Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập về dao động điều hòa vật lý 12 trung học phổ thông

Ứng dụng hệ thống bài tập để dạy và học có hiệu quả phần kiến thức nói trên và là phần kiến thức rất quan trọng của chương trình vật lý 12, vì thế tôi chọn đề tài nghiên cứu là: “ Xây dự

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THẾ MẠNH

XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA, VẬT LÝ 12

TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

HÀ NỘI – 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô đã tham giảng dạy cao học tại trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong thời gian học tập và thực hiện đề tài luận văn này

Nhân dịp này tôi cũng xin chân thành cảm ơn trường THPT Nguyễn Trung Ngạn, Ân Thi, Hưng Yên tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Kim Chung đã tận tình hướng dẫn

em thực hiện đề tài này

Hà Nội, 2013

Tác giả

Nguyễn Thế Mạnh

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Những chữ viết tắt trong luận văn ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng vi

Danh mục các hình ảnh và đồ thị vii

Mở đầu 1

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 5 1.1 Vai trò của bài tập trong dạy học vật lý 5

1.1.1 Bài tập vật lý 5

1.1.2 Các kiểu bài tập vật lý 6

1.1.2.1 Bài tập vật lý định tính 6

1.1.2.2 Bài tập vật lý định lượng 7

1.1.2.3.Bài tập đồ thị 8

1.1.2.4 Bài tập thí nghiệm 8

1.2 Phương pháp giải bài tập vật lý 9

1.2.1 Các bước giải bài tập 9

1.2.2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập 11

1.3 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý 14

1.3.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit) 14

1.3.2 Hướng dẫn tìm tòi 15

1.3.3 Định hướng khái quát chương trình hóa 16

1.3.4 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lý 17

1.4 Thực trạng sử dụng hệ thống bài tập vật lý ở trường THPT 18

1.4.1 Phương pháp điều tra 18

1.4.2 Kết quả điều tra 18

1.5 Kết luận chương 1 20

Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12, TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 21

2.1 Các kiến thức cơ bản về dao động điều hòa 21

2.1.1 Phương trình dao động điều hòa 21

2.1.2 Dao động điều hòa của con lắc đơn 22

2.1.3 Dao động tắt dần và dao động cưỡng bức 23

2.1.4 Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số, phương pháp giản đồ Fresnel 24

2.2 Chuẩn kiến thức và hệ mục tiêu về dao động điều hòa 25

2.2.1 Chuẩn kiến thức, kĩ năng phần dao động điều hòa 25

2.2.2 Hệ mục tiêu về dao động điều hòa 27

2.3 Xây dựng hệ thống bài tập 30

2.3.1 Căn cứ xây dựng hệ thống bài tập 30

2.3.2 Lựa chọn các bài toán để xây dựng hệ thống bài tập 30

2.4 Hướng dẫn học sinh giải bài tập 41

2.4.1 Hướng dẫn học sinh giải bài tập về chu kì của dao động điều hòa 41

2.4.2 Hướng dẫn học sinh giải bài tập về năng lượng trong dao động điều hoà 47 2.4.3 Hướng dẫn học sinh giải bài tập về thời gian, quãng đường, li độ trong dao động điều hoà 55

2.4.4 Hướng dẫn học sinh giải bài tập về phương trình dao động điều hoà 64 2.4.5 Hướng dẫn học sinh giải bài tập về tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số, dao động điều hòa cưỡng bức,tắt dần, cộng hưởng 71

2.5 Kết luận chương 2 78

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 78

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 78

3.2 Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm 78

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 78

3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm 79

3.3 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 79

3.3.1 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP 79

3.3.2 Phân tích định lượng 81

3.4 Hiệu quả của phương pháp 85

Tài liệu tham khảo 90

Phụ lục 1 : Giáo án thực nghiệm sư pham 91

Phụ lục 2 Đề kiểm tra thực nghiệm sư phạm 94

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 So sánh kết quả khảo sát trước và sau thực nghiệm 81 Bảng 3.2 Các tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm 822 Bảng 3.3 Các thông số thống kê mô tả điểm số thực nghiệm sư phạm 844Bảng 3.4 Kiểm định sự khác nhau của các trung bình cộng - Independent Samples Test

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 3.1.Đồ thị tần suất điểm số thực nghiệm sư phạm 83

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong dạy học môn vật lý, có thể phát huy tính tích cực, chủ động và bồi dưỡng năng lực sáng tạo cho học sinh bằng việc sử dụng hệ thống bài tập vật lý Bài tập vật lý có tác dụng giúp cho học sinh hình thành, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn, giúp cho việc đào sâu, mở rộng kiến thức Không chỉ có vậy thông qua việc rèn luyện tư duy của các bài tập vật lý sẽ giúp cho học sinh có được những kĩ năng kĩ xảo cần thiết trong cuộc sống, mà trong số các kĩ năng đó có những phẩm chất vô cùng quý giá là tích cực, chủ động sáng tạo

Bài tập vật lý 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, 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 dạy học vật lý việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý sao cho thuần thục và nhanh nhạy thì phải tốn nhiều thời gian và công sức đòi hỏi phải vận dụng lý thuyết đã học và kèm theo các biến đổi toán học Tiết bài tập vật lý giữ một vai trò quan trọng giúp học sinh củng cố, đào sâu và nắm vững kiến thức, nó là một hình thức tổng hợp kiến thức của một bài, một chương, là thước đo mức độ sâu sắc và vững vàng kiến thức mà học sinh thu nhận được

Trong các kiến thức vật lý ở lớp 12 trung học phổ thông thì kiến thức

về dao động điều hòa là một trong những mảng kiến thức cực kì quan trọng góp phần làm nên cái hay, đẹp và thể hiện sự liên kết chặt chẽ giữa các phương pháp vật lý với kiến thức toán học

Trong chương trình vật lý 12 phần dao động điều hòa chiếm thời lượng khá lớn bằng phép tính toán thông thường theo số câu trong đề thi vào Đại học và Cao đẳng thì có thể thấy phần dao động cơ điều hòa chiếm khoảng 20% nội dung chương trình lớp vật lý 12 Ngoài ra các bài tập và kiến thức về sóng, điện xoay chiều hay dao động điều hòa của mạch dao động lại sử dụng các kiến thức về dao động điều hòa, sự liên quan đó không những chỉ là về sự biểu diễn của chúng đều là hàm điều hòa theo thời gian mà qua đó còn thấy được sự tương quan giữa các đại lượng dao động điều hòa, từ đó có những suy luận và tính toán liên quan chặt chẽ với nhau

Qua đó ta thấy rằng học sinh cần phải nắm vững kiến thức về dao động điều hòa, phân biệt được các đại lượng, nhận dạng và thực hiện tính toán suy luận về các bài toán dao động điều hòa một cách thành thạo và bài bản

Bài tập và hệ thống bài tập trong dạy học đã được nhiều nhà khoa học, nhà giáo dục học trong và ngoài nước quan tâm, phát triển và tìm tòi Tuy nhiên đa phần các công trình trước đây về vấn đề này còn mang tính lý thuyết

và khái quát hóa cao Do vậy để góp phần đưa hệ thống bài tập vào trong quá trình dạy và học ở trường THPT, xây dựng và hướng dẫn giải chi tiết hệ thống bài tập đó Ứng dụng hệ thống bài tập để dạy và học có hiệu quả phần kiến thức nói trên và là phần kiến thức rất quan trọng của chương trình vật lý 12, vì thế tôi chọn đề tài nghiên cứu là: “ Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập về dao động điều hòa , vật lý 12 trung học phổ thông”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu những đặc trưng của việc dạy học bài tập vật lý từ đó xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập về dao động điều hòa, vật lý 12 trung học phổ thông nhằm nâng cao hiệu quả dạy và học vật lý, phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo ở học sinh THPT

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông hiện hành, chuẩn kĩ năng

- Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn học sinh giải bài tập về dao động điều hòa dựa trên hệ mục tiêu và chuẩn kĩ năng kiến thức đã đề ra

- Thực nghiệm sư phạm

4 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học phần bài tập về dao động điều hòa, vật lý 12 trung học phổ thông theo hệ mục tiêu dạy học và chuẩn kiến thức kĩ năng

5 Giả thuyết khoa học

Nếu căn cứ theo lý luận dạy học vật lý hiện đại về dạy bài tập vật lý, chuẩn kiến thức kĩ năng và hệ mục tiêu dạy học có thể xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập về dao động điều hòa, vật lý 12 trung học phổ thông

từ đó giúp học sinh nắm vững kiến thức, nâng cao năng lực giải bài tập về dao động điều hòa từ đó tạo niềm say mê trong việc học tập môn vật lý ở trường THPT

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu cơ sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò hệ thống bài tập vật lý

và bài tập về dao động điều hòa, chương trình vật lý 12 trung học phổ thông

- Nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông, các giáo trình, tài liệu hướng dẫn về dao động điều hòa, nội dung sách giáo khoa và những tài liệu tham khảo có liên quan để xác định mức độ nội dung và yêu cầu về kiến thức,

kĩ năng giải bài tập mà học sinh cần nắm vững

6.2 Nghiên cứu thực tiễn

- Tìm hiểu nội dung chương trình, phương pháp và hình thức tổ chức việc giải bài tập vật lý dao động điều hòa

- Điều tra thực tiễn việc sử dụng hệ thống bài tập trong giải bài tập vật

lý phần dao động điều hòa tại trường trung học phổ thông

6.3 Thực nghiệm sư phạm

- Tiến hành giảng dạy song song nhóm đối chứng và nhóm thực

nghiệm theo phương án đã thiết kế

- Trên cơ sở phân tích định tính và định lượng kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của các biện pháp do đề tài đưa ra

7 Cấu trúc luận văn

- Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, 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 dao động điều hòa trong chương trình vật lý lớp 12, trung học phổ thông

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Vai trò của bài tập trong dạy học vật lý

1.1.1 Bài tập vật lý

Vật lý là một môn khoa học giúp học sinh hiểu được quy luật vận động của thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những qui luật ấy, biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn Kiến thức sẽ được nắm vững thật sự, nếu học sinh có thể vận dụng thành thạo chúng hoàn thành vào những bài tập lí thuyết hay thực hành [7],[8]

Bài tập vật lý là những bài luyện tập, những tình huống được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lý, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lý của học sinh và rèn kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn

Ví dụ: Sau khi dạy xong phần lý thuyết vật lý về đòn bẩy và nguyên tắc đòn bẩy, có thể rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn bằng một câu hỏi:

Em hãy nêu các dụng cụ sử dụng nguyên tắc đòn bẩy mà em biết?

Hoặc đưa ra một tình huống cụ thể cần phải tính toán và từ đó chứng minh làm sáng tỏ các vấn đề lý thuyết vừa học

Bài tập vật lý có một vị trí đặc biệt trong dạy học vật lý ở trường phổ thông Việc giải bài tập vật lý không chỉ nhằm mục đích giải toán, mà nó còn

có ý nghĩa to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng tính toán, suy luận logic để giải quyết những vấn đề trong thực

tế cuộc sống Giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày Kỹ

năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiễn đời sống chính là thước do mức độ sâu sắc và vững vàng của những kiến thức mà học sinh đã thu nhận được

Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa … để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của

HS có điều kiện để phát triển Vì vậy có thể nói bài tập vật lý 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

Trong quá trình dạy học bài tập vật lý, vai trò tự học của học sinh là rất cần thiết 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 lý của bài toán Bài tập vật lý 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, làm bộc lộ những khó khăn, sai lầm của học sinh trong học tập đồng thời giúp họ vượt qua những khó khăn và khắc phục các sai lầm đó

Vật lý là một môn học liên quan đến nhiều hiện tượng trong đời sống Những kiến thức vật lý cũng được ứng dụng trong kĩ thuật và cuộc sống hàng ngày Học sinh khi giải BTVL là tìm đến bản chất của các vấn đề đó và áp dụng nó giải quyết các vấn đề của cuộc sống Vì vậy việc sử dụng bài tập vật

lý còn có chức năng giáo dục tư tưởng đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp

1.1.2 Các kiểu bài tập vật lý

1.1.2.1 Bài tập vật lý định tính

Bài tập định tính là bài tập mà HS không cần phải tính toán (Hay chỉ có các phép toán đơn giản) mà chỉ vận dụng các định luật, định lý, qui luật để

của các câu hỏi khá phong phú, và đòi hỏi phải vận dụng rất nhiều các kiến thức vật lý

Ví dụ: Em hãy cho biết người ta đã làm thế nào để đo độ sâu của đáy biển?

Để có thể trả lời được bài tập trên người học phải nắm vững kiến thức vật lý, căn cứ và nhiều khối kiến thức đã biết và lựa chọn vận dụng cho phù hợp, đó chính là khối kiến thức về sóng âm, từ khối kiến thức sóng lại phải tìm sự liên hệ đến vận tốc sóng và quãng đường sóng truyền như thế nào để trả lời yêu cầu của đề bài

1.1.2.2 Bài tập vật lý định lượng

Đó là loại bài tập vật lý mà muốn giải quyết nó ta phải thực hiện một loạt các phép tính Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân loại bài tập dạng này thành hai loại :

- Bài tập tập dượt : Là bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiên cứu một khái niệm hay một qui tắc vật lý nào dó để học sinh vật dụng kiến thức vừa mới tiếp thu

- Bài tập tổng hợp : Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó học sinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnh vực Đặc biệt khi các câu hỏi loại này được nêu dưới dạng trắc nghiệm khách quan, thì yêu cầu học sinh phải nhớ kết quả cuối cùng đã được chứng minh trước đó để giải nó một cách nhanh chóng Vì vậy yêu cầu học sinh phải hiểu bài một cách sâu sắc để vận dụng kiến thức ở mức độ cao

Ví dụ: Khi nghiên cứu về vận tốc và quãng đường ta có sự liên hệ quãng đường bằng vận tốc nhân với thời gian:

Muốn có một bài tập tổng hợp GV có thể cho những quãng đường khác nhau vật đi với vận tốc khác nhau, yêu cầu học sinh tính vận tốc trung bình trên cả quãng đường

Lúc này học sinh cần phải tổng hợp các kiến thức đã biết về chuyển động, đồng thời phải kết hợp với phương pháp toán học, biến đổi toán học để trả lời yêu cầu của đề

1.1.2.3.Bài tập đồ thị

Đó là bài tập mà dữ kiện đề bài cho dưới dạng đồ thị hay trong quá trình giải

nó ta phải sử dụng đồ thị, có thể phân loại dạng câu hỏi này thành các loại:

- Đọc và khai thác đồ thị đã cho : Bài tập loại này có tác dụng rèn luyện cho học sinh kỹ năng đọc đồ thị, biết cách đoán nhận sự thay đổi trạng thái của vật thể, hệ vật lý, của một hiện tượng hay một quá trình vật lý nào đó Biết cách khai thác từ đồ thị những dữ để giải quyết một vấn đề cụ thể

- Vẽ đồ thị theo những dữ liệu đã cho: bài tập này rèn luyện cho học sinh kỹ năng vẽ đồ thị, nhất là biết cách chọn hệ tọa độ và tỉ lệ xích thích hợp để vẽ

đồ thị chính xác

Ví dụ: Từ công thức liên hệ quãng đường với vận tốc S=v.t , và bằng các kiến thức đã học, em cho biết đồ thị sự phụ thuộc giữa quãng đường và thời gian là đường gì? Cho vận tốc của chuyển động là không đổi 3km/h

Để giải bài toán trên HS phải nắm vững kiến thức về đồ thị, cách chọn điểm tương ứng giữa các đại lượng Từ nhiều điểm thuộc đồ thị, HS nối các điểm

đó tạo thành một đường thẳng, trả lời và nhận xét về đặc điểm của đường thẳng đó như thế nào

1.1.2.4 Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là loại bài tập cần phải tiến hành các thí nghiệm hoặc để kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, hoặc để tìm những số liệu, dữ kiện dùng trong việc giải các bài tập Tác dụng cụ thể của loại bài tập này là giáo dục, giáo dưỡng và giáo dục kỹ thuật tổng hợp Đây là loại bài tập thường gây

Ví dụ: Làm thí nghiệm về mạch điện kín có dòng điện chạy qua sẽ làm đèn dây tóc sáng Thông qua các máy đo Vôn kế và Ampe kế em hãy kiểm nghiệm lại định luật Ôm

Để làm bài tập này giáo viên cần tạo điều kiện hướng dẫn cho học sinh, gợi mở cách thức tiến hành thí nghiệm, cách thức ghi nhận số liệu, sử dụng các đại lượng nào thay đổi để chứng minh Và có thể yêu cầu học sinh tìm tòi các cách làm khác thông qua đó phát huy tính sáng tạo ở học sinh

[7, tr 126-145],[8, tr90-108]

1.2 Phương pháp giải bài tập vật lý

1.2.1 Các bước giải bài tập

Quá trình giải một bài tập vật lý thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lý, xác lập được những mối liên hệ

cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lý vào điều kiện cụ thể của bài tập

đã cho Từ đó tính toán những mối liên hệ đã xác lập được để dẫn đến lời giải

và kết luận chính xác Sự nắm vững những mối liên hệ này sẽ giúp cho giáo viên định hướng phương pháp dạy bài tập một cách hiệu quả

Bài tập vật lý rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú Vì vậy không thể chỉ ra được một phương pháp nào cụ thể mà có thể áp dụng để giải được tất cả bài tập Từ sự phân tích như đã nêu ở trên, có thể vạch ra một dàn bài chung gồm các bước chính như sau :

1 Tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện

- Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ quan trọng, xác định đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện

- Dùng kí hiệu tóm tắt đề bài cho gì? Hỏi gì? Dùng hình vẽ mô tả lại tình huống, minh họa nếu cần

2 Phân tích hiện tượng

- Nhận biết các dữ liệu đã cho trong đề bài có liên quan đến những kiến thức nào, khái niệm nào, hiện tượng nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật lý

- Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đề bài, mỗi giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào Có như vậy học sinh mới hiểu rõ được bản chất của hiện tượng, tránh sự áp dụng máy móc công thức

3 Xây dựng lập luận

Thực chất của bước này là tìm quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho Đối chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm liên hệ với nhau như thế nào, qua công thức, định luật nào để xác lập mối liên hệ Thành lập các phương trình nếu cần với chú ý có bao nhiêu ẩn số thì có bấy nhiêu phương trình

 Đối với những bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp xây dựng lập luận để giải :

- Phương pháp phân tích : xuất phát từ ẩn số cần tìm, tìm ra mối liên hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định ở bước thứ 2, diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số Sau đó tiếp tục phát triển lập luận hoặc biến đổi công thức này theo các dữ kiện đã cho Cuối cùng đi đến công thức sau cùng chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho

- Phương pháp tổng hợp : xuất phát từ dữ kiện đã cho của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi công thức diễn đạt mối quan hệ giữa các dữ kiện

đã cho với các đại lượng khác để tiến dần đến công thức cuối cùng có chứa ẩn

số và các dữ kiện đã cho

 Đối với bài tập định tính : ta không cần tính toán nhiều mà chủ yếu

sử dụng lập luận, suy luận logic dựa vào kiến thức vật lý để giải thích hoặc dự đoán hiện tượng xảy ra

Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước :

* Phân tích câu hỏi

* Phân tích hiện tượng vật lý có đề cập đến trong câu hỏi để từ đó xác định các định luật, khái niệm vật lý hay một qui tắc vật lý nào đó để giải

* Tổng hợp các điều kiện đã cho với các kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi

 Đối với bài tập trắc nghiệm khách quan : cần nắm thật vững kiến thức trong sách giáo khoa, nếu không sẽ không nhận biết được trong các phương án để lựa chọn đâu là phương án đúng

4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp

5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận

- Từ mối liên hệ cơ bản, lập luận giải để tìm ra kết quả

- Phân tích kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp

với điều kiện đầu bài tập hoặc không phù hợp với thực tế Việc biện luận này cũng là một cách để kiểm tra sự đúng đắn của quá trình lập luận Đôi khi nhờ

sự biện luận này mà học sinh có thể tự phát hiện ra những sai lầm của quá trính lập luận, do sự vô lý của kết quả thu được [7],[8],[10]

1.2.2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập

Xây dựng lập luận trong giải bài tập là một bước quan trọng của quá trình giải bài tập vật lý Trong bước này, ta phải vận dụng những định luật vật

lý, những quy tắc, những công thức để thiết lập mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm, hiện tượng cần giải thích hay dự đoán với những dữ kiện cụ thể đã cho trong đầu bài Muốn làm được điều đó, cần phải thực hiện những suy luận logic hoặc những biến đổi toán học thích hợp Có rất nhiều cách lập luận tùy theo loại bài tập hay đặc điểm của từng bài tập Tuy nhiên, tất cả các bài tập

mà ta đã nêu ra trong mục phân loại bài tập ở trên đều chứa đựng một số yếu

tố của bài tập định tính và bài tập tính toán tổng hợp Dưới đây, ta xét đến phương pháp xây dựng lập luận giải hai loại bài tập đó

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:

Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lý giải xem vì sao hiện tượng lại xảy ra như thế Nói cách khác là biết hiện tượng và phải giải thích nguyên nhân của nó Đối với học sinh nguyên nhân đó là những đặc tính, những định luật vật lý Như vậy trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập được mối quan hệ giữa một hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hiện tượng hay với một số định luật vật lý Ta phải thực hiện phép suy luận logic (luận ba đoạn), trong đó tiên đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lý có tính tổng quát, tiên đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, kết luận là hiện tượng nêu ra

Thông thường những hiện tượng thực tế rất phức tạp mà các định luật vật lý lại rất đơn giản, cho nên mới nhìn thì khó có thể phát hiện ra mối liên

hệ giữa hiện tượng đã cho với những định luật vật lý đã biết Ngoài ra ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu các định nghĩa, định luật vật lý nhiều khi lại không hoàn toàn phù hợp với ngôn ngữ thông thường dùng để mô tả hiện tượng Vì vậy cần phải mô tả hiện tượng theo ngôn ngữ vật lý và phân tích hiện tượng phức tạp ra các hiện tượng đơn giản chỉ tuân theo một định luật, một quy tắc nhất định

Có thể đưa ra một quy trình sau đây để định hướng cho việc tìm lời giải bài tập định tính giải thích hiện tượng :

 Tìm hiểu đầu bài, đặc biệt chú trọng diễn đạt hiện tượng mô tả trong đầu bài bằng ngôn ngữ vật lý (dùng các khái niệm vật lý thay cho khái niệm dùng trong đời sống hằng ngày)

 Phân tích hiện tượng

 Xây dựng lập luận :

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

lý, một định luật vật lý 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

Trong trường hợp hiện tượng phức tạp thì phải xây dựng nhiều luận ba đoạn liên tiếp

+ Bài tập dự đoán hiện tượng

Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đầu bài, xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng gì xảy ra và xảy ra như thế nào Từ đó tìm quy luật chung chi phối hiện tượng cùng loại và rút ra kết luận 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

Muốn giải được bài tập định lượng, trước hết phải hiểu rõ hiện tượng xảy ra, diễn biến của nó từ đầu đến cuối Cho nên có thể nói phần đầu của bài tập định lượng là một bài tập định tính Do đó khi giải bài tập định lượng cần phải thực hiện bước 1 và 2 giống như khi giải bài tập định tính Riêng bước 3

về xây dựng lập luận, có thể áp dụng các công thức và những cách biến đổi toán học chặt chẽ, rõ ràng hơn

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

 Phương pháp phân tích : phương pháp phân tích bắt đầu bằng việc tìm một định luật, một quy tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại lượng cần tìm và một vài đại lượng khác chưa biết Sau đó tìm những định luật, công thức khác cho biết mối quan hệ giữa những đại lượng chưa biết này với các đại lượng đã biết trong đầu bài Cuối cùng ta tìm được một công thức trong đó chỉ chứa đại lượng cần tìm với các đại lượng đã biết Thực chất của phương pháp phân tích là phân tích một bài toán phức tạp thành nhiều bài toán đơn giản hơn

 Phương pháp tổng hợp : việc giải bài tập bắt đầu từ những đại lượng

đã cho trong điều kiện của bài tập Dựa vào các định luật, quy tắc vật lý, ta phải tìm những công thức chứa đại lượng đã cho và các đại lượng trung gian

mà ta dự kiến có liên quan đến đại lượng phải tìm Cuối cùng ta tìm được một công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm và những đại lượng đã biết

 Phối hợp phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp : trong thực tế giải bài tập, hai phương pháp trên không tách rời nhau, mà thường xen

kẽ, hỗ trợ lẫn nhau

Phương pháp tổng hợp đòi hỏi người giải bài tập có kiến thức rộng rãi, kinh nghiệm phong phú để có thể dự đoán được con đường đi từ những dữ kiện trung gian, thoạt mới nhìn hình như không có quan hệ gì chặt chẽ tới một kết quả có liên quan đến tất cả những điều đã cho Bởi vậy, ở giai đoạn đầu của việc giải bài tập thuộc một dạng nào đó, do học sinh chưa có nhiều kinh nghiệm, ta nên bắt đầu từ câu hỏi đặt ra trong bài tập rồi gỡ dần, làm sáng tỏ dần những yếu tố có liên quan đến đại lượng cần tìm, nghĩa là dùng phương pháp phân tích

Trong những bài tập tính toán tổng hợp, hiện tượng xảy ra do nhiều nguyên nhân, trải qua nhiều giai đoạn, khi xây dựng lập luận có thể phối hợp hai phương pháp [7], [8]

1.3 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý

1.3.1 Hướng dẫn theo mẫu (Angorit)

Đối với học sinh phổ thông, vấn đề hướng dẫn học sinh giải bài tập gặp

không ít khó khăn vì học sinh thường không nắm vững lý thuyết và kĩ năng vận dụng kiến thức vật lý Vì vậy các em giải một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được Có nhiều nguyên nhân :

- Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập vật lý

- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tượng vật lý để đi đến bản chất vật lý

Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết Nó

không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kĩ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học có kế hoạch

Hướng dẫn Angorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được kết quả mong muốn Giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải toán để xác định được một trình tự giải một cách chính xác, chặt chẽ, logic, khoa học Học sinh chấp hành các hành động đã được giáo viên chỉ ra, vận dụng đúng công thức và tính toán cẩn thận sẽ giải được bài toán đã cho

 Ưu điểm :

- Bảo đảm cho học sinh giải được bài tập đã cho một cách chắc chắn

- Giúp cho việc rèn luyện kỹ năng giải bài tập của HS một cách hiệu quả

 Nhược điểm : ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng tạo Sự phát triển tư duy sáng tạo của học sinh bị hạn chế Để khắc phục nhược điểm này, trong quá trình giải bài tập, giáo viên phải lôi cuốn học sinh tham gia vào quá trình xây dựng Angorit cho bài tập

 Điều kiện áp dụng : khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một bài toán điển hình, luyện cho học sinh kỹ năng giải một dạng bài tập xác định

1.3.2 Hướng dẫn tìm tòi

Định hướng tìm tòi là kiểu định hướng mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải bài toán Giáo viên phải gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động thực hiện để đạt được kết quả, phải chuẩn bị thật tốt các câu hỏi gợi mở Học sinh phải tự lực tìm tòi cách giải quyết chứ không phải là học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo mẫu của giáo viên

 Ưu điểm :

- Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải bài tập

- Phát triển tư duy, khả năng làm việc tự lực của học sinh

 Nhược điểm :

- Do học sinh phải tự tìm cách giải quyết bài toán nên đôi khi cũng không đảm bảo học sinh giải được bài toán một cách chắc chắn

- Phương pháp này không thể áp dụng cho toàn bộ đối tượng học sinh

- Hướng dẫn của giáo viên không phải lúc nào cũng định hướng được

tư duy của học sinh

 Điều kiện áp dụng : khi cần giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn để giải quyết được bài tập đồng thời vẫn đảm bảo được yêu cầu phát triển tư duy học sinh muốn tạo điều kiện để học sinh tự lực tìm tòi cách giải quyết

1.3.3 Định hướng khái quát chương trình hóa

Định hướng khái quát chương trình hóa là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết tương tự như hướng dẫn tìm tòi Sự định hướng được chương trình hóa theo các bước dự định hợp lý để giải quyết vấn đề đặt ra

Cụ thể :

- Giáo viên định hướng ban đầu để HS tự tìm tòi giải quyết vấn đề đặt ra

- Nếu học sinh không tự giải quyết được, giáo viên sẽ gợi ý thêm, cụ thể hóa hoặc chi tiết hóa thêm một bước để thu hẹp phạm vi tìm tòi giải quyết cho vừa sức học sinh

- Nếu học sinh vẫn không tự giải quyết được thì giáo viên nên chuyển dần sang kiểu định hướng theo mẫu để theo đó học sinh tự giải quyết được một bước hay một khía cạnh nào đó của vấn đề Sau đó tiếp tục giải quyết vấn

- Rèn luyện được tư duy và tính độc lập suy nghĩ của học sinh trong quá trình giải bài tập

- Đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho

- Giáo viên có thể theo sát HS trong quá trình giải bài tập nên dễ phát hiện được những thiếu sót hoặc sai lầm của học sinh để điều chỉnh và củng cố lại

 Nhược điểm :

- Để làm tốt được sự hướng dẫn này phụ thuộc vào trình độ và khả năng sư phạm của người giáo viên Đôi khi người giáo viên dễ sa vào làm thay cho học sinh trong từng bước định hướng Do vậy câu hỏi định hướng của giáo viên phải được cân nhắc kỹ và phù hợp với trình độ học sinh

Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập không thể theo một khuôn mẫu nhất định, mà tùy thuộc vào nội dung, kiến thức, yêu cầu của bài toán, và còn tùy thuộc vào đối tượng học sinh mà chúng ta có cách lựa chọn kiểu hướng dẫn cho phù hợp Như người giáo viên phải biết phối hợp cả ba kiểu hướng dẫn trên nhưng áp dụng kiểu hướng dẫn tìm tòi là chủ yếu [8, tr 114-124],

1.3.4 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lý

Hệ thống bài tập mà giáo viên lựa chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

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

và số lượng các kiến thức, kĩ năng cần vận dụng từ một đề tài đến nhiều đề tài, số lượng các đại lượng cho biết và các đại lượng cần tìm…) giúp học sinh nắm được phương pháp giải các loại bài tập điển hình

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

một phần nào đó vào việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức

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

và bài tập có nội dung thực tế, BT luyện tập và bài tập sáng tạo, BT cho thừa hoặc thiếu dữ kiện, BT 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 GV không nêu lên hoặc chỉ nêu lên một điều kiện nào đó mà thôi

Giáo viên phải dự kiến chi tiết kế hoạch sử dụng hệ thống bài tập.Sử dụng ở các khâu trong quá trình dạy học: nêu vấn đề, hình thành kiến thức mới, củng cố, hệ thống hóa, kiểm tra và đánh giá kiến thức, kỹ năng của HS Cần quan tâm cả đến số lượng bài tập cần giải, ở lớp, hay tự làm ở nhà

1.4 Thực trạng sử dụng hệ thống bài tập vật lý ở trường THPT

1.4.1 Phương pháp điều tra

Quá trình điều tra được tiến hành ở trường: THPT Nguyễn Trung Ngạn, Ân Thi, Hưng Yên

+Điều tra giáo viên:

- Trao đổi trực tiếp với 10 giáo viên

- Nghiên cứu giáo án của 10 giáo viên

+ Điều tra học sinh

- Trao đổi trực tiếp với 100 học sinh

- Nghiên cứu vở ghi chép của 100 học sinh

+ Dự giờ 10 giáo viên

1.4.2 Kết quả điều tra

+ Kết quả điều tra với giáo viên

- Qua trao đổi trực tiếp với các giáo viên, thì đa phần các giáo viên được trao đổi đều tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh theo tiến trình nội dung bài học theo kiểu truyền thống Trong quá trình sử dụng bài tập thì có khoảng 90 % giáo viên dạy bài tập theo các dạng bài tập trong sách giáo khoa hoặc sách tham khảo, các sách này có phần bài tập còn ở dạng cơ bản, chưa phân loại và định hướng theo chuẩn kiến thức kĩ năng và hệ mục tiêu dạy học Còn 10% số giáo viên trong tổng số giáo viên đã kết hợp chuẩn kiến thức kĩ năng và hệ mục tiêu dạy học để xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn học sinh giải bài tập Tuy nhiên số giáo viên trên xây dựng hệ thống bài tập còn thiếu tính khoa học, chưa thật sự đảm bảo được những yêu cầu đã đề ra ở trên đối với bài tập và hệ thống bài tập

- Nghiên cứu giáo án của giáo viên, kết quả 90% giáo án thiết kế tiến trình dạy học theo phương pháp truyền thống trong đó sử dụng phương pháp thuyết trình có giảng giải và phương pháp vấn đáp là chính, các phương pháp dạy học mới hay các kỹ thuật dạy học hiện đại là không có Việc học tập của học sinh còn thụ động, quá trình đi tìm kiến thức còn phụ thuộc vào giáo viên nhiều Do đó không kích thích được sự say mê, tích cực học tập, sáng tạo cho người học

+ Kết quả điều tra với học sinh

Qua trao đổi trực tiếp với các học sinh và nghiên cứu vở ghi của học sinh thì thấy đa số các em cho biết: chúng em ngồi nghe cô giảng bài thông báo kiến thức và ghi lại các kiến thức cô nhấn mạnh hoặc đọc chậm Thỉnh thoảng có một vài câu hỏi phát vấn chứ ít khi chúng em được tự mình đi tìm hay khám phá kiến thức mới Khi trao đổi về sự tập trung chú ý và hứng thú trong học tập thì các em nói mặc dù rất cố gắng nghe giảng nhưng vẫn thường xuyên mất tập trung, hay nghĩ về vấn đề khác trong quá trình học tập Các em nói đó là do kiến thức qua nhiều, có quá nhiều công thức, định luật, định lí cần nhớ, nhìn chung giờ học quá căng thẳng, nhiều áp lực, không thoải mái, nên các em thấy mệt mỏi Khi hỏi về các kiến thức đã học các em nhớ lại nhiều không? thì đa số học sinh nói quên nhanh sau đó Khi kiểm tra phải bỏ rất nhiều công sức và thời gian để ôn tập

Khi dự giờ giáo viên, quan sát học sinh thì hầu hết thấy các em tiếp thu kiến thức một cách thụ động Trong tiết dạy học bài tập thì học sinh học tập

và giải bài tập rất yếu chỉ tập trung vào một số ít bạn trong lớp có thể làm và hiểu được các bài tập thầy cô cho Các bài tập không phong phú, ít có sự liên kết với nhau như những mắt xích, hay chưa phân loại được các bài tập từ dễ đến khó Quan sát học sinh thì hầu hết thấy các em tiếp thu kiến thức một cách thụ động Nhiều học sinh rất ngại phát biểu xây dựng bài, thiếu tự tin khi trả lời câu hỏi Đại đa số là có tâm lí chờ đợi sự giải thích, thông báo kiến

thức của giáo viên, vừa nghe, vừa cặm cụi ghi lại Như vậy với vai trò là chủ thể chủ động khám phá kiến thức mới của học sinh không được phát huy Tiết học không khắc sâu được nội dung trọng tâm, không tạo ra sự thoải mái cho người học

1.5 Kết luận chương 1

Giải bài tập vật lý là một trong những hình thức tập luyện chủ yếu và được tiến hành nhiều nhất Trong mỗi tiết học hoạt động giải bài tập vật lý tham gia vào quá trình quá trình dạy học như một yếu tố then chốt, giúp học sinh nắm bắt kiến thức mới một cách hiệu quả và đặc biệt là việc củng cố lại kiến thức đã học

Vì vậy giải bài tập vật lý có vai trò rất quan trọng trong dạy học :

- Giải bài tập vật lý giúp học sinh rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức, liên hệ lí thuyết với thực tế, học tập với đời sống

- Bài tập vật lý sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc

- Bài tập vật lý có tầm quan trọng đặc biệt rèn luyện cho học sinh tính sáng tạo, độc lập trong suy nghĩ, rèn luyện tư duy, đức tính kiên trì và sự yêu thích môn học, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh

- Bài tập vật lý là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phương tiện để kiểm tra kiến thức kĩ năng của học sinh một cách hiệu quả

- Bài tập vật lí có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA TRONG CHƯƠNG

TRÌNH VẬT LÝ 12, TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

2.1 Các kiến thức cơ bản về dao động điều hòa

2.1.1 Phương trình dao động điều hòa

Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của một vật là một hàm côsin (hay hàm sin) của thời gian

Phương trình của dao động điều hoà có dạng:

x = Acos(t + ) Trong đó, x là li độ, A là biên độ của dao động (là một số dương),  là pha ban đầu,  là tần số góc của dao động, (t + ) là pha của dao động tại thời điểm t

 Li độ x của dao động là toạ độ của vật trong hệ toạ độ có gốc là vị trí cân bằng Đơn vị đo li độ là đơn vị đo chiều dài

 Biên độ A của dao động là độ lệch lớn nhất của vật khỏi vị trí cân bằng Đơn vị đo biên độ là đơn vị đo chiều dài

 (t + ) gọi là pha của dao động tại thời điểm t, có đơn vị là rađian (rad) Với một biên độ đã cho thì pha là đại lượng xác định vị trí và chiều chuyển động của vật tại thời điểm t

  là pha ban đầu của dao động, có đơn vị là rađian (rad)

  là tần số góc của dao động, có đơn vị là rađian trên giây (rad/s)

 Chu kì T của dao động điều hoà là khoảng thời gian để vật thực hiện được một dao động toàn phần Đơn vị của chu kì là giây (s)

 Tần số (f) của dao động điều hoà là số dao động toàn phần thực hiện trong một giây, có đơn vị là một trên giây (1/s), gọi là héc (kí hiệu Hz)

Hệ thức mối liên hệ giữa chu kì và tần số là 2 2 f.

T



Các bước thiết lập phương trình dao động điều hòa:

 Phương trình động lực học của dao động điều hoà là

F = ma = - kx hay a = - k x

m

trong đó F là lực tác dụng lên vật m, x là li độ của vật m

Phương trình có thể được viết dưới dạng :

Ở phần này học sinh cần có khả năng:

 Nhận diện các đại lượng bằng cách thông qua đơn vị và dữ kiện đề bài cho từ đó nhận biết các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa, từ các đại lượng đã cho trong quan hệ bằng phương trình, công thức có thể tính các đại lượng còn lại

 Xác định được các lực tác dụng lên vật dao động

 Thực hiện tính toán và viết được phương trình động lực học và phương trình dao động điều hoà của con lắc đơn

 Biết cách chọn hệ trục toạ độ

 Biết cách lập phương trình dao động, tính chu kì dao động và các đại lượng trong các công thức của con lắc lò xo

2.1.2 Dao động điều hòa của con lắc đơn

 Với con lắc đơn, thành phần lực kéo vật về vị trí cân bằng là

Pt = - mg s

l = ma = ms" hay s" = - g s

l = -2s trong đó, s là li độ cong của vật đo bằng mét (m), l là chiều dài của con lắc đơn đo bằng mét (m) Đó là phương trình động lực học của con lắc đơn

 Phương trình dao động của con lắc đơn là là

0

trong đó, s0 = l0 là biên độ dao động

 Công thức tính tần số góc của dao động con lắc đơn là :   g

l

 Công thức tính chu kì của dao động con lắc đơn là: T 2

g

  lTrong đó g là gia tốc rơi tự do (m/s2), l là chiều dài con lắc (m)

 Dùng con lắc đơn có chiều dài 1(m) Cho dao động điều hoà Đo thời gian của một số dao động toàn phần, từ đó suy ra chu kì T

 Tính g theo công thức : 4 22

g T

2.1.3 Dao động tắt dần và dao động cưỡng bức

 Dao động của hệ xảy ra dưới tác dụng chỉ của nội lực gọi là dao động tự do hay dao động riêng Dao động riêng có chu kì chỉ phụ thuộc vào các yếu tố bên trong hệ mà không phụ thuộc vào cách kích thích để tạo nên dao động Trong quá trình dao động, tần số của dao động riêng không đổi Tần số này gọi là tần số riêng của dao động, kí hiệu là f0

 Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân gây ra dao động tắt dần là lực cản của môi trường Vật dao động bị mất dần năng lượng Biên độ của dao động giảm càng nhanh khi lực cản của môi trường càng lớn

 Dao động cưỡng bức là dao động mà vật dao động chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi,

có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức Biên độ của dao động cưỡng bức

phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức và độ chênh lệch tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động Khi tần số của lực cưỡng bức càng gần với tần số riêng thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn

 Đặc điểm của dao động duy trì là biên độ dao động không đổi và tần số dao động bằng tần số riêng của hệ Biên độ không đổi là do: Trong mỗi chu

kì đã bổ sung phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng hệ tiêu hao do

ma sát

 Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng

đến giá trị cực đại khi tần số (f) của lực cưỡng bức bằng tần số riêng (f0) của

hệ dao động

 Điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng là: f = f0

2.1.4 Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số, phương pháp giản đồ Fresnel

Phương trình dao động điều hoà là

hoà bằng vectơ quay O M có đặc điểm sau:

- Có gốc tại gốc của trục tọa độ Ox

- Có độ dài bằng biên độ dao động, OM = A

- Hợp với trục Ox một góc bằng pha ban đầu và quay đều quanh O với tốc

độ góc , với chiều quay là chiều dương của đường tròn lượng giác, ngược chiều kim đồng hồ

Biết cách biểu diễn được dao động điều hoà bằng vectơ quay

 Phương pháp giản đồ Fre-nen :

Xét hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần

động thành phần x1 và x2

- Vẽ vectơ OM OM1OM2 là vectơ biểu diễn dao động tổng hợp Hình bình hành OMM1M2 không biến dạng, quay đều với tốc độ  quanh O Vectơ cũng quay đều như thế Do đó x = x1 + x2 = Acos(t + )

 Biên độ A, pha ban đầu của dao động tổng hợp xác định bằng công thức:

Với f, , T và f0, 0, T0 là tần số, tần số góc, chu kỳ của lực cưỡng bức và của

hệ dao động

2.2 Chuẩn kiến thức và hệ mục tiêu về dao động điều hòa

2.2.1 Chuẩn kiến thức, kĩ năng phần dao động điều hòa

Các chuẩn kiến thức, kĩ năng theo chuẩn do Bộ GD-ĐT ban hành

KT1 Nêu được dao động điều hòa là gì

KT2.Phát biểu được định nghĩa về các đại

lượng đặc trưng của dao động điều hòa: chu

kỳ, tần số, tần số góc, pha, pha ban đầu

KT3 Viết được các công thức liên hệ giữa chu

kỳ, tần số, tần số góc của dao động điều hòa

KT4 Nêu được con lắc lò xo,con lắc đơn, con

lắc vật lý là gì

KT5 Viết được phương trình động lực học và

phương trình dao động điều hòa của con lắc lò

xo và con lắc đơn

KN1 Giải được các bài tập về con lắc lò xo, con lắc đơn

KN2 Vận dụng được công thức tính chu kỳ dao động của con lắc vật lý

KN3 Biểu diễn được một dao động điều hòa bằng véc tơ quay

KN4 Giải được các bài tập về tổng hợp hai dao

KT6 Viết được các công thức tính chu kỳ dao

động của con lắc lò xo, con lắc đơn và con lắc

vật lý Nêu được ứng dụng của con lắc đơn và

con lắc vật lý trong việc xác định gia tốc rơi tự

do

KT7 Nêu được dao động riêng, dao động tắt

dần, dao động cưỡng bức, dao động duy trì là

gì và các đặc điểm của mỗi loại dao động này

KT8 Nêu được hiện tượng cộng hưởng là gì,

các đặc điểm và điều kiện để hiện tượng này

xảy ra

KT9 Trình bày được nội dung của phương

pháp giản đồ Fre-nen

KT10 Nêu được cách sử dụng phương pháp

giản đồ Fre-nen để tổng hợp hai dao động điều

hòa cùng tần số và cùng phương dao động

KT11 Nêu được công thức tính biên độ và

pha ban đầu của dao động tổng hợp khi tổng

hợp hai dao động điều hòa cùng chu kỳ và

cùng phương

động điều hòa cùng phương, cùng chu kỳ bằng phương pháp giản đồ Fre-nen

KN5 Xác định chu kỳ dao động của con lắc đơn hoặc con lắc lò xo và gia tốc trọng trường bằng thí nghiệm

Yêu cầu về thái độ

- Có hứng thú học vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học; trân trọng đối với những đóng góp của vật lý cho sự tiến bộ của xã hội và đối với công lao của các nhà khoa học

- Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác

và có tinh thần hợp tác trong công việc học tập môn vật lý, cũng như trong việc áp dụng các hiểu biết đã đạt được

- Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lý vào đời sống nhằm cải thiện điều kiện sống, học tập cũng như bảo vệ và giữ gìn môi trường sống tự nhiên

2.2.2 Hệ mục tiêu về dao động điều hòa

Căn cứ chuẩn kiến thức, kĩ năng theo chuẩn do Bộ GD-ĐT ban hành, kiến thức cơ bản phần trên, chúng tôi xây dựng hệ mục tiêu chi tiết để làm căn

A2 Viết được phương trình li độ, vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa

A16 Phát biểu được các khái niệm: biên độ, chu

kỳ, tần số

A17 Viết được phương trình dao

B1 Xây dựng được phương trình dao động dao động điều hòa của con lắc lò

xo

B2 Giải thích được các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa: biên độ, pha, tần số góc, chu

kỳ - tần số

B14 Vẽ được đồ thị theo thời gian của li độ và vận tốc trong dao động điều hòa

B15 Biểu diễn được một dao động

C7 Từ đặc điểm trong chuyển động của dao động điều hòa, rút ra các nhận xét về: mối quan

hệ của gia tốc và vận tốc trong quá trình chuyển động, tính được tốc độ trung bình trong một chu kỳ, trong nửa chu kỳ, mối quan hệ giữa biên độ và chiều dài quỹ đạo chuyển động C8 Vận dụng

A18 Viết được công thức tính chu

kỳ dao động điều hòa của con lắc đơn

và con lắc vật lý

A19 Viết được biểu thức của động năng, thế năng của con lắc lò xo dao động điều hòa và

cơ năng của con lắc

lò xo

A20 Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng trong con lắc lò xo

A20 Phát biểu được các khái niệm: dao động tắt dần, dao động duy trì

điều hòa bằng một véc tơ quay

B16 Tính được biên độ và pha ban đầu của dao động

B19 Xây dựng được biểu thức cơ năng trong dao động điều hòa của con lắc lò xo và con lắc đơn

B20 Tính được động năng, thế năng, cơ năng của con lắc lò xo dao động điều hòa

B22 Giải được bài toán viết phương trình dao động điều hòa của một vật

B23 Giải thích được nguyên nhân làm tắt dần dao động

B24 Giải thích được nguyên tắc

mối quan hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa để tìm thời gian hoặc đường đi trong chuyển động dao động điều hòa của vật

C9 Từ các phương trình li

độ, vận tốc, gia tốc trong dao động điều hòa rút

ra các hệ thức độc lập với thời gian

C10 Từ biểu thức tính chu kỳ dao động điều hòa của con lắc đơn và con lắc vật lý, rút ra mối quan hệ giữa chiều dài dây treo con lắc đơn với các đại lượng trong con lắc vật

dao động cưỡng bức, sự cộng hưởng

A22 Phát biểu được nội dung của phương pháp giản

duy trì dao động

B25 Giải thích được ứng dụng của

sự tắt dần dao động: cái giảm rung

B26 Giải thích được: dao động cưỡng bức, hiện tượng cộng hưởng

B27 Lấy một ví dụ

về sự có hại và một

ví dụ về sự có lợi trong hiện tượng cộng hưởng cơ

lý khi hai con lắc

có cùng chu kỳ C11 Chứng minh được động năng và thế năng dao động tuần hoàn So sánh tần

số dao động của động năng, thế năng với tần số dao động của li

độ

C12 Hệ thống hóa được phương pháp chứng minh

hệ dao động điều hòa

C14 So sánh được dao động cưỡng bức và dao động duy trì

Ghi chú: Kí hiệu mục tiêu (chữ cái A: Bậc 1, B: Bậc 2, C: Bậc 3)

2.3 Xây dựng hệ thống bài tập

2.3.1 Căn cứ xây dựng hệ thống bài tập

Từ chuẩn kiến thức kĩ năng và căn cứ vào hệ mục tiêu đã nêu ta sẽ chọn lựa các bài tập theo nguyên tắc từ dễ đến khó để đảm bảo cho học sinh tiếp thu hình thành từng mảng kiến thức từ các bài tập cơ bản đó là các bài tập nhớ công thức đã học, bài tập vận dụng các kiến thức trong trường hợp cụ thể cho đến các bài tập khó hơn bằng cách kết hợp các khối kiến thức với nhau

Tính mắt xích

Trong quá trình đó tôi phân tích các bài tập thành các dạng bài tập để học sinh

dễ dàng thấy được sự tương ứng về mặt nội dung từng dạng bài tập Từ đó nhận dạng bài tập và cách giải bài tập đó một cách dễ dàng

Các bài tập được chia thành các dạng sau:

dao động điều hòa cưỡng bức, tắt dần, cộng hưởng

2.3.2 Lựa chọn các bài toán để xây dựng hệ thống bài tập

Bài tập 1.1 :

Một vật dao động điều hòa thực hiện được 20 dao động toàn phần trong 20s Chu kì dao động của vật là bao nhiêu?

Diễn giải:

- Lí do chọn bài tập: Đây là bài tập dễ, chỉ yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức về chu kì, công thức tính chu kì T

- Làm được bài tập này thì học sinh sẽ: Hiểu thế nào là chu kì dao động, một đại lượng thường thấy và quan trọng trong dao động điều hòa

sự vận dụng từng công thức ứng với mỗi dữ kiện đề bài cho

- Làm được bài tập này thì học sinh sẽ: Hiểu thế nào là chu kì dao động, vận dụng công thức chu kì cho phù hợp với mỗi bài toán, kết hợp tính toán phức tạp hơn ở bài tập 1.1, và nhờ bài tập 1.1 ta tính toán chu kì một cách dễ dàng hơn