong quá trình học tập của các em, tuy nhiên các em không biết và không có điều kiện để rèn luyện được những kỹ năng vì áp lực học tập và thi cử HS học thêm thường ghi bài mẫu, làm theo bài mẫu nên thiếu sáng tạo, và dễ có những sai sót do bắt chước, rập khuôn

- Trong quá trình giải BTVL các em thường mắc những lỗi như: sai lầm do chuyển đổi đơn vị của các đại lượng vật lý; hiểu sai đề bài dẫn đến phương pháp giải sai; sai lầm liên quan đến cảm nhận trực giác của HS

- Các en HS chưa quen với dạng bài tập về đồ thị vì it được làm và GV thường bỏ qua dạng này

4 Các biện pháp khắc phục

Với tính chủ quan , tôi đề ra một số biện pháp khắc phục những khó khăn trên là

- Về nội dung kiến thức: trên cơ sở nội dung kiến thức của Vật lí 12 đối chiếu với mục tiêu dạy học của chương và phục vụ kì thi THPTQG, cần lựa chọn nội dung BT theo hướng bồi dưỡng kĩ năng khai thác các dữ kiện từ đồ thị để làm bài tập và vận dụng kiến thức đã được học để giải bài tập

- Về phía GV: Phải xây dựng được cách làm chung cho học sinh áp dụng vào làm bài tập và cách khai thác từ đồ thị

- Về phía HS: Ý thức được vấn đề tự học là quan trọng, biết cách khai thác các dữ kiện đã cho từ đồ thị để giải bài tập Vật lí

Chương 2

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TOÁN VỀ ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG

ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC LÒ XO

I PHƯƠNG PHÁP

1 Phương pháp chung

Sau khi nghiên cứu kĩ đặc điểm và mục tiêu, cũng như nội dung cơ bản của bài tập Vật lí 12 ban cơ bản để phục vụ cho kì thi THPTQG Thông qua tham khảo phương pháp giải bài tập vật lí của GS Phạm Hữu Tòng, tôi đưa ra các bước làm bài tập đồ thị trong dao động điều hòa của con lắc lò xo như sau

- Đọc và tóm tắt đầu bài

- Dựa vào đồ thị tìm các đại lượng đã cho đồng thời xem nó có tính tuần hoàn hay không

- Dựa vào dữ kiện đầu bài có thể vẽ dạng đồ thị để tìm tính tuần hoàn

- Đổi đơn vị của các đại lượng Vật lí về đơn vị chuẩn trong hệ SI

- Viết ra nháp các công thức có liên quan đến các đại lượng Vật lí có trong bài

- Vận dụng kiến thức tổng hợp để tìm kết quả bài cho

2 Kiến thức cơ bản của đồ thị trong dao động điều hòa

a Đồ thị dao động điều hòa của li độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian

- Giả sử phương trình li độ có dạng

x = Acos(t+ ) cm thì + Phương trình vận tốc :

v = Acos(t +  +

2



) cm/s

+ Phương trình gia tốc:

a = -A 2cos(t + ) cm/s2

- Đồ thị của x, v, a theo thời gian trên cùng một hệ trục tọa độ với pha ban đầu của li

độ bằng không là:

+Nhận xét:

-Nếu dịch chuyển đồ thị v về phía chiều dương của trục Ot một đoạn T/4 thì đồ thị v

và x cùng pha Nghĩa là: v nhanh pha hơn x góc π/2 hay về thời gian là T/4

-Nếu dịch chuyển đồ thị a về phía chiều dương của trục Ot một đoạn T/4 thì đồ thị a

và v cùng pha Nghĩa là: a nhanh pha hơn v góc π/2 hay về thời gian là T/4

-Dễ thấy a và x ngược pha ( trái dấu)

T

2

T

T

c Đồ thị của gia tốc phụ thuộc li độ

- Phương trình gia tốc: a = - 2x

- Đồ thị của a theo x là đoạn thẳng

d Đồ thị của năng lượng trong dao động

Giả sử phương trình li độ có dạng x = Acos(t + ) cm thì

+ Đồ thị của thế năng trên hệ trục toa độ với pha ban đầu của li độ bằng không ở hình trên

Nguyễn Công Luân - 14

+ Tìm biên độ dao động dựa vào trục giới hạn cắt điểm nào đó trên trục tung (tìm biên

độ A, Aω hoặc Aω2)

+ Tìm chu kì dao động dựa vào sự lặp lại trên trục thời gian, hoặc dựa vào khoảng thời gian để vật nhận giá trị nào đó

+ Tại thời điểm t thì x = ?, v = ? , a = ? nhằm tìm được pha ban đầu φ và chu kì T Suy

T T

T T

T

- 3

2 A

II VẬN DỤNG VÀO LÀM BÀI TẬP

A BÀI TẬP MINH HỌA

Ví dụ 1: Một dao động điều hòa có đồ thị như hình vẽ ( Hình vẽ 1) Hãy trả lời các

câu hỏi sau:

a) Vận tốc cực đại và gia tốc cực đại có giá trị nào sau đây:

t(s) 0,5

- 8

Hình vẽ 1

+ Chu kì dao động của vật: T = 2s

+ Biên độ dao động của vật: A = 8cm

+ Tọa độ ban đầu của vật: x0 = - 8cm

+ Công thức liên hệ giữa a, x, v, , Wđ, Wt, W: , T

+ vmax = A; amax = A 2 ; cos = x0

= (rad/s), vmax = 8(cm/s), amax= 8 2cm/s2 Chọn: B

b Phương trình dao động điều hòa có dạng x = Acos( t ) cm

Ví dụ 2: Một chất điểm dao động điều hòa có đồ thị dao động (Hình vẽ 2) Viết

phương trình gia tốc Lấy 2

- Nhìn đồ thị ta xác định được

+ Chu kì dao động của vật: T = 4.0,25 = 1s

0

+ Biên độ dao động của vật: A = 10cm = 0,1m

+ Công thức liên hệ giữa a, x, v, :

vmax = A; amax = A 2; cos = x0

Ví dụ 3: Một con lắc lò xo gồm vật có khối

lượng m = 200g đang dao động điều hòa

Có đồ thị biểu diễn động năng Wđ và thế năng

Wt của con lắc theo thời gian (Hình vẽ 3)

Hãy tìm:

a Tần số dao động của vật và của động năng

b Biên độ dao động của vật Lấy  2=10

Phân tích:

Qua đồ thị ta thu được

- Cơ năng của con lắc W = 0,08J

- Cứ sau t = 0,75 – 0,25 = 0,5(s) động năng lại bằng thế năng

- Trong dao động điều hòa cứ sau 1

4T thì động năng lại bằng thế năng

Bài giải:

W(J) 0,08