CƠ SỞ LÍ LUẬN V À TH ỰC TIỄN CỦA ĐỀ T ÀI NGHIÊN C ỨU 5 1.1 Vai trò c ủa b ài t ập trong dạy học vật lý
Bài t ập vật lý
Vật lý là môn khoa học giúp học sinh hiểu quy luật vận động của thế giới vật chất Bài tập vật lý không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện khả năng phân tích và vận dụng các quy luật vào thực tiễn Để thành công trong học tập, học sinh cần thực hành thành thạo các bài tập lý thuyết và thực hành.
Bài tập vật lý giúp học sinh nghiên cứu các hiện tượng vật lý, hình thành khái niệm và phát triển tư duy vật lý Qua đó, học sinh rèn luyện kỹ năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn một cách hiệu quả.
Sau khi hoàn thành phần lý thuyết về đòn bẩy và nguyên tắc hoạt động của nó, giáo viên có thể kiểm tra khả năng áp dụng kiến thức thực tế của học sinh thông qua một câu hỏi thực hành.
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 đóng vai trò quan trọng trong giảng dạy vật lý ở trường phổ thông, không chỉ nhằm mục đích giải toán mà còn giúp học sinh rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức và kỹ năng tính toán, suy luận logic để giải quyết các vấn đề thực tiễn Việc này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu sắc kiến thức trong chương trình mà còn áp dụng chúng vào nhiệm vụ học tập và các vấn đề thực tiễn Để đạt được điều này, cần thường xuyên rèn luyện cho học sinh kỹ năng vận dụng kiến thức vào cuộc sống hàng ngày, vì kỹ năng này phản ánh mức độ vững chắc của kiến thức mà học sinh đã tiếp thu.
Trong quá trình giải quyết các bài tập vật lý, học sinh cần áp dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa và trừu tượng hóa để tìm ra giải pháp cho vấn đề Những kỹ năng tư duy này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về kiến thức vật lý mà còn phát triển khả năng giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.
Bài tập vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tư duy và óc tưởng tượng của học sinh Nó giúp nâng cao khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, đồng thời rèn luyện tính kiên trì để vượt qua khó khăn trong cuộc sống.
Trong quá trình dạy học vật lý, vai trò tự học của học sinh rất quan trọng Giáo viên cần lựa chọn và sắp xếp bài tập từ dễ đến khó, đồng thời hướng dẫn học sinh cách giải để hiểu bản chất vật lý của bài toán Bài tập vật lý không chỉ là công cụ kiểm tra kiến thức và kỹ năng, mà còn giúp phát hiện trình độ trí tuệ của học sinh, nhận diện khó khăn và sai lầm trong học tập, từ đó hỗ trợ họ vượt qua những thách thức này.
Vật lý là một môn học liên quan đến nhiều hiện tượng trong đời sống
Kiến thức vật lý không chỉ có giá trị trong học thuật mà còn được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật và đời sống hàng ngày Khi học sinh giải bài tập vật lý, họ không chỉ tìm hiểu bản chất của các vấn đề mà còn rèn luyện khả năng áp dụng kiến thức để giải quyết các tình huống thực tiễn Do đó, việc sử dụng bài tập vật lý còn góp phần giáo dục tư tưởng đạo đức, phát triển kỹ năng tổng hợp và định hướng nghề nghiệp cho học sinh.
1.1.2 Các kiểu bài tập vật lý
1.1.2.1 Bài tập vật lý định tính
Bài tập định tính là loại bài tập mà học sinh không cần thực hiện các phép tính phức tạp, mà chủ yếu áp dụng các định luật, định lý và quy luật vật lý Những câu hỏi này thường đa dạng và yêu cầu học sinh vận dụng nhiều kiến thức về vật lý để giải quyết.
Để đo độ sâu của đáy biển, người học cần nắm vững kiến thức vật lý, đặc biệt là về sóng âm Việc áp dụng kiến thức này yêu cầu phải hiểu rõ mối liên hệ giữa vận tốc sóng và quãng đường sóng truyền Sự kết hợp giữa các khối kiến thức này sẽ giúp người học đưa ra câu trả lời chính xác cho bài tập.
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 những bài tập đơn giản giúp học sinh áp dụng kiến thức mới học về các khái niệm hoặc quy tắc vật lý Những bài tập này hỗ trợ quá trình nghiên cứu và củng cố kiến thức một cách hiệu quả.
Bài tập tổng hợp là những bài tập phức tạp, yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức từ nhiều phần, chương và cấp học khác nhau Đặc biệt, khi các câu hỏi được trình bày dưới dạng trắc nghiệm khách quan, học sinh cần nhớ kết quả đã được chứng minh trước đó để giải quyết nhanh chóng Do đó, để thực hiện tốt các bài tập này, học sinh phải hiểu bài một cách sâu sắc và 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:
Vật đi được quãng đường 12km với vận tốc 3km/h Học sinh cần tính thời gian vật đi bằng cách áp dụng công thức tính toán phù hợp.
Để tạo bài tập tổng hợp, giáo viên có thể đưa ra các quãng đường khác nhau mà vật di chuyển với vận tốc khác nhau, yêu cầu học sinh tính toán vận tốc trung bình cho toàn bộ quãng đường.
Phương pháp giải b ài t ập vật lý
1.2 1 Các bước giải b ài t ập
Quá trình giải bài tập vật lý là tìm hiểu điều kiện bài tập và hiện tượng vật lý, xác lập mối liên hệ dựa trên kiến thức vật lý Việc tính toán các mối liên hệ này giúp đưa ra lời giải và kết luận chính xác Sự nắm vững các mối liên hệ này hỗ trợ giáo viên trong việc định hướng phương pháp dạy bài tập hiệu quả.
Bài tập vật lý rất đa dạng, do đó phương pháp giải cũng phong phú và không thể chỉ ra một phương pháp cụ thể cho tất cả bài tập Từ phân tích này, có thể xác định một dàn bài chung với các bước chính để giải quyết vấn đề.
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.
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài, cần xác định mối liên hệ với các kiến thức, khái niệm, hiện tượng, quy tắc và định luật trong vật lý Việc phân tích này giúp hiểu rõ hơn về bản chất của vấn đề và áp dụng các lý thuyết vật lý phù hợp để giải quyết.
Để hiểu rõ bản chất của hiện tượng trong đề bài, cần xác định các giai đoạn diễn biến của nó, mỗi giai đoạn sẽ bị chi phối bởi những đặc tính và định luật cụ thể Việc này giúp học sinh tránh việc áp dụng máy móc công thức và nắm vững kiến thức một cách sâu sắc hơn.
Bước này tập trung vào việc xác định mối quan hệ giữa ẩn số cần tìm và các dữ kiện đã cho Cần đối chiếu các dữ kiện với ẩn số thông qua công thức và định luật để thiết lập mối liên hệ Nếu cần, hãy thành lập các phương trình, đảm bảo rằng số lượng phương trình tương ứng với số lượng ẩn số Đối với các bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương pháp lập luận để giải quyết.
Phương pháp phân tích bắt đầu bằng việc xác định ẩn số cần tìm và thiết lập mối liên hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng cụ thể dựa trên một định luật đã được xác định Sau đó, công thức chứa ẩn số sẽ được diễn đạt và phát triển thêm thông qua các dữ liệu đã cho Cuối cùng, quá trình này dẫn đến việc xây dựng công thức cuối cùng bao gồm ẩn số và các dữ kiện đã được cung cấp.
Phương pháp tổng hợp bắt đầu từ dữ kiện đã cho để xây dựng lập luận hoặc biến đổi công thức nhằm thể hiện mối quan hệ giữa các dữ kiện và các đại lượng khác, từ đó tiến tới công thức cuối cùng có chứa ẩn số Đối với bài tập định tính, không cần tính toán nhiều mà chủ yếu dựa vào lập luận và suy luận logic, sử dụng 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 hiện tượng vật lý trong câu hỏi giúp xác định các định luật, khái niệm và quy tắc vật lý cần thiết để giải quyết vấn đề.
Để trả lời câu hỏi một cách hiệu quả, cần tổng hợp các điều kiện đã cho với kiến thức tương ứng Đối với bài tập trắc nghiệm khách quan, việc nắm vững kiến thức trong sách giáo khoa là rất quan trọng, vì nếu không, bạn sẽ khó nhận biết được phương án đúng trong các lựa chọn.
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 là bước quan trọng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện bài tập hoặc thực tế Việc này không chỉ giúp kiểm tra tính chính xác của quá trình lập luận mà còn cho phép học sinh tự nhận ra những sai sót trong quá trình tư duy của mình, nhờ vào sự vô lý của kết quả thu được.
1.2.2 Xây d ựn g l ập luận trong giải b ài t ập
Xây dựng lập luận trong giải bài tập vật lý là bước quan trọng, yêu cầu vận dụng định luật, quy tắc và công thức để thiết lập mối quan hệ giữa đại lượng cần tìm và dữ kiện đã cho Để thực hiện điều này, cần có suy luận logic hoặc biến đổi toán học phù hợp Các phương pháp lập luận có thể khác nhau tùy thuộc vào loại bài tập, nhưng tất cả đều chứa yếu tố của bài tập định tính và bài tập tính toán tổng hợp Bài viết này sẽ xem xét phương pháp xây dựng lập luận cho 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 là quá trình nhận diện và lý giải nguyên nhân của hiện tượng đó Đối với học sinh, nguyên nhân bao gồm các đặc tính và định luật vật lý Trong các bài tập, cần thiết lập mối quan hệ giữa hiện tượng cụ thể và các đặc tính hoặc định luật liên quan Phép suy luận logic, thường theo cấu trúc luận ba đoạn, được áp dụng: tiên đề thứ nhất là đặc tính chung hoặc định luật tổng quát, tiên đề thứ hai là điều kiện cụ thể, và kết luận là hiện tượng được nêu ra.
Các hiện tượng thực tế thường rất phức tạp, trong khi các định luật vật lý lại đơn giản, dẫn đến khó khăn trong việc nhận diện mối liên hệ giữa chúng Hơn nữa, ngôn ngữ sử dụng trong các định nghĩa và định luật vật lý thường không tương thích hoàn toàn với ngôn ngữ thông thường Do đó, việc mô tả hiện tượng bằng ngôn ngữ vật lý và phân tích chúng thành các hiện tượng đơn giản theo một định luật hoặc quy tắc nhất định là rất cần thiết.
Để tìm lời giải cho bài tập định tính giải thích hiện tượng, có thể thực hiện theo quy trình sau: Đầu tiên, cần hiểu rõ đề bài, đặc biệt chú trọng vào việc diễn đạt hiện tượng mô tả bằng ngôn ngữ vật lý, thay thế các khái niệm thông thường bằng các khái niệm vật lý Tiếp theo, tiến hành phân tích hiện tượng để nắm bắt các yếu tố liên quan Cuối cùng, xây dựng lập luận chặt chẽ dựa trên những phân tích đã thực hiện.
-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 là quá trình xác định các điều kiện cụ thể và các định luật liên quan để dự đoán kết quả và cách thức xảy ra của hiện tượng Qua đó, chúng ta tìm ra quy luật chung cho các hiện tượng tương tự và rút ra kết luận Về mặt logic, cần thiết lập một luận ba đoạn, trong đó xác định tiên đề thứ hai (phán đoán khẳng định riêng) dựa trên tiên đề thứ nhất (phán đoán khẳng định chung) để đưa ra kết luận (phán đoán khẳng định riêng).
2 Xây dựng lập luận trong giải bài tập định lượng
Hướng dẫn học sinh giải b ài t ập v ật lý
Hướng dẫn học sinh phổ thông giải bài tập vật lý gặp nhiều khó khăn do các em chưa nắm vững lý thuyết và kỹ năng vận dụng kiến thức Điều này dẫn đến việc học sinh giải bài một cách mò mẫm, thiếu định hướng rõ ràng, thường áp dụng công thức một cách máy móc và không ít lần không tìm ra được đáp án Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng này.
- Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tậpvật 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 hướng dẫn học sinh giải bài tập một cách khoa học và chính xác là rất quan trọng, giúp các em nắm vững kiến thức và phát triển kỹ năng suy luận logic Điều này không chỉ nâng cao khả năng học tập mà còn khuyến khích học sinh làm việc có kế hoạch và khoa học.
Hướng dẫn Angorit cung cấp cho học sinh các hành động cụ thể và trình tự thực hiện để đạt kết quả mong muốn Giáo viên cần phân tích khoa học để xác định trình tự giải toán một cách chính xác và logic Khi học sinh tuân thủ các hướng dẫn, áp dụng công thức đúng và tính toán cẩn thận, họ sẽ giải quyết được bài toán hiệu quả.
- Bảo đảm cho học sinh giải được bài tập đã cho một cách chắc chắn.
Việc rèn luyện kỹ năng giải bài tập cho học sinh trở nên hiệu quả hơn khi giáo viên khéo léo lôi cuốn học sinh tham gia vào quá trình xây dựng Angorit cho bài tập Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhược điểm là hạn chế khả năng tìm tòi và sáng tạo của học sinh, dẫn đến sự phát triển tư duy sáng tạo bị kìm hãm Để khắc phục điều này, giáo viên cần chú trọng vào việc hướng dẫn học sinh phương pháp giải các bài toán điển hình và rèn luyện kỹ năng giải các dạng bài tập xác định.
Hướng dẫn tìm tòi là phương pháp khuyến khích học sinh tự suy nghĩ và phát hiện cách giải bài toán Giáo viên cần tạo ra các câu hỏi gợi mở để học sinh tự tìm ra cách giải quyết, từ đó xác định các hành động cần thực hiện nhằm đạt được kết quả mong muốn Điều quan trọng là học sinh phải chủ động trong việc tìm tòi giải pháp, thay vì chỉ đơn thuần làm theo mẫu của giáo viên Phương pháp này giúp phát triển tư duy độc lập và khả năng giải quyết vấn đề của học sinh.
- 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 giúp học sinh phát triển tư duy một cách hiệu quả Trong những trường hợp cần thiết, giáo viên nên hỗ trợ học sinh vượt qua khó khăn trong việc giải quyết bài tập, đồng thời khuyến khích sự tự lực và khả năng tìm tòi của học sinh để phát triển tư duy một cách độc lập.
Định hướng khái quát chương trình hóa cung cấp hướng dẫn cho học sinh trong việc tự tìm tòi và giải quyết vấn đề Chương trình hóa được xây dựng theo các bước hợp lý nhằm giúp học sinh tiếp cận và giải quyết các vấn đề một cách hiệu quả.
- Giáo viên định hướng ban đầu để HS tự tìm tòi giải quyết vấn đề đặt ra.
Nếu học sinh gặp khó khăn trong việc tự giải quyết vấn đề, giáo viên sẽ cung cấp những gợi ý cụ thể hoặc chi tiết hóa thêm một bước nhằm giúp học sinh dễ dàng hơn trong việc tìm ra giải pháp phù hợp với khả năng của mình.
Nếu học sinh gặp khó khăn trong việc tự giải quyết vấn đề, giáo viên nên chuyển sang phương pháp định hướng theo mẫu Phương pháp này giúp học sinh tự giải quyết từng bước hoặc khía cạnh của vấn đề, từ đó tiếp tục tiến hành giải quyết những vấn đề tiếp theo.
Giáo viên đóng vai trò hướng dẫn và định hướng để học sinh tự giải quyết vấn đề, yêu cầu giáo viên phải định hướng hoạt động tư duy của học sinh mà không làm thay cho họ, đồng thời theo sát tiến trình giải bài toán Học sinh cần tự mình giải quyết vấn đề, vận dụng toàn bộ kiến thức và kỹ năng đã học để tham gia vào quá trình này Điều này giúp phát triển khả năng tư duy độc lập và kỹ năng giải quyết vấn đề của học sinh.
- 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 khả năng theo dõi sát sao quá trình giải bài tập của học sinh, từ đó dễ dàng phát hiện những thiếu sót hoặc sai lầm để kịp thời điều chỉnh và củng cố kiến thức Tuy nhiên, việc này cũng có nhược điểm.
Để thực hiện hướng dẫn hiệu quả, giáo viên cần có trình độ và khả năng sư phạm tốt Họ cần tránh việc làm thay cho học sinh trong quá trình định hướng, vì vậy các câu hỏi định hướng phải được cân nhắc kỹ lưỡng và phù hợp với trình độ của học sinh.
Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập, không thể áp dụng một khuôn mẫu cố định, mà cần linh hoạt tùy thuộc vào nội dung, kiến thức và yêu cầu của bài toán, cũng như đặc điểm của từng đối tượng học sinh Giáo viên cần biết kết hợp cả ba kiểu hướng dẫn, nhưng chủ yếu nên tập trung vào phương pháp hướng dẫn tìm tòi để phát huy tối đa khả năng của học sinh.
1.3.4 L ựa chọn v à s ử dụng b ài t ập trong dạy học v ật lý
Hệ thống bài tập mà giáo viên lựa chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau :
Bài tập nên được sắp xếp từ dễ đến khó và từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm nhiều kiến thức và kỹ năng từ một đề tài đến nhiều đề tài khác nhau Việc này giúp học sinh nắm vững phương pháp giải quyết các loại bài tập điển hình hiệu quả hơn.
Mỗi bài tập trong hệ thống cần có vai trò quan trọng, giúp củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức cho người học.
Th ực trạng sử dụng hệ thống b ài t ập vật lý ở trường THPT
Quá trình điều tra được tiến hành ở trường: THPT Nguyễn Trung Ngạn, Ân Thi, Hưng Yên.
- Trao đổi trực tiếp với 10 giáo viên.
- Nghiên cứu giáo án của 10 giáo viên.
- Trao đổi trực tiếp với 100 học sinh.
- Nghiên cứu vở ghi chép của 100 học sinh.
+ Kết quả điều tra với giáo viên.
Qua trao đổi trực tiếp với giáo viên, hầu hết tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh theo phương pháp truyền thống Khoảng 90% giáo viên sử dụng bài tập từ sách giáo khoa hoặc sách tham khảo, nhưng các bài tập này chủ yếu ở dạng cơ bản, chưa được phân loại và định hướng theo chuẩn kiến thức kỹ năng và mục tiêu dạy học Chỉ có 10% giáo viên kết hợp chuẩn kiến thức kỹ năng và hệ mục tiêu dạy học để xây dựng hệ thống bài tập, nhưng vẫn thiếu tính khoa học và chưa đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề ra.
Nghiên cứu giáo án của giáo viên cho thấy 90% giáo án được thiết kế theo phương pháp truyền thống, chủ yếu sử dụng thuyết trình và vấn đáp, trong khi các phương pháp dạy học mới và kỹ thuật hiện đại hầu như không xuất hiện Học sinh vẫn còn thụ động trong việc học, quá trình tìm kiếm kiến thức phụ thuộc nhiều vào giáo viên, dẫn đến việc không kích thích sự say mê, tích cực và sáng tạo trong học tập của người học.
+ Kết quả điều tra với học sinh.
Qua trao đổi với học sinh, hầu hết cho biết rằng các em chủ yếu ngồi nghe giảng và ghi chép những kiến thức được nhấn mạnh Mặc dù có một số câu hỏi phát vấn, nhưng các em ít khi được khám phá kiến thức mới Về sự tập trung và hứng thú trong học tập, nhiều học sinh thừa nhận rằng họ thường xuyên mất tập trung do kiến thức quá nhiều và áp lực trong giờ học Các em cảm thấy mệt mỏi vì phải nhớ nhiều công thức và định lý Khi được hỏi về khả năng nhớ lại kiến thức, phần lớn học sinh cho biết họ quên nhanh chóng và phải bỏ ra nhiều công sức ôn tập trước kỳ kiểm tra.
Trong quá trình dự giờ giáo viên và quan sát học sinh, nhiều em thể hiện sự tiếp thu kiến thức một cách thụ động, đặc biệt trong các tiết dạy bài tập, khi mà chỉ một số ít học sinh có khả năng làm và hiểu bài Các bài tập thường thiếu sự phong phú và liên kết, chưa được phân loại từ dễ đến khó, dẫn đến việc học sinh không phát huy được vai trò chủ động trong việc khám phá kiến thức Hơn nữa, nhiều em ngại phát biểu và thiếu tự tin khi trả lời câu hỏi, chủ yếu chờ đợi sự giải thích từ giáo viên, chỉ ghi chép mà không tham gia tích cực Điều này khiến cho nội dung trọng tâm của tiết học không được khắc sâu và không tạo ra môi trường thoải mái cho người học.
K ết luận chương 1
Giải bài tập vật lý là hình thức luyện tập quan trọng và phổ biến trong quá trình học Hoạt động này không chỉ giúp học sinh tiếp thu kiến thức mới hiệu quả mà còn củng cố kiến thức đã học, đóng vai trò then chốt trong việc dạy và học môn vật lý.
Vì vậy giải bài tập vật lý có vai trò rất quan trọng trong dạy học :
Giải bài tập vật lý không chỉ giúp học sinh rèn luyện kỹ năng và kỹ xảo vận dụng kiến thức mà còn tạo điều kiện để liên hệ lý thuyết với thực tế, từ đó nâng cao khả năng học tập và áp dụng vào đời sống hàng ngày.
Bài tập vật lý là công cụ độc đáo giúp học sinh nghiên cứu tài liệu mới, trang bị kiến thức vững chắc và sâu sắc.
Bài tập vật lý đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tính sáng tạo và độc lập trong suy nghĩ của học sinh Nó không chỉ rèn luyện tư duy và đức tính kiên trì mà còn khơi dậy niềm yêu thích đối với môn học Hơn nữa, bài tập vật lý còn giúp bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh.
Bài tập vật lý không chỉ giúp củng cố và ôn tập kiến thức mà còn là công cụ hiệu quả để hệ thống hóa và kiểm tra kỹ năng của học sinh.
- Bài tập vật lí có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp.
XÂY D ỰNG HỆ THỐNG B ÀI T ẬP VÀ HƯỚNG DẪN HỌC
Các ki ến thức cơ bản về dao động điều h òa
2.1.1 Phương tr ình dao động điều h òa
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(wt + )
Li độ x của dao động là toạ độ của vật trong hệ toạ độ với gốc là vị trí cân bằng, được đo bằng đơn vị chiều dài Biên độ A là độ lệch lớn nhất của vật so với vị trí cân bằng, cũng được đo bằng đơn vị chiều dài Pha của dao động tại thời điểm t, ký hiệu là (wt + φ), có đơn vị là rađian (rad).
Pha là đại lượng xác định vị trí và chiều chuyển động của vật tại thời điểm t, với pha ban đầu được đo bằng rađian (rad) Tần số gốc của dao động, ký hiệu là w, cũng được tính bằng rađian trên giây (rad/s) Chu kỳ T của dao động điều hòa là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần, được đo bằng giây (s) Tần số (f) của dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện trong một giây, có đơn vị là héc (Hz), tương đương với một trên giây (1/s).
Hệ thức mối liên hệ giữa chu kì và tần số là 2 2 f
Các bước thiết lập phương trình dao động điều hòa: ã Phương trỡnh 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 dao động điều hòa có thể được biểu diễn dưới dạng x" = -ω²x và ωx = Acos(ωt + φ), với k = m Học sinh cần nhận diện các đại lượng thông qua đơn vị và dữ kiện đề bài, từ đó xác định các đại lượng đặc trưng của dao động điều hòa Ngoài ra, học sinh cần xác định các lực tác dụng lên vật dao động, thực hiện tính toán và viết được phương trình động lực học cũng như phương trình dao động điều hòa của con lắc đơn Việc chọn hệ trục tọa độ và lập phương trình dao động, tính chu kỳ dao động cùng các đại lượng trong công thức của con lắc lò xo cũng là những kỹ năng quan trọng cần nắm vững.
2.1.2 Dao động điều h òa c ủa con lắc đơn ã Với con lắc đơn, thành phần lực kộo vật về vị trớ cõn bằng là
Phương trình động lực học của con lắc đơn được biểu diễn bằng công thức Pt = -mg s, với s là li độ cong đo bằng mét (m) và l là chiều dài của con lắc đơn cũng đo bằng mét (m) Phương trình dao động của con lắc đơn có dạng s(t) = s₀ cos(ωt + j), trong đó s₀ là biên độ dao động Tần số góc của dao động con lắc đơn được tính bằng công thức ω = √(g/l), và chu kỳ dao động được xác định qua công thức T² = π(g/l).
Gia tốc rơi tự do (g) được tính bằng công thức g = 4π²l/T², trong đó l là chiều dài của con lắc đơn (1m) và T là chu kỳ dao động Để xác định chu kỳ T, cần đo thời gian của một số dao động toàn phần.
Để hiểu rõ về dao động, cần biết cách chọn hệ trục tọa độ và xác định các lực tác dụng lên vật dao động Ngoài ra, việc lập phương trình dao động và tính chu kỳ dao động cùng các đại lượng trong công thức của con lắc đơn cũng rất quan trọng.
2.1.3 D ao động tắt dần v à dao động cưỡng bức ã Dao động của hệ xảy ra dưới tỏc 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. ã Dao động tắt dần là dao động cú biờn độ giảm dần theo thời gian Nguyờn 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. ã Dao động cưỡng bức là dao động mà vật dao động chịu tỏc 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. ã Đặc điểm của dao động duy trỡ là biờn độ dao động khụng 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 ã Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng biờn 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. ã Điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng là: f = f0.
2.1.4 T ổng hợp hai dao động điều h òa cùng ph ương cùng tần số, phương pháp gi ản đồ Fresnel
Phương trình dao động điều hoà là x A cos( t = w + j ) Ta biểu diễn dao động điều hoà bằng vectơ quay O M r 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 điểm O với tốc độ góc w, theo chiều dương của đường tròn lượng giác, tức là ngược chiều kim đồng hồ.
Biết cách biểu diễn được dao động điều hoà bằng vectơ quay. ã Phương phỏp giản đồ Fre-nen :
Xét hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số là: x = A cos( t + 1 1 ω 1 ) và x = A cos( t + 2 2 ω 2 ) Để tổng hợp hai dao động điều hoà này, thực hiện như sau: M 1
Vectơ OM = OM1 + OM2 biểu diễn dao động tổng hợp Hình bình hành OMM1M2 không bị biến dạng và quay đều với tốc độ ω quanh điểm O Vectơ cũng quay đều theo cách tương tự Do đó, ta có x = x1 + x2 = Acos(ωt + φ) Biên độ A và pha ban đầu của dao động tổng hợp được xác định bằng công thức.
A sin A sin tan A cos A cos j + j j = j + j ã Độ lệch pha của hai dao động thành phần là:
Hiện tượng cộng hưởng: Xảy ra khi: f = f 0 hay w = w 0 hay T = T0
Với f, w, T và f0, w 0 , T0 là tần số, tần số góc, chu kỳ của lực cưỡng bức và của hệ dao động.
Chu ẩn kiến thức v à h ệ mục ti êu v ề dao động điều h òa
2.2.1 Chu ẩn kiến thức, kĩ năng phần dao động điều h òa
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 Công thức tính chu kỳ dao động của con lắc lò xo, con lắc đơn và con lắc vật lý rất quan trọng trong vật lý Con lắc đơn và con lắc vật lý được ứng dụng để xác định gia tốc rơi tự do, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các nguyên lý chuyển động và lực tác động trong tự nhiên Việc nắm vững các công thức này không chỉ hỗ trợ trong việc giải bài tập mà còn trong các nghiên cứu thực tiễn liên quan đến dao động.
Dao động riêng là loại dao động xảy ra khi một hệ thống được kích thích ở tần số tự nhiên của nó, dẫn đến biên độ lớn nhất Dao động tắt dần là hiện tượng khi biên độ của dao động giảm dần theo thời gian do sự tiêu tán năng lượng Dao động cưỡng bức xảy ra khi một lực bên ngoài tác động vào hệ thống, làm cho nó dao động với tần số của lực đó Cuối cùng, dao động duy trì là loại dao động được duy trì ổn định nhờ vào nguồn năng lượng bên ngoài cung cấp liên tục, giúp biên độ không bị giảm Mỗi loại dao động này có những đặc điểm riêng biệt và ảnh hưởng đến các hệ thống vật lý khác nhau.
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.
Để 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, ta có thể sử dụng phương pháp giản đồ Fre- nen Phương pháp này giúp xác định các đại lượng cần thiết một cách trực quan và chính xác, từ đó đưa ra công thức tính toán phù hợp cho biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp.
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
Học vật lý không chỉ là một sở thích mà còn là niềm đam mê khám phá khoa học Những đóng góp của vật lý đã thúc đẩy sự tiến bộ của xã hội, và chúng ta cần trân trọng công lao của các nhà khoa học trong lĩnh vực này.
Thái độ khách quan và trung thực, cùng với tác phong tỉ mỉ, cẩn thận và chính xác, là những yếu tố quan trọng trong việc học tập môn vật lý Ngoài ra, tinh thần hợp tác trong công việc cũng góp phần nâng cao hiệu quả trong việc áp dụng các kiến thức đã đạt được.
Ý thức vận dụng kiến thức vật lý vào thực tiễn không chỉ giúp cải thiện điều kiện sống và học tập mà còn góp phần bảo vệ và giữ gìn môi trường tự nhiên.
2.2.2 H ệ mục ti êu v ề dao động điều h òa
Dựa trên chuẩn kiến thức và kỹ năng do Bộ GD-ĐT ban hành, chúng tôi đã xây dựng hệ thống mục tiêu chi tiết nhằm làm cơ sở cho việc phát triển hệ thống bài tập phù hợp với kiến thức cơ bản đã được xác định.
Bậc 3 (Phân tích, tổng hợp, đánh giá)
A1 Phát biểu được khái niệm về chuyển động dao động
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
Trong chuyển động của dao động điều hòa, gia tốc và vận tốc có mối quan hệ chặt chẽ, với gia tốc tỷ lệ nghịch với vận tốc tại các điểm cực trị Tốc độ trung bình trong một chu kỳ và nửa chu kỳ có thể được tính toán dựa trên biên độ và thời gian Biên độ ảnh hưởng trực tiếp đến chiều dài quỹ đạo chuyển động, với biên độ lớn hơn dẫn đến quỹ đạo dài hơn Việc hiểu rõ những đặc điểm này giúp áp dụng hiệu quả trong các bài toán liên quan đến dao động điều hòa.
2 Con lắc đơn Con lắc vật lý.
3 Năng lượng trong dao động điều hòa. động của con lắc đơn.
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
Nguyên tắc mối quan hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa cho thấy rằng chuyển động của một vật trong dao động điều hòa có thể được hiểu như là hình chiếu của chuyển động tròn đều lên một trục Thời gian và quỹ đạo trong dao động điều hòa có thể được xác định bằng cách phân tích chuyển động tròn đều, giúp chúng ta tính toán các thông số như thời gian và đường đi của vật trong dao động.
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
Chu kỳ dao động điều hòa của con lắc đơn và con lắc vật lý có mối liên hệ chặt chẽ, trong đó chiều dài dây treo của con lắc đơn ảnh hưởng đến các đại lượng trong con lắc vật lý Việc hiểu rõ biểu thức tính chu kỳ giúp chúng ta nhận diện sự tương quan giữa chiều dài dây treo và các yếu tố khác trong hệ thống dao động.
4 Dao động tắt dần và dao động duy trì.
5 Dao động cưỡng bức Cộng hưởng.
A21 Phát biểu được khái niệm: dao động cưỡng bức, sự cộng hưởng.
A22 Phát biểu được nội dung của phương pháp giản đồ Fre-nen.
Để tính biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp khi tổng hợp hai dao động điều hòa có cùng chu kỳ và cùng phương, ta cần áp dụng công thức phù hợp Việc duy trì dao động này giúp xác định các đặc điểm quan trọng của hệ thống dao động, từ đó phân tích và ứng dụng trong thực tiễn.
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
Hiện tượng cộng hưởng cơ có thể mang lại cả lợi ích và tác hại; ví dụ, trong trường hợp hai con lắc có cùng chu kỳ, sự cộng hưởng có thể làm tăng biên độ dao động, dẫn đến sự hư hại cho cấu trúc Ngược lại, cộng hưởng cũng có thể được ứng dụng trong các thiết bị như đồng hồ cơ, giúp cải thiện độ chính xác Động năng và thế năng trong dao động tuần hoàn được chứng minh là có mối liên hệ chặt chẽ; tần số dao động của động năng và thế năng đều bằng tần số dao động của li độ, cho thấy sự chuyển đổi liên tục giữa hai dạng năng lượng này trong quá trình dao động.
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)
Xây d ựng hệ thống b ài t ập
2.3.1 Căn c ứ xây dựng hệ thống b ài t ập
Dựa trên chuẩn kiến thức kỹ năng và hệ mục tiêu đã xác định, chúng ta sẽ lựa chọn các bài tập theo nguyên tắc từ dễ đến khó Điều này giúp học sinh tiếp thu và hình thành kiến thức từ các bài tập cơ bản, bao gồm bài tập nhớ công thức đã học và bài tập vận dụng kiến thức vào các tình huống cụ thể Sau đó, học sinh sẽ tiến đến các bài tập khó hơn, yêu cầu kết hợp nhiều khối kiến thức.
Trong quá trình phân tích, tôi đã phân chia các bài tập thành nhiều dạng khác nhau, giúp học sinh dễ dàng nhận diện nội dung của từng loại bài tập Nhờ đó, học sinh có thể nhận dạng và giải quyết các bài tập một cách hiệu quả hơn.
Các bài tập được chia thành các dạng sau:
Dạng bài tập về chu kì của dao động điều hòa
Dạng bài tập về năng lượng trong dao động điều hoà
Dạng bài tập về thời gian, quãng đường, li độ trong dao động điều hoà
Dạng bài tập về phương trình dao động điều hoà
Dạng 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
2.3.2 L ựa chọn các bài toán để xây dựng hệ thống b ài t ập
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?
- 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
Bài tập này giúp học sinh hiểu rõ về chu kỳ dao động, một đại lượng quan trọng trong dao động điều hòa.
Treo 2 vật m 1 , m2 vào một lò xo k thì tần số dao động của con lắc f= 2Hz, lấy bớt vật nặng m 2 ra thì con lắc đó dao động với tần số f’= 2,5Hz Tính độ cứng k của lò xo và khối lượng m 1 biết m 2 = 225g.
Bài tập này được chọn vì nó không chỉ yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức về chu kỳ và công thức tính chu kỳ (T), mà còn đòi hỏi học sinh phải biết vận dụng từng công thức tương ứng với từng dữ kiện trong đề bài.
Bài tập này giúp học sinh hiểu rõ về chu kỳ dao động và cách áp dụng công thức chu kỳ cho từng bài toán cụ thể Ngoài ra, bài tập 1.1 sẽ hỗ trợ học sinh trong việc thực hiện các phép tính phức tạp, từ đó giúp việc tính toán chu kỳ trở nên dễ dàng hơn.
Cho 5 vật có khối lượng m 1 , m2, m3, m4, m5 Trong đó m 3 = m2-m1; m4 m2+m1; m5= m 1 m 2
Biết rằng gắn cùng một lò xo với m 1 thực hiện dao động với chu kì T1=0,3s với m 2 thực hiện dao động với chu kì T2=0,4s
Tìm các chu kì của con lắc nếu gắn lò xo trên lần lượt với m 3 , m4, m5 ( theo
Bài tập này không chỉ kiểm tra kiến thức về chu kỳ và công thức tính chu kỳ (T) mà còn yêu cầu học sinh vận dụng linh hoạt từng công thức phù hợp với các dữ kiện trong đề bài.
Học sinh sẽ vận dụng công thức chu kỳ một cách linh hoạt cho từng bài toán và kết hợp với các phép tính phức tạp từ bài tập 1.1 Nhờ vào bài tập 1.1, việc tính toán chu kỳ trở nên dễ dàng hơn.
Con lắc đơn có chiều dài l1 và l2, với chu kỳ dao động lần lượt là T1 và T2, có thể được tính toán khi chiều dài tổng hợp l = l1 + l2 và hiệu chiều dài l' = l1 - l2 Tại vị trí này, con lắc có chu kỳ dao động là 2,7 giây và 0,9 giây tương ứng với các chiều dài này.
Bài tập này kết hợp so sánh, yêu cầu học sinh không chỉ nắm vững kiến thức về chu kỳ và công thức tính chu kỳ (T) mà còn phải có kỹ năng tính toán cao Học sinh cần vận dụng kiến thức đã học để đối chiếu và phát triển các công thức giải nhanh cho bài toán, từ đó nâng cao khả năng giải quyết vấn đề trong toán học.
Hoàn thành bài tập này giúp học sinh tính toán các bài toán phức tạp về chu kỳ dao động Sau khi giải quyết các bài tập từ 1.1 đến 1.3, học sinh sẽ có khả năng giải bài tập 1.4 một cách dễ dàng và nhanh chóng hơn Các bài tập trước được sắp xếp theo nguyên lý mắt xích, kết nối chặt chẽ với bài toán tiếp theo.
Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa có năng lượng là 2.10 2 J , lò xo có độ cứng k0N/m Tìm biên độ của dao động
Bài tập này được chọn vì tính đơn giản của nó, yêu cầu học sinh nắm vững kiến thức về cơ năng Học sinh cần áp dụng công thức tính cơ năng với các đại lượng được cung cấp trong đề bài, từ đó có thể tính toán được đại lượng mà đề bài yêu cầu.
Bài tập này giúp học sinh hiểu rõ về cơ năng (năng lượng) dao động, nắm vững đơn vị năng lượng và áp dụng công thức tính năng lượng dao động điều hòa.
Cho vật dao động điều hòa với biên độ A và tần số góc w Vị trí và vận tốc của vật sẽ khác nhau tùy thuộc vào tần số dao động Wđ so với tần số riêng Wt Cụ thể, khi Wđ = Wt, vật đạt vị trí và vận tốc tối đa; khi Wđ = 3Wt, vị trí và vận tốc sẽ giảm xuống; khi 3Wđ = Wt, vật sẽ có vị trí và vận tốc khác biệt; khi Wđ = 8Wt, tình trạng dao động sẽ tiếp tục thay đổi; và khi 8Wđ = Wt, vật sẽ trở lại trạng thái dao động ban đầu nhưng với các thông số khác.
Bài tập này không chỉ giúp học sinh củng cố kiến thức và công thức về năng lượng dao động điều hòa, mà còn yêu cầu các em vận dụng linh hoạt từng công thức phù hợp với các dữ liệu trong đề bài Từ đó, học sinh sẽ tìm ra giá trị li độ và vận tốc tương ứng cho từng trường hợp cụ thể.
Hướng dẫn học sinh giải b ài t ập
2.4.1 Hướng dẫn học sinh giải bài t ập v ề chu k ì c ủa dao động điều h òa
Hướng dẫn giải bài tập 1.1 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
- Dữ kiện: Vật dao động điều hòa thực hiện được 20 dao động toàn phần trong 20s
-Ẩn số cần tìm: Chu kì dao động của vật (T)
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
- Nhận biết các dữ liệu đã cho trong đề bài có liên quan đến những kiến thức, khái niệm về chu kì dao động điều hòa
Bước 3 Xây dựng lập luận
GV: Em hãy tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho thông qua định nghĩa về chu kì?
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình 20T= 20 s
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV khuyến khích học sinh tự tính chu kỳ T từ biểu thức toán học đã được thiết lập Bước 5 bao gồm việc kiểm tra và xác nhận kết quả, đồng thời thực hiện biện luận để đảm bảo tính chính xác của phép tính.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một trong 3 cách :
Hướng dẫn theo mẫu, hướng dẫn tìm tòi hay hướng dẫn định hướng, chương trình hóa khái quát hóa
Cụ thể ở bài tập 1.1 này tôi chọn hướng dẫn học sinh giải theo mẫu bài toán trên:
Mỗi một dao động có thời gian tương ứng là 1T
Vật thực hiện được 20 dao động ứng với 20T
Trong thời gian 20s có 20T vậy ta thiết lập được biểu thức 20T s
Hướng dẫn giải bài tập 1.2 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
Khi treo hai vật m1 và m2 vào một lò xo k, tần số dao động của con lắc đạt 2Hz Tuy nhiên, khi loại bỏ vật nặng m2, tần số dao động của con lắc tăng lên 2,5Hz.
-Ẩn số cần tìm: Tính độ cứng k của lò xo và khối lượng m 1
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài, chúng ta cần liên hệ chúng với kiến thức và công thức liên quan đến chu kỳ của con lắc lò xo trong dao động điều hòa Chu kỳ của con lắc lò xo phụ thuộc vào độ cứng của lò xo và khối lượng của vật gắn trên nó Việc phân tích các thông tin được cung cấp sẽ giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chu kỳ và từ đó áp dụng công thức tính toán chính xác.
Bước 3 Xây dựng lập luận
Để tìm mối quan hệ giữa ẩn số cần xác định và các dữ kiện đã cho, chúng ta cần áp dụng công thức tính chu kỳ của con lắc lò xo Công thức này cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về cách mà các yếu tố như độ cứng của lò xo và khối lượng ảnh hưởng đến chu kỳ dao động Việc phân tích các thông số này sẽ giúp xác định chính xác ẩn số mà chúng ta đang tìm kiếm.
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình
Khi treo đồng thời hai vật ta có
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập dùng phương pháp tính toán để tìm được độ cứng k và m1
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một cách hướng dẫn giải bài toán
Cụ thể ở bài tập 1.2 này tôi chọn hướng dẫn tìm tòi cho học sinh giải bài toán trên:
- Em hãy nhắc lại biểu thức về chu kì của con lắc lò xo và quan hệ giữa chu kì và tần số ?
- Từ biểu thức đó em hãy áp dụng cho trường hợp lò xo treo đồng thời hai vật
- Nếu lấy bớt vật m 2 thì lò xo lúc này chỉ còn lại vật nào? Lúc này biểu thức đó sẽ biến đổi ra sao
Từ các biểu thức đã lập được hãy tìm cách giải
HD: Chia phương trình cho phương trình rồi thay số để tìm đại lượng đề bài yêu cầu Đáp án: k0N/m, m 1 =0,4kg
Hướng dẫn giải bài tập 1.3 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
Cho 5 vật có khối lượng m 1 , m2, m3, m4, m5 Trong đó m 3 = m2-m1; m4 m2+m1; m5= m 1 m 2
Biết rằng gắn cùng một lò xo với m 1 thực hiện dao động với chu kì T1=0,3s với m 2 thực hiện dao động với chu kì T2=0,4s
Tìm các chu kì của con lắc nếu gắn lò xo trên lần lượt với m 3 , m4, m5 ( theo T1, T2 ) Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
Nhận biết các dữ liệu trong đề bài liên quan đến kiến thức và công thức của chu kỳ con lắc lò xo trong dao động điều hòa là rất quan trọng Những thông tin này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến chu kỳ, từ đó áp dụng vào các bài toán thực tiễn Việc nắm vững các công thức và mối quan hệ giữa các biến số sẽ hỗ trợ trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến dao động điều hòa hiệu quả hơn.
Bước 3 Xây dựng lập luận
Để tìm mối quan hệ giữa ẩn số cần xác định và các dữ kiện đã cho, chúng ta cần sử dụng công thức tính chu kỳ của con lắc lò xo Công thức này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của con lắc và mối liên hệ giữa các yếu tố như độ cứng của lò xo và khối lượng của vật Việc áp dụng công thức sẽ cho phép chúng ta xác định được chu kỳ dao động của con lắc một cách chính xác.
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập dùng phương pháp
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một cách hướng dẫn giải bài toán
Cụ thể ở bài tập 1.3 này tôi chọn hướng dẫn định hướng chương trình hóa, khái quát hóa cho học sinh giải bài toán trên:
- Em hãy lập các biểu thức tính chu kì của lần lượt mỗi con lắc trong từng trường hơp
- Từ đó hãy rút ra được biểu thức tính khối lượng m 1 , m2 theo các đại lượng khác
Từ công thức tính khối lượng m1 và m2, chúng ta có thể thay vào công thức chu kỳ để tìm ra biểu thức cho các chu kỳ của con lắc khi gắn lò xo với các khối lượng m3, m4, m5 (theo T1, T2) Tiến hành thay số và thực hiện các phép tính để có được kết quả cuối cùng.
Hướng dẫn giải bài tập 1.4 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
Hai con lắc đơn có chiều dài lần lượt là l1 và l2, với chu kỳ dao động T1 và T2 Tại cùng một vị trí, con lắc có chiều dài l = l1 + l2 dao động với chu kỳ 2,7 giây, trong khi con lắc có chiều dài l' = l1 - l2 dao động với chu kỳ 0,9 giây.
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài liên quan đến chu kỳ của con lắc đơn trong dao động điều hòa, ta sử dụng công thức T = 2π√(l/g), trong đó T là chu kỳ, l là chiều dài của con lắc và g là gia tốc trọng trường Việc áp dụng công thức này giúp xác định mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến dao động của con lắc đơn.
Công thức liên quan đến chu kỳ đã thiết lập trong bài tập 1.3 cho thấy sự tương đồng có thể áp dụng cho con lắc đơn trong dao động điều hòa.
Bước 3 Xây dựng lập luận
GV: Em hãy tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho thông qua công thức vừa nêu
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập dùng phương pháp tính toán để tìm được T 1 , T 2
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một cách hướng dẫn giải bài toán
Cụ thể ở bài tập 1.4 này tôi chọn hướng dẫn định hướng chương trình hóa, khái quát hóa cho học sinh giải bài toán trên:
Chu kỳ của con lắc đơn được tính bằng công thức T = 2π√(l/g), trong đó T là chu kỳ, l là chiều dài của con lắc, và g là gia tốc trọng trường Đối với trường hợp chiều dài l’ khác, công thức sẽ trở thành T' = 2π√(l'/g) Từ hai biểu thức này, ta có thể rút ra công thức tính chu kỳ cho các trường hợp khác nhau của con lắc đơn.
2.4.2 Hướng dẫn học sinh giải bài t ập về năng lượng trong dao động điều ho à
Hướng dẫn giải bài tập 2.1 :
Bước 1 Tìm hiểu đề bài.
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
- Dữ kiện: Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa có năng lượng là 2.10 -2 J , lò xo có độ cứng k0N/m
-Ẩn số cần tìm: Tìm biên độ của dao động
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
- Nhận biết các dữ liệu đã cho trong đề bài có liên quan đến những kiến thức về cơ năng của dao động
Bước 3 Xây dựng lập luận
Để tìm mối quan hệ giữa ẩn số cần xác định và các dữ kiện đã cho, chúng ta cần áp dụng định nghĩa về cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng Cơ năng được tính bằng tổng của động năng và thế năng, và theo định luật bảo toàn, tổng cơ năng trong một hệ kín sẽ không thay đổi Việc sử dụng công thức cơ năng sẽ giúp xác định các yếu tố liên quan và mối quan hệ giữa chúng, từ đó rút ra được ẩn số cần tìm.
Hướng dẫn học sinh Đối chiếu các dữ kiện đã cho xác lập mối liên hệ, thành lập các phương trình E= 2
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập đễ dàng tính được biên độ của dao động A
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một trong 3 cách :
Hướng dẫn theo mẫu, hướng dẫn tìm tòi hay hướng dẫn định hướng, chương trình hóa khái quát hóa
Cụ thể ở bài tập 2.1 này tôi chọn hướng dẫn học sinh giải theo mẫu bài toán trên:
Vật dao động điều hòa có cơ năng là E 2
Từ đây biến đổi toán học ta được A k
Hướng dẫn giải bài tập 2.2 :
GV: Em hãy tìm hiểu đầu bài, tóm tắt các dữ kiện
Hướng dẫn học sinh biết được
Trong vật dao động điều hòa với biên độ A và tần số góc w, chúng ta có thể phân tích các trường hợp sau: a Khi tần số dao động Wđ bằng tần số tĩnh Wt; b Khi Wđ gấp 3 lần Wt; c Khi 3 lần Wđ bằng Wt; d Khi Wđ gấp 8 lần Wt; e Khi 8 lần Wđ bằng Wt Các trường hợp này giúp hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa tần số dao động và tần số tĩnh trong vật lý.
-Ẩn số cần tìm: Tìm vị trí (x) và vận tốc (v) của vật
Bước 2 Phân tích hiện tượng
GV: Em hãy cho biết bài toán trên liên quan đến kiến thức nào trong dao động điều hòa?
Để nhận biết các dữ liệu trong đề bài liên quan đến năng lượng của con lắc lò xo trong dao động điều hòa, ta cần áp dụng kiến thức và công thức phù hợp Năng lượng tổng của con lắc lò xo được biểu diễn bằng công thức E = 2, cho thấy mối liên hệ giữa năng lượng và các yếu tố như độ biến dạng và tần số dao động Việc hiểu rõ các thành phần này giúp giải quyết bài toán một cách hiệu quả.
Bước 3 Xây dựng lập luận
GV: Em hãy tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho thông qua công thức năng lượng của con lắc lò xo?
Hướng dẫn học sinh đối chiếu các dữ kiện đã cho để xác lập mối liên hệ và thành lập các phương trình Khi công của đối tượng Wđ bằng công của trọng lực Wt, ta có E = Wđ + Wt = 2Wđ = 2Wt Ngoài ra, khi Wđ bằng 3 lần Wt, các mối quan hệ này cũng cần được phân tích để hiểu rõ hơn.
E=Wđ+Wt= 3Wt+Wt= 4 Wt 3
E=Wđ+Wt= 3Wđ+Wđ= 4 Wđ 3
E=Wđ+Wt= 8Wt+Wt= 9 Wt 8
E=Wđ+Wt= 8Wđ+Wđ= 9 Wđ 8
Bước 4 Lựa chọn cách giải cho phù hợp.
GV để cho HS tự làm từ biểu thức toán học đã thiết lập dùng phương pháp tính toán để tìm được các giá trị của x và v tương ứng
Bước 5 Kiểm tra, xác nhận kết quả và biện luận.
GV cho học sinh đối chiếu với đáp án.
Sau khi đề ra các bước giáo viên có thể chọn một cách hướng dẫn giải bài toán
Cụ thể ở bài tập 2.2 này tôi chọn hướng dẫn tìm tòi cho học sinh giải bài toán trên:
- Em hãy nhắc lại biểu thức về năng lượng của con lắc lò xo và quan hệ giữa động năng và thế năng với năng lượng của nó
K ết luận chương 2
Trong chương này, chúng tôi đã trình bày các kiến thức cơ bản về dao động điều hòa và hệ thống mục tiêu cũng như chuẩn kiến thức kĩ năng trong dạy học vật lý Chúng tôi cũng đã nghiên cứu thực tiễn hoạt động sử dụng hệ thống bài tập tại trường THPT Dựa trên cơ sở lý luận và thực tiễn, chúng tôi xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập về dao động điều hòa cho học sinh lớp 12, đảm bảo phù hợp với chuẩn kiến thức kĩ năng đã đề ra.