SKKN Hướng dẫn học sinh hệ GDTX giải nhanh bài tập giao thoa sóng cơ trong chương trình Vật lí lớp 1...

SKKN Hướng dẫn học sinh hệ GDTX giải nhanh bài tập giao thoa sóng cơ trong chương trình Vật lí lớp 12 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRUNG TÂM GDNN – GDTX THỌ XUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI H[.]

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRUNG TÂM GDNN – GDTX THỌ XUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI HƯỚNG DẪN HỌC SINH HỆ GDTX GIẢI NHANH BÀI TẬP GIAO THOA SĨNG CƠ TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 12 Người thực hiện: Đỗ Ích Tình Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh mực (mơn): Vật lí THANH HOÁ NĂM 2019 SangKienKinhNghiem.net Mục lục PHẦN I MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài …………………………………………………… II Mục đích nghiên cứu ………………………… …………… III Đối tượng nghiên cứu ……………………………………… … Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………… Phạm vi nghiên cứu ………………………………………………… IV Phương pháp nghiên cứu ………………………………… PHẦN II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm ……………………… Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm … Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp sử dụng để giải vấn đề ……….……………………………………………………………… A Cơ sở lý thuyết Các đại lượng đặc trưng cho sóng Phương trình sóng 2.1 Phương trình sóng nguồn O 2.2 Phương trình sóng điểm M phương truyền sóng 2.3 Độ lệch pha hai điểm cách nguồn khoảng xM, xN Giao thoa hai sóng kết hợp …………………………………… 3.1 Định nghĩa giao thoa sóng …………………………………… 3.2 Điều kiện để có tượng giao thoa …………………………… 3.3 Vị trí cực đại, cực tiểu giao thoa ……………………………… 3.4 Các truờng hợp giao thoa sóng thường gặp ……………………… B Các dạng toán thường gặp …………………………………… Dạng 1: Tìm số đường (điểm) dao động với biên độ cực đại, cực tiểu đoạn CD …………………………………………………… Phương pháp giải …………………………………………………… 1.1 Trường hợp nguồn pha …………………………………… 1.2 Trường hợp nguồn ngược pha …………………………………… Bài tập vận dụng …………………………………………………… Dạng 2: Tìm vị trí điểm cực đại, cực tiểu giao thoa Phương pháp giải Bài tập vận dụng …………………………………………………… Dạng 3: Tính biên độ sóng điểm Tìm số điểm có biên độ biết đoạn AB Phương pháp giải Bài tập vận dụng …………………………………………………… Dạng 4: Xác định vị trí, số điểm dao động pha, ngược pha với nguồn với trung điểm O đoạn AB …………………………… Phương pháp giải …………………………………………………… Bài tập vận dụng …………………………………………………… Trang 3 3 3 4 5 5 5 6 6 8 8 9 12 12 12 13 13 13 14 14 14 SangKienKinhNghiem.net C Bài tập luyện tập ………………………………………………… Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường ………………………………… PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận …………………………………………………………… Kiến nghị …………………………………………………………… Tài liệu tham khảo …………………………………………………… Các đề tài SKKN hồi đồng Sở GD&ĐT Thanh Hóa đánh giá xếp loại ……………………………………………………………………… 15 19 20 20 21 22 SangKienKinhNghiem.net PHẦN I MỞ ĐẦU I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong trình 15 năm dạy học thấy học đến phần sóng chương trình Vật lí 12, cụ thể tơi thấy gặp tốn giao thoa sóng em học học sinh hay lúng túng dễ điểm kỳ thi THPT quốc gia Đối với học sinh hệ Giáo dục thường xuyên (GDTX) gặp tốn giao thoa lại khó khăn hơn, chất lượng đầu vào không cao, tốn giao thoa có sử dụng đến phương trình lượng giác mà kiến thức lượng giác em chưa vững q trình làm hay sai sót nhầm lẫn Mặt khác, giai đoạn mà hình thức thi trắc nghiệm áp dụng kỳ thi THPT quốc gia, yêu cầu phương pháp giải nhanh tối ưu cho em cấp thiết để em đạt kết cao Xuất phát từ lý nêu từ thực trạng dạy học Trung tâm GDNN – GDTX, mạnh dạn chọn đề tài: “Hướng dẫn học sinh hệ GDTX giải nhanh tập giao thoa sóng chương trình Vật lí 12” Vì chất lượng đầu vào khơng cao nên đề tài tơi đưa tốn giao thoa sóng hai sóng kết hợp pha ngược pha II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài có phân loại dạng tốn từ vận dụng kiến thức lượng giác để giải tốn giao sóng, dạng đưa phương pháp giải nhằm giúp em tìm cách giải nhanh Trên sở kết nghiên cứu giúp cho em học sinh áp dụng để giải loại toán giao thoa sóng vận dụng kiến thức để giải toán dao động điện đặc biệt tốn giao thoa sóng ánh sáng III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu - Học sinh lớp 12 ôn thi THPT quốc gia Phạm vị nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu phần “Sóng cơ” thuộc chương trình Vật lí lớp 12 IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài - Trình bày sở lý thuyết sóng đại lượng đặc trưng sóng - Trình bày sở lý thuyết giao thoa hai sóng kết hợp pha ngược pha - Phương pháp giải nhanh dạng tập giao thoa sóng - Các tập áp dụng cho dạng tập - Đưa tập trắc nghiệm để học sinh luyện tập - Đánh giá, đưa điều chỉnh phương pháp cho phù hợp đối tượng học sinh SangKienKinhNghiem.net PHẦN II: NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Cơ sở lý luận sáng kiến kinh nghiệm Để giúp em học tốt hơn, giáo viên cần tạo cho học sinh hứng thú học tập, cần giúp em làm tập rèn luyện tư môn học Cần cho học sinh thấy nhu cầu nhận thức quan trọng, người muốn phát triển cần phải có tri thức cần phải học hỏi Đối với mơn vật lý giáo viên cần biết định hướng, giúp đỡ đối tượng học sinh, quan trọng phải tạo tình giúp em nâng cao lực tư Việc phân loại tập hai sóng kết hợp pha ngược pha giao thoa chương trình Vật lí 12 cần thiết để giúp em học sinh có hiệu cao việc rèn luyện kỹ giải tập rèn luyện tư cho học sinh, rèn luyện cho em phương pháp làm việc khoa học, độc lập góp phần hình thành cho học sinh lực tư khoa học Có thể vận dụng dạng tập phần để giúp em rèn luyện kỹ sống; luyện tập, rèn luyện kỹ cho học sinh; kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ ghi nhớ vận dụng kiến thức có sâu chuỗi kiến thức bài, chương… học sinh Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Nghiên cứu đối tượng học sinh năm học: 2017-2018; 2018-2019 - Phương pháp quan sát: Người thực đề tài tự tìm tòi, nghiên cứu, đúc rút kinh nghiệm từ thực tiễn giảng dạy - Phương pháp trao đổi, thảo luận: Từ kết nghiên cứu, thực đề tài tiến hành trao đổi, thảo luận với đồng nghiệp, rút kinh nghiệm để hoàn thiện đề tài - Pương pháp thực nghiệm: Tôi tiến hành dạy thể nghiệm theo phương pháp nghiên cứu đề tài - Phương pháp điều tra: Tôi tập áp dụng để kiểm tra đánh giá kết sử dụng phương pháp Thực trạng học sinh + Các em lúng túng giải thích tượng giao thoa sóng + Khả truyền tải từ ngơn ngữ Vật lí thành công thức + Ý thức học tập học sinh chưa thực tốt + Nhiều học sinh có tâm lí sợ học mơn vật lí Đây mơn học địi hỏi tư duy, phân tích em Thực khó khơng học sinh mà cịn khó giáo viên việc truyền tải kiến thức tới em Nhiều em hổng kiến thức từ lớp dưới, ý thức học tập chưa cao nên chưa xác định động học tập, chưa thấy ứng dụng to lớn môn vật lý đời sống SangKienKinhNghiem.net Qua nghiên cứu vài năm trở lại việc học sinh tiếp thu vận dụng kỷ giải tập giao thoa sóng cịn nhiều hạn chế, kết chưa cao Sự nhận thức ứng dụng thực tế vận dụng vào việc giải tập Vật lí cịn nhiều yếu Để làm tốt vấn đề người giáo viên phải ln ln tìm tòi đưa hướng giải khắc phục cho học sinh đạt kết cao kì thi người thầy phải tìm cách giải phù hợp nhanh cho dạng toán cụ thể để truyền thụ cho học sinh Thực trạng động lực giúp nghiên cứu đề tài Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp sử dụng để giải vấn đề A Cơ sở lý thuyết Các đại lượng đặc trưng cho sóng + Biên độ sóng A: biên độ dao động phần tử môi trường có sóng truyền qua + Chu kỳ sóng T: chu kỳ dao động phần tử mơi trường sóng truyền qua + Tần số f: đại lượng nghịch đảo chu kỳ sóng: f  T + Tốc độ truyền sóng : tốc độ lan truyền dao động môi trường + Bước sóng : quảng đường mà sóng truyền chu kỳ   vT  v f + Bước sóng  khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng dao động pha Phương trình sóng 2.1 Phương trình sóng nguồn O uO =Acos(2ft) 2.2 Phương trình sóng điểm M phương truyền sóng uM=Acos2f(t- t) = uM =Acos(t - x v )=Acos 2( t T  x  ) 2.3 Độ lệch pha hai điểm cách nguồn khoảng xM, xN  MN  2 x N  xM  - Nếu điểm M N dao động pha thì: SangKienKinhNghiem.net  MN  2k  2 x N  xM   k   x N  xM  k  - Nếu điểm M N dao động ngược pha thì:  MN  (2k  1)  2 x N  xM   (2k  1)  xN  xM  (2k  1)  - Nếu điểm M N dao động vuông pha thì:  MN  (2k  1)  2 x N  xM   (2k  1)   xN  xM  (2k  1)  - Nếu điểm M N nằm phương truyền sóng cách khoảng x thì: x x     2 v  Giao thoa hai sóng kết hợp 3.1 Định nghĩa giao thoa sóng Hiện tượng hai sóng kết hợp, gặp điểm xác định, luôn tăng cường nhau, làm yếu gọi giao thoa sóng 3.2 Điều kiện để có tượng giao thoa Để có tượng giao thoa hai sóng hai sóng phải sóng kết hợp, hai sóng phải xuất phát từ nguồn dao động có tần số, phương dao động có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian 3.3 Vị trí cực đại, cực tiểu giao thoa Giả sử bề mặt chất lỏng có nguồn A; B dao động phương theo phương trình: u1  A1cos(t  1 ) u2  A2 cos(t  2 ) Xét điểm M bề mặt chất lỏng với MA = d1; MB = d2 Coi biên độ sóng khơng đổi q trình truyền sóng Phương trình sóng M hai nguồn A; B truyền đến: 2 d1 2 d u1M  A1cos(t  1  ); u2 M  A2 cos(t  2  )   Độ lệch pha sóng tới M:   2 (d1  d )  (1)    1 Dao động M tổng hợp dao động từ A; B truyền đến: uM = u1M + u2M - M dao động với biên độ cực đại Amax = A1 + A2 sóng tới M pha:   2 (d1  d )   2  1  2k  d1  d  k   (1  2 ) ;k Z 2 (2) SangKienKinhNghiem.net - M dao động với biên độ cực tiểu Amax = |A1 - A2 | sóng tới M ngược pha:   2 (d1  d )   2  1  (2k  1) (3) - Tại vị trí khác biên độ sóng M: | A1  A2 | A  A1  A2 (4) 3.4 Các truờng hợp giao thoa sóng thường gặp - Trường hợp hai nguồn pha 1  2  + Vị trí cực đại: d1  d  k  ; k  Z 5 Quỹ tích điểm dao động với biên độ cực đại họ đường hypebol (đường liền nét), đường có vị trí cố định gọi đường cực đại (vân giao thoa cực đại) + Vị trí cực tiểu: d1  d  (k  ) ; k  Z (6) Quỹ tích điểm dao động với biên độ cực tiểu họ đường hypebol (đường đứt nét), đường có vị trí cố định gọi đường cực tiểu (vân giao thoa cực tiểu) - TH2 hai nguồn ngược pha 1  2   + Vị trí cực đại: d1  d  (k  ) ; k  Z (7) SangKienKinhNghiem.net Quỹ tích điểm dao động với biên độ cực đại họ đường hypebol (đường liền nét), đường có vị trí cố định gọi đường cực đại (vân giao thoa cực đại) + Vị trí cực tiểu: d1  d  k  ; k  Z (8) Quỹ tích điểm dao động với biên độ cực tiểu họ đường hypebol (đường đứt nét), đường có vị trí cố định gọi đường cực tiểu (vân giao thoa cực tiểu) B Các dạng toán thường gặp Dạng 1: Tìm số đường (điểm) dao động với biên độ cực đại, cực tiểu đoạn CD Phương pháp giải 1.1 Trường hợp nguồn pha - Tìm số đường (điểm) cực đại, cực tiểu đoạn CD Gọi M điểm có biên độ cực đại CD Đặt MA = d1; MB = d2 Ta có: d1 – d2 = k Giả sử CA - CB < DA - DB  CA  CB  d1  d  DA  DB  CA  CB  k   DA  DB; k  Z (*) Từ phương trình (*) tìm số giá trị k số đường (điểm) cực đại đoạn CD Tương tự số điểm cực tiểu đoạn CD thỏa mãn: CA  CB  (k  )  DA  DB; k  Z - Tìm số đường (điểm) cực đại, cực tiểu đoạn AB Số điểm cực đại đoạn AB thỏa mãn:  AB  k   AB; k  Z Số cực đường (điểm) tiểu đoạn AB thỏa mãn:  AB  (k  )  AB; k  Z SangKienKinhNghiem.net Chú ý: + Đường trung trực AB đường cực đại + Số cực đại đoạn AB số lẻ + Số cực tiểu đoạn AB số chẵn 1.2 Trường hợp nguồn ngược pha - Tìm số đường (điểm) cực đại, cực tiểu đoạn CD Số cực đại đoạn CD thỏa mãn: CA  CB  (k  )  DA  DB; k  Z Số cực tiểu đoạn CD thỏa mãn: CA  CB  k   DA  DB; k  Z - Tìm số đường (điểm) cực đại, cực tiểu đoạn AB Số cực đại đoạn AB thỏa mãn:  AB  (k  )  AB; k  Z Số cực tiểu đoạn AB thỏa mãn:  AB  k   AB; k  Z Chú ý: + Đường trung trực AB đường cực tiểu + Số cực đại đoạn AB số chẵn + Số cực tiểu đoạn AB số lẻ Nhận xét: + Các điểm dao động với biên độ cực đại AB cách đặn /2 + Các điểm dao động với biên độ cực tiểu AB cách đặn /2 + Khoảng cách điểm dao động với biên độ cực đại điểm dao động với biên độ cực tiểu liên tiếp AB /4 + Với tốn tìm số điểm cực đại, cực tiểu đường trịn đường kính AB Mỗi đường cực đại, cực tiểu đoạn AB cắt đường tròn điểm nên số điểm cực đại, cực tiểu đường tròn gấp lần số đường cực đại, cực tiểu đoạn AB + Với toán tìm số điểm cực đại, cực tiểu đường trịn đường kính EF < AB với AE = BF Mỗi đường cực đại, cực tiểu đoạn EF cắt đường tròn điểm nên số điểm cực đại, cực tiểu đường tròn là: N' = 2N đường cực đại, cực tiểu không qua E; F N' = 2N - đường cực đại, cực tiểu qua E; F (N số cực đại, cực tiểu đoạn EF) + Khi giải tập dạng trước hết ta tính độ lệch pha nguồn để chọn công thức áp dụng Bài tập vận dụng Bài tập 1: Trên mặt nước nằm ngang, hai điểm A; B cách 8,2 cm, người ta đặt hai nguồn sóng kết hợp, dao động điều hồ theo phương thẳng đứng có tần số 15Hz ln dao động đồng pha Biết tốc độ truyền sóng mặt SangKienKinhNghiem.net nước 30cm/s, coi biên độ sóng khơng đổi truyền Tính số điểm dao động với biên độ cực đại, cực tiểu đoạn AB Hướng dẫn: Ta có :   v 30   2cm f 15 Vì nguồn pha nên số điểm dao động với biên độ cực đại đoạn AB thỏa mãn:  AB  k   AB  -8,2 < 2k < 8,2  -4,1 < k < 4,1; k  Z  k  0; 1; 2; 3; 4 Vậy có điểm dao động với biên độ cực đại đoạn AB Số điểm dao động với biên độ cực tiểu đoạn AB thỏa mãn:  AB  (k  0,5)  AB  -8,2 < (k+0,5).2 < 8,2  -4,6 < k < 3,6; k  Z  k  0; 1; 2; 3; 4 Vậy có điểm có biên độ dao động cực tiểu đoạn AB Bài tập 2: Trong thí nghiệm giao thoa sóng mặt nước, hai nguồn kết hợp A; B cách 14,5cm dao động ngược pha Điểm M AB gần trung điểm O AB nhất, cách O đoạn 0,5cm dao động cực đại Tính số điểm dao động cực đại đường trịn đường kính AB thuộc mặt nước Hướng dẫn: Vì nguồn ngược pha nên trung điểm O đoạn AB có biên độ cực tiểu M có biên độ cực đại gần O nên: OM    0,5    2cm  AB  (k  )  AB  -7,75< k