skkn thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm sóng cơ và sự truyền sóng cơ để dạy học chương II sóng cơ và sóng âm vật lý lớp 12

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN
Kính gửi: Sở GD&ĐT Ninh Bình
Tôi (chúng tôi):
Ngày
Trình độ
Tỷ lệ % đóng
Nơi công
Chức
STT
tháng
chuyên góp vào việc tạo
tác
danh
năm sinh
môn
ra sáng kiến
Trường
Đinh Thứ
THPT
1
15/8/1984
Giáo viên Cử nhân
100%
Cơ
Kim Sơn
A
Họ và
tên

Là tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm
sóng cơ và sự truyền sóng cơ để dạy học chương II: "Sóng cơ và sóng âm" Vật lý lớp 12.
- Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Đinh Thứ Cơ.
I. NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN
1. Giải pháp cũ
a. Thí nghiệm đang sử dụng
- Hiện nay trong phòng thí nghiệm của các trường phổ thông phục vụ cho dạy
học nội dung Chương 2 - Vật lý 12 chỉ có hai thiết bị đó là:
+ Thiết bị thí nghiệm giao thoa sóng nước.
+ Thiết bị thí nghiệm sóng dừng trên dây có hai đầu cố định.
b. Hạn chế
- Chỉ cho thấy được kết quả của hiện tượng mà không thấy được quá trình
diễn ra của hiện tượng do xảy ra rất nhanh.
- Không quan sát được chuyển động của chi tiết từng phần tử.
- Thiết bị giao thoa sóng nước khó thực hiện nên không nhiều giáo viên sử
dụng.

1


- Giáo viên không thể biểu diễn thí nghiệm truyền sóng trên sợi dây được vì
thí nghiệm rất khó thành công.
2. Giải pháp mới
2.1. Thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm
a. Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo
- Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên sự truyền sóng cơ trên một vật đàn hồi là lò
xo.
- Cấu tạo:
+ Sợi lò xo dài 1,2m.
+ Các thanh nhôm (ống nhôm) đường kính 0,8cm, một loại dài 50cm và một

loại dài 30cm được gắn cố định vuông góc với lò xo và cách đều nhau.
+ Lò xo đặt cân bằng trên giá đỡ bằng gỗ.
- Yêu cầu kỹ thuật:
+ Độ cứng của lò xo phải đảm bảo đủ lớn để nằm cân bằng trên giá đỡ.
+ Độ cứng của lò xo và kích thước, khối lượng các thanh nhôm phù hợp với
nhau để sóng hình thành trên các thanh và truyền được dọc theo trục lò xo.
b. Nguyên vật liệu
Mỗi bộ thí nghiệm gồm
- Thanh nhôm: 34 cái.
- Lò xo: 1 cái
- Dây buộc, dây cao su để gắn cố định giữa thanh nhôm và lò xo.
- Đế gỗ: 1 cái.
- Trụ đỡ: 17 ốc dài 10cm và bu-lông;
- Chi tiết đỡ: Được uốn từ dây kẽm có 17 cái.
- Sợi chỉ mềm.
c. Chế tạo bộ thí nghiệm
- Dùng dây buộc, dây cao su mềm gắn cố định các thanh nhôm cách đều nhau
với lò xo theo phương vuông góc với lò xo. Khoảng cách hợp lý giữa các thanh
là 3cm.
- Điều chỉnh để vị trí gắn với lò xo là trọng tâm của thanh nhôm, giúp hệ
2


thống thanh nhôm nằm cân bằng.
- Dùng sợi chỉ mềm, liên kết các thanh nhôm với nhau để hệ thống nằm cân
bằng tốt hơn.
- Dùng bu-lông liên kết các trụ và chi tiếp đỡ với nhau, gắn với giá bằng gỗ.
- Đặt lò xo lên giá đỡ.

Hình ảnh bộ thí nghiệm

2.2. Ứng dụng của bộ thí nghiệm
Với thiết bị dạy học này tôi có thể sử dụng để dạy học gần như tất cả các nội
dung kiến thức phần sóng cơ theo sách giáo khoa Vật lý lớp 12 hiện hành như:
- Quá trình truyền sóng cơ (quá trình lan truyền dao động cơ giữa các phần tử
vật chất)
- Các khái niệm về sóng dọc và sóng ngang.
- Hình ảnh của một sóng hình sin
- Quá trình phản xạ sóng cơ trên vật cản cố định.
- Quá trình phản xạ sóng cơ trên vật cản tự do.
- Hiện tượng sóng dừng có hai đầu cố định.
- Hiện tượng sóng dừng có một đầu cố định, một đầu tự do.
Ngoài ra bộ thí nghiệm có thể biểu diễn các hiện tượng khác liên quan tới
sóng cơ như: Sự truyền sóng cơ qua hai môi trường khác nhau ....
Xem thêm phần phụ lục.
II. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CỦA SÁNG KIẾN
- Bộ thí nghiệm đã được chế tạo thành công vào dịp hè năm 2013 và kịp đưa
3


vào sử dụng cho năm học 2013 – 2014 tại trường THPT Kim Sơn A. Vì vậy tôi
đã có cơ hội thử nghiệm và đánh giá hiệu quả sử dụng của bộ thí nghiệm và tiến
trình dạy học đã xây dựng. Năm học 2014 - 2015 này, bộ thí nghiệm đã được
phổ biến tới các giáo viên của nhóm Lý - Trường THPT Kim Sơn A và được
đông đảo các thày cô sử dụng dạy học với tất cả các lớp thuộc khối 12.
III. ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH THU ĐƯỢC DO ÁP DỤNG SÁNG KIẾN
1. Hiệu quả giảng dạy
a. Chất lượng dạy học đại trà:
Căn cứ kết quả thi bán kỳ I các năm, nội dung thi gồm 2 chương: Chương 1 và
chương 2 của Vật lý 12. Tỉ lệ kiến thức của chương 2 đóng góp 50%.
Năm học

2013 - 2014
2014 - 2015

Giỏi
21%
28%

Khá
38%
40%

TB
31%
25%

Yếu
8%
5%

Kém
2%
2%

b. Chất lượng bồi dưỡng học sinh giỏi:
Đề thi HSG có 1/5 bài thuộc phần chương 2, chiếm tỉ lệ 20% cấu trúc đề thi.
HSG tỉnh
môn Vật lý
HSG Casiô

Năm học 2012 - 2013

1 nhất, 1 nhì, Xếp thứ 2/25
1 ba
toàn tỉnh

Năm học 2013 - 2014
Xếp thứ 1/25
2 nhất, 1 nhì
toàn tỉnh
1 ba khu vực

c. Chất lượng bồi dưỡng học sinh thi Đại học cao đẳng:
Tỉ lệ kiến thức chương 2, vật lý 12 có 07 câu trong tổng số 50 câu hỏi trắc
nghiệm của đề thi Đại học, Cao đẳng các năm, chiếm tỉ lệ 14%. Điểm thi môn
Vật lý góp phần nâng cao chất lượng đỗ Đại học, cao đăng trong xếp hạng
chung của nhà trường.
Xếp loại nhà
trường

2011

2012

2013

2014

Toàn quốc: 164
Tỉnh NB: 04

Toàn quốc: 145

Tỉnh NB: 04

Toàn quốc: 65
Tỉnh NB: 02

Toàn quốc: 84
Tỉnh NB: 02

2. Lợi ích xã hội

4


a. Đối học sinh: Dễ tiếp thu bài và hiểu bài nhanh hơn, gây hứng thú học tập
cho học sinh. Qua đó học sinh thêm yêu thích môn học, thích tìm hiểu, khám
phá kiến thức khoa học một cách tự nhiên và tự giác. Khi học sinh được học với
thiết bị thí nghiệm, được quan sát hiện tượng thực tế của sóng thì kiến thức nhớ
lâu hơn.
b. Đối giáo viên: Qua quá trình theo dõi, tôi nhận thấy các thầy cô giáo trong
trường ai cũng sử dụng bộ thí nghiệm để phục phục bài giảng của mình một
cách chủ động. Điều đó chứng tỏ sự cần thiết cũng như hiệu quả của bộ thí
nghiệm mang lại. Giúp tiết kiệm công sức mô tả, thời gian trình bày, tránh hiện
tượng dạy chay, góp phần đổi mới phương pháp dạy học.
c. Đối với phụ huynh và xã hội: Tạo được tâm lí tự tin cho phụ huynh và học
sinh trước mỗi kì thi quan trọng. Gây dựng được dư luận tốt đẹp trong lòng nhân
dân trong công cuộc đổi mới phương pháp dạy học hiện nay. Góp phần đưa nhà
trường là địa chỉ giáo dục tin cậy nhất của địa phương.
d. Đối với nhà trường THPT Kim Sơn A: Góp phần tạo được sự tin tưởng của
các cơ quan lãnh đạo với chuyên môn của nhà trường, với chuyên môn của
nhóm lý trường THPT Kim Sơn A.

3. Lợi ích kinh tế
- Bộ thí nghiệm được thiết kế dựa trên những nguyên vật liệu dễ kiếm, dễ
mua. Giáo viên và học sinh cũng có thể tự chế tạo được thí nghiệm này hoặc
những thí nghiệm tương tự (có cùng nguyên tắc hoạt động) bằng nguyên vật liệu
sẵn có khác.
- Giá thành của mỗi bộ thí nghiệm khoảng 350.000đ bao gồm:
+ Nguyên vật liệu: 150.000đ
+ Một ngày công chế tạo: 200.000đ
- So với giá thành của bộ thí nghiệm sóng cơ được trang bị trong nhà trường
vào khoảng 3.000.000đ thì bộ thí nghiệm này có giá thành chỉ hơn 10%. Nếu
mỗi trường THPT và trung tâm GDTX trong toàn tỉnh đều được trang bị một bộ
thí nghiệm này thì số tiền được làm lợi so với bộ thí nghiệm cũ đang được trang
bị ước tính theo bảng sau:
5


Bộ thí nghiệm cũ
(đang được trang bị)
33 trường x 3.000.000đ
= 99.000.000đ

Bộ thí nghiệm mới
(của sáng kiến)
33 trường x 350.000đ
= 11.550.000đ

Số tiền làm lợi
87.450.000đ

Tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn là trung thực, đúng sự thật và

hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
Kim Sơn, ngày 18 tháng 9 năm 2014
Người nộp đơn

ĐINH THỨ CƠ

6


PHỤ LỤC: ỨNG DỤNG CỦA BỘ THÍ NGHIỆM
1. Sử dụng trong dạy học đơn vị kiến thức quá trình truyền sóng cơ
- Mục đích của thí nghiệm: Biểu diễn bản chất của quá trình truyền sóng: Là
quá trình lan truyền dao động trong một môi trường.
- Tiến hành thí nghiệm: Đặt bộ thí nghiệm trên mặt bàn nằm ngang. Dùng tay
tác động lên thanh nhôm theo phương thẳng đứng để tạo một đầu sóng ở một
phía của bộ thí nghiệm. Quan sát quá trình lan truyền dao động (sự truyền sóng
ngang) trên các thanh nhôm dọc theo trục của lò xo.
- Kết quả của thí nghiệm:
+ Học sinh quan sát được rõ sự lan truyền dao động giữa các thanh nhôm dọc
theo trục của lò xo. Chỉ có dao động được truyền đi, còn bản thân các thanh
nhôm (đóng vai trò phần tử môi trường) chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng
của nó.
+ Giáo viên dễ dàng tạo một, hai hay nhiều đỉnh sóng, học sinh cũng hình
thành các khái niệm đỉnh sóng, hõm sóng.

2. Sử dụng trong dạy học đơn vị kiến thức sóng dọc và sóng ngang
- Mục đích thí nghiệm: Giúp học sinh hình thành khái niệm sóng dọc và sóng
ngang.
- Tiến thành thí nghiệm:
+ Giáo viên phân tích: Quan sát quá trình truyền sóng trong thí nghiệm trước,

học sinh đã nhận biết được phương dao động của các phần tử môi trường (chính
là phương dao động lên – xuống của các thanh nhôm) và phương truyền sóng
(sóng được truyền dọc theo trục của lò xo). Kết quả là ta có sóng ngang được
hình thành và truyền đi. Học sinh nhìn thấy quá trình truyền sóng ngang.
7


+ Nếu ta cho các thanh nhôm dao động dọc theo trục lò xo, ta được sóng dọc.
3. Sử dụng trong dạy học đơn vị kiến thức phản xạ sóng cơ trên vật cản tự
do
- Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn sự phản xạ của sóng cơ trên vật cản tự do
- Tiến hành thí nghiệm: Dùng tay tác động lên thanh nhôm theo phương thẳng
đứng để tạo một đầu sóng ở một phía của bộ thí nghiệm. Khi đó có sự lan truyền
sóng ngang trên các thanh nhôm dọc theo trục của lò xo.
- Kết quả thí nghiệm:
+ Khi sóng truyền tới đầu tự do của dây lò xo, quan sát sóng phản xạ thấy
cùng chiều biến dạng (cùng pha) với sóng tới tại điểm phản xạ.
+ Quá trình phản xạ ở hai đầu có thể diễn ra nhiều lần.

4. Sử dụng trong dạy học đơn vị kiến thức phản xạ sóng cơ trên vật cản cố
định
- Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn sự phản xạ sóng cơ trên vật cản cố định
- Tiến hành thí nghiệm:
Dùng một tay tác động lên thanh nhôm theo phương thẳng đứng để tạo một
đầu sóng ở một phía của bộ thí nghiệm. Tay còn lại giữ cố định thanh nhôm ở
đầu kia.
- Kết quả thí nghiệm: Khi sóng truyền tới đầu cố định của dây lò xo, quan sát
sóng phản xạ thấy ngược chiều biến dạng (ngược pha) với sóng tới tại điểm
8

phản xạ.

5. Sử dụng trong dạy học đơn vị kiến thức sóng dừng có một đầu cố định,
một đầu tự do
- Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn sóng dừng có một đầu cố định, một đầu tự
do.
- Tiến hành thí nghiệm: Dùng tay tác động lên thanh nhôm theo phương thẳng
đứng để tạo sóng ở một phía của bộ thí nghiệm. Khi đó có sự lan truyền sóng
ngang trên các thanh nhôm dọc theo trục của lò xo. Điều chỉnh tần số dao động
9


của tay để thu được hình ảnh sóng dừng. Ban đầu rung tay với tần số nhỏ, sau đó
tăng dần, khi hình thành sóng dùng thì tay rung đều. Bằng cách này có thể tạo
được sóng dừng trên bộ thí nghiệm với nhiều tần số khác nhau.
- Kết quả thí nghiệm: Quan sát được sự hình thành sóng dừng: Có những
thanh nhôm dao động với biên độ cực đại (bụng sóng), có những thanh nhôm
dao động với biên độ rất nhỏ coi như đứng yên (nút sóng). Đầu gắn với nguồn
sóng coi như một nút, đầu tự do là một bụng sóng.
- Học sinh có thể tham gia làm thí nghiệm này để trải nghiệm cảm giác tìm
được tần số phù hợp để xảy ra sóng dừng.

6. Sử dụng trong dạy học đơn vị kiến thức sóng dừng có hai đầu cố định
- Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn sóng dừng có hai đầu cố định.
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Giữ cố định thanh nhôm ngoài cùng ở một đầu của bộ thí nghiệm.
+ Dùng tay tác động lên thanh nhôm theo phương thẳng đứng để tạo sóng ở
một phía của bộ thí nghiệm. Khi đó có sự lan truyền sóng ngang trên các thanh
nhôm dọc theo trục của lò xo. Điều chỉnh tần số dao động của tay để thu được

hình ảnh sóng dừng. Ban đầu rung tay với tần số nhỏ, sau đó tăng dần, khi hình
thành sóng dùng thì tay rung đều. Bằng cách này có thể tạo được sóng dừng trên
bộ thí nghiệm với nhiều tần số khác nhau.
- Kết quả thí nghiệm: Quan sát được sự hình thành sóng dừng: Có những
10


thanh nhôm dao động với biên độ cực đại (bụng sóng), có những thanh nhôm
dao động với biên độ rất nhỏ coi như đứng yên (nút sóng). Đầu gắn với nguồn
sóng coi như một nút, đầu cố định là một nút sóng.
- Học sinh có thể tham gia làm thí nghiệm này để trải nghiệm cảm giác tìm
được tần số phù hợp để xảy ra sóng dừng.

7. Biểu diễn sự truyền sóng qua hai môi trường khác nhau
- Mục đích thí nghiệm: Biểu diễn sự truyền sóng qua hai môi trường khác
nhau.
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Nối hai đầu của hai bộ thí nghiệm, mỗi bộ thí nghiệm có tốc độ truyền sóng
khác nhau.
+ Tạo một đầu sóng ở một đầu bộ thí nghiệm
- Kết quả thí nghiệm: Sóng truyền qua chỗ nối của hai bộ thí nghiệm (nơi giao
nhau của hai môi trường truyền sóng khác nhau) sẽ thấy một phần sóng truyền
qua, một phần sóng phản xạ lại môi trường cũ. Do tần số sóng không đổi, nhưng
tốc độ truyền sóng của hai môi trường khác nhau nên ta quan sát được bước
sóng trong hai môi trường khác nhau (hiện tượng khúc xạ sóng, sau này học sinh
có thêm cơ sở để khẳng định bản chất sóng của ánh sáng).

11

12