Phát huy năng lực tự học và sáng tạo của học sinh thông qua việc giải bài toán dao động tắt dần môn vật lí 12 chương trình chuẩn

y SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TRIỆU SƠN 4 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÁT HUY NĂNG LỰC TỰ HỌC VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH THÔNG QUA VIỆC GIẢI BÀI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG

y SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TRIỆU SƠN 4

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHÁT HUY NĂNG LỰC TỰ HỌC VÀ SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH THÔNG QUA VIỆC GIẢI BÀI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG TẮT

DẦN MÔN VẬT LÍ 12

Người thực hiện: Trịnh Thị Hương Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật Lí

THANH HOÁ, NĂM 2021.

1.5 Những điểm mới của sáng kiến kinh nghiệm 2

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

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

2.3.1 Kiến thức cơ bản về “Dao động tắt dần”

2.3.2 Phương pháp cơ bản khi giải bài toán về “Dao động tắt dần”

2.3.3 Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập

2.3.4 Bài tập tự luyện

35571015

dục phổ thông (CT GDPT) mới của nước ta Để đáp ứng được yêu cầu trên của

xã hội , đòi hỏi trong quá trình dạy học nói chung và dạy học vật lý nói riêngphải chú trọng đến việc phát huy năng lực tự học và sáng tạo của học sinh, đócũng là một trong những nhiệm vụ quan trọng của dạy học vật lý

Đặc biệt là trong những năm gần đây Bộ giáo dục chỉ đạo các cấp học thay đổiphương pháp dạy, học theo hướng chủ động tích cực, sáng tạo Tuy nhiên việckiểm tra đánh giá bằng phương pháp trắc nghiệm lại có hai mặt Mặt tốt là có thểkiểm tra một lượng kiến thức rất rộng, từ vấn đề lý thuyết đến việc ứng dụng lýthuyết vào thực tế, vào giải bài tập định tính, định lượng nhưng mặt khác lại làmcho một số học sinh học dưới dạng đối phó như: Nhớ công thức, nhớ dạng bàitoán rồi áp dụng mà không cần quan tâm đến ý nghĩa Vật lý cũng như các nguyênnhân sâu xa gây ra hiện tượng thực tế Điều đó ảnh hưởng rất lớn đến khả năng

tư duy cũng như khả năng xử lý các vấn đề một cách khoa học Một trong nhữngvấn đề quan trọng và cần thiết của phương pháp giáo dục là nâng cao năng lực tựhọc và sáng tạo cho học sinh bởi kiến thức từ giáo viên truyền đạt chỉ là một phầnnhỏ trong đại dương mênh mông tri thức và khi tự học là lúc mà người học cóđiều kiện nghiền ngẫm vấn đề được học theo một phong cách riêng với một tốc

độ thích hợp Qua tự học, người học thay vì chỉ tiếp thu một cách thụ động cáckiến thức mà độc lập chiếm lĩnh kiến thức từ đó học sinh rèn luyện ý chí, nănglực hoạt động sáng tạo, bồi dưỡng phương pháp học tập và kỹ năng vận dụng trithức

1

Trên thực tế hầu hết các hiện tượng, các bài toán đều tuân theo quy luật tựnhiên, các quy luật tự nhiên ấy đã được đúc kết qua các định luật, định lý Nếungười học hiểu sâu các định luật, các định lý thì việc giải thích ý nghĩa Vật lýcũng như áp dụng các kiến thức để giải quyết các bài toán một cách hiệu quả.

Để làm được những điều này thì bản thân học sinh phải nâng cao năng lực “tựhọc và sáng tạo” của mình

Trên thực tế phạm vi chương trình Vật lý THPT viết rất hạn chế nội dungkiến thức của phần dao động tắt dần nên khi học sinh gặp phải các bài toán, hiệntượng liên quan đến dao động tắt dần thường hay lúng túng, mất phương

hướng Vì vậy trong khuôn khổ của bài viết tôi chọn đề tài “Phát huy năng

lực tự học và sáng tạo của học sinh thông qua việc giải bài toán dao động tắt dần môn Vật lí 12 - chương trình chuẩn” làm sáng kiến kinh nghiệm của mình.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài nhằm tập trung nghiên cứu xây dựng bài toán tổng quát từ đó hệthống các bài toán dao động tắt dần và đề xuất phương án sử dụng năng lực tựhọc, sáng tạo của học sinh qua việc giải các bài toán đó

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

+ Nghiên cứu cơ sở lý luận bồi dưỡng năng lực tự học và sáng tạo chohọc sinh thông qua việc giải bài toán dao động tắt dần môn Vật lí 12 – chươngtrình chuẩn

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

+ Phương pháp nghiên cứu xây dựng dựa trên cơ sở lí thuyết Nghiên cứu

cơ sở lý luận về tư duy sáng tạo

+ Phương pháp nghiên cứu điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin.Điều tra thực trạng dạy học Vật lí ở trường trung học phổ thông Triệu Sơn 4

+ Phương pháp thống kê, xử lí số liệu

1.5 Những điểm mới của sáng kiến

Đề tài giúp giáo viên và học sinh cải tiến và điều chỉnh kịp thời hoạt độngdạy và học trên cơ sở nắm vững nội dung và phương pháp góp phần bồi dưỡng

tư duy sáng tạo, cũng như khai thác tối đa năng lực tự học của các em

2 Nội dung của sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

Sách giáo khoa Vật lý lớp 12 chương trình chuẩn và kể cả chương trìnhnâng cao đều viết rất cơ bản về kiến thức phần dao động tắt dần, nên khi đọchọc sinh không định hình, không giải thích được hiện tượng của vấn đề vì thếkhi gặp phải các bài tập liên quan đến phần này học sinh thường rất bế tắc vàthực tế học sinh gặp khó khăn khi giải các bài toán dao động tắt dần ở các đề thiđại học cũng như đề thi học sinh giỏi trong những năm gần đây Vì vậy bên cạnhvai trò quyết định của người giáo viên thì việc tạo môi trường thuận lợi để các

em tự học sẽ ảnh hưởng quan trọng đến kết quả học tập học sinh Ở trường giáoviên có thể giảng dạy theo phương pháp đổi mới, chia lớp học thành các nhómqua đó việc trao đổi, tranh luận, giúp đỡ nhau trong học tập nhằm vượt quanhững khó khăn làm nảy nở các sáng kiến, phát triển lòng yêu thích học tập vàcủng cố niềm tin vào bản thân các em Giáo viên cũng có thể tổ chức các tiết dạy

ôn tập với việc ứng dụng các kiến thức cơ bản đã được học để giải các bài toánphức tạp hoặc giải thích các hiện tượng thực tế mà trong sách giáo khoa chưa đềcập đến Qua đó giúp học sinh thấy tự tin vào bản thân, mạnh dạn suy nghĩ,phát triển khả năng nghiên cứu và tìm tòi sáng tạo những bài toán mới, từ đó dầngiúp học sinh nâng cao năng lực tự học và sáng tạo của mình

Qua nhiều năm giảng dạy tại trường THPT Triệu Sơn 4 tôi thấy rằngtrong những năm gần đây học sinh có đầu vào cao hơn so với mặt bằng chungcủa các năm trước, đa số các em đều có mục tiêu, ý chí và rất cố gắng trong họctập Vì vậy việc động viên, hướng dẫn tận tình cũng như sử dụng các phươngpháp đổi mới trong giảng dạy sẽ làm động lực cho các em phát huy hết khả năng

tư duy, sáng tạo của mình Chính điều này cũng đã giúp bản thân tôi có một sốkinh nghiệm tuy chưa lớn nhưng tôi cảm thấy rất hiệu quả trong quá trình giảngdạy của mình nó vừa thúc đẩy, vừa nâng cao năng lực tự học và sáng tạo chohọc sinh

3

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

Trên thực tế bộ môn Vật lí có vị trí quan trọng và tương quan trong ngànhkhoa học, trong lĩnh vực khoa học tự nhiên Chương “Dao động cơ” là một trongnhững chương quan trọng trong chương trình Vật lí 12 THPT nói riêng và mônVật lí nói chung Tính tổng quát và đúng đắn từ vi mô đến vĩ mô của chúng có ýnghĩa khoa học, ý nghĩa triết học và ý nghĩa phương pháp luận, hình thành cho họcsinh phổ thông một thế giới quan duy vật biện chứng khoa học Bên cạnh đó việcgiải các bài toán về “Dao động tắt dần” là một vấn đề không thể thiếu và hết sứccần thiết Tuy nhiên trong quá trình dạy học ở trường THPT nhiều học sinh ítthấy được tầm quan trọng của việc giải các bài toán về “Dao động tắt dần” Họcsinh chỉ học theo cách đối phó mà chưa thực sự có hứng thú, có niềm đam mê

Để khắc phục được vấn đề này thì người giáo viên phải là người định hướng vàphải phát huy được tối đa năng lực tự học và sáng tạo ở mỗi cá nhân học sinh Năm học 2019- 2020 khi chưa thực hiện đề tài để áp dụng vào giảng dạy.Sau khi dạy xong bài “Dao động tắt dần” trong chương trình chuẩn môn Vật lílớp 12 và tổ chức ôn tập, rèn kỹ năng giải bài tập trong các tiết bài tập, các buổi

ôn tập kiến thức trong nhà trường Tôi cho học sinh lớp 12C2 làm bài kiểm trađánh giá các nội dung kiến thức và kỹ năng cơ bản mà học sinh cần phải nắm

được trong quá trình giải bài toán về “ Dao động tắt dần” Kết quả như sau:

Để có cơ sở đánh giá hiệu quả của đề tài trong thực tế, năm học 2020

-2021 tôi chọn hai lớp ở trường THPT Triệu Sơn 4 đó là lớp 12A2 làm lớp đối

chứng và lớp 12A1 làm lớp thực nghiệm Đối tượng học sinh của hai lớp này có

sự tương đồng về trình độ đầu vào, về hoàn cảnh gia đình và điều kiện học tập

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

2.3.1 Kiến thức cơ bản về “Dao động tắt dần”

 Định nghĩa: Dao động tắt dần là dao động có năng lượng và biên độ giảm

dần theo thời gian

 Nguyê n nhân: là do lực ma sát của môi

trường tác động lên hệ dao động Lực này thực

hiện công âm làm cơ năng của con lắc giảm

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng: “Độ biến thiên cơ năng bằng công của lực ma sát”

 Trong nữa chu kỳ đầu (Vật đi từ A đến A1):

 Độ giảm biên độ sau n chu kỳ:

f Quãng đường vật đi được sau n chu kỳ:

 Quãng đường vật đi được trong một chu kỳ

h Độ giảm cơ năng:

 Phần trăm cơ năng bị mất sau một chu kỳ W 1 W W 1 2 A

7

2.3.2 Phương pháp cơ bản khi giải bài toán về “Dao động tắt dần”

Bước 1 Phân tích hiện tượng và nguyên nhân Vật lý gây ra hiện tượng đó

+ Hiện tượng bài toán: Ban đầu vật ở tại P khi thả nhẹ vật chuyển động nhanh

dần đều về phía vị trí cân bằng Khi đến I (lực đàn hồi cân bằng với lực ma sát)vận tốc đạt giá trị cực đại, qua I vật chuyển động chậm dần đều và dừng lại tại Qđối với P qua I Hiện tượng lặp lại và đạt vận tốc cực đại tại I'

+ Nguyên nhân Vật lý: Vật chuyển động từ biên về vị trí cân bằng với

lực đàn hồi lớn hơn lực ma sát vì vậy vật chuyển động nhanh dần đều, đến thờiđiểm lực đàn hồi cân bằng với lực ma sát (tại điểm I) vận tốc đạt cực đại Khiqua điểm I vật chịu tác dụng của lực ma sát lớn hơn lực đàn hồi nên vật chuyểnđộng chậm dần đều đến điểm Q thì dừng lại Quá trình tương tự cho chiều cònlại

Bước 2 Bài toán này liên quan đến hiện tượng trao đổi năng lượng từ cơ năng

thành nội năng nên ta áp dụng định luật bảo toàn năng lượng để giải quyết theoyêu cầu bài toán

Ví dụ bài toán tổng quát.

Một con lắc lò xo có độ cứng k = 2 N/m, khối lượng m = 40 g dao độngtắt dần trên mặt phẳng nằm ngang do ma sát, hệ số ma sát µ = 0,1 Ban đầu kéo

vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn 10 cm rồi thả nhẹ Cho gia tốc trọng trường

g = 10 m/s2 Hãy xác định ?

a Vị trí của vật mà tại đó vật có vận tốc lớn nhất Độ lớn vận tốc đó

b Li độ cực đại của vật sau khi đi qua vị trí cân bằng lần 1, lần 2,

c Tốc độ của vật khi đi qua VTCB lần 1, lần 2, lần n

Hướng dẫn:

a Lực tác dụng vào vật trong quá trình vật dao động từ biên về vị trí cân bằng là

Lực đàn hồi và lực ma sát ngược chiều nhau Vật đạt vận tốc lớn nhất khi hai lực

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:

(Khảo sát 2 thời điểm: Vật ở P và vật ở I)

2 2 2

b Sau khi vật đi qua I, chuyển động chầm dần đều đến Q đối xứng với P qua I

vậy li độ cực đại của vật sau lần thứ nhất A1  A 2.x I

Vậy ta thấy rằng cứ mỗi lần qua vị trí cân bẳng thì li độ cực đại của vật giảm đi

li độ cực đại của vật sau lần thứ nhất A1  A 1 A A   1 2 .x I  10 4 6   ( cm )

li độ cực đại của vật sau lần thứ hai A2  A 2 A A   2 2 .x I  10 8 2   ( cm )

c Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng

+ Ban đầu biên độ của vật là A có cơ năng

2 1

10 30

1 s

* Khi lò xo không biến dạng lần thứ 2 tức là vật đi từ chỗ bị nén ra đến vị trí lò

xo giãn nhiều nhất rồi đến vị trí lò xo không biến dạng.

Áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa cơ năng ta có

Bài tập 2: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, lò xo có độ cứng k = 10 N/m, đầu

dưới gắn vật nhỏ khối lượng m =100 g Đưa vật lên trên vị trí cân bằng O một đoạn 8 cm rồi thả nhẹ Lực cản của không khí lên con lắc có độ lớn không đổi

và bằng FC = 0,01 N Lấy gia tốc trọng trường 10 m/s2 Li độ cực đại của vật sau khi đi qua O lần 2 là

Bài tập 3: Con lắc lò xo nằm ngang có độ cứng 100 N/m, vật dao động có khối

lượng 400 g Kéo để lò xo dãn một đoạn 4 cm rồi thả nhẹ cho vật dao động Biết

hệ số ma sát giữa vật và sàn là μ = 5.10-3 Xem chu kỳ dao động không thay đổi

và vật chỉ dao động theo phương ngang trùng với trục của lò xo, lấy g = 10 m/s2.Quãng đường vật đi được trong 2 chu kỳ đầu tiên là

Bài tập 4: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, lò xo có độ cứng 50 N/m, đầu

dưới gắn vật nhỏ khối lượng 100 g Đưa vật tới vị trí lò xo không biến dạng rồitruyền cho nó vận tốc 20 15 cm/s hướng thẳng đứng lên Lực cản của khôngkhí lên con lắc có độ lớn không đổi và bằng FC = 0,1 N Lấy gia tốc trọng trường

Bài tập 5: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,02 kg và lò xo có độ

cứng 1 N/m Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò

xo Hệ số ma sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là 0,1 Ban đầu giữ vật ở vị trí lò

xo bị nén 10 cm rồi buông nhẹ để con lắc dao động tắt dần Lấy g = 10 m/s2 Tốc

độ lớn nhất vật nhỏ đạt được trong quá trình dao động là

Bài tập 6: Lò xo nhẹ có độ cứng 100 N/m và chiều dài tự nhiên 30 cm, một đầu

cố định, một đầu gắn với một khúc gỗ nhỏ nặng 1 kg Hệ được đặt trên mặt bànnằm ngang, hệ số ma sát giữa khúc gỗ và mặt bàn là 0,1 Gia tốc trọng trường

lấy bằng 10 m/s2 Kéo khúc gỗ trên mặt bàn để lò xo dài 40 cm rồi thả nhẹ chokhúc gỗ dao động Chiều dài ngắn nhất của lò xo trong quá trình khúc gỗ daođộng là

A 22 cm B 26 cm C 27,6 cm D 26,5 cm

Hướng dẫn

Biên độ dao động lúc đầu: A lmax  l0  10cm  0 1, m 

Độ giảm biên độ sau mỗi lần qua VTCB:

   

2 2 2 0 1 1 10

0 02 2 100

Chiều dài cực tiểu của lò xo:l min l cb A' 30 8 22   cm Chän A.

Bài tập 7: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có độ cứng k = 100N/m và

quả cầu nhỏ A có khối lượng 200g đang đứng yên, lò xo không biến dạng Dùngquả cầu B có khối lương 50g bắn vào quả cầu A dọc theo trục lò xo với vận tốc

có độ lớn 4m/s lúc t=0; va chạm giữa hai quả cầu là va chạm mềm Hệ số ma sátgiữa A và mặt phẳng đỡ là  = 0,01; lấy g = 10m/s2 Vận tốc của hai vật lúc giatốc đổi chiều lần 3 kể từ t=0 là:

A.75,5cm/s B 77cm/s C 77,5cm/s D 78,5cm/s

Hướng dẫn.

Chọn chiều dương như hình vẽ Thời điểm

gia tốc gia tốc đổi chiều lần thứ 3 là lúc hai vật

qua gốc tọa độ O lần thứ 3.Do đó ta cần tìm vận

tốc của hai vật khi qua VTCB lầ thứ 3 Vận tốc ban đầu của hai vật khi ở VTCB

(m1 + m2 ) v0 = m2v > v0 =

2 1

2

m m

m

 v = 0,8 m/sBiên độ ban đầu của con lắc lò xo là:

2

)

0 2

1 m v

m 

=2

2

kA

+ (m1+m2)gA > A = 3,975 cm

13   

M’ O M x

Độ gảm biên độ sau mỗi lần qua VTCB là: A =

k

g m

(

= 0,05 cmBiên độ dao động trước khi hai vật qua VTCB lần thứ 3là:

0 V2 = 50A’2 – 0,025A’ = 750,684 > V = 77,4949 = 77,5 cm/s Chọn C

Bài tập 8: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,02 kg và lò xo có độ

cứng 1 N/m Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò

xo Hệ số ma sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là 0,1 Ban đầu giữ vật ở vị trí lò

xo bị dãn 10 cm rồi buông nhẹ để con lắc dao động tắt dần Lấy gia tốc trọngtrường 10 m/s2 Li độ cực đại của vật sau khi đi qua vị trí cân bằng lần 1 là

Bài tập 9: Một con lắc lò xo đặt trên mặt phẳng ngang, gồm vật nhỏ khối lượng

40 (g) và lò xo có độ cứng 20 (N/m) Vật chỉ có thể dao động theo phương Oxnằm ngang trùng với trục của lò xo Khi vật ở O lò xo không biến dạng Hệ số

ma sát trượt giữa mặt phẳng ngang và vật nhỏ là 0,1 Ban đầu giữ vật để lò xo bịnén 8 cm rồi buông nhẹ Lấy gia tốc trọng trường g = 10 (m/s2) Li độ cực đạicủa vật sau lần thứ 3 vật đi qua O là

A 8,0 cm B 7,6 cm C 7,2 cm D 6,8 cm

Hướng dẫn

i độ cực đại sau khi qua O lần 1 :

i độ cực đại sau khi qua O lần 2 :

i độ cực đại sau khi qua O lần 3 :

Bài tập 10: Một chất điểm thực hiện đổng thũi hai dao động điều hũa cựng

phưong cựng tần số cú biờn độ lần lượt là A1 và A2, pha ban đầu cú thể thay đổi được Khi hai dao động thành phần cung pha và ngược pha thỡ năng lượng dao động tổng hợp lần lượt là 8W và 2W Khi năng lượng dao động tổng hợp là 4W thỡ độ lệch pha giữa hai dao động thành phần gần với giỏ trị nào nhất sau đõy?

* Bỡnh luận: Để nhanh chúng tỡm được kết quả ta chuẩn húa nhanh như sau:

Lập tỉ số giữa 2 trong 3 phương trỡnh trờn ta được:

2

1 2 2

1 2 2 3

1 2

(A A ) 4

(A A ) A 2

1 2 3

1 A

15