SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG PT NGUYỄN MỘNG TUÂN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI
XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP ĐỒ THỊ
CHƯƠNG “SÓNG CƠ HỌC” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12,
NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC TƯ DUY CHO HỌC SINH THPT

Người thực hiện: Lê Thị Huệ
Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường PT Nguyễn Mộng Tuân
SKKN thuộc lĩnh vực môn: Vật lý

THANH HOÁ, NĂM 2018


1. MỞ ĐẦU
1.1. Lí do chọn đề tài.............................................................................................1
1.2. Mục đích nghiên cứu......................................................................................1
1.3. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................................1
1.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................................1
2. NỘI DUNG
2.1. Cơ sở lí luận lí ...............................................................................................2
2.1.1. Bài tập đồ thị...............................................................................................2
2.1.2. Nguyên tắc xây dựng, tuyển chọn và phân loại BT theo logic nhận thức
trong hệ thống bài tập chọn lọc.............................................................................2
2.1.3. Nguyên tắc xây dựng hệ thống BTĐT chọn lọc phần sóng cơ học lớp 12..2
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng đề tài....................................................3

PP
PPDH
QTDH
TDST
THPT
TL
TNSP
VL

Cụm từ
bồi dưỡng tư duy
Bài tập
Bài tập đồ thị
Bài tập chọn lọc
Bài tập vật lý
dạy học
dạy học vật lý
đại lượng vật lý
hệ quy chiếu
học sinh
Hiện tượng vật lý
Năng lực tư duy
phương pháp
phương pháp dạy học
Quá trình dạy học
tư duy sáng tạo
Trung học phổ thông
Tâm lý
Thực nghiệm sư phạm
vật lý

Như vậy xét về mục đích của phương pháp giáo dục phổ thông, vị trí
chương sóng cơ trong chương trình phổ thông, cũng như tính đặc biệt của bài
tập đồ thị trong hệ thống bài tập, tôi thấy rất cần thiết có một đề tài về bài tập đồ
thị chương sóng cơ học để phục vụ cho dạy và học. Chính vì vậy, tôi chọn đề tài
nghiên cứu: “Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập đồ thị chương “ sóng cơ
học” chương trình vật lý 12 nhằm bồi dưỡng nâng lực tư duy cho học sinh
THPT ”.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng và sử dụng bài tập đồ thị chương: “ sóng cơ học” vật lý 12
nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy cho HS THPT.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
- Quá trình dạy học là học sinh lớp 12 trường THPT Nguyễn Mộng Tuân.
- Bài tập đồ thị chương “ Sóng cơ học” Vật lý 12 THPT.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau :

1


- Phương pháp nghiên cứu lý luận.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
- Phương pháp điều tra và quan sát.
- Phương pháp phân tích, đánh giá.
- Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh.
2. NỘI DUNG
2.1. Cơ sở lí luận của vấn đề nghiên cứu
2.1.1. Bài tập đồ thị.
BTVL được được phân thành các loại: BT định định; BT tính toán; BT thí
nghiệm; Bài tập đồ thị. Ta đã biết đồ thị là một hình thức để biểu đạt mối quan
hệ giữa hai đại lượng vật lý, tương đương với cách biểu đạt bằng lời hay bằng

-Tiêu chí 7: Nội dung BT phải phù hợp yêu cầu ngày càng cao của các kì thi
nhưng vẫn phải đảm bảo phù hợp với thời gian học tập của HS ở lớp và ở nhà.
2


2.1.3. Nguyên tắc xây dựng hệ thống BTĐT chọn lọc phần sóng cơ học lớp 12
Xây dựng hệ thống BTĐTCL nhằm bồi dưỡng NLTD cho học sinhTHPT
theo các nguyên tắc sau đây:
- Bảo đảm được các tiêu chí theo các nguyên tắc tư duy chung của quá trình
nhận thức.
- Hệ thống BT được sắp xếp theo các chủ đề về nội dung kiến thức. Bao gồm
các BTĐT theo chủ đề sau:
+ BTĐT về quá trình truyền sóng cơ học.
+ BTĐT về sóng dừng.
+ BTĐT về sóng âm.
- Bài tập đồ thị theo chủ đề PP giải bao gồm:
+ Bài tập chọn lọc dùng PP chia nhỏ. Với loại BT này chúng tôi hướng
dẫn HS áp dụng PP tư duy nghiên cứu riêng lẻ đến khái quát tổng thể và vận
dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp vào BT một cách hiệu quả
nhất.
+ Bài tập chọn lọc dùng PP giải theo mối liên kết. Loại BT này chọn lọc
theo nguyên tắc nhân quả mà trong đó xuất hiện các mối liên kết tự nhiên, hệ
quả của sự ràng buộc, truyền động trong cấu trúc chung của hệ vật chất.
Với mỗi chủ đề, các BTĐT được sắp xếp theo trình tự:
+ Xuất phát bằng BTĐT điển hình.
+Bài tập phát triển dựa trên BTĐT xuất phát.
+Lời giải, hướng dẫn giải hoặc đáp số.
- Đặc biệt chú ý hướng dẫn học sinh cách đọc đồ thị trước một BTĐT.
2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN
Trong quá trình dạy học tại trường PT Nguyễn Mộng Tuân, tôi nhận thấy:

lượng vật lý), mô tả được hiện tượng vật lý hay nói cách khác biểu đại được mối
quan hệ giữa 2 đại lượng vật lý bằng lời.
- Bước 2: Tìm mối liên hệ giữa các dữ kiện bài toán với đại lượng cần tìm.
- Bước 3: Giải bài toán, tìm đại lượng cần tìm.
- Bước 4: Biện luận và kết luận
2.3.2. Hệ thống BTĐTCL chương “sóng cơ học” Vật lý 12 nhằm BDTD cho
HS THPT.
2.3.2.1. BTĐT chọn lọc chủ đề: sự truyền sóng cơ học
* Bài tập xuất phát: Xác định trạng thái dao động, hướng truyền sóng
BT 1:(Quốc Học Huế - 2017) Một sóng
truyền theo phương AB. Tại một thời điểm
nào đó, hình dạng sóng có dạng như hình
vẽ. Biết rằng điểm M đang đi lên vị trí cân
bằng. Khi đó điểm N đang chuyển động
A. đi xuống
B. đứng yên
C. chạy ngang
D. đi lên
Giải
Theo phương truyền sóng, các phần tử trước đỉnh sẽ đi xuống, sau đỉnh sóng sẽ
đi lên. Điểm M sau đỉnh sóng đang đi lên vậy sóng truyền từ B đến A và từ đó
cho thấy N sau đỉnh sóng nên cũng đang đi lên. Đáp án D
Nhận xét: Ở dạng BT này ta lưu ý tính chất theo phương truyền sóng, các
phần tử môi trường ở trước một đỉnh sóng gần nhất sẽ chuyển động đi xuống,
các phần tử môi trường ở sau đỉnh gần nhất sẽ chuyển động đi lên. Đây là
BTCB, nắm được dạng BT này sẽ là tiền đề để ta giải các BT phức tạp khác dễ
dàng hơn.
BT 2: (Chuyên Hà Tĩnh 2015): Một sóng ngang truyền trên một sợi dây rất dài
với tần số f = 10 Hz. Tại một thời điểm nào đó sợi dây có hình dạng như hình
vẽ. Trong đó khoảng cách từ vị trí cân bằng của điểm A

rad
4
3π rad
4

A.
C.

B.
D.

π
rad
3
2π rad
3

Giải
Từ đồ thị ta đọc được mối quan hệ giữa khoảng cách giữa 2 điểm và bước sóng
trên trục ox: MO = 4 ô; bước sóng λ = 12 ô
∆x 4 1
2π∆x 2π
=
= ⇒ ∆ϕ =
=
rad Đáp án D
λ 12 3
λ
3



5


N dao động trước O, sử dụng vòng tròn lượng giác dễ dàng tìm được độ lệch pha
∆ϕ =

7π
rad
6

Đáp án C

* BT phát triển : Xác định bước sóng, tốc độ truyên sóng, chu kỳ, biên độ.

BT 5: Một sóng hình sin truyền trên một sợi dây dài. Ở thời điểm t, hình dạng
của một đoạn dây như hình vẽ. Chu kỳ sóng là 3s. Các vị trí cân bằng của các
phần tử trên dây cùng nằm trên trục Ox. Tính bước sóng, tốc độ truyền sóng ?
Giải
λ
= 12 − 9 = 3 ⇒ λ = 6 cm
2
λ 6
Vận tốc truyền sóng v = = = 2 m/s.
T 3

Từ hình vẽ ta có

Nhận xét: Bước sóng là khoảng cách gần nhất giữa 2 điểm dao động cùng pha.
Khoảng cách gần nhất giữa2 điểm dao động ngược pha là

* BT phát triển : Xác định vận tốc của phân tử
BT 8: (THPT Nam Trực – 2017) 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 t 1 và t2 =
t1 + 1s. Tại thời điểm t2, vận tốc của điểm M
trên dây gần giá trị nào nhất sau đây?
A. – 3,029 cm/s.
B. – 3,042 cm/s.
C. 3,042 cm/s.
D. 3,029 cm/s.
Giải
Ta có

λ 1
= ⇒ λ = 0, 4m
4 10

S=

+ Trong 1 s sóng truyền đi được
Chu kì của sóng

T=

λ
π
= 8s ⇒ ω =
v
4

0,4
12

Tại t2, điểm A ở VTCB, có tốc độ cực đại, M dao động sau A trễ pha

13π
, sử
12

dụng vòng tròn lượng giác vàcông thức vận tốc ta có vận tốc của M tại thời điểm
0
t1 là: v = − Aω sin(30 + 45) 0 v = − v max cos ( 15 ) ≈ −3,029 cm/s Đáp án B
BT 9: ( QG năm 2013) 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). Tại thời điểm t2, vận tốc của
điểm N có thể nhận giá trị nào dưới đây

A. 65,4 cm/s.

B. - 65,4 cm/s.

C. -39,3 cm/s.

D. 39,3 cm/s.

Giải
Ta có λ = 8

30
30

của một đoạn dây tại hai thời điểm t 1 và t2
có dạng như hình vẽ bên. Trục Ou biểu diễn
li độ của các phần tử M và N ở các thời
điểm. Biết t2 − t1 bằng 0,05 s, nhỏ hơn một
chu kì sóng. Tốc độ cực đại của một phần tử
trên dây bằng
A. 3,4 m/s.
B. 4,25 m/s.
C. 34 cm/s.
D. 42,5 cm/s.
Giải
Từ đồ thị ta thấy

Từ hình vẽ, ta xác định được

u = 20mm Z

u = 20mm [






M
M
+ ( t1 ) u = 15, 4mm Z , ( t 2 ) u = + A
N

N


8


BT 11:(Chuyên Thái Bình – 2017) 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 = t1 + 0, 2 s (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 3 cm. Gọi
δ là tỉ số của tốc độ cực đại của phần tử trên
dây với tốc độ truyền sóng. Giá trị của δ gần
giá trị nào nhất sau đây?
A. 0,025
B. 0,018
C. 0,012
D. 0,022
Giải
+ Từ đồ thị ta có λ = 6,4m
Vận tốc truyền sóng
Tần

số

dao

v=


+ ( 0,2 + 0,4 ) =
λ
6,4
4
2
ωA
= 0,017
ta thấy u M = a = 3cm ⇒ δ =
v

∆ϕ = ∆ϕ x + ∆ϕ t =

Từ hình vẽ

BT 12: (Sở Vĩnh Phúc – 2017) 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 t 1
(đường 1) và t 2 = t1 + 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

1
t 0 = t1 − s ,
9

vận tốc dao


÷
 A ÷
 A = 2 11
  A 
T = 2s
+ Với k = 0 ⇒ ω = πrad.s −1


(

)

2

+ 3,52 = 7,5mm

1
t 0 = t1 − s là
9

Tốc độ của vật tại thời điểm
 1
v N = −ωAcos  ω ÷ ≈ 21 mm/s
 9
2

T = s
+ Với k = 1 ⇒  3
ω = 3πrad.s −1


.
3

Từ đồ thị λ = 48cm ; MN =24 cm =

C.
λ
2

T
.
6

D.

3T
.
4

Giải

Sóng truyền từ M đến N. Tại thời điểm t, M ở độ lệch pha giữa MN là:
∆ϕ =

2π∆x
=π .
λ

10


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 hai phần tử
M và N có giá trị gần nhất với giá trị nào sau
đây?
A. 8,5 cm
B. 8,2 cm .
C. 8,35 cm.
Giải
Độ lệch pha dao động giữa hai phần tử M và N
∆ϕ =

D. 8,02 cm

2π∆x 2π.8 2π
=
=
rad
λ
24
3

+ Khoảng cách giữa hai chất điểm
d = ∆x 2 + ∆u 2 với ∆x là không đổi, d lớn nhất khi ∆u lớn nhất
Ta có
Vậy

 2π 
∆u max = ( u M − u N ) max = A 2 + A 2 − 2A.Acos  ÷ = 3 cm
 3 

Giải
Từ đồ thị t= 0 uM =2 ,đang tăng và uN = 4 đạt cực đạị và sóng truyền từ N đến M
nên M, N lệch pha nhau

π
3

Phương trình dao động của hai phần tử M, N là
 u N = 4cos ( ωt )


π

 u M = 4cos  ωt − ÷
3



Từ đồ thị uN ta thấy rằng khoảng thời gian

∆t1 =

3
1
T = 0,05 ⇒ T = s ⇒ ω = 30π rad/s
4
15

Độ lệch pha giữa hai sóng
∆ϕ =

180 


Khoảng cách giữa hai phần tử MN
2

(

 10 
d = x 2 + ∆u 2 =  ÷ + −2 3
 3

)

2

=

4 13
cm
3

2.3.2.2. BTĐT chọn lọc chủ đề: Sóng dừng
BT 1: (Yên Lạc – 2016) Hình ảnh dưới đây
mô tả sóng dừng trên một sợi dây MN. Gọi H
là một điểm trên dây nằm giữa hai nút M, P.
Gọi K là một điểm trên dây nằm giữa hai nút Q
và N. Kết luận nào sau đây là đúng?
π
5

B. 2,5.

D. 4,8.

Giải
+ Ta để ý rằng

1
T
t 2 = t1 +
= t1 +
6f
6

Hai thời điểm tương ứng với góc quét
∆ϕ = 600

Từ hình vẽ ta có :
7

sin α =

1

A 
α+β= 600
→ cos ( α + β ) =

2
sin β = 8

λ
δ=
=
≈ 2,5
ωA P 2πA P

⇒ AP =

Tỉ số

Đáp án B
BT 3: (Chuyên Võ Nguyên Giáp –
2016) Sóng dừng trên một sợi dây với
biên độ điểm bụng là 4 cm. Hình vẽ
biểu diễn hình dạng của sợi dây ở thời
điểm t1 (nét liền) và t2 (nét đứt) . Ở thời
điểm t1 điểm bụng M đang di chuyển
với tốc độ bằng tốc độ của điểm N ở
13


thời điểm t2. Tọa độ của điểm N ở thời
điểm t2 là :
A. u N = 2 cm,

40
cm
3

xN =


vN = vM ⇒ A N =

Vậy điểm này cách nút

λ
8

2
AM
2

⇒ x N = 15cm

Dựa vào hình vẽ

uN =

2
A
A N = M = 2cm
2
2

Đáp án C
BT 4: (Chuyên Vĩnh Phúc – 2016)
Một sóng dừng trên một sợi dây đàn
hồi có dạng

π

t 4 = t1 +

3T
2

.

Hình dạng của sợi dây lần lượt là các
đường
A. (3), (4), (2)
B. (3), (2), (4)

C. (2), (4), (3)

D. (2), (3), (4)

Giải:
Tại thời điểm t1, ta xét một phần tử tại bụng sóng.
Các góc quét tương ứng với các thời điểm là
 ∆ϕ12 = ω∆t12 = 1350

0
 ∆ϕ13 = ω∆t13 = 315

0
 ∆ϕ14 = ω∆t14 = 540

Bằng phương pháp đường tròn ta dễ dàng xác
định được rằng tại thời điểm t2, điểm khảo sát có
li độ u = − 2A


D. 7,7 m/s

Giải
 T = 8∆ t
T 
Ta có ∆t = 8 ⇒ 
2
A = 2 2cm
u 0 =
2

Vận tốc truyền sóng λ = Tv ⇒ T = 0,02 s

Phương pháp đường tròn
Khoảng thời gian
ϕ = ωt =

10π
3

t=

1
s ứng
30

với góc quét

rad

λ 1, 2
Chu kì của sóng T = = = 0, 2 s
v 6

Giải

+ Hai thời điểm (2) và (3) vị trí của các phần từ dây đối
xứng với nhau qua vị trí cân bằng. Từ hình vẽ ta có:
T
T

6∆t = 2 ⇒ ∆t = 12

A = A 3
 M
2

Với A là biên độ của điểm bụng
Tốc độ cực đại của M
v max =

2π
2π 3
AM =
3 = 81,62 cm/s
T
0, 2 2

Đáp án B
2.3.2.3. BTĐT chọn lọc chủ đề: sóng âm


Đáp án B
* BTĐT phát triển:

16


BT 2:(Quốc gia – 2017) Tại một điểm
trên trục Ox có một nguồn âm điểm phát
âm đẳng hướng ra môi trường Hình bên là
đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường
độ âm I tại nhưng điểm trên trục Ox theo
tọa độ x. Cường độ âm chuẩn là
I 0 = 10−12 W.m −2 . M là một điểm trên trục Ox
có tọa độ x = 4m . Mức cường độ âm tại M
có giá trị gần nhất với giá trị nào sau
đây?
A. 24 dB
B. 23 dB
C. 24,4 dB
D. 23,5 dB
Giải:
Cường độ âm tại một điểm I tỉ lệ nghịch
với r 2 (với r là khoảng cách từ điểm đó
đến nguồn âm)
2,5.10 −9
I2 r
I
2
4 1

 
4

x là khoảng cách từ nguồn âm đến gốc tọa độ O
+ Tương tự như vậy với điểm M cách O 4 m nghĩa là cách nguồn âm 6 m, ta
cũng tìm được

IM =

IO
I
⇒ L M = 10log M ≈ 24,4dB
9
I0

Đáp án C
2.4. Hiệu quả của SKKN đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng
nghiệp và nhà trường
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành trong học kỳ I năm học 2017 –
2018 đối với HS lớp 12 Trường THPT Nguyễn Mộng Tuân – Tỉnh Thanh Hoá.
Các lớp được lựa chọn là 12A1, 12A6. Trong đó: Lớp đối ĐC: 12A7 ; Lớp TN:
12A1.Tôi tiến hành TNSP trực tiếp 2 lớp ĐC và TN xong, chúng tôi tiến hành
thực hiện bài kiểm tra (một bài 15 phút ) ở cuối bài dạy với nột dung đề hoàn
toàn giống nhau , kết quả thu được :
Bảng 1: Mức độ gây hứng thú cho học sinh và thời gian hoàn thành bài tập
trong quá trình học tập

17



SL
%
12A1 12
30,8
12A6 11
24,4
LỚP

KHÁ
SL
%
23
58,9
23
51,1

TR. BÌNH
SL
%
4
10,3
9
20,0

YẾU
SL
%
0
0
2

cũng như việc bồi dưỡng năng lực tư duy cho HS.
* Về mặt nghiên cứu ứng dụng:
- Đề xuất được PP tuyển chọn hệ thống BT chọn lọc.
- Đưa ra PP giải theo cách nhìn nhận mới.
- Xây dựng hệ thống BT đồ thị chọn lọc bồi dưỡng tư duy cho HS đồng
thời nâng cao chất lượng dạy học,phục vụ hiệu quả cho kì thi THPTQG
Một số khó khăn khi áp dụng vào dạy học:

18


Chất lượng đầu vào của trường nơi tôi dạy rất thấp, không đồng đều: Số
học sinh khá giỏi ít, phần lớn là HS trung bình. Kiến thức toán học của các em
còn non. Thời gian để hoàn tất chương trình đảm bảo cho HS đủ kiến thức trước
khi đi thi là rất ngắn. Do đó để thực hiện được đề tài này đòi hỏi giáo viên phải
có kế hoạch giảng dạy hợp lí. Lựa chọn BT xuất phát, dạng BT cung cấp cho
HS phải được cân nhắc cẩn thận đảm bảo sự tiếp thu hứng khởi nơi HS.
Những kết luận này một lần nữa khẳng định xây dựng hệ thống BTĐT
chọn lọc theo hướng phát triển BT nhằm rèn luyện năng lực tư duy cho HS,
tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS là đúng đắn và thiết thực, phù hợp với
yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học ở nước ta hiện nay.
3.2. Một số đề xuất, kiến nghị
Giáo viên phải chọn lọc BT để hướng dẫn HS, từ bài tập xuất phát, phát
triển thành các BT có độ khó tăng dần để khắc sâu kiến thức cho HS, không cần
cho HS làmquá nhiều BT.
Tổ chức nhiều hơn các buổi ngoại khóa Vật lí, thi giải bài tập từng tuần,
từng tháng trên bảng tin nhà trường để tạo hứng thú cho học sinh học Vật lí
nhiều hơn.
Do thời gian hạn chế và kinh nghiệm công tác giảng dạy của bản thân
chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình viết đề tài