(SKKN 2022) Phương pháp giải bài tập về chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài

SỞ SỞGIÁO GIÁODỤC DỤCVÀ VÀĐÀO ĐÀOTẠO TẠOTHANH THANH HOÁ HOÁ * PHÒNG GD&ĐTTHPT (TRƯỜNG THPT )** TRƯỜNG YÊN ĐỊNH (*Font Times New Roman, cỡ 15, CapsLock; ** Font Times New Roman, cỡ 16, CapsLock, đậm) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM (Font Times New Roman, cỡ 15, CapsLock) PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BÊN NGOÀI TÊN ĐỀ TÀI (Font Times New Roman, cỡ 16-18, CapsLock, đậm) Người thực hiện: Nguyễn A Lê MạnhVăn Cường Chức Chức vụ: vụ: Giáo Giáoviên viên Đơn vị công THCS SKKN thuộctác: lĩnh Trường vực (môn): VậtB lí SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Tốn (Font Times New Roman, cỡ 15, đậm, đứng; mục Đơn vị công tác ghi SKKN thuộc bậc MN, cấp TH THCS, cấp/bậc khác không ghi) THANH HOÁ NĂM 2022 Trang MỤC LỤC ĐẦU MỞ 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 2 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp nhà trường 23 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 24 3.1 Kết luận 24 3.2 Kiến nghị 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài - Vật lí mơn học khó trừu tượng, sở của tốn học Bài tập vật lí rất đa dạng phong phú Trong phân phối chương trình số tiết tâp lại so với nhu cầu cần củng cố nâng cao kiến thức cho học sinh Chính thế, người giáo viên phải làm thế để tìm phương pháp tốt nhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mê u thích mơn học Giúp học sinh việc phân loại dạng tập hướng dẫn cách giải rất cần thiết Việc làm rất có lợi cho học sinh thời gian ngắn đã nắm dạng tập, nắm phương pháp giải từ có thể phát triển hướng tìm tịi lời giải mới cho dạng tương tự - Trong yêu cầu đổi mới giáo dục việc đánh giá học sinh phương pháp trắc nghiệm khách quan nắm dạng phương pháp giải giúp cho học sinh nhanh chóng hồn thành làm - Trong chương trình Vật lí lớp 12, chương "Dao động học" có nhiều dạng tập phức tạp khó Nhóm toán chu kỳ của lắc đơn chịu ảnh hưởng của yếu tố bên như: nhiệt độ, độ cao, độ sâu, lực điện trường, lực quán tính nhóm tập phức tạp khó nhất chương, học sinh khá, giỏi thường rất lúng túng việc tìm cách giải dạng toán Xuất phát từ thực trạng trên, qua kinh nghiệm giảng dạy, chọn đề tài: "Phương pháp giải tập chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của yếu tố bên ngoi" 1.2 Mục đích nghiên cứu - ti nhm giúp học sinh khá, giỏi khắc sâu kiến thức lí thút, có hệ thống tập phương pháp giải chúng, giúp em có thể nắm cách giải từ chủ động vận dụng phương pháp làm tập có liên quan Từ học sinh có thêm kỹ cách giải tập Vật lí, có thể nhanh chóng giải tốn trắc nghiệm dao động điều hòa của lắc đơn phong phú đa dạng - Nhằm xây dựng chuyên đề sâu, chi tiết có thể làm tài liệu tham khảo cho đồng nghiệp ôn thi Đại học - Cao đẳng luyện thi học sinh giỏi cấp tỉnh 1.3 §èi tợng nghiên cứu - Hc sinh 12, trng THPT Yên Định - Nhóm tập chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của yếu tố bên ngoài, chương "Dao động học" - Vật lí 12 Nâng cao 1.4 Ph¬ng pháp nghiên cứu Trong ti tụi s dng cỏc phương pháp chủ yếu nghiên cứu lí luận tập Vật lí tài liệu tham khảo nâng cao khác có liên quan đến đề tài 2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm Việc giảng dạy tập Vật lí nhà trường khơng giúp học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức quy định chương trình mà cịn giúp em vận dụng kiến thức để giải quyết nhiệm vụ của học tập vấn đề mà thực tiễn đã đặt Muốn đạt điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào sống ngày Kỹ vận dụng kiến thức tập thực tiễn đời sống thước mức độ sâu sắc vững vàng của kiến thức mà học sinh đã thu nhận Bài tập Vật lí với chức phương pháp dạy học có vị trí đặc biệt dạy học vật lí ở trường phổ thơng Trước hết, Vật lí mơn khoa học giúp học sinh nắm quy luật vận động của thế giới vật chất tập Vật lí giúp học sinh hiểu rõ qui luật ấy, biết phân tích vận dụng quy luật ấy vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp người giáo viên có trình bày tài liệu cách mạch lạc, hợp lơgích, phát biểu định ḷt xác, làm thí nghiệm u cầu, quy tắc có kết quả xác điều kiện cần chưa đủ để học sinh hiểu nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giải tập Vật lí dưới hình thức hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết tình cụ thể kiến thức mới trở nên sâu sắc hồn thiện Trong q trình giải qút tình cụ thể tập Vật lí đặt ra, học sinh phải sử dụng thao tác tư phân tích, tổng hợp, so sánh, khái qt hóa, trừu tượng hóa… để giải quyết vấn đề, tư của học sinh có điều kiện để phát triển Vì vậy có thể nói tập Vật lí phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả độc lập suy nghĩ hành động, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn sống của học sinh Bài tập vật lí hội để giáo viên đề cập đến kiến thức mà giờ học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh Đặc biệt, để giải tập vật lí dưới hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh ngồi việc nhớ lại kiến thức cách tổng hợp, xác ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học học sinh cần phải rèn lụn cho tính phản ứng nhanh tình cụ thể, bên cạnh học sinh phải giải thật nhiều dạng tập khác để có kiến thức tổng hợp, xác khoa học 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Thực tế hiện nay, phần lớn học sinh "học vẹt" khái niệm, định luật, đại lượng Vật lí, cơng thức tính tốn mỡi học Các kiến thức lý thuyết, đại lượng công thức thực mớ hỗn độn em chưa biết cách hệ thống kiến thức đã học cách có khoa học Chính điều khó khăn bước đầu của học sinh giải tập Ngoài ra, đa dạng của hiện tượng Vật lí, của dạng tập thực rào cản lớn của học sinhcần phải vượt qua nếu muốn làm tốt tập chương trình Vật lí 12 Học sinh nắm vững lý thút khơng tìm hiểu, phân tích đề khơng thể làm tốt tập Vật lí Bên cạnh đó, thời gian dành cho mơn Vật lí, đặc biệt thời gian dành cho tập Vật lí ở nhà trường cịn hạn chế Đa số thời gian tiết học lý thuyết, khái niệm trừu tượng Chính vậy, em chưa rèn luyện hết với dạng tập, chưa nắm vững hệ thống phương pháp giải tập Chính thực trạng đãn đến việc hầu hết em học sinh "học suông" lý thuyết mà thiếu kỹ làm tập, không đáp ứng u cầu của mơn Vật lí Những khó khăn mà học sinh mắc phải thể hiện rõ chất lượng ở làm của học sinh, cụ thể với kết quả khảo sát tốt nghiệp lần ở lớp 12 tại trường THPT Yên Định tập với mức độ khác Kết quả thu sau: ĐIỂM TRUNG BÌNH KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG MÔN VẬT LÍ KHỐI 12 (LẦN 1) Lớp 12A1 12A2 12A3 Sĩ số 43 44 41 Điểm trung bình 7,39 5,81 6,61 2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 12A4 41 5,46 2.3.1 Phân loại tập vật lí a Bài tập Vật lí định tính hay tập câu hỏi lý thuyết - Là tập mà học sinh không cần phải tính tốn (Hay có phép tốn đơn giản) mà vận dụng định luật, định lý, quy ḷt để giải tích hiện tượng thơng qua lập ḷn có cứ, có lơgích - Nội dung của câu hỏi phong phú, đòi hỏi phải vận dụng rất nhiều kiến thức Vật lí - Thơng thường để giải tốn cần tiến hành theo bước: * Phân tích câu hỏi * Phân tích hiện tượng Vật lí có đề cập đến câu hỏi để từ xác định định luật, khái niệm Vật lí hay qui tắc Vật lí để giải qút câu hỏi * Tổng hợp điều kiện đã cho với kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi b Bài tập vật lí định lượng Đó loại tập Vật lí mà muốn giải qút ta phải thực hiện loạt phép tính Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân loại tập dạng thành loại: * Bài tập tập dượt: Là tập đơn giản sử dụng nghiên cứu khái niệm hay quy tắc Vật lí để học sinh vật dụng kiến thức vừa mới tiếp thu * Bài tập tổng hợp: Là tập phức tạp mà muốn giải học sinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thuộc nhiều lĩnh vực Đặc biệt, câu hỏi loại nêu dưới dạng trắc nghiệm khách quan yêu cầu học sinh phải nhớ kết quả cuối đã dược chứng minh trước để giải cách nhanh chóng Vì vậy yêu cầu học sinh phải hiểu cách sâu sắc để vận dụng kiến thức ở mức độ cao c Bài tập đồ thị Đó tập mà kiện đề cho dưới dạng đồ thị hay q trình giải ta phải sử dụng đờ thị Ta có thể phân loại dạng câu hỏi thành loại: * Đọc khai thác đờ thị đã cho: Bài tập loại có tác dụng rèn luyện cho học sinh kỹ đọc đồ thị, biết cách đoán nhận thay đổi trạng thái của vật thể, hệ Vật lí, của hiện tượng hay q trình Vật lí Biết cách khai thác từ đồ thị để giải quyết vấn đề cụ thể * Vẽ đồ thị theo liệu đã cho: tập rèn luyện cho học sinh kỹ vẽ đồ thị, nhất biết cách chọn hệ tọa độ tỉ lệ xích thích hợp để vẽ đờ thị xác d Bài tập thí nghiệm Là loại tập cần phải tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, để tìm số liệu, kiện dùng việc giải tập.Tác dụng cụ thể của loại tập Giáo dục, giáo dưỡng giáo dục kỹ thuật tổng hợp Đây loại tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú đặc biệt địi hỏi học sinh nhiều tính sáng tạo 2.3.2 Các công thức sử dụng đề tài a Chu kỳ dao động lắc đơn: T = 2π l g l : Chiều dài của lắc (m) g: Gia tốc trọng trường (m/s2) b Công thức nở dài: l = l0 (1 + λt ) l0 : Chiều dài dây treo (kim loại) ở 0oC (m) l : Chiều dài dây treo (kim loại) ở toC (m) λ : Hệ số nở dài của dây treo kim loại (K-1) c Gia tốc trọng trường GM - Gia tốc trọng trường ở mực nước biển: g = R -11 2 G = 6,67.10 N.m /kg : Hằng số hấp dẫn M: Khối lượng của Trái đất R: Bán kính Trái đất - Gia tốc trọng trường ở độ cao h so với mực nước biển: GM R gh = ) => g h = g ( ( R + h) R+h - Gia tốc trọng trường ở độ sâu d so với mực nước biển: GM ' R−d gd = ) => g d = g ( (R − d ) R ur ur d Lực điện trường: F = qE q: Điện tích điện trường (C) ur E : Cường độ điện trường (V/m) ur ur + q > F hướng với E ur ur + q < F ngược hướng với E qU + Độ lớn: F = q E = d uur r e Lực quán tính: Fqt = −ma m: khối lượng của vật (kg) a : Gia tốc của hệ quy chiếu (m/s2) uur r + Fqt ngược hướng với a + Độ lớn: Fqt = ma g Các công thức gần Nếu x, x1, x2 số dương rất nhỏ ≈ ± nx ; Ta có: (1 ± x) n ≈ ± nx ; n ( 1± x) (1 + x1 )(1 − x2 ) ≈ + x1 − x2 2.3.3 Phân loại tập phương pháp giải tập chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của yếu tố bên Loại 1: Xác định thời gian đồng hồ quả lắc (được xem lắc đơn) chạy sai ngày đêm thay đổi nhiệt độ, độ cao, độ sâu vị trí trái đất Định hướng phương pháp chung - Gọi T1 chu kỳ chạy đúng; T2 chu kỳ chạy sai - Trong thời gian T1 (s) đồng hồ chạy sai│T2 - T1 │(s) T2 − T1 1(s) đồng hồ chạy sai (s) T1 - Vậy ngày đêm ∆t = 86400(s) đồng hồ chạy sai: θ = ∆t T1 − T2 T = 86400 − ( s) T1 T2 Các bước giải - Bước 1: Từ cơng thức có liên quan đến u cầu của tập, thiết lập tỉ số T2 T1 - Bước 2: Biện luận Loại 2: Khảo sát dao động nhỏ của lắc đơn có thêm lực phụ ur F khơng đổi tác dụng (ngồi trọng lực lực căng dây treo) Định hướng phương pháp chung - Coi lắc chịu tác dụng của trọng lực hiệu dụng (trọng lực biểu kiến): uu r ur ur P' = P + F ur ur ur F => gia tốc trọng trường hiệu dụng: g ' = g + m - Vị trí cân của lắc vị trí dây treo có phương trùng với phương ur của P ' - Chu kỳ dao động nhỏ của lắc: T ' = 2π l g' Vậy để xác định chu kỳ T’ cần xác định gia tốc trọng trường hiệu dụng g’ Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực điện trường - Khi khơng có điện trường chu kỳ dao động của lắc là: T = 2π l g ur - Khi đặt lắc vào điện trường có véc tơ cường độ điện trường E ur ur ur chịu tác dụng của Trọng lực P lực điện trường F = qE , hợp của hai uu r ur ur lực ký hiệu P ' = P + F , gọi trọng lực hiệu dụng hay trọng lực biểu kiến Ta xét số trường hợp thường gặp: ur Trường hợp 1: E hướng thẳng đứng xuống dưới ur Khi để xác định chiều của F ta cần biết dấu của q ur ur ur * Nếu q > 0: F hướng với E => F hướng thẳng đứng xuống dưới qE m Chu kỳ dao động của lắc điện trường: Ta có: P’ = P + F => g’ = g + T ' = 2π l = 2π g' l g+ q E F hướng thẳng đứng lên qE Ta có: P’ = P - F => g’ = g m Chu kỳ dao động của lắc điện trường: T ' = 2π l = 2π g' l q E >T m g− T' = => T g g => T ' = T qE qE g− g− m m ur Trường hợp 2: E hướng thẳng đứng lên Tương tự ta chứng minh được: * Nếu q > chu kỳ dao động của lắc là: T ' = 2π l = 2π g' l q E >T m * Nếu q < chu kỳ dao động của lắc là: T ' = 2π l = 2π g' g− l g+ q E < T m ur ur Trường hợp 3: E có phương ngang => F có phương ngang ur ur F vng góc với P => tại vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc α (hình vẽ) F qE u r - Từ hình vẽ ta có: tan α = = P mg E α  q E - Về độ lớn: P ' = P + F => g ' = g +  ÷  mg  - Chu kỳ dao động của lắc điện trường là: 2 2 u r q> F 0u r r u P P' 12 T ' = 2π l = 2π g' l  q E  < T g + ÷  mg  Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực quán tính Khi lắc đơn đặt hệ quy chiếu chuyển động với gia r tốc a (hệ quy chiếu phi qn tính) ngồi trọng lực lực căng của dây ur r treo lắc cịn chịu tác dụng của lực qn tính F = −ma Trọng lực hiệu uu r ur ur dụng P ' = P + F ur ur ur F ur r Gia tốc trọng trường hiệu dụng: g ' = g + = g − a Xét số m trường hợp thường gặp: Trường hợp 1: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng r lên với gia tốc a r - Thang máy chuyển động nhanh dần đều: a ngược hướng với ur g => g’ = g + a Chu kỳ dao động của lắc thang máy: T ' = 2π Ta có: T' = T l l = 2π g’ = g - a T ' = 2π l l T' = 2π >T ; = g' g −a T g g => T ' = T g −a g −a Trường hợp 2: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng r xuống dưới với gia tốc a - Thang máy chuyển động nhanh dần đều: ur r hướng với g => g’ = g – a a T ' = 2π l l T' = 2π >T ; = g' g −a T g g => T ' = T g −a g −a 13 - Thang máy chuyển động chậm dần đều: ur r a ngược hướng với g => g’ = g + a T ' = 2π l l T' = 2π F có phương ngang ngược hướng với a - Tại vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc α F a Ta có tan α = = P g r a - Về độ lớn: P '2 = P + F => g ' = g + a - Chu kỳ dao động của lắc: T ' = 2π l = 2π g' l g + a2 Cách khác: Ta có P ' = P g => g ' = cosα cosα => T ' = 2π l l cos α = 2π g' g r a u r m F r u r u P P' T' = cosα => T ' = T cosα T 2.3.4 Bài tập áp dụng Nhóm tập thuộc loại Bài 1.1: Một lắc đơn chạy giờ vào mùa hè nhiệt độ 32 0C Khi nhiệt độ vào mùa đơng 17 0C chạy nhanh hay chậm? Nhanh hay chậm giây 12 giờ, biết hệ số nở dài của dây treo λ = 2.10-5K-1, ℓ0 = 1m Hướng dẫn: T2 ≈ + λ (t2 − t1 ) - Ta có: T1 => - Do t2 < t1 => T2 < => T2 < T1 nên chu kỳ giảm lắc chạy nhanh T1 14 - Thời gian lắc chạy nhanh ∆t = 12h = 12 3600(s) là: θ = ∆t T2 λ − = 12.3600 t2 − t1 (s) = 7,3 (s) T1 Bài 1.2: Một đồng hồ quả lắc (xem lắc đơn) chạy ở mặt đất Biết bán kính Trái đất R = 6400 km a) Khi đưa đồng hồ lên độ cao h =1,6 km so với mặt đất ngày đêm chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? b) Khi đưa đồng hồ xuống giếng sâu d = 800m so với mặt đất ngày đêm chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? Hướng dẫn: T2 h = + > => T2 > T1 đờng hờ chạy chậm lại a) Ta có: T1 R - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 b) Ta có: T2 h − = 86400 = 21,6(s) T1 R T2 1d ≈1+ > => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại T1 2R - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 T2 d − = 43200 = 5,4(s) T1 R Bài 1.3: Một lắc đờng hờ chạy tại mặt đất có gia tốc g = 9,86 m/s vàọ nhiệt độ t1 = 300C Đưa đồng hồ lên độ cao 640m so với mặt đất ta thấy đờng hờ chạy Giải thích hiện tượng tính nhiệt độ tại độ cao đó, biết hệ số nở dài của dây treo lắc λ = 2.10-5K-1, bán kính Trái đất R = 6400 km Hướng dẫn: - Giải thích hiện tượng : GM GM Khi đưa lắc đơn lên cao gia tốc giảm g = g h = ( R + h) R Mặt khác lên cao nhiệt độ giảm nên chiều dài của dây treo giảm theo Từ T = 2π l khơng thay đổi g 15 - Tính nhiệt độ tại độ cao h = 640 m Ta có:  l1 l (1 + λt1 ) = 2π T0 = 2π g0 g0   T = 2π l2 = 2π l0 (1 + λt2 )  h gh gh  - Chu kỳ không thay đổi nên: T0 = Th ⇒ 2π l0 (1 + λt1 ) l (1 + λt2 ) + λt1 g = 2π ⇔ = g0 gh + λt2 g h + 30.2.10−5  R + h  ⇔ = ÷ + 2.10−5.t2  R  ⇒ t2 = 200 C Nhóm tập thuộc loại Bài 2.1: Một lắc đơn có chiều dài ℓ = 1m, khối lượng m = 50g tích điện q = -2.10-5C dao động tại nơi có g = 9,86m/s Đặt lắc vào ur điện trường E có độ lớn E = 25V/cm Tính chu kỳ dao động của lắc khi: ur a) E có phương thẳng đứng, chiều từ xuống dưới ur b) E có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên ur c) E có phương nằm ngang Hướng dẫn: ur ur ur a) q < 0: F ngược hướng với E => F hướng thẳng đứng lên qE m Chu kỳ dao động của lắc điện trường: Ta có: P’ = P - F => g’ = g - T ' = 2π l = 2π g' l q E = 2,11(s) m (Lưu ý: Đổi E = 25V/cm = 25.102V/m) b) Tương tự, ta có: g− T ' = 2π l = 2π g' l g+ q E = 1,9(s) m 16 ur c) Khi E có phương nằm ngang  q E P = P + F ⇔ g = g + ÷  m  '2 2 ' 2  2.10−5.25.102  = 9,86 +  ÷ = 9,91(m / s ) −3  50.10  Khi chu kỳ dao động của lắc đặt điện trường là: l = 2π = 1,999( s) ' g 9,86 T ' = 2π ur Bài 2.2: Một lắc đơn có m = 5g, đặt điện trường E có phương ngang độ lớn E = 2.10 V/m Khi vật chưa tích điện dao động với chu kỳ T, vật tích điện tích q dao động với chu kỳ T' Lấy g = 10 m/s2 Xác định độ lớn của điện tích q Biết T ' = 3T 10 Hướng dẫn: Từ giả thiết ta có: 3T l l ⇔ 2π = 2π ' g g 10 10 10 g ⇒ g' = T' = ur Khi E có phương ngang ta có:  q E  100 g  qE P = P + F ⇔ g = g + − g2 =  ÷⇔ ÷ 81  m   m  '2 2 '2 19 g q E = m 19 g m 19.10.5.10−3 ⇒q= = = 1,21.10−8 (C ) 9E 9.2.10 Bài 2.3: Một lắc đơn có m = g sợi dây mảnh có chiều dài ℓ kích thích dao động điều hịa Trong khoảng thời gian Δt lắc thực hiện 40 dao động, tăng chiều dài lắc thêm 7,9 cm ⇔ 17 khoảng thời gian lắc thực hiện 39 dao động Lấy g = 10m/s2 a) Ký hiệu chiều dài mới của lắc ℓ' Tính ℓ, ℓ' b) Để lắc có chiều dài ℓ' có chu kỳ với lắc có chiều dài ℓ, người ta truyền cho vật điện tích q = +0,5.10 -8C rời cho dao động ur điều hịa điện trường E có đường sức hướng thẳng đứng Xác định chiều độ lớn của véc tơ cường độ điện trường Hướng dẫn: a) Xét khoảng thời gian Δt ta có: T 39 l 39 l  39  40.T = 39.T ⇔ ' = ⇔ ' = ⇒ ' = ÷ T 40 l 40 l  40  Ta lại có ℓ' = ℓ + 7,9 => ℓ = 152,1cm ℓ' = 160cm b) Khi chu kỳ lắc khơng đổi ' l l' g l ' 9,8.160 ' = '⇒g = = = 10,3(m / s ) g g l 152,1 ur qE qE Do E hướng thẳng đứng nên g’ = g ± , mà g’>g nên: g’ = g + m m ur Phương trình chứng tỏ F hướng thẳng đứng xuống dưới q > nên ur E hướng thẳng đứng xuống dưới ur Vậy véc tơ cường độ điện trường E có phương thẳng đứng hướng xuống dưới độ lớn: qE m( g ' − g ) 2.10−3 ( g ' − g ) ' g =g+ ⇒E= = = 2.105 (V / m) −8 m q 0,5.10 Bài 2.4: Một lắc đơn treo vào trần thang máy tại nơi có gia tốc g = 9,8 m/s2 Khi thang máy đứng yên lắc dao động với chu kỳ T = 2(s) Tìm chu kỳ dao động của lắc khi: a) Thang máy lên nhanh dần với gia tốc a = 1,14 m/s2 b) Thang máy lên c) Thang máy lên chậm dần với gia tốc a = 0,86 m/s2 Hướng dẫn: a) Khi thang máy lên nhanh dần đều: g' = g + a = 9,8 + 1,14 = 11 (m/s 2) Chu kỳ dao động của lắc đơn là: 18 T ' = 2π l T ⇒ = g' T' g' 11 = ⇒ T ' = 1,887( s ) g 9,8 b) Khi thang máy lên a = T' = T = 2s c) Khi thang máy lên chậm dần đều: g' = g - a = 9,8 - 0,86 = (m/s2) Chu kỳ dao động của lắc đơn là: l T T = 2π ⇒ '= ' g T ' g' = ⇒ T ' = 2,45( s ) g 9,8 Bài 2.5: Con lắc đơn gồm dây mảnh dài ℓ = m, có gắn quả cầu nhỏ m = 50 g treo vào trần toa xe chuyển động nhanh dần đường nằm ngang với gia tốc a = m/s2 Lấy g =10 m/s2 a) Xác định vị trí cân của lắc b) Tính chu kỳ dao động của lắc Hướng dẫn: a) Khi lắc cân hợp với phương thẳng đứng góc α xác định bởi: tan α = F a = => α = 0,29 (rad) P g b) Ta có: P '2 = P + F => g ' = g + a = 109 Chu kỳ dao động của lắc là: T ' = 2π l = 2π g' = 1,94( s) 109 Bài tập tổng hợp Bài 3.1: Người ta đưa lắc từ mặt đất lên độ cao h = 10km Phải giảm độ dài của để chu kì dao động của khơng thay đổi Cho bán kính trái đất R = 6400km bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ Đ/S: Giảm 0,3% chiều dài ban đầu của lắc Bài 3.2: Một lắc Phu cô treo ở thánh Ixac( XanhPêtecbua) lắc đơn có chiều dài 98m Gia tốc rơi tự ở XanhPêtecbua 9,819m/s2 a) Tính chu kì dao động của lắc b) Nếu treo lắc ở Hà Nội, chu kì của bao nhiêu? Biết gia tốc rơi tự tại Hà Nội 9,793m/s2 bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ c) Nếu muốn lắc treo ở Hà Nội mà dao động với chu kì ở XanhPêtecbua phải thay đổi độ dài của thế nào? 19 Đ/S: a) T1 = 19,84s; b) T2 = 19,87s; c) Giảm lượng ∆l = l − l ' = 0,26m = 26cm Bài 3.3: Con lắc đơn dao động bé ở mặt đất có nhiệt độ 300C Đưa lên độ cao h = 0,64km chu kì dao động bé khơng thay đổi Biết hệ số nở dài của dây treo λ = 2.10−5 K −1 Hãy tính nhiệt độ ở độ cao Cho bán kính trái đất R = 6400km Đ/S: 200C Bài 3.4: Con lắc toán học dài 1m ở 200C dao động nhỏ ở nơi g = π (SI) a) Tính chu kì dao động b) Tăng nhiệt độ lên 400C, chu kì của lắc tăng hay giảm bao nhiêu? Biết hệ số nở dài của dây treo lắc λ = 2.10−5 K −1 Đ/S: a) 2s; b) Tăng 4.10-4s Bài 3.5: Một lắc đờng có chu kì dao động T = 1s tại nơi có gia tốc trọng trường g = π (m/s2), nhiệt độ t1 = 200C a) Tìm chiều dài dây treo lắc ở 200C b) Tính chu kì dao động của lắc tại nơi ở nhiệt độ 30 0C Cho hệ số nở dài của dây treo lắc λ = 4.10−5 K −1 Đ/S: a) l1 = 0,25m = 25cm; b) T2 = 1,0002s Bài 3.6: Người ta đưa đông hồ quả lắc từ Trái Đất lên Mặt Trăng mà không điều chỉnh lại Theo đồng hồ Mặt Trăng thời gian Trái Đất tự quay vòng bao nhiêu? Biết gia tốc rơi tự Mặt Trăng 1/6 gia tốc rơi tự Trái Đất bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ Đ/S: t2 = 9h48ph Bài 3.7: Một lắc đơn gờm sợi dây có chiều dài l = 1m quả cầu nhỏ có khối lượng m = 100g, treo tại nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8m/s2 Tính chu kì dao động nhỏ ccủa quả cầu Cho quả cầu mang điện q = 2,5.10 -4C tạo điện trường có cường độ điện trường E = 1000V/m Hãy xác định phương của dây treo lắc cân chu kì của lắc trường hợp: ur a) Véc tơ E hướng thẳng đứng xuống dưới ur b) Véc tơ E có phương nằm ngang 20 Đ/S: 1) T0 = 2s; 2a) T1 = 1,8s; 2b) T2 = 1,97s Bài 3.8: Một lắc đơn gồm quả cầu nhỏ, khối lượng 10g treo sợi dây dài 1m tại nơi mà g = 10m/s2 Cho π = 10 a) Tính chu kì dao động T0 của lắc b) Tích điện cho quả cầu điện tích q = 10 -5C rời cho dao động điện trường có phương thẳng đứng thấy chu kì dao động của T = T0 Xác định chiều độ lớn của cường độ điện trường? ur Đ/S: E thẳng đứng, hướng xuống, độ lớn 1,25.104V/m Bài 3.9: Một lắc dao động với biên độ nhỏ có chu kì T tại nơi có g = 10m/s2 Treo lắc ở trần chiếc xe rồi cho xe chuyển động nhanh dần mặt đường nằm ngang dây treo hợp với phương thẳng đứng góc nhỏ α = 90 a) Tìm gia tốc a của xe b) Cho lắc dao động với biên độ nhỏ, tính chu kì T của lắc theo T0 Đ/S: a) a = 1,57m/s2; b) T = T0 cosα Bài 3.10: Một lắc đơn có chu kì dao động nhỏ T = 1,5s tại nơi có gia tốc trọng trường g = 9,80m/s2 Treo lắc thang máy Hãy tính chu kì của lắc trường hợp sau: a) Thang máy lên nhanh dần với gia tốc a = 1m/s2 b) Thang máy lên chậm dần với gia tốc a = 1m/s2 c) Thang máy chuyển động thẳng Đ/S: a) 1,43s; b) 1,58s; c) 1,5s Bài 3.11: Một lắc toán học có chiều dài 17,32cm thực hiện dao động điều hồ ơtơ chủn động mặt phẳng nghiêng góc β = 300 Xác định vị trí cân tương đối của lắc Tìm chu kì dao động của lắc hai trường hợp: a) Ơtơ chủn động xuống dốc với gia tốc a = 5m/s2 b) Ơtơ chủn động lên dốc với gia tốc a = 2m/s Lấy g = 10m/s2, π = 10 ĐS: a) T’ = 0,8886 s; b) T’ = 1,405 s 21 Bài 3.12: Một lắc đờng hờ, dây treo có hệ số nở dài λ = 2.10−5 ( K −1 ) Bán kính của Trái đất 6400km a) Khi đưa xuống giếng mỏ, đồng hồ chạy nhanh hay chậm? Tại sao? b) Biết giếng sâu 800m thật đồng hồ chạy Tính chênh lệch nhiệt độ giếng mặt đất Đ/S: a) chạy chậm chu kì tăng; b) ∆t = −6,250 C Bài 3.13: Một lắc đồng hồ gồm quả cầu sắt sợi dây kim loại mảnh có hệ số nở dài λ = 2.10−5 ( K −1 ) Đờng hờ chạy ở 200C với chu kì T = 2s a) Khi giảm nhiệt độ xuống đến 00C đồng hồ chạy nhanh hay chậm sau ngày đêm? b) Vẫn giữ nhiệt độ ở 00C, người ta dùng nam châm để tạo lực hút thẳng đứng Phải đặt nam châm thế nào, độ lớn để đồng hồ chạy trở lại Cho khối lượng quả cầu m = 50g, lấy g = 10m/s2 Đ/S: a) T = 17,28s; b) 10-4N Bài 3.14: Một lắc đồng hồ chạy ở 20 0C tại nơi có gia tốc trọng trường 10m/s2 Biết dây treo có hệ số nở dài λ = 4.10−5 ( K −1 ) , vật nặng tích điện q = 10-6C a) Nếu lắc đặt điện trường có cường độ E = 50V/m thẳng đứng hướng xuống dưới sau ngày đêm đờng hờ chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? Biết vật có khối lượng m = 100g b) Để đồng hồ chạy trở lại cần phải tăng hay giảm nhiệt độ bao nhiêu? Đ/S: a) 2,16s; b) 21,250 C Bài 3.15: Tại nơi ngang với mực nước biển, ở nhiệt độ 10 0C, đồng hồ quả lắc ngày đêm chạy nhanh 6,48s Coi lắc đồng hồ lắc đơn Thanh treo lắc có hệ số nở dài λ = 4.10−5 ( K −1 ) a) Tại vị trí nói trên, ở nhiệt độ đờng hờ chạy giờ? b) Đưa đờng hờ lên đỉnh núi, tại nhiệt độ 0C, ta thấy đờng hờ chạy giờ Tính độ cao của đỉnh núi so với mực nước biển Coi Trái đất hình cầu, có bán kính R = 6400km Đ/S: a) 13,750; b) 992m 22 2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp nhà trường Đề tài đã tác giả sử dụng để hướng dẫn học sinh lớp 12 ôn thi Đại học, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh kết quả đạt là: - Đa số học sinh nắm phương pháp giải biết vận dụng tốt phương pháp vào việc giải tập chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của yếu tố bên - Kỹ giải tập trắc nghiệm khách quan của học sinh cải thiện đáng kể, đảm bảo độ xác nhanh - Phát huy rèn luyện khả vận dụng kiến thức, tính tư sáng tạo của học sinh việc giải tập vật lí hay khó - Cụ thể, thơng qua q trình khảo sát chất lượng lần thứ đối với học sinh khối 12, kết quả thu sau: ĐIỂM TRUNG BÌNH KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG MÔN VẬT LÍ KHỐI 12 (LẦN 2) Lớp Sĩ số Điểm trung bình 12A1 43 8,16 12A2 44 7,02 12A3 41 7,41 12A4 41 6,41 Qua kết quả khảo sát lần thứ đối chiếu với kết quả khảo sát lần 1, có thể thấy điểm trung bình mơn Vật lí đã tăng lên rõ rệt 23 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận - Đề tài đã hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu số vấn đề lý luận tập vật lí, phân loại tập, đề phương pháp giải đồng thời lựa chọn hệ thống tập vận dụng chu kỳ dao động của lắc đơn phụ thuộc vào yếu tố bên - Việc phân loại, đề phương pháp giải lựa chọn hệ thống tập thích hợp dựa sở khoa học chặt chẽ góp phần nâng cao chất lượng giải tập, nắm vững kiến thức của học sinh - Đặc biệt cần ý tới việc phát huy khả sáng tạo, tìm tịi, tích cực tự lực của mỗi học sinh, không phải áp đặt cách suy nghĩ của giáo viên đối với học sinh giải mỗi tập nêu - Đề tài mới dừng lại ở việc nghiên cứu chun đề nhỏ chương trình Vật lí 12 Để góp phần nâng cao chất lượng giải tập, rèn luyện tư Vật lí của học sinh, đề tài tiếp tục phát triển cho chun đề khác chương trình Vật lí phổ thơng 3.2 Kiến nghị - Về phía nhà trường cần có kế hoạch lâu dài việc khuyến khích giáo viên tham gia viết đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu cho chương, phần của môn học, từ có thể nâng cao chất lượng dạy học cho môn (đặc biệt chất lượng giải tập ở môn tự nhiên) - Về phía Sở Giáo dục Đào tạo cần quan tâm đầu tư việc xây dựng chuyên đề, đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu ở mơn, có kế hoạch phổ biến rộng rãi đề tài để giáo viên toàn tỉnh có thể tham khảo, áp dụng trao đổi kinh nghiệm trình dạy học XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 12 tháng năm 2022 Tơi xin cam đoan SKKN của viết, không chép nội dung của người khác 24 Lê Mạnh Cường TÀI LIỆU THAM KHẢO An Văn Chiêu - Vũ Đào Chỉnh - Phó Đức Hoan - Nguyễn Đức Thâm - Phạm Hữu Tòng Phương pháp giải tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giáo dục, 2000 Bùi Quang Hân Giải tốn Vật lí 12, tập I NXB Giáo dục, 2006 Vũ Thanh Khiết Bài tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giáo dục, 2002 Vũ Thanh Khiết Kiến thức bản nâng cao Vật lí THPT, tập III NXB Hà Nội, 2003 Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) - Vũ Thanh Khiết (Chủ biên) Nguyễn Đức Hiệp - Nguyễn Ngọc Hưng - Nguyễn Đức Thâm - Phạm Đình Thiết - Vũ Đình T - Phạm Q Tư Vật lí 12 Nâng cao Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2010 Nguyễn Thế Khôi - Vũ Thanh Khiết (đồng Chủ biên) - Nguyễn Đức Hiệp - Nguyễn Ngọc Hưng - Nguyễn Đức Thâm - Phạm Đình Thiết - Vũ Đình T - Phạm Q Tư Bài tập Vật lí 12 Nâng cao Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2010 Mỵ Giang Sơn Những tập Vật lý bản hay khó, tập I NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2001 Phạm Hữu Tòng Phương pháp dạy tập Vật lý, NXB Giáo dục, 1989 25 ... sinh nắm phương pháp giải biết vận dụng tốt phương pháp vào việc giải tập chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của yếu tố bên - Kỹ giải tập trắc nghiệm khách quan của học... x2 2.3.3 Phân loại tập phương pháp giải tập chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của yếu tố bên Loại 1: Xác định thời gian đồng hồ quả lắc (được xem lắc đơn) chạy sai ngày đêm... Nhóm tập chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của yếu tố bên ngoài, chương "Dao động học" - Vật lớ 12 Nõng cao 1.4 Phơng pháp nghiên cứu Trong đề tài sử dụng phương pháp chu? ? yếu