Phát triển tư duy vật lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên đề đồ thị sóng cơ học vật lý 12 THPT

Đồ thị sóng theo không gian Hình ảnh sóng + Mô tả trạng thái dao động của các điểm trên phương truyền sóng ở một thờiđiểm t Hình ảnh sóng Hướng truyền sóng... Nhận xét: Đây là dạng đồ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT HẬU LỘC I

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI PHÁT TRIỂN TƯ DUY VẬT LÝ HỌC SINH QUA CHUYÊN ĐỀ

ĐỒ THỊ SÓNG CƠ HỌC VẬT LÝ 12 THPT

Người thực hiện: Bùi Văn Dương Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn SKKN thuộc lĩnh vực: Môn Vật Lý 12

THANH HÓA, NĂM 2021

MỤC LỤC

Trang

I MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Phạm vi nghiên cứu 3

II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 3

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 3

2.1.1 Phương trình sóng cơ ……….……….3

2.1.2 Độ lệch pha của sóng 4

2.1.3 Khoảng cách giữa hai điểm trên phương truyền sóng 4

2.2 Phương pháp giải toán chuyên đề sóng cơ học 4

2.2.1 Đồ thị sóng theo thời gian 5

2.2.2 Đồ thị sóng theo không gian 5

2.2.3 Chiều truyền sóng 6

2.3 Các bài toán minh họa 6

III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 18

3.1 Kết luận 18

3.2 Kiến nghị 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sách giáo khoa vật lý 12 nâng cao Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam

2 Sách bài tập vật lý 12 nâng cao Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam

3 Sách giáo khoa vật lý 12 Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam

4 Sách bài tập vật lý 12 Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam

5 Phương pháp dạy học vật lý ở trường THPT Nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội

6 Sách bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 12 Tác giả Nguyễn Phú Đổng Nhà xuất bản Thành phố Hồ Chí Minh

I MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài

Trong bối cảnh hiện nay, chất lượng giáo dục đang là vấn đề được toàn xã

hội quan tâm Giáo dục Việt nam cũng đã và đang nỗ lực đổi mới nhằm pháthuy tính tích cực, chủ động trong học tập của học sinh, tạo nên những thế hệ cókhả năng hiểu biết sâu sắc về lí luận và từ đó vận dụng linh hoạt lí luận vào thực

tế

Để đáp ứng với yêu cầu người học phải nắm thật vững kiến thức và thậtnhạy bén trong vấn đề vận dụng kiến thức môn học đồng thời người dạy cũngphải có chuyên sâu về kiến thức Xét về chất lượng, hiệu quả giảng dạy thì haihoạt động đều có vị trí, vai trò vô cùng quan trọng Xét về phương diện hoạtđộng của giáo viên, chất lượng dạy học nói chung và môn vật lý nói riêng phụthuộc nhiều vào khả năng, trình độ hiểu biết, sức sáng tạo và khả năng sư phạmcủa người dạy

Trong quá trình giảng dạy vật lý bản thân tôi rất tâm đắc làm thế nào đểgiúp học sinh nắm được kiến thức nâng cao của một bài nào đó, chuyên đề nào

đó là một yêu cầu hết sức thiết thực mà mỗi giáo viên cần phải quan tâm, nghiêncứu

Thực tế, trong chương trình vật lý lớp 12 có những nội dung tương đốikhó, đối với rất nhiều học sinh nói chung, do nó có nhiều dạng và nhiều phương

pháp giải khác nhau Khi giảng dạy học sinh trong nhiều năm ở phần ‘‘ Đồ thị

sóng cơ học ’’ tôi nhận thấy khả năng tiếp thu của các em còn chậm, học sinh

thường cảm thấy không tự tin và lúng túng trong việc tiếp thu kiến thức cũng

như giải bài tập về ‘‘ Đồ thị sóng cơ học ’’ Đặc biệt học sinh còn gặp phải

- Trong một đơn vị lớp có nhiều đối tượng học sinh với các khả năng nhậnthức, tư duy khác nhau nên không thể cho học sinh thảo luận để phát huy tối đa tínhtích cực, chủ động trong học tập của mỗi em nhằm phát triển tư duy cho các em.

Với lí do trên mà tôi đã nghiên cứu và viết đề tài “ Phát triển tư duy vật

lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên đề đồ thị sóng cơ học vật lý 12 THPT”

Với những biện pháp này, đề tài sẽ giúp học sinh có thái độ học tập tích cựchơn, tự vận dụng vấn đề một cách sáng tạo hơn, từ đó học sinh cảm thấy say mêhọc môn vật lí hơn Có kết quả cao trong các kỳ thi, nhất là khi thi học sinh giỏi,thi tốt nghiệp THPT Quốc gia

1.2 Mục đích nghiên cứu

Thông qua đề tài này giúp giáo viên, học sinh nắm được nội dung kiến thức cơ

bản, dạng bài toán đồ thị sóng cơ học, giúp cho người học vận dụng và củng cố

kiến thức một cách có hệ thống, từng bước phát triển tư duy từ dạng dễ đếnkhó

Bên cạnh đó cũng cố sự tự tin, bồi đắp sự hứng thú trong học tập, nâng cao khảnăng tự học, tự nghiên cứu của học sinh Đề tài nghiên cứu các nội dung sauđây:

 Cơ sở lí luận của đề tài

 Thực trạng của đề tài

 Giải pháp thực hiện

 Kết quả đạt được

1.3 Đối tượng nghiên cứu

 Học sinh THPT học chương trình Nâng cao vật lý 12

 Mục đích và nội dung thuộc chuyên mục sóng cơ học được giới thiệu

trong sách giáo khoa Vật Lý lớp 12 (Nâng Cao)

 Các bài tập, công thức được giới thiệu trong chương trình THPT

1.4 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp quan sát sư phạm

 Phương pháp nêu vấn đề trong giảng dạy

 Đề tài cĩ thể áp dụng cho học sinh, giáo viên khi nghiên cứu đồ thị sĩng

cơ học Đặc biệt trong việc học và bồi dưỡng học sinh thi học sinh giỏi cấp tỉnh mơn Vật Lý và thi tốt nghiệp THPT Quốc gia.

II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

2.1.1 Phương trình sĩng cơ

a)Tại nguồn O: uo a cos t0 

Tại điểm M trên phương truyền sĩng: u M  a cos (t M    t)

Nếu bỏ qua mất mát năng lượng trong quá trình truyền sĩng thì biên độ sĩng tại

- a O u

 Bước sóng

Lưu ý: Đơn vị của x, x 1 , x 2 ,d,  và v phải tương ứng với nhau.

2.2.3 Khoảng cách giữa hai điểm trên phương truyền sóng.

Đối với trường hợp sóng ngang thì khoảng cách giữa hai điểm MN:

với  u u u2  1; O1 và O2 lần lượt là vị trí cân bằng của M và N

2.2 Phương pháp giải toán chuyên đề sóng cơ học

Tại điểm O: uo a cos( t  ) Sóng truyền theo chiều dương của trục Ox vớibiên độ không đổi thì

2.2.1 Đồ thị sóng theo thời gian

+ Mô tả li độ dao động của 1 điểm ( x cố định) theo thời gian t

+ Chu kỳ: T

+ Độ lệch pha giữa 2 thời điểm

( tại 1 điểm ) cách nhau :

2.2.2 Đồ thị sóng theo không gian( Hình ảnh sóng )

+ Mô tả trạng thái dao động của các điểm trên phương truyền sóng ở một thờiđiểm t ( Hình ảnh sóng )

Hướng truyền sóng

uO(cm) 4

O

- 4

Khi sóng lan truyền đi: Sườn trước đi lên, Sườn sau đi xuống

Đỉnh sóng: điểm lên cao nhất

Hõm sóng: điểm hạ thấp nhất

Theo chiều truyền sóng từ trái sang phải:

- Các điểm ở bên phải của đỉnh sóng đi lên, còn các điểm ở bên trái của đỉnhsóng thì đi xuống

- Các điểm ở bên phải hõm sóng (điểm hạ thấp nhất ) thì đi xuống, còn cácđiểm ở bên trái hõm sóng thì đi lên

2.3 Các bài toán minh họa

Các bài tập theo thứ tự cụ thể, từ cơ bản đến nâng cao Phân dạng nhằm phát triển tư duy và kỹ năng người học

Bài 1: Tại thời điểm t0 = 0, đầu O của một sợi dây dài bắt đầu dao động theophương vuông góc với sợi dây Đồ thị phụ thuộc thời gian của li độ uO như hìnhvẽ.Tốc độ truyền sóng trên dây v = 100m/s Gọi M là điểm dọc theo dây cách Omột khoảng 50,5m Pha dao động tại M lúc t = 1,2 s là bao nhiêu ?

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo thời gian học sinh cần đọc được dạng

đồ thị, trạng thái ban đầu ở t 0 = 0, xác định được chu kỳ và phương trình dao động tại M

Bài 2: Trên một sợi dây dài đang có sóng

ngang hình sin truyền qua theochiều

dương của trục Ox Tại thời điểm t0, một

đoạn của sợi dây có hình dạng như hình

bên Hai phần tử dây tại M và Q dao động

lệch pha nhau bao nhiêu ?

Bài 3: Một sóng ngang hình sin truyền

trên một sợi dây dài Hình vẽ bên là

hình dạng của một đoạn dây tại một thời

điểm xác định Trong quá trình lan

truyền sóng, khoảng cách lớn nhất giữa

+ Khoảng cách giữa hai chất điểm:

d   x 2   u 2 với ∆x là không đổi, d lớn nhất khi ∆u lớn nhất

7

10

Bài 4: Một sóng hình sin đang truyền trên

một sợi dây theo chiều dương của trục Ox

Hình vẽ mô tả hình dạng của sợi dây tại thời

điểm t1 (đường nét đứt) và t2 = t1 + 0,3 (s)

(đường liền nét) Tính vận tốc của điểm N

tại thời điểm t2

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc

được dạng đồ thị, và nhớ lườn trươc đi lên, lườn sau đi xuống để xác định được trạng thái dao động của điểm N.

Bài 5: Một sóng cơ học tại thời điểm t0 =

0 có đồ thị là đường liền nét Sau thời

gian t, nó có đồ thị là đường đứt nét Cho

Bài 6: Sóng ngang có tần số f truyền

trên một sợi dây đàn hồi rất dài, với tốc

độ 3 m/s Sóng truyền trừ N đến M Đồ

thị biểu diễn li độ sóng của M và N

cùng theo thời gian t như hình vẽ Biết

t1 = 0,05 s Tìm khoảng cách giữa hai

phần tử chất lỏng tại M và N tại thời

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo thời gian học sinh cần đọc được dạng

đồ thị, trạng thái ban đầu ở t 0 = 0, xác định được chu kỳ và phương trình dao động tại M, N và độ lệch pha, khoảng cách hai điểm theo cơ sở lý thuyết đã giới thiệu

Bài 7: Trên một sợi dây dài có

một sóng ngang, hình sin truyền

qua Hình dạng của một đoạn dây

tại hai thời điểm t1 và t2 có dạng

như hình vẽ bên Trục Ou biểu

Từ hình vẽ, ta xác định được

+  1 M  2 M

N N

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc

được dạng đồ thị và liên hệ chuyển động tròn đều, nhớ lườn trức đi lên, lườn sau đi xuống để biểu diễn đúng trạng thái của M, N ở các thời điểm khác nhau

Bài 8: Tại thời điểm đầu tiên t = 0, đầu O của sợi dây cao su căng thẳng nằm

ngang bắt đầu dao động đi lên với tần số 8

Hz Gọi P, Q là hai điểm cùng nằm trên sợi

dây cách O lần lượt 2 cm và 4 cm Biết tốc

độ truyền sóng trên dây là 24 (cm/s), coi

biên độ sóng không đổi khi truyền đi Biết

vào thời điểm t 3 s

16

 , ba điểm O, P, Q tạothành một tam giác vuông tại P Tìm biên độ

sóng

P

Q O

u

t(s)

u A cos 16 t

6 19

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo thời gian học sinh cần đọc được dạng

đồ thị, trạng thái ban đầu ở t 0 = 0, xác định được chu kỳ và phương trình dao động tại O, P, Q và nhấn mạch trạng thái của các điểm trên dây ở cùng 1 thời điểm

Bài 9: Một sóng cơ lan truyền trên mặt nước

dọc theo chiều dương của trục Ox với bước

sóng , tốc độ truyền sóng là v và biên độ

sóng a gắn với trục tọa độ như hình vẽ Tại

thời điểm t1 sóng có dạng nét liền và tại thời

A

C O

Vì AB = BD nên thời gian dao động từ A đến B là t2  t1T

6 ứng với sóng truyền từ O đến C với quãng đường

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc

được dạng đồ thị và liên quan đến sự tương ứng về thời gian truyền sóng ứng với thời gia dao động của chất điểm

Bài 10: Tại điểm O trên mặt nước có một nguồn sóng đang lan truyền với bước

sóng , tốc độ truyền sóng là v và biên độ là

a gắn với hệ trục tọa độ như hình vẽ Tại

thời điểm t1 sóng có dạng nét liền và tại thời

điểm t2 sóng có dạng nét đứt Biết vào thời

A

C O

C

A2

uBu

x O

a

2 A

u

A1 A3B

A1

C

u

O a

Gọi d là khoảng cách từ A đến B theo phương truyền sóng, ta có:  A A 1 3  v t

Từ đồ thị ta suy ra giản đồ vectơ

Theo giả thuyết ta có:  

2

Vậy góc giữa hai vectơ biểu diễn cho dao động tại A

và B vào thời điểm t2 vuông góc với nhau

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc

được dạng đồ thị và liên quan đến sự tương ứng về thời gian truyền sóng ứng với thời gia dao động của chất điểm

Bài 11: Một sóng hình sin đang truyền

trên một sợi dây theo chiều dương của

trục 0x Hình vẽ mô tả hình dạng của sợi

dây tại thời điểm t1 và t2 = t1 + 1s Tại

thời điểm t2, vận tốc của điểm M trên dây



C

1

A

+ Độ lệch pha dao động theo tọa độ x của M

và điểm O

11 2

Lưu ý rằng tại thời điểm t1 M chuyển động

theo chiều âm (do nằm trước đỉnh sóng)

+ Hai thời điểm t1 và t2 lệch nhau tương ứng

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc

được dạng đồ thị và liên hệ chuyển động tròn đều, nhớ lườn trức đi lên, lườn sau đi xuống để biểu diễn đúng trạng thái của M ở các thời điểm khác nhau

Bài 12: Một sóng cơ truyền trên trục

Ox trên một dây đàn hồi rất dài với

tần số f = 1/3 Hz Tại thời điểm t0 = 0

và tại thời điểm

t1 = 0,875s hình ảnh của sợi dây được

mô tả như hình vẽ Biết rằng d2 – d1 =

10cm Gọi là tỉ số giữa tốc độ dao

động cực đại của phần tử trên dây và

Bài 13: Cho một sợi dây cao su căng ngang.

Làm cho đầu O của dây dao động theo

phương thẳng đứng Hình vẽ mô tả hình

dạng sợi dây tại thời điểm t1 (đường nét

liền) và t 2   t 1 0, 2s (đường nét đứt) Tại

thời điểm t 3  t 2  0,4s thì độ lớn li độ của

phần tử M cách đầu dây một đoạn 2,4 m

(tính theo phương truyền sóng) là 3cm

Gọi δ là tỉ số của tốc độ cực đại của phần tử

trên dây với tốc độ truyền sóng Tìm giá trị

Bài 14: Trên một sợi dây đàn hồi có ba

điểm M, N và P, N là trung điểm của đoạn

MP Trên dây có một sóng lan truyền từ M

đến P với chu kỳ T T 0,5   Hình vẽ bên

mô tả dạng sợi dây tại thời điểm t1 (đường

1) và t 2   t 1 0,5s(đường 2); M, N và P là vị

trí cân bằng của chúng trên dây Lấy

2 11 6,6  và coi biên độ sóng không đổi

khi truyền đi Tại thời điểm 0 1

cân bằng, tại thời điểm t2 N đi đến vị trí biên  t1 và

t2 là hai thời điểm vuông pha nhau thõa mãn

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc

được dạng đồ thị và liên hệ chuyển động tròn đều, nhớ lườn trức đi lên, lườn sau đi xuống để biểu diễn đúng trạng thái của M, N, P ở các thời điểm khác nhau

Bài 15: Một nguồn phát sóng cơ hình

sin đặt tại O, truyền dọc theo sợi dây

đàn hồi căng ngang rất dài OA với

bước sóng 48 cm Tại thời điểm t1 và

t2 hình dạng của một đoạn dây tương

ứng như đường 1 và đường 2 của

hình vẽ, trục Ox trùng với vị trí cân

bằng của sợi dây, chiều dương trùng

với chiều truyền sóng Trong đó M là

điểm cao nhất, uM, uN, uH lần lượt là li

độ của các điểm M, N, H Biết

+ Tại thời điểm t1, điểm H có li độ uH và

đang tăng, đến thời điểm t2, điểm H có li

lệch pha nhau về mặt không gian (Δx), vịx), vị

trí từ N đến H t 2ứng với sự lệch pha nhau

Nhận xét: Đây là dạng đồ thị sóng theo không gian gian học sinh cần đọc

được dạng đồ thị và liên hệ chuyển động tròn đều, nhớ lườn trức đi lên, lườn sau đi xuống để biểu diễn đúng trạng thái của M, N, P,Q, H ở các thời điểm khác nhau

17

III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

3.1 Kết luận

Thông qua tìm hiểu và phân tích kết quả của việc ứng dụng sáng kiến kinh

nghiệm “ Phát triển tư duy vật lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên đề đồ thị

sóng cơ học vật lý 12 THPT” trong một số năm, đặc biệt là trên phạm vi rộng ở

hai năm học 2020-2021 tôi tự nhận thấy

- Đối với giáo viên, sáng kiến kinh nghiệm này là một tài liệu quan trọngtrong công tác giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi các cấp phần sóng cơ học vì nógóp phần giải quyết triệt để các câu hỏi chốt trong các đề thi

- Đối với học sinh khá, giỏi, sáng kiến kinh nghiệm giúp cho các em kỹ năng

tư duy, suy luận lôgíc để chủ động, tự tin vào bản thân trong việc giải quyết cácbài tập hay và các hiện tượng vật lý khác mà các em sẽ gặp trong cuộc sống

Từ kết quả nghiên cứu, bản thân tôi cũng đã rút ra các bài học kinh nghiệm sau:

- Đối với giáo viên, nhất là khi được dạy ở các lớp học sinh có năng lực thìphải không ngừng tìm tòi, sáng tạo để nâng cao trình độ chuyên môn và nghiệp

vụ sư phạm cho bản thân, phải chú ý việc phát triển tư duy cho học sinh thôngqua các bài giảng lí thuyết, thông qua giải các bài tập từ đơn giản đến phức tạp

Từ đó tập cho các em cách phân tích, tổng hợp, xử lí thông tin để hiểu sâu hơn,ham mê hơn môn học và ứng dụng môn học vào cuộc sống Tất nhiên cũng cầnlựa chọn đối tượng để áp dụng sao cho hợp lí, tránh ôm đồm

- Đối với học sinh nếu muốn trở thành một học sinh giỏi thật sự thì ngoàikhả năng của bản thân cần phải rất chú ý ngay cả các bài giảng tưởng như đơngiản của Thầy cô Bởi đó là một cách giúp các em nghe để làm, để phát triển, đểhọc cách phân tích, xử lí các tình huống khác, nghĩa là học một để làm mười

3.2 Kiến nghị

Nhằm giúp đỡ các Thầy cô nâng cao kinh nghiệm, tay nghề trong việc dạyhọc, giúp các em học sinh biết cách tư duy lôgíc, phân tích, tổng hợp, xử lí cácthông tin Theo tôi, hàng năm phòng trung học phổ thông thuộc Sở giáo dục đàotạo cần lựa chọn và cung cấp cho các trường phổ thông một số sáng kiến, bài