intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT

Chia sẻ: Buctranhdo Buctranhdo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST
Báo xấu
43
lượt xem 2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của sáng kiến là lựa chọn, hệ thống và định hướng giải một số dạng bài tập thuộc phần cơ học THPT theo phương pháp suy luận tương tự. Phát triển năng lực cho học sinh như: năng lực toán học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực tự học, năng lực giao tiếp. Đặc biệt, đối với học sinh có thêm một tài liệu tham khảo tốt để ôn thi HSG và học sinh lớp 12 giải được các bài tập vận dụng cao phần cơ học trong đề thi THPT quốc gia.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT

  1. SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO NGHỆ AN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: ĐỊNH HƯỚNG GIẢI BÀI TẬP CƠ HỌC THEO PHƯƠNG PHÁP SUY LUẬN TƯƠNG TỰ GÓP PHẦN PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC CHO HỌC SINH THPT MÔN: VẬT LÝ THPT Tác giả: Nguyễn Công Lương Năm thực hiện 2020 - 2021 SĐT liên hệ: 0979 673 999
  2. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Giáo dục phổ thông ở nước ta đang trong quá trình đổi mới toàn diện theo hướng phát triển năng lực người học. Theo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, “năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, … thực hiện thành công một hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể”. Điều 5, khoản 2 trong Luật Giáo dục 2005 đã nêu rõ yêu cầu về phương pháp giáo dục: “Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học; bồi dưỡng cho người học năng lực tự học, khả năng thực hành, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên”. Nhờ vậy, có thể thấy những định hướng trên chỉ ra rằng, phương pháp giáo dục ở trường phổ thông nhằm phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh. Trong quá trình công tác, trải qua nhiều phương pháp dạy học tích cực tôi luôn tự hỏi làm thế nào để nâng cao chất lượng dạy và học. Bản thân nhận thấy rằng phải làm cho học sinh phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động khám phá những điều chưa biết dựa trên những điều mà các em đã tích lũy được. Để có một bài giảng thu hút được học sinh, giúp học sinh phát triển năng lực toán học đòi hỏi mỗi giáo viên phải tìm tòi, cập nhật các phương pháp, kĩ thuật dạy học mới phù hợp với từng đối tượng học sinh. Dạy học dựa trên phát triển năng lực là chìa khóa để nâng cao chất lượng dạy và học. Do đó dạy học theo hướng phát triển năng lực học sinh chú trọng lấy học sinh làm trung tâm và giáo viên là người hướng dẫn, giúp các em chủ động trong việc đạt được năng lực theo yêu cầu đặt ra, phù hợp với đặc điểm cá nhân. Trong chương trình vật lý THPT, trong các kì thi học sinh giỏi và THPT quốc gia thì phần cơ học là phần mà học sinh gặp rất nhiều khó khăn. Việc tìm ra được phương pháp giải dựa trên sự suy luận tương tự từ những kiến thức mà học sinh đã biết sẽ tạo ra hứng thú, niềm tin, ý chí... cho học sinh. Thông qua việc vận dụng phương pháp suy luận tương tự trong dạy học vật lý sẽ góp phần phát triển năng lực cho học sinh. Vì những lí do trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu “Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT” 1
  3. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Lựa chọn, hệ thống và định hướng giải một số dạng bài tập thuộc phần cơ học THPT theo phương pháp suy luận tương tự. Phát triển năng lực cho học sinh như: năng lực toán học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực sáng tạo, năng lực tự học, năng lực giao tiếp. Đặc biệt, đối với học sinh có thêm một tài liệu tham khảo tốt để ôn thi HSG và học sinh lớp 12 giải được các bài tập vận dụng cao phần cơ học trong đề thi THPT quốc gia. III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đội tuyển học sinh giỏi và đội dự tuyển học sinh giỏi tỉnh của trường THPT Thanh Chương 1 và một số trường trong địa bàn huyện Thanh Chương. Học sinh lớp 12A, 12B trường THPT Thanh Chương 1 năm học 2020 – 2021. IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý luận về năng lực, các loại năng lực trong dạy học . - Nghiên cứu phương pháp suy luận tương tự trong dạy học vật lý. - Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hiện hành, một số dạng bài tập cơ học THPT có thể sử dụng phương pháp tương tự. V. KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU Quá trình giảng dạy được áp dụng cho các lớp và đối tượng học sinh khác nhau để hoàn thiện dần. Từ đó tìm kiếm thêm các khó khăn, sai lầm mà học sinh thường gặp. Trao đổi chuyên môn cùng quý Thầy, Cô môn Vật lý trong tổ, ngoài trường và trên các diễn đàn Vật lý. Đề tài được thực hiện trong năm học 2020 - 2021 với kế hoạch cụ thể như sau. TT Thời gian Nội dung công việc Sản phẩm Từ 20/09/2020 Chọn đề tài Đăng ký đề tài 1 SKKN đến 20/10/2020 Từ 21/10/2020 Viết đề cương nghiên cứu Trình xét duyệt bản 2 đề cương SKKN đến 15/12/2020 3 Từ 16/12/2020 Đọc tài liệu lý thuyết viết Tập hợp tài liệu lý 2
  4. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT đến 30/12/2020 cơ sở lý luận thuyết Từ 01/01/2021 Trao đổi với đồng nghiệp Tập hợp ý kiến 4 đến 15/01/2021 và đề xuất sáng kiến đóng góp của đồng nghiệp Từ 16/01/2021 Dạy thử nghiệm cho đội Thống kê các kết đến 06/03/2021 tuyển HSG và cho học sinh quả thử nghiệm 5 đại trà tại các lớp 12A, 12B trường THPT Thanh Chương 1 Từ 07/03/2021 Hoàn thiện đề tài nghiên Hoàn thành SKKN 6 cứu đến 29/03/2021 VI. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tìm kiếm tài liệu tham khảo từ các nguồn liên quan đến phương pháp suy luận tương tự, các bài tập cơ học có thể sử dụng phương pháp suy luận tương tự trong chương trình Vật lý THPT, phương pháp dạy học theo phát triển năng lực. Trao đổi với đồng nghiệp để đề xuất biện pháp thực hiện. Giảng dạy thử nghiệm cho đội tuyển HSG và cho học sinh các lớp 12 trường THPT Thanh Chương 1. Phối hợp với giáo viên môn Vật lý tại các trường THPT trong huyện Thanh Chương để dạy thử nghiệm cho các đội tuyển HSG. 3
  5. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I. CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Tìm hiểu về năng lực Theo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, “năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, … thực hiện thành công một hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể”. 1.1. Năng lực tư duy và lập luận Năng lực tư duy là tổng hợp những khả năng cá nhân về ghi nhớ, tái hiện, trừu tượng hóa, khái quát hóa, tưởng tượng, suy luận - giải quyết vấn đề, xử lý và linh cảm trong quá trình phản ánh, phát triển tri thức và vận dụng vào thực tiễn. Năng lực lập luận là khả năng của mỗi cá nhân dựa vào những tiền đề cho trước, sử dụng ngôn ngữ Vật lý, bằng phương pháp luận để đưa ra kết luận đúng. 1.2. Năng lực giải quyết vấn đề Năng lực giải quyết vấn đề là khả năng cá nhân sử dụng hiệu quả các quá trình nhận thức, hành động và thái độ, động cơ, xúc cảm để giải quyết các tình huống mà ở đó không có sẵn quy trình, thủ tục, giải pháp thông thường. 1.3. Năng lực giao tiếp Vật lý Năng lực giao tiếp Vật lý là khả năng cá nhân sử dụng ngôn ngữ Vật lý để tiếp nhận, chuyển tải các ý tưởng, kiến thức, đưa ra lập luận, chứng minh, phản ánh, thảo luận trong quá trình giao tiếp để đạt được mục tiêu dạy học. 1.4. Năng lực sử dụng công cụ, phương tiện học Vật lý Năng lực sử dụng công cụ, phương tiện dạy học Vật lý là khả năng của cá nhân hiểu, biết sử dụng, bảo quản các công cụ, phương tiện khoa học để đạt được mục tiêu dạy học. 1.5. Năng lực toán học Năng lực toán học là khả năng của cá nhân biết lập công thức, vận dụng và giải thích toán học trong nhiều ngữ cảnh. Năng lực toán học phổ thông là khả năng nhận biết ý nghĩa, vai trò của kiến thức toán học trong cuộc sống; vận dụng và phát triển tư duy toán học để giải quyết các vấn đề của thực tiễn, đáp ứng nhu cầu đời sống hiện tại và tương lai một cách linh hoạt; là khả năng phân tích, suy luận, lập luận, khái quát hóa, trao đổi thông tin hiệu quả thông qua việc đặt ra, hình thành và 4
  6. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT giải quyết vấn đề toán học trong các tình huống, hoàn cảnh khác nhau, trong đó chú trọng quy trình, kiến thức và hoạt động. 1.5. Năng lực tự học Năng lực tự học là khả năng mỗi cá nhân tự hoàn thiện thông qua rèn luyện, trang bị, bổ sung kiến thức cho mình thông qua nhiều hình thức phương tiện. Năng lực tự học môn Vật lí của học sinh thể hiện ở chỗ bản thân mỗi học sinh biết tự quan sát phân tích, biết dự đoán, kiểm chứng… trên cơ sở đó rút ra kết luận, hình thành định luật Vật lí. Đồng thời tự hoàn thiện kiến thức học tại lớp, vận dụng để giải thích được hiện tượng Vật lí trong thực tế, cũng như giải các bài tập theo yêu cầu của chương trình, bên cạnh đó còn biết đề xuất những vấn đề vướng mắc trong học tập, cũng như một số hiện tượng Vật lí thường gặp trong thực tế. Năng lực tự học của học sinh còn thể hiện ở chỗ tự kiểm tra những kiến thức, kỹ năng của mình, thông qua đó các em tự bổ sung những kiến thức còn thiếu. 2. Dạy học định hướng phát triển năng lực vật lý cho học sinh Với cách hiểu về năng lực, việc dạy học định hướng phát triển năng lực về bản chất chỉ là cần và coi trọng thực hiện mục tiêu dạy học hiện tại ở các mức độ cao hơn, thông qua việc yêu cầu HS “vận dụng những kiến thức, kĩ năng một cách tự tin, hiệu quả và thích hợp trong hoàn cảnh phức hợp và có biến đổi, trong học tập cả trong nhà trường và ngoài nhà trường, trong đời sống thực tiễn”. Việc dạy học thay vì chỉ dừng ở hướng tới mục tiêu dạy học hình thành kiến thức, kĩ năng và thái độ tích cực ở HS thì còn hướng tới mục tiêu xa hơn đó là trên cơ sở kiến thức, kĩ năng được hình thành, phát triển khả năng thực hiện các hành động có ý nghĩa đối với người học. Nói một cách khác việc dạy học định hướng phát triển năng lực về bản chất không thay thế mà chỉ mở rộng hoạt động dạy học hướng nội dung bằng cách tạo một môi trường, bối cảnh cụ thể để HS được thực hiện các hoạt động vận dụng kiến thức, sử dụng kĩ năng và thể hiện thái độ của mình. Như vậy việc dạy học định hướng phát triển năng lực được thể hiện ở các trong các thành tố quá trình dạy học như sau: 2.1. Phương pháp dạy học phải phù hợp với tiến trình nhận thức của học sinh Phương pháp dạy học phải đi từ cụ thể đến trừu tượng; từ dễ đến khó; không chỉ coi trọng tính logic của khoa học toán học mà cần chú ý cách tiếp cận dựa trên vốn kinh nghiệm và sự trải nghiệm của học sinh. 5
  7. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT 2.2. Quán triệt tinh thần “lấy người học làm trung tâm” Phương pháp dạy học phải phát huy được tính tích cực, tự giác, chú ý nhu cầu, năng lực nhận thức, cách thức học tập khác nhau của từng cá nhân học sinh; tổ chức quá trình dạy học theo hướng kiến tạo, trong đó học sinh được tham gia tìm tòi, phát hiện, suy luận giải quyết vấn đề. 2.3. Linh hoạt trong việc vận dụng các phương pháp kỹ thuật dạy học tích cực Kết hợp được nhuần nhuyễn, sáng tạo kĩ thuật dạy học tích cực với việc vận dụng các phương pháp, kĩ thuật dạy học truyền thống; kết hợp các hoạt động dạy học trong lớp học với hoạt động thực hành trải nghiệm, vận dụng kiến thức toán học vào thực tiễn. Cấu trúc bài học bảo đảm tỉ lệ cân đối, hài hòa giữa kiến thức cốt lõi, kiến thức vận dụng và các thành phần khác. 2.4. Sử dụng được các phương tiện, thiết bị dạy học phù hợp. Sử dụng đủ và hiệu quả các phương tiện, thiết bị dạy học tối thiểu theo quy định đối với môn Vật lý; có thể sử dụng các đồ dùng dạy học tự làm phù hợp với nội dung học và các đối tượng học sinh; tăng cường sử dụng công nghệ thông tin và các phương tiện, thiết bị dạy học hiện đại một cách phù hợp và hiệu quả. 3. Suy luận tương tự 3.1. Định nghĩa và cấu tạo của suy luận tương tự Suy luận tương tự là phép suy luận căn cứ vào một số thuộc tính giống nhau của hai đối tượng, để rút ra kết luận về những thuộc tính giống nhau, khác nhau của hai đối tượng đó. 3.2. Cấu tạo của suy luận tương tự Có thể trình bày cấu trúc của suy luận tương tự như sau: - S1 có các dấu hiệu P1, P2 ... Pn - S2 có các dấu hiệu P1, P2 ... Pn-1 => S2 có dấu hiệu Pn Cấu tạo của suy luận tương tự cũng khá giống với cấu tạo của quy nạp, nhưng ở kết luận không đề cập đến toàn bộ, mà chỉ đến đặc điểm riêng của đối tượng hay nhóm đối tượng. 3.3. Các quy tắc của suy luận tương tự Có ba quy tắc cơ bản sau đây: 6
  8. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT a. Số lượng các đặc điểm giống (hoặc khác) nhau ở hai đối tượng so sánh càng nhiều, thì kết luận càng chính xác. b. Các đặc điểm giống (hoặc khác) nhau đó càng bản chất, thì kết luận rút ra càng chính xác hơn. c. Mối liên hệ giữa các đặc điểm giống (hoặc khác) với đặc điểm được rút ra ở kết luận càng chặt chẽ, hữu cơ, mang tính quy luật bao nhiêu, thì kết luận cũng sẽ càng chính xác. 3.4. Các kiểu suy luận tương tự 3.4.1 Các kiểu tương tự căn cứ vào tính chất giống nhau Chia ra thành hai dạng cơ bản: Suy luận tương tự về thuộc tính của các đối tượng có đặc điểm dựa trên cơ sở sự giống nhau về thuộc tính nào đó của hai đối tượng (hay nhóm đối tượng) để rút ra kết luận, chúng có thể giống nhau ở một số thuộc tính khác nữa. Suy luận tương tự về quan hệ giữa các đối tượng, đặc điểm là các đối tượng được so sánh không có những thuộc tính như nhau, mà có những thuộc tính hoàn toàn khác nhau, ở một nghĩa nào đó, thậm chí là không thể so sánh được, nhưng chúng có những mối quan hệ như nhau với các đối tượng khác. 3.4.2 Các kiểu tương tự theo mức giống nhau của các đối tượng Sự giống nhau giữa các thuộc tính hay các mối quan hệ qua lại của các đối tượng có thể có những mức độ khác nhau. Vì phép tương tự còn có tác dụng khác nữa - khoa học hoặc phổ thông. 3.5. Sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lí 3.5.1. Sự cần thiết của việc sử dụng suy luận tương tự trong dạy học vật lí Sử dụng suy luận tương tự giúp cho học sinh làm quen với một phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu vật lí. Việc sử dụng phương pháp tương tự góp phần nâng cao hiệu quả giờ học, thể hiện tính hệ thống của các kiến thức. Việc sử dụng suy luận tương tự còn làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tượng, quá trình vật lí không thể quan sát trực tiếp được. 3.5.2. Các khả năng sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lí Có thể sử dụng sự tương tự ở các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học, nhưng có giá trị hơn cả là việc sử dụng phương pháp tương tự để xây dựng kiến thức mới. Sử dụng sự tương tự để minh họa làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tượng, quá trình vật lí không thể quan sát trực tiếp được. Sử dụng sự tương tự 7
  9. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT để hệ thống hóa các kiến thức mà học sinh đã lĩnh hội ở nhiều phần khác nhau của vật lí. 3.5.3. Thực trạng việc sử dụng phương pháp tương tự trong dạy học vật lí Qua quá trình điều tra được tiến hành ở trường chúng tôi. Nội dung điều tra được tập trung vào việc dạy của giáo viên và việc học của học sinh, đặc biệt quan tâm đến việc sử dụng suy luận tương tự trong dạy học vật lí nói chung trong việc hình thành một số lý thuyết và hướng dẫn học sinh tư duy để giải một số bài tập thuộc chương trình vật lý phổ thông. Kết quả, việc vận dụng suy luận tương tự vẫn còn hạn chế, chưa thường xuyên. Có rất nhiều nguyên nhân học sinh còn chưa thường xuyên vận dụng, cụ thể là: - Học sinh chưa tích cực phân tích hiện tượng vật lí, tìm hiểu kỹ đề bài. - Học sinh chưa xác lập được mối quan hệ giữa các hiện tượng, quá trình. - Kiến thức toán học, kỹ năng lập luận của học sinh còn nhiều hạn chế. Sau đây tôi sẽ vận dụng phương pháp tương tự vào phân tích một số bài toán dao động cơ học. II. ĐỊNH HƯỚNG HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP CƠ HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SUY LUẬN TƯƠNG TỰ  Sau đây là một số bài toán và lý thuyết được xây dựng từ bài toán tổng quát và một số bài toán được giải độc lập, một số bài toán áp dụng kết quả của bài toán tổng quát. Từ đó góp phần phát triển năng lực tư duy và lập luận; năng lực giải quyết vấn đề, năng lực toán học, năng lực tự học... 1. Suy luận tương tự giữa cơ và điện trong chương trình vật lý THPT Bài toán (Trích đề thi thử THPT Quốc gia lần 3 trường chuyên ĐHV năm 2019) Con lắc lò xo nằm ngang gồm một vật nhỏ khối lượng m = 100 gam gắn vào đầu một lò xo nhẹ có độ cứng k = 400 N/m. Hệ đặt trong một môi trường có độ lớn lực cản tỷ lệ với vận tốc theo hệ số tỷ lệ h = 4 kg/s. Tác dụng vào đầu còn lại của lò xo một ngoại lực cưỡng bức hướng dọc theo trục lò xo F  3cos  50t  (trong đó F tính bằng đơn vị N, t tính bằng giây). Công suất trung bình của lực cưỡng bức đó là: A. 1,44 W. B. 1,25 W. C. 0,36 W. D. 0,72 W.  Đây là bài toán dao động tắt dần của con lắc lò xo dưới tác dụng của lực 8
  10. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT ma sát nhớt. Việc giải bằng phương pháp thông thường mà một số tài liệu chuyên đã giải gây ra cho học sinh nhiều khó khăn. Tuy nhiên nếu học sinh biết cách sử dụng phương pháp suy luận tương tự thì bài toán trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Định hướng: Sử dụng suy luận tương tự giữa cơ và điện. Trường hợp dao động tự do của dao động cơ và dao động điện từ Khi học về dao động điều hòa ở chương 1 vật lý lớp 12 học sinh biết được các kiến thức cơ bản: - Phương trình động lực học của dao động cơ điều hòa của con lắc lò xo: k k x  x  0 có nghiệm: x  Acos  t    ;   m m - Li độ x và vận tốc v liên hệ với nhau: x + Về mặt toán học: v   x  A.sin  t    t t0 + Về giá trị cực đại: v max  x max  A  + Về pha: vận tốc biến thiên nhanh pha hơn vận tốc . 2 2 2 x  v  + Liên hệ độc lập thời gian:      1  A   A  - Về năng lượng trong dao động điều hòa 1 1 + Thế năng: Wt  m2 x 2  kx 2 (thế năng tỷ lệ với bình phương li độ). 2 2 1 1 + Động năng: W  mv2  m2  A 2  x 2  2 2 1 1 + Cơ năng (năng lượng): W  m2 A 2  kA 2 2 2 - Khi học đến chương 4: Mạch dao động – Dao động điện từ Từ phương trình vi phân của dao động điện từ trong mạch LC lý tưởng: 1 q q  q  0 và i   q ta có thể suy ra được các biểu thức liên hệ LC t t  0 tương tự dao động cơ. 9
  11. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT 1 + Biểu thức điện tích tức thời trên bản tụ: q  Q 0 cos  t    ,   LC + Biểu thức cường độ dòng điện: i  Q0 cos  t     + Về pha thì cường độ dòng điện nhanh pha hơn điện tích 2 2 2  q   i  + Liên hệ độc lập với thời gian:     1 Q  0   Q 0  1 1 + Năng lượng điện trường: Wd  . q 2 ( tỷ lệ với bình phương điện tích) 2 C 1 1 1 + Năng lượng từ trường: Wt  Li 2  .  Q 02  q 2  2 2 C Q20 1 2 1 2 2 + Năng lượng điện từ: W   LI0  L Q0 . 2C 2 2 Trường hợp dao động tắt dần Với dao động tắt dần do ma sát nhớt, lực ma sát nhớt có chiều ngược với chiều của vận tốc và độ lớn tỷ lệ thuận với độ lớn vận tốc, ma sát làm cơ năng chuyển hóa thành nhiệt nên hệ có cơ năng và biên độ giảm dần. Ở mạch dao động điện từ thì dao động của mạch tắt dần do có điện trở thuần, điện trở làm năng lượng điện từ trong mạch chuyển hóa thành nhiệt. - Công suất tỏa nhiệt ở mạch LC khi có điện trở: + Giá trị tức thời là: p  i2 R I20 + Giá trị trung bình là: P  R  I 2 R 2   - Công suất của lực ma sát ở dao động cơ tắt dần ( F ms   v ): + Giá trị tức thời là: p  Fms .v  v2 v 20 + Giá trị trung bình là: P   2 Do đó ta có sự suy luận tương tự giữa hệ số ma sát nhớt  trong dao động cơ với điện trở thuần R trong dao động điện từ LC. 10
  12. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT Trong dao động cưỡng bức - Khi hệ dao động cơ có ma sát nhớt chịu tác dụng của ngoại lực tuần hoàn dạng Fn  F0 cos  n t  F  thì hệ dao động cưỡng bức với tần số góc F . - Khi dao động của đoạn mạch LC có điện trở thuần R (đoạn mạch RLC nối tiếp) thực hiện dao động cưỡng bức bởi điện áp dạng u  U 0 cos   t  u  thì hệ dao động cưỡng bức với tần số góc . - Vai trò của điện áp xoay chiều đặt vào đoạn mạch RLC tương tự ngoại lực điều hòa trong dao động cơ. Ngoài ra thì trong phần điện xoay chiều còn nhiều công thức được suy luận tương tự qua quan hệ vuông pha giữa vận tốc và li độ như: công thức liên hệ độc lập giữa từ thông  và suất điện động cảm ứng e ở hiện tượng cảm ứng từ trong máy phát điện xoay chiều một pha, giữa điện áp tức thời hai đầu cuộn dây thuần cảm hoặc hai đầu tụ điện với cường độ dòng điện trên đoạn mạch chứa chúng... Chúng ta có thể mô tả bằng bảng sau: Dao động cơ điều hòa Dao động điện từ k 1 x ''  x0 q ''  q0 m LC k 1   m LC x  Acos  t    q  Q0 cos  t    x q v  x '  A.sin  t    i  q '  Q0 .sin  t    t t0 t t0 2 2 2 2 x  v   q   i      1     1  A   A  Q  0   Q 0  Thế năng: Năng lượng điện trường: 1 1 1 1 Wt  m2 x 2  kx 2 Wd  . q 2 2 2 2 C Động năng: Năng lượng từ trường: 11
  13. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT 1 1 1 1 1 Wd  mv2  k  A 2  x 2  Wt  Li 2  .  Q 02  q 2  2 2 2 2 C Cơ năng (năng lượng): Năng lượng điện từ: 1 1 1 1 1 W  m2 A 2  kA 2 W  L2Q 02  . Q 02 . 2 2 2 2 C   v nhanh pha hơn x góc i nhanh pha hơn q góc 2 2 1 Vai trò của L như của m, của k như của C Hệ số ma sát nhớt  Điện trở thuần R Ngoại lực tuần hoàn trong dao Điện áp xoay chiều đặt vào đoạn mạch động cưỡng bức Fn  F0 cos  n t  F  RLC u  U 0 cos   t  u  Trong dao động cưỡng bức, tần số góc Cường độ dòng điện trong mạch và dao động bằng tần số góc của ngoại lực điện tích trên bản tụ biến thiên với tần cưỡng bức n số góc bằng tần số góc của điện áp  Hướng dẫn Cách giải không theo phương pháp suy luận tương tự: (Trích lời giải trên diễn đàn thư viện vật lý) - Cách 1: Giải bằng phương pháp vi phân như chương trình vật lý đại cương h + Lực cản: FC   hv . Hệ số tắt dần:    20 2m k + Tần số góc riêng: 0   20 10 rad / s m + Lực cưỡng bức: F  3cos  50t  N (biên độ F0  3 N , tần số góc   50 rad / s) + Phương trình vi phân biểu diễn dao động cưỡng bức: F0 x  x  20 x  cos t m + Nghiệm của phương trình này là: x  a cos  t    với biên độ 12
  14. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT F0 2 a và tan   2 2  20 m  2 0  2   4 22 T T + Công của lực cưỡng bức trong 1 chu kì: A   Fdx   Fvdt  aF0 sin  0 0 + Công suất trung bình của lực cưỡng bức trong 1 chu kì: A F022 P   0,72W  Chọn D T m  2  2 2  422   0  - Cách 2: + Dưới tác dụng của lực cưỡng bức vật dao động điều hòa với tần số bằng tần số lực cưỡng bức nên phương trình dao động có dạng: x  A cos  50t    . + Suy ra vận tốc, gia tốc có dạng: v   50Asin  50t    , a   2500A cos  50t    . + Phương trình động lực học: F  kx  hv  ma  3cos  50t   400Acos  50t    2000Asin  50t    250Acos  50t    150Acos  50t     200Asin  50t     3cos  50t  15 20 3  cos  50t     sin  50t     cos  50t  25 25 250A 15 20 3 + Đặt cos   ; sin    cos  50t       cos  50t  25 25 250A  3  3  250A  1 A  250  0,012m         ; tan   0,8   + Công suất tức thời của lực cưỡng bức: 1 p  F.v  3cos  50t  .   50.0,012sin  50t      1,8.  sin   sin(100t  )  2 20 + Công suất trung bình: p  0,9.sin   0,9.  0,72 (W). 25 13
  15. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT Cách giải theo phương pháp suy luận tương tự 1 + Sử dụng sự tương tự giữa cơ và điện ta có: m tương tự L, k tương tự ,h C tương tự R, F0  Fmax tương tự U 0 (tức là F  F0 cos(t)  3cos(50t) tương tự u  U 0 cos(t) ) 2 2  U  + Khi đó công suất của lực cưỡng bức là: P  I R    .R  R 2  (Z  Z )2   L C  Với 1 k 400 U 3 ZL  L  m  50.0,1  5; ZC     8; R  h  4; U  0  C  50 2 2 2  3   2  + Ta được: P  I 2 R    .4  0,72 (W)  Chọn D 2 2  4  (5  8)     Nhận xét: Với 3 cách giải được trình bày ở trên thì cách dùng phương trình vi phân cấp 2 theo chương trình vật lý đại cương thì không phù hợp với học sinh THPT. Cách thứ 2 học sinh có học lực khá hoặc trung bình sẽ khó tiếp thu . Còn cách giải bằng phương pháp suy luận tương tự cho lời giải nhanh, gọn và phù hợp với tất cả đối tượng học sinh. 2. Suy luận tương tự giữa các kiến thức vật lý với các kiến thức toán học Định hướng - Khái niệm đường tròn lượng giác: Đường tròn lượng giác là đường tròn đơn vị, định hướng (quy ước chiều dương là chiều ngược kim đồng hồ) và trên đó chọn điểm O1 làm gốc. - Điểm M(x;y) trên đường tròn lượng    giác sao cho OO1; OM   được gọi là điểm trên đường tròn lượng giác biểu diễn cung (góc) lượng giác có số đo  14
  16. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT  - Trục Ox được gọi là trục giá trị của cos (hình chiếu véc tơ OM trên trục Ox có giá trị đại số bằng cos  ) - Trục Oy được gọi là trục giá trị của sin. - Trục O1t gốc O1 cùng hướng với trục Oy được gọi là trục giá trị của tan. - Trục O 2 z gốc O 2 cùng hướng với trục Ox được gọi là trục giá trị của cot. - Giá trị lượng giác của góc  : sin   OM y  y cos   OM x  x sin   tan   O1M t  (   k) cos  2 cos  cot   O 2 M z  (  k) sin  Khi dạy học sinh phần dao động điều hòa thì các đại lượng li độ, vận tốc, gia tốc, có dạng: x  A cos(t  ); v   A.sin(t  ) ; a   2 A.cos(t  ) . Nếu đặt pha động t     hay nói cách khác là pha dao động tương tự như góc lượng giác ở môn toán, thì khi đó x  A(cos ); v  A( sin ); a  2 A( cos ) . Bằng cách suy luận tương tự ta có thể gắn các đường tròn tương tự đường tròn lượng giác để giải các bài tập về dao động điều hòa. - Đối với đường tròn trục li độ: xét đường tròn có bán kính bằng biên độ R  R x  A thì trục Ox là trục li độ. (H.1) - Đối với đường tròn trục vận tốc thì bán kính đường tròn là vận tốc cực đại R  R v  A với trục vận tốc là trục Ov ngược hướng Oy (vì nó tỷ lệ với hàm  sin ) (H.2) - Đối với đường tròn trục gia tốc thì bán kính đường tròn là gia tốc cực đại R  R a  2 A với trục gia tốc là trục Oa ngược hướng với trục Ox. (vì nó tỷ lệ với hàm – cos). (H.3) - Với cả ba đường tròn ứng với ba trục tương ứng thì góc pha trong vật lý có 15
  17. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT vai trò tương tự như góc lượng giác trong toán. Ta có thể gắn cả ba trục vào một đường tròn (gọi là đường tròn đa trục) rất tiện lợi trong việc giải các bài tập về dao động điều hòa. Khi sử dụng trục nào thì bán kính đường tròn được lấy bằng giá trị cực đại của đại lượng tương ứng. (H.4) Vào thời điểm t véc tơ quay biểu diễn cho dao động điều hòa tại M (véc tơ  OM) thì các giá trị động học của dao động điều hòa x  OK  R x .cos   A cos(t  ) v  OH   R v .sin    Asin(t  ) a  OK   R a .cos    2 A cos(t  ) Ngoài ra ta cũng có thể sử dụng thêm trục lực kéo về trùng hướng với trục gia tốc nhưng bán kính bằng độ lớn lực kéo về R F  m2 A .  Với sự suy luận tương tự loại này học sinh sẽ giải được rất nhiều dạng bài tập về dao động điều hòa như: Tìm thời điểm, thời gian, tìm quãng đường, tốc độ trung bình, trạng thái của vật...Tự bản thân học sinh sẽ tự suy luận và giải được các bài tập liên quan đến các đại lượng biến thiên điều hòa trong các chương dao động điều hòa, sóng cơ, mạch dao động LC, mạch điện xoay chiều RLC. Góp phần phát triển năng lực tư duy và lập luận; năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tự học cho học sinh. Bài toán 2.1. Một vật dao động điều hòa theo phương trình:  2  x  2cos  t   cm . Kể từ thời điểm t = 0, thời điểm vật đi qua vị trí có vận tốc  3  16
  18. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT v    cm / s  lần thứ 2021 là: A. 2020,5 s. B. 2021,5 s. C. 2019,5 s. D. 2018,5 s. Hướng dẫn - Giải theo cách không dùng suy luận tương tự  2   2  1 + v    cm / s    2 sin  t      sin  t      3   3  2  2   1  t     k2   t   2k (1)  3 6   11 2 2 7   t     2  t   2 (2)  3 6  6 1 11 + Họ (1) ứng với t min  khi k = 0, họ (2) ứng với t min  khi   0 . Vì 2 6 11 1  nên suy ra họ nghiệm (1) ứng với trường hợp vật đi qua vị trí có li độ 6 2 v    cm / s  theo lần lẻ, họ nghiệm (2) ứng với trường hợp vật đi qua vị trí đó theo lần chẵn. + Trong 2020 lần đầu thì có 1010 lần vật đi qua vị trí v    cm / s  theo lần chẵn và 1010 lần theo lần lẻ. + Lần thứ 2021 vật đi qua vị trí có li độ v    cm / s  ứng với giá trị t lớn thứ 1 1001 thỏa mãn họ nghiệm (1)  k  1010  t   2.1010  2020,5 s. 2  Chọn A - Giải theo cách dùng suy luận tương tự + t  0 : Pha dao động là 2   véctơ ở M 0 như hình vẽ 3 + v    cm / s  véctơ ở M1 hoặc M 2  mỗi vòng véctơ qua v    cm / s  hai lần 17
  19. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT 2021 + Ta có:  1010 dư 1  véctơ quét 2 1010 vòng và đến M1 .   1   + sin M1Ox   M1Ox  2 2 6  2   M 0 OM1     3 6 2 Góc quét của véc tơ   6061    1010.2  M 0OM1  2020   t  2020,5 s 2 2   Chọn A Bài toán 2.2. Một vật dao động điều hòa theo phương trình:  2  x  2cos  t   cm . Kể từ thời điểm t = 0, thời điểm vật đi qua vị trí có gia tốc  3  a  2 3  cm / s2  lần thứ 2021 là: A. 2020,5 s. B. 2021,5 s. C. 2019,5 s. D. 2018,5 s. Hướng dẫn - Giải theo cách không dùng suy luận tương tự  2   2  3 + a  2 3  cm / s 2    22 cos  t    2 3  cos  t      3   3  2  2 5  3   t    k2   t   2k (1)  3 6  2 2 5 1  t    2  t    2 (2)  3 6  6 3 11 + Họ (1) ứng với t min  khi k = 0, họ (2) ứng với t min  khi   1 . Vì 2 6 3 11  nên suy ra họ nghiệm (2) ứng với trường hợp vật đi qua vị trí có gia 2 6 tốc a  2 3  cm / s2  theo lần lẻ, họ nghiệm (1) ứng với trường hợp vật đi qua vị trí đó theo lần chẵn. 18
  20. Định hướng giải bài tập cơ học theo phương pháp suy luận tương tự góp phần phát triển năng lực cho học sinh THPT + Trong 2020 lần đầu thì có 1010 lần vật đi qua vị trí a  2 3  cm / s2  theo lần chẵn và 1010 lần theo lần lẻ. + Lần thứ 2021 vật đi qua vị trí có gia tốc a  2 3  cm / s2  ứng với giá trị t lớn thứ 1001 thỏa mãn họ nghiệm (1) 3    1010  t   2.1010  2021,5 s.  Chọn B 2 - Giải theo cách dùng suy luận tương tự 2 + t  0 : Pha dao động là     3 véctơ ở M 0 như hình vẽ + a  2 3  cm / s2  véctơ ở M1 hoặc M 2  mỗi vòng véctơ qua + a  2 3  cm / s2  hai lần 2021 + Ta có:  1010 dư 1  véctơ 2 quét 1010 vòng và đến M1 . 2 3 3  + Với cos   2   2 2 6  2  3 M 0 OM1     Góc quét 3 6 2  3 6063  +   1010.2  M 0 OM1  2020   t  2021,5 s 2 2   Chọn B  Nhận xét: Đối với những bài toán dao động điều hòa nói riêng và biến thiên điều hòa nói chung, việc vận dụng đường tròn lượng giác trong giải bài tập dạng trắc nghiệm sẽ cho kết quả nhanh hơn việc giải phương trình lượng giác. Đồng thời học sinh có thể áp dụng cho nhiều đại lượng vật lý và nhiều phần trong vật lý. 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

EXAM.05: Bộ 300+ Đề Thi Thử THPT Quốc Gia 2022
304 tài liệu
920 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
7=>1