Xây dựng mô phỏng quan hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa trong bài dao động điều hòa trên phần mềm geogebra

Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này thì học sinh cần phải hình dung về mối quan hệ giữa chuyển động tròn đều của chất điểm với hình chiếu của nó trên một trục, việc này là tương đối kh

2.1.2 Giới thiệu về phần mềm Geogebra 3

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 6

2.3.1 Xây dựng mô phỏng quan hệ giữa chuyển động tròn đều và dao

2.3.2 Xây dựng mô phỏng tìm thời gian ngắn nhất vật đi từ li độ x1

2.3.3 Sử dụng mô phỏng trong bài dao động điều hòa 12 2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo

dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 13

1

1 Mở đầu

1.1 Lí do chọn đề tài

Trong chương trình vật lí lớp 10 học sinh đã được học về một số loại chuyển động là: thẳng đều, thẳng biến đổi đều, chuyển động tròn đều và chuyển động ném xiên Khi tiếp cận với các loại chuyển động này về cơ bản học sinh đã biết giải được các loại bài tập như xác định quãng đường và thời gian chuyển động của vật Tuy nhiên khi chuyển sang loại chuyển động là dao động điều hòa thì việc xác định thời gian và quãng đường vật đi không giống như với những gì các em đã gặp đối với các loại chuyển động đã học ở lớp 10 Do đó người ta phải dùng phương pháp đường tròn lượng giác để giải bài toán xác định quãng đường đi và thời gian chuyển động của vật khi đi quãng đường đó Tuy nhiên khi sử dụng phương pháp này thì học sinh cần phải hình dung về mối quan hệ giữa chuyển động tròn đều của chất điểm với hình chiếu của nó trên một trục, việc này là tương đối khó hiểu đối với học sinh có học lực trung bình do đó tôi

tiến hành Xây dựng mô phỏng quan hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa trong bài dao động điều hòa trên phần mềm Geogebra.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Trong quá trình giảng dạy tôi nhận thấy khi dạy bài tập về xác định thời gian chuyển động của vật dao động điều hòa học sinh còn lúng túng không biết cách xác định ngay cả khi sử dụng phương pháp đường tròn lượng giác nên tôi tiến hành xây dựng mô phỏng này để học sinh có cái nhìn trực quan hơn cho việc giải bài toán Từ đó có thể làm tốt bài tập ở phần này

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Là học sinh lớp 12A3 năm học 2019-2020 khi học bài dao động điều hòa

và làm bài tập xác định thời gian chuyển động của vật dao động điều hòa có sử dụng mô phỏng và không sử dụng mô phỏng để so sánh hiệu quả của việc sử dụng mô phỏng khi dạy về dạng bài tập này

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Geogebra xây dựng mô phỏng quan hệ giữa chuyển động tròn đều với dao động điều hòa và mô phỏng tìm thời gian ngắn nhất vật đi

từ li độ x1 đến x2 Sử dụng các mô phỏng này dạy bài dao động điều hòa và làm bài tập xác định thời gian ngắn nhất vật đi từ x1 đến x2 đối với học sinh lớp 12A3 năm học 2019-2020 sau đó thống kê kết quả học tập và so sánh với lớp 12A2 khi dạy phần này nhưng không sử dụng mô phỏng Từ đó rút ra những ưu điểm của việc sử dụng mô phỏng này trong dạy bài dao động điều hòa và làm bài tập của phần này

- Vị trí ban đầu của vật trên đường tròn hợp

với chiều dương trục ox một góc 

- Tốc độ quay của vật trên đường tròn bằng

.ω

- Bên cạnh cách biểu diễn trên, ta cần chú ý

thêm:

+ Thời gian để chất điểm quay hết một

vòng (3600) là một chu kỳ T

+ Chiều quay của vật ngược chiều kim

đồng hồ

+ Góc mà bán kính nối vật chuyển động quét được trong quá trình vật chuyển động tròn đều:  = .t

 thời gian để vật chuyển động tròn đều đi được góc  là:

t =  / = .T/2

2.1.2 Giới thiệu về phần mềm Geogebra

Geogebra là một chương trình miễn phí về toán học hỗ trợ việc học các môn hình học, đại số và giải tích Chương trình được phát triển bởi tác giả Markus Hohenwarter tại Đại học Florida Atlantic Ứng dụng này cung cấp những hình biểu diễn các đối tượng liên kết động Nó giúp liên kết tương tác các hình biểu diễn khác nhau nên người sử dụng có thể nghiên cứu và làm việc với nhiều cách khác nhau Chương trình có thể thực hiện với điểm, đường thẳng, vecto và đường cô-nic Người sử dụng cũng có thể nhập và thao tác với phương trình, tọa độ, cũng như tạo các điểm, đường thẳng, vecto và đường cô-nic một cách chính xác Geogebra cũng cho phép người dùng đưa vào một số câu lệnh giúp việc vẽ hình trở nên đơn giản và dễ dàng hơn

2.1.3 Hướng dẫn cài đặt phần mềm

Để cài đặt chúng ta có thể tải phần mềm về từ trang chủ

https://www.geogebra.org/download chọn phiên bản là GeoGebra Classic 5 sau đó nhấn Download

Mở file GeoGebra-Windows-Installer-5-0

3

Hình 1

Hỡnh 2

Hỡnh 3

Nhấn Next để tiếp tục

Nhấn I Agree để đồng ý với các điều khoản về bản quyền

Hình 5

Thanh công cụ Thực đơn chính của phần mềm

Vùng làm việc

Có thể chọn cài đặt dạng tiêu chuẩn Standard hoặc cài đặt ở dạng điều chỉnh Custom.

Sau đó nhấn Install để tiến hành cài đặt

Sau đó nhấn Finish để hoàn tất cài đặt

2.1.4 Giao diện phần mềm

Phần mềm đã hỗ trợ Tiếng Việt, tất cả hệ thống thực đơn, câu lệnh, hộp hội thoại đều đã thể hiện bằng tiếng Việt, rất thuận tiện cho các giáo viên và nhà trường Việt Nam

- Thanh công cụ của phần mềm được thiết kế đơn giản với tính năng

popup đổ xuống rất gọn nhẹ, đẹp mắt và dễ sử dụng

5

Khung nhập lệnh trực tiếp

Cửa sổ danh sách các đối tượng

Hình 6

Hình 7

- Cửa sổ Danh sách đối tượng nằm ở bên trái màn hình là vị trí lý tưởng

cho người dùng quan sát và điều khiển các đối tượng toán học trên màn hình Chức năng này cho phép người dùng mở rộng hiểu biết của mình và dễ dàng hơn trong việc điều khiển các đối tượng trên màn hình Với các đối tượng nằm trong danh sách bên trái, người dùng có thể thực hiện được các thao tác thường gặp như chọn, xóa, thay đổi thuộc tính,

- Cuối cùng, tính năng đặc biệt nhất của Geogebra là Khung nhập lệnh trực tiếp nằm phía dưới màn hình Tại đây người dùng được phép nhập trực tiếp

các đối tượng toán học Rất nhiều đối tượng Đại số phải nhập từ vị trí này

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

Khi học về dao động điều hòa trong bài toán xác định thời gian chuyển động của vật học sinh gặp khó khăn khi loại chuyển động này không giống với các loại chuyển động mà các em đã được học ở lớp 10

2.3 Xây dựng mô phỏng

2.3.1 Xây dựng mô phỏng quan hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa

Đầu tiên ta tiến hành vẽ hệ trục tọa độ và vòng tròn lượng giác Để vẽ

hai đối tượng này ta sử dụng các lệnh

như sau:

Dùng lệnh Đoạn thẳng để vẽ

các đoạn thẳng là trục tọa độ và vẽ

Vec tơ qua 2 điểm để vẽ trục toa độ

Hình 9

Hình 11

Dùng lệnh Đường tròn khi biết tâm và bán kính để vẽ hình tròn

Dùng lệnh Thanh trượt để tạo điểm chuyển động trên đường tròn

Khi thanh trượt đã được tạo

Tạo điểm M chuyển động trên đường tròn bằng lệnh Quay đối tượng quanh 1 điểm theo 1 góc cho trước

7

Hình 10

Hình 12

Hình 13

Hình 14

Để tạo hình chiếu của điểm M trên trục Ox ta dùng lệnh Đường vuông góc để dựng đường thẳng đi qua M vuông góc với trục Ox và tạo điểm P là giao

giữa trục Ox và đường thẳng mới dựng

Dùng lệnh Đoạn thẳng để vẽ đoạn thẳng MP

Sau khi dựng xong ta thu được giao diện

Hình 16

Hình 17

Để vẽ đồ thị ta nhập hàm số y = cosx vào khung nhập lệnh trực tiếp với giá trị cuối là a=/1800,  là góc quay của điểm M

Để tạo nút chuyển động ta dùng lệnh Chèn nút

Sau đó tiến hành nhập lệnh

9

Hình 18

Để tạo các nút tạm dừng và trở lại từ đầu ta làm tương tự như với nút bắt đầu chuyển động

Sau khi xây dựng xong mô phỏng có giao diện

2.3.2 Xây dựng mô phỏng tìm thời gian ngắn nhất vật đi từ li độ x 1 đến x 2

- Ta đã biết qua mô phỏng ở phần trên khi vật chuyển động từ vị trí x1 đến

vị trí x2 thì tương ứng trên vòng tròn lượng giác chất điểm chuyển động từ M0 đến H Do đó thời gian ngắn nhất vật dao động điều hòa đi từ x1 đến x2 bằng thời gian chất điểm chuyển động tròn đều trên đường tròn đi từ M0 đến H Nên ở đây tôi sẽ xây dựng mô phỏng để học sinh thấy được khi chất điểm dao động điều hòa đi từ x1 đến x2 thì bán kính nối chất điểm chuyển động tròn đều với tâm

Hình 19

Hình 20

Hình 21

- Để xây dựng mô phỏng khi vật dao

động điều hòa trên trục Ox biểu diễn bằng

điểm P thì bán kính nối chất điểm chuyển

động tròn đều với tâm đường tròn quét được góc  tôi sử dụng khung nhập lệnh

để nhập lệnh Goc( <Điểm>, <Đỉnh>, <Góc> ) với điểm là M0, đỉnh là tâm O

của đường tròn và góc là  lấy giá trị từ thanh trượt

- Tiếp theo tôi dựng các đoạn thẳng OM0, OM, MP để khi tạo hiệu ứng cho chất điểm chuyển động tròn đều thì hình chiếu dao động điều hòa và bán kính nối điểm M với tâm O quét được góc  khi đó ta thu được giao diện

11

Hình 22

Hình 23

- Tiến hành tạo các nút Bắt đầu, tạm dừng và trở lại ban đầu tôi thu được

mô phỏng có giao diện

2.3.3 Sử dụng mô phỏng trong bài dao động điều hòa

Khi dạy bài dao động điều hòa ở mục II ta tiến hành mở mô phỏng có giao diện hình 19 Nhấn vào nút Start cho mô phỏng hoạt động, ban đầu cho ẩn điểm P để học sinh thấy điểm M chuyển động tròn đều sau đó cho xuất hiện trở lại điểm P rồi đặt câu hỏi với học sinh là điểm P chuyển động như thế nào khi M chuyển động tròn đều Quan sát từ mô phỏng học sinh sẽ thấy được và trả lời là

P thực hiện dao động quanh O Từ hình vẽ như trong sách yêu cầu học sinh lập biểu thức tính li độ x của điểm P để từ đó nêu ra định nghĩa dao động điều hòa

Khi dạy bài tập về xác định thời gian ngắn nhất khi vật chuyển động từ li

độ x1 đến li độ x2 ta tiến hành mở mô phỏng có dao điện hình 23, nhấn nút Play cho mô phỏng hoạt động, khi M chuyển động đến điểm H thì nhấn nút Pause cho điểm M dừng tại H Khi đó đặt câu hỏi với học sinh “khi chất điểm chuyển động tròn đều chuyển động từ M0 đến H thì vật dao động điều hòa đi từ đâu đến đâu” học sinh sẽ trả lời từ những gì quan sát được Tiếp đó đặt câu hỏi “thời

giảng dạy giúp học sinh hiểu được ý nghĩa của việc sử dụng phương pháp đường tròn lượng giác trong giải các bài toán về dao động điều hòa

13

3 Kết luận

3.1 Kết quả

Tác giả đã tiến hành thực nghiệm tại lớp 12A3 trường THPT Triệu Sơn 5 Kết quả kiểm tra sau khi học phần dao động có sử dụng các mô phỏng trong quá trình dạy học và so sánh với kết quả học tập của lớp 12A2 khi học phần này nhưng không sử dụng mô phỏng

12A

3

12A

2

Như vậy chứng tỏ mức độ hiểu bài và làm tốt bài tập của học sinh khi học phần dao động có sử dụng mô phỏng là cao hơn, mức độ hứng thú học tập của học sinh cũng cao hơn

3.2 Các kết luận chung

- Đề tài đã xây dựng được mô phỏng quan hệ giữa chuyển động tròn đều với giao động điều hòa và mô phỏng xác định thời gia ngắn nhất vật dao động đi

từ vị trí x1 đến vị trí x2

- Qua việc sử dụng mô phỏng trong giảng dạy giúp học sinh hiểu được ý nghĩa của việc sử dụng phương pháp đường tròn lượng giác trong giải các bài toán về dao động điều hòa

- Việc sử dụng mô phỏng tạo được hứng thú với học sinh khi học phần dao động điều hòa, nó cũng là cơ sở để học sinh học tốt ở các phần tiếp theo như sóng cơ, điện xoay chiều…

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 03 tháng 07 năm 2020

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của

người khác

Phạm Văn Hải

6 Vũ Thanh Khiết Một số phương pháp chọn lọc để giải các bài toán vật lý sơ cấp, Tập 1 - NXB Giáo dục 1999.

7 Trần Phúc Hòa Phần mềm Geogebra 5.0 hướng dẫn sử dụng và ứng dụng trong môn toán cấp ba Tài liệu sưu tầm trên Internet.

15

Mẫu 1 (2)

DANH MỤC

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN, TỈNH VÀ CÁC

CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN

Họ và tên tác giả: Phạm Văn Hải Chức vụ và đơn vị công tác: Tổ trưởng tổ Vật lí – Tin – Công nghệ Trường

THPT Triệu Sơn 5

Cấp đánh giá xếp

loại

(Ngành GD cấp huyện/tỉnh; Tỉnh )

Kết quả đánh giá xếp loại

(A, B, hoặc C)

Năm học đánh giá xếp loại

1 Xây dựng mô phỏng đường

đi của tia sáng qua lăng kính

trên phần mềm Geomete’r

Sketchpad

2 Sử dụng câu hỏi định hướng

giải bài tập phần mắt đối với

học sinh có học lực trung

bình

* Liệt kê tên đề tài theo thứ tự năm học, kể từ khi tác giả được tuyển dụng vào

Ngành cho đến thời điểm hiện tại