Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh một số bài tập vật lý cấp THPT

I. TÊN ĐỀ TÀI Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh một số bài tập vật lý cấp THPT. II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Giải bài tập vật lý giúp cho học sinh (HS) có thể ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức đã học. Bài tập vật lý có thể là điểm khởi đầu để dẫn dắt kiến thức mới. Bài tập vật lý giúp HS rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, khả năng vận dụng lý thuyết đã học để giải thích một số hiện tượng thực tế, làm bài tập. Mức độ tiếp nhận kiến thức của HS được đánh giá thông qua bài kiểm tra, thông qua các kỳ thi. Kể từ năm học 2007 - 2008, Bộ GD&ĐT áp dụng hình thức thi trắc nghiệm đối với môn Vật lý trong kỳ thi Tốt nghiệp THPT và Tuyển sinh Đại học – Cao đẳng. Vì vậy, việc ôn luyện, trả lời nhanh các câu hỏi trắc nghiệm vật lý được các giáo viên giảng dạy và học sinh đề cao. Máy tính cầm tay (MTCT) là một trong những dụng cụ học tập không thể thiếu giúp HS tính toán các phép tính toán học trong thời gian ngắn và chính xác. Khi giải các bài tập vật lý luôn cần tới sự trợ giúp của MTCT để thu được kết quả của bài toán. Bắt đầu từ năm học 2007 - 2008, Sở GD&ĐT một số tỉnh đã có tổ chức kỳ thi cấp tỉnh “Thi chọn Học sinh giỏi giải toán trên máy tính cầm tay môn vật lý cấp THPT”, Bộ GD&ĐT đã tổ chức kỳ thi khu vực “Thi chọn học sinh giỏi giải toán trên máy tính cầm tay môn Vật lý cấp THPT”. Hơn nữa, tại trường THPT Việt Bắc, các bài kiểm tra định kỳ môn Vật lý áp dụng hình thức kiểm tra trắc nghiệm 100 % đối với lớp 12, 60% – 70% đối với lớp 10 và lớp 11. Hơn nữa, kết quả khảo sát về việc sử dụng MTCT để tính toán tìm đáp số khi giải các bài tập vật lý, kết quả như sau: + 20% sử dụng tốt MTCT. + 65% biết sử dụng MTCT. + 15% không biết sử dụng MTCT. Vì vậy, việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý có sự hỗ trợ của MTCT là cần thiết; Giáo viên cần có sự đầu tư về thời gian, công sức để có được cách hướng dẫn HS một cách hợp lý, giúp các em tính toán đi đến kết quả của bài tập một cách nhanh nhất. Xuất phát từ những lý do nêu trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh một số bài tập vật lý cấp THPT”. III. NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1.Mục đích nghiên cứu Trên cơ sở phân tích các bước giải bài toán vật lý, tính năng sử dụng của một số loại MTCT, nghiên cứu hoạt động giải bài tập vật lý với sự hỗ trợ của MTCT nhằm giải bài tập được nhanh và chính xác. 2. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các dạng bài tập vật lý cấp THPT. - Nghiên cứu các tính năng và cách sử dụng các loại máy tính cầm tay Casio - Fx 570MS , Casio - Fx 570ES và các loại máy tính có tính năng tương đương. - Lựa chọn một số bài tập vật lý tiêu biểu trong chương trình vật lý cấp THPT để hướng dẫn giải với sự hỗ trợ của MTCT. 3. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu về lý luận dạy giải bài tập vật lý, SGK và SGV Vật lý cấp THPT. - Tổ chức thực nghiệm hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý với sự hỗ trợ của MTCT thông qua một số giờ tự chọn, ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi. - Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng MTCT, tham khảo một số đề thi MTCT trên mạng internet . 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: hoạt động dạy của GV và hoạt động học của HS trong việc giải bài tập vật lý với sự hỗ trợ của MTCT. - Phạm vi nghiên cứu : Một số bài tập tiêu biểu hướng dẫn HS giải bài tập với sự hỗ trợ của MTCT. 5. Nội dung 5.1. Giới thiệu chức năng cơ bản của các loại MTCT Các loại máy tính cầm tay hiện đang có bán trên thị trường đều có các chức năng cơ bản: tính toán, phép toán có nhớ, giải phương trình, giải hệ phương trình, đổi đơn vị…. Đối với các máy Casio Fx 570 MS, Casio Fx 570 ES có thêm một số chức năng: đạo hàm – tích phân, lệnh Solve – Calc, số phức… Trong đề tài này, tôi đặc biệt quan tâm tới chức năng: tính toán, lệnh solve – Calc, đạo hàm, tích phân, giải phương trình, giải hệ phương trình, tính toán trên số phức. 5.2. Cách trình bày cách giải bài tập vật lý với sự hỗ trợ của MTCT Câu hỏi 1:………… Trình bày ngắn gọn lời giải về nội dung vật lý (chủ yếu là biểu thức, phương trình) Kết quả Câu hỏi 2:……….. Trình bày ngắn gọn lời giải về nội dung vật lý (chủ yếu là biểu thức, phương trình) Kết quả ... 5.3. Hướng dẫn học sinh giải một số bài tập vật lý với sự hỗ trợ của MTCT nhãn hiệu “Casio Fx 570 ES” (Kết quả bài toán chính xác tới 4 chữ số thập phân) Bài 1. Tại một nơi trên Trái Đất, một con lắc đơn khi có chiều l1 thì dao động với chu kì T1; có chiều dài l2 thì dao động với chu kì T2; Biết rằng con lắc đơn khi có chiều dài (l1 + l2) thì dao động với chu kì T3 = 2,7 s; có chiều dài (l1 - l2) dao động với chu kì là T4 = 0,8 s. Hãy tính chu kì dao động T1 và T2 của con lắc đơn khi có chiều dài tương ứng là l1 và l2? Tóm tắt cách giải Kết quả - Biểu thức của các chu kì: Tính T1: ( ( 2.7 x2 + 0.8 x2 ) ¸ 2 ) = 1.991230775 Tính T2: Sau khi tính T1 bấm REPLAY dịch chuyển con trỏ sửa dấu (+) thành dấu (-) trong biểu thức vừa tính T1 rồi bấm = Hoặc ( ( 2.7 x2 - 0.8 x2 ) ¸ 2 ) = 1.823458253 T1 = 1,9912 (s) T2 =1,8235 (s) Bài 2. Cho hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số: x1 = 3,7sin(10pt+ 0,32) (cm) ; x2 = 2,8cos(10pt - 0,48) (cm). Tìm phương trình dao động tổng hợp? Tóm tắt cách giải Kết quả Phương trình dao động tổng hợp: x = x1 + x2 = 3,7sin(10pt+ 0,32) + 2,8cos(10pt - 0,48) x = 3,7cos(10pt + 0,32 - ) + 2,8cos(10pt - 0,48) Tìm x: SHIFT MODE 4 MODE 2 3.7 SHIFT (-) ( 0.32 - ( SHIFT x10x ¸ 2 ) ) + 2.8 SHIFT (-) ( - 0.48 ) = 6.03271234 -0.92151105 Kết quả: x = 6,0327cos(10pt – 0,9215) (cm) x = 6,0327cos(10pt – 0,9215) (cm) Bài 3. Một ống dây dẫn có điện trở R và hệ số tự cảm L. Đặt vào hai đầu ống một hiệu điện thế một chiều 12 V thì cường độ dòng điện trong ống là 0,2435 A. Đặt vào hai đầu ống một hiệu điện thế xoay chiều tần số 50 Hz có giá trị hiệu dụng 100 V thì cường độ hiệu dụng của dòng điện trong ống dây là 1,1204 A. Tính R, L? Tóm tắt cách giải Kết quả - Mắc ống dây vào hiệu điện thế một chiều, ta có: U1 = RI1 R = Tính R: 12 ¸ 0.2435 = 49.28131417 - Mắc ống dây vào hiệu điện thế xoay chiều, ta có: Tính L: ( ( 100 x2 ¸ 1.1204 x2 ) - ( 12 x2 ¸ 0.2435 x2 ) ) ¸ ( 4 ´ SHIFT x10x x2 ´ 50 x2 ) = 0.23687046 R = 49,2813 () L = 0,2369 (H) Bài 4. Chiếu lần lượt hai bức xạ l1 = 0,555mm và l2 = 377nm vào catốt của một tế bào quang điện thì thấy hiệu điện thế hãm gấp 4 lần nhau. Tìm giới hạn quang điện l0 của kim loại làm catốt? Tóm tắt cách giải Kết quả Áp dụng công thức Anhstanh: ta có: = 0,6587 mm. Tính 3 x 0.555 x 0.377 ¸ ( 4 x 0.377 – 0.555 ) = 0.658662119 = 0,6587 mm Bài 5. Hai điện tích điểm q1 = 10-8 C, q2 = 4. 10-8 C đặt tại A và B cách nhau 9 cm trong chân không. Phải đặt điện tích q3 = 2. 10-6 C tại đâu để điện tích q3 nằm cân bằng (không di chuyển)? Tóm tắt cách giải Kết quả là lực điện do q1, q2 tác dụng lên q3 trong chân không. q3 nằm cân bằng khi: q3 đặt tại C nằm trong đoạn AB, F13 = F23 Ta có: , Tính AC: ( 1¸ ALPHA ) x2 ) ALPHA CALC ( 4 ¸ ( 9 - ALPHA ) ) x2 SHIFT CALC 1 = 3 AC = 3,0000 cm Bài 6. Hai điện tích q1 = q2 = 5.10-16C được đặt cố định tại hai đỉnh B, C của một tam giác đều ABC cạnh a = 8 cm. Các điện tích đặt trong không khí có hằng số điện môi ε = 1,000594. Xác định cường độ điện trường tại đỉnh A của tam giác nói trên? Tóm tắt cách giải Kết quả - Điện trường do q1 (tại B) gây ra tại A có độ lớn: E1 = . - Điện trường do q2 (tại C) gây ra tại A có độ lớn: E2 = . Điện trường do q1 và q2 gây ra tại A là . Do q1 = q2 nên E1 = E2 E = 2E1.cos300 Tính E: 2 ´ 9 x10x 9 ´ 5 x10x - 16 ´ cos 30 ¸ ( ( 8 x10x - 2 ) x2 ´ 1.000594 ) = 1.21712525.10-3 E = 1,2171.10-3 (V/m) Bài 7. Cho mạch điện như hình vẽ. Hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch không đổi U = 7V. Các điện trở R1 = 3W, R2 = 6W, AB là là một dây dẫn điện dài 1,5m tiết diện không đổi S = 0,1mm2, điện trở suất 4.10-7 Wm, điện trở ampe kế và các dây nối không đáng kể. a. Tính điện trở dây dẫn AB? b. Xác định vị trí C để dòng điện qua ampe kế có cường độ 1/3 A? Tóm tắt cách giải Kết quả a. Áp dụng: b. Giả sử RAC = x với 0 < x < 6 RCB = 6 – x Vì RA = 0 nên UCD = 0 Chập C D. Sơ đồ mạch điện: (R1 // RAC) nt (R2 // RCB) Ta có: Vậy: * Nếu cực dương của ampe kế gắn vào D: (loại) (Sử dụng chức năng SOLVE) * Nếu cực dương của ampe kế gắn vào C: nên loại (Sử dụng chức năng SOLVE). Vậy: RAC = 1,2; RCB = 4,8 mà Vậy điểm C cách A 1 đoạn là: RAB = 6,0000 AC = 0,3000 m Bài 8. Vật sáng AB được đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ O có tiêu cự f = 12cm. Qua thấu kính, vật AB cho ảnh thật A’B’. Khi dời AB đi một đoạn 24cm lại gần thấu kính thì ảnh dời đi một đoạn 3cm. Xác định vị trí của AB trước khi dời chỗ? Tóm tắt cách giải Kết quả - Trước dịch chuyển: (1) - Sau dịch chuyển: (2) Mà (3) Từ (1), (2) và (3) có: Giải phương trình dùng chức năng SOLVE của MTCT được: d1 = -12 < 0 loại và d1 = 60 (cm) d1 = 60,0000 cm Bài 9. Một vật chuyển động thẳng biến đổi đều theo phương trình chuyển động: x = 3 + 2t + gt2 (x đo bằng m, t đo bằng s), g là gia tốc trọng trường. Hãy xác định: a. Thời gian cần thiết để vật đi được quãng đường 5m kể từ khi bắt đầu chuyển động? b. Quãng đường vật đi được sau 1 phút 5 giây? Tóm tắt cách giải Kết quả a) Phương trình chuyển động của vật: x = 3 + 2t + gt2 (x đo bằng m, t đo bằng s) Quãng đường vật chuyển động được trong khoảng thời gian t là: s = x - 3 = 2t + gt2. Thay s = 5m ta được phương trình: gt2 + 2t - 5 = 0 (1) Giải phương trình (1): Tính t: MODE (3 lần) 1 MODE 2 CONST 35 = 2 = - 5 = = x = 0.619316336 y = - 0.823259579 (loại) b) Đổi t = 1phút 5 giây = 65 (s) Tính s: MODE 1 2 x 65 + COSNT 35 x 65 ^ 2 = 41,563.09625 t = 0,6193 (s) s = 41563,0963 (m) Bài 10. Một khối khí lí tưởng thực hiện quá trình giãn đẳng nhiệt từ áp suất p1 = 2 atm, thể tích V1 = 2 lít, đến thể tích V2 = 3,5 lít. Hãy tính công mà khí đã thực hiện trong quá trình? Tóm tắt cách giải Kết quả Xét một phần nhỏ của quá trình, khí giãn một lượng dV khi đó áp suất coi như không thay đổi, công mà khí thực hiện trong quá trình này là dA = p.dV. Công mà khí thực hiện trong toàn bộ quá trình là A = = trong đó ta suy ra = = 226,8122789 J - Đổi đơn vị từ atm ra Pa: ấn 2 Shift Const 25 = - Tính công A: ấn Ans ´ 2 ´ 10 - 3 ´ Alpha ) x-1 , 2 ´ 10 - 3 , 3.5 ´ 10 - 3 = 226.8122789 A = 226, 8123 J IV. KẾT QUẢ Cách hướng dẫn HS giải bài tập với sự hỗ trợ của MTCT đã được tôi áp dụng ngay từ năm 2008 trong việc giảng dạy trên lớp và ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi. Kết quả cho thấy 95% HS áp dụng được để tìm ra kết quả của một số bài toán nhanh và chính xác. Hơn nữa, đội tuyển HS giỏi tham dự kỳ thi “Giải toán trên MTCT môn Vật lý lớp 12” cấp Tỉnh của trường THPT Việt Bắc trong 02 năm học 2008 – 2009 và 2009 – 2010 đã đạt 05 giải, trong đó: 02 giải Ba và 03 giải Khuyến khích. 01 HS của tôi đạt giải Khuyến khích trong kỳ thi “Giải toán trên MTCT môn Vật lý lớp 12” cấp Quốc gia. V. NHỮNG KIẾN NGHỊ - ĐỀ XUẤT - Tổ chức Hội thảo “Sử dụng MTCT trong việc giảng dạy vật lý” để các GV có thể trao đổi, thảo luận đưa ra nhiều cách giải nhanh và chính xác một số dạng bài tập vật lý cấp THPT. - Đưa thêm từ 1-2 tiết trong PPCT với nội dung “Hướng dẫn HS sử dụng MTCT để giải bài tập vật lý”. VI. LỜI KẾT Với việc nghiên cứu cơ sở lý luận, nội dung kiến thức, tài liệu hướng dẫn giải toán trên MTCT và phương pháp giải bài tập Vật lý đã giúp tôi xây dựng được một hệ thống bài tập để hướng dẫn HS giải bài với sự hỗ trợ của MTCT . Như vậy, đề tài đã thực hiện được mục đích đề ra. Trên đây là một số ý kiến chủ quan của cá nhân tôi đối với đề tài đã nghiên cứu. Kính mong sự đóng góp, trao đổi của các bạn đồng nghiệp, các cấp quản lý để đề tài ngày một hoàn thiện và mang lại hiệu quả cao trong việc giảng dạy và ôn luyện HS giỏi. Xin trân trọng cảm ơn!