(SKKN HAY NHẤT) phương pháp giải một số bài toán về đồ thị sóng cơ vật lý 12 THPT

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong chương trình vật lý trung học phổ thơng việc giải tốn liên quan đến đồ thị nói chung đồ thị sóng nói riêng tương đối phức tạp học sinh giáo viên Nhưng việc lựa chọn phương pháp cho phù hợp, ngắn gọn, hiệu dễ hiểu đơn giản, tốn khó tốn đồ thị sóng Học sinh giáo viên thường lúng túng gặp tốn dạng tốn u cầu trình độ tư cao, học sinh có vốn kiến thức tốn học vững kỷ đọc phân tích số liệu có đồ thị dạng thường xuất đơn lẻ, khơng có tính hệ thống, khơng có phương pháp giải cụ thể Việc vận dụng kiến thức cách đọc đồ thị sóng vào giải tốn thực tiễn có ý nghĩa quan trọng việc củng cố, rèn luyện hoàn thiện kiến thức học nâng cao khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn Từ đó, góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp hướng nghiệp cho học sinh, kích thích hứng thú học tập cho học sinh điều kiện nhằm phát huy lực hoạt động trí tuệ, tính tích cực, tự lập, sáng tạo học sinh Nhằm giúp cho học sinh có cách nhìn tổng qt tốn đồ thị sóng điển hình vật lí THPT có cách lựa chọn, định hướng phương pháp giải, bước giải cụ thể phù hợp với dạng tốn đó, nên thực nghiên cứu đề tài: “PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TỐN VỀ ĐỒ THỊ SĨNG CƠ - VẬT LÝ 12 THPT” 1.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu “ tốn đồ thị sóng” dạy học Vật lý nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh, nâng cao khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh, qua nâng cao chất lượng dạy học Vật lý trường THPT Để thực tốt mục đích nghiên cứu đề tài cần thực mục tiêu sau: - Xây dựng tài liệu tập điển hình trường THPT Giúp học sinh hiểu sâu vận dụng linh hoạt phương pháp vào giải toán liên quan UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.3 Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu sâu chất, giải tốn sóng lên quan đến đồ thị nằm chương trình Vật lý 12 THPT 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phân tích, tổng hợp lý thuyết, tập từ tài liệu, sách giáo khoa, sách tập bộ, sách tham khảo, đề thi THPT Quốc gia, đề thi HSG sở giáo dục qua năm - Dựa thực tiễn dạy học tốn vật lí lớp chọn bồi dưỡng HSG hàng năm NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lý luận 2.1.1 Phương trình sóng Tại nguồn O: Tại điểm M phương truyền sóng: Nếu bỏ qua mát lượng q trình truyền sóng biên độ sóng O M nhau: Ta có: , với u A O -A 2.1.2 Phương trình sóng tổng quát Tại điểm O: Tại điểm M cách O đoạn x phương truyền sóng: + Sóng truyền theo chiều dương trục Ox thì: , với + Sóng truyền theo chiều âm trục Ox thì: UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tại điểm M xác định mơi trường sóng: x= khơng đổi; uM hàm điều hịa theo t với chu kỳ T Tại thời điểm xác định t = không đổi; uM hàm biến thiên điều hịa theo khơng gian x với chu kỳ 2.1.3 Độ lệch pha hai điểm M M cách nguồn sóng xM xN + Nếu điểm M N dao động pha thì: + Nếu điểm M N dao động ngược pha thì: + Nếu điểm M N dao động vng pha thì: Lưu ý:Đơn vị x, x1, x2, v phải tương ứng với Ghi nhớ quan trọng: Xét phương truyền sóng, sóng truyền qua điểm trước phần tử mơi trường điểm dao động nhanh pha 2.1.4 Chiều truyền sóng Sườn sau Sườn trước Sườn sau Sườn trước Sườn sau Sườn trước Đỉnh sóng Hướng truyền sóng Hõm sóng Bên hình ảnh sóng ngang (sóng hình sin) sợi dây đàn hồi dài vô hạn UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nhân xét: • Các điểm A, E, I dao động pha, biên bên • Các điểm C, G, K dao động pha, biên bên • Các điểm B, F, J dao động pha, qua vị trí cân lên • Các điểm D, H dao động pha qua vị trí cân xuống với 2.2 Thực trạng vấn đề - Thưc tê đê giai bai toán đồ thị sóng thi học sinh giáo viên thường lúng túng việc định hướng giải - Do tốn khó, tài liệu hành đưa toán nho le khơng có tính tổng qt - Đối với giáo viên giảng dạy phần này, đòi hỏi thầy ngồi kiến thức chun mơn vững vàng cịn cần có kiến thức tốn học tốt, đặc biệt kiến thức liên quan nhiều đến môn Vật lý đường tròn lượng giác 2.3 Một số biện pháp - Sau tơi trình bày số dạng toán đồ thị sóng để thấy tính hiệu đề tài này: Dạng 1: Xác định trạng thái dao động phần tử vật chất: Phương pháp giải: Để giải loại tốn địi hỏi học sinh phải hiểu chất q trình truyền sóng Sóng có tính tuần hồn theo thời gian khơng gian Đỉnh Theo chiều truyền sóng từ trái sang phải:sóng UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Theo chiều truyền sóng từ phải sang trái: Đỉnh sóng Hõm sóng Khi sóng lan truyền đi: Sườn trước lên, Sườn sau xuống Đỉnh sóng: điểm lên cao Hõm sóng(Đáy sóng):điểm hạ thấp +Ghi nhớ: Theo chiều truyền sóng từ trái sang phải: - Các điểm bên phải đỉnh sóó́ng lên, điểm bên trái đỉnh sóó́ng xuống - Các điểm bên phải đáy sóó́ng (điểm hạ thấp nhất) xuống, cịn điểm bên trái đáy sóó́ng lên Theo chiều truyền sóng từ phải sang trái: - Các điểm bên phải đỉnh sóó́ng xuống, cịn điểm bên trái đỉnh sóó́ng lên - Các điểm bên phải đáy sóó́ng (điểm hạ thấp nhất) lên, cịn điểm bên trái đáy sóó́ng xuống Bài tập mẫu Câu 1:(Quốc Học Huế - 2018)Một sóng truyền theo phương AB Tại thời điểm đó, hình dạng sóng có dạngnhư hình vẽ Biết điểm M lên vị trí cân Khi điểm N chuyển động A xuống B đứng yên, C chạy ngang D lên Phân tích giải: Từ hình vẽ ta thấy phần tử M có li độ âm lên, mặt khác M nằm bên trái đỉnh sóng mà phần tử vật chất M lên sóng truyền từ phải qua trái UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cũng từ đồ thị ta thấy phần tử vật chất N củng nằm bên trái đỉnh sóng nằm phía vị trí cân nên li độ dương Từ chứng tỏ phần tử vật chất N có xu hướng lên Đáp án D Câu 2: (Thi thử chuyên Vinh).Một sóng truyền sợi dây với tần số f = 10 Hz Tại thời điểm sợi dây có dạng hình vẽ Trong khoảng cách từ vị trí cân A đến vị trí cân D 60 cm điểm C xuống qua vị trí cân Chiều truyền sóng vận tốc truyền sóng là: A Từ E đến A với vận tốc m/s B Từ A đến E với vận tốc m/s C Từ A đến E với vận tốc m/s D Từ E đến A với vận tốc m/s Phân tích giải: Từ đồ thị ta có: C vị trí cân xuống mặt khác C nằm bên phải đỉnh sóngnên chiều truyền sóng từ E đến A Mặt khác khoảng cách từ vị trí cân A đến vị trí cân D Sóng truyền từ E đến A với vận tốc m/s Đáp án A Câu 3: Hai điểm A, B phương truyền sóng, cách 25,5cm Trên đoạn AB có điểm A1, A2, A3 dao động pha với A điểm B1, B2, B3 pha với B Sóng truyền theo thứ tự A, B1, A1, B2, A2, B3, A3 A3B = 3cm Tìm bước sóng A 6,5cm Phân tích giải: Theo lý thuyết học bước sóng khoảng cách gần hai điểm dao động pha trên phương truyền sóng nên điểm A,A 1,A2,A3, điểm liên tiếp dao động pha nên khoảng cách giữa khoảng cách giã thuyết cho Vậy ta có: Dạng 2: Xác định độ lệch pha: Đáp án B UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp giải: Để giải loại toán ta phải quan sát kỷ đồ thi để tìm tỉ lệ khoảng cách hai điểm tốn cho bước sóng chia theo ô để tính tỷ số Độ lệch pha Câu 1: (Quốc gia – 2017) Trên sợi dây dài có sóng ngang hình sin truyền qua theo chiều dương trục Ox Tại thời điểm t0, đoạn sợi dây có hình dạng hình bên Hai phần tử dây M Q dao động lệch pha A rad B rad C rad D rad Phân tích giải: + Từ hình vẽ ta thấy bước sóng có độ dài vng khoảng cách từ M đến N theo phương ox vng nên ta có: Vậy độ lệch pha hai điểm O M Đáp án C Câu 2: (Thị Xã Quãng Trị – 2018)Một sóng ngang hình sin truyền sợi dây dài.Hình vẽ bên hình dạng đoạn dây thời điểm xác định Trong q trình lan truyền sóng, hai phần tử M N lệch pha góc A B C D Phân tích giải: Từ hình vẽ ta thấy bước sóng 12 khoảng cách từ M đến N theo phương ox nên ta có Đáp án B Câu 3: (Minh Họa – 2018): Một sóng ngang hình sin truyền sợi dây dài Hình vẽ bên hình dạng đoạn dây thời điểm xác định UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail P.com Ta có Từ (1) (2) ta có + Mặt khác từ đồ thị ta thấy phần tử vật chất M thời điểm t1 qua VTCB theo chiều âm đến thời điểm t2 điểm M vị trí biên dương Vật từ thời điểm t1 -A đến thời điểm t2 phần tử M phải Vậy + Tai thời điểm t0 = t1- đường thòn ta phải qua lùi lại góc Vậy Đáp án D Câu 7: (Chuyên Hà Tĩnh – 2017)Một nguồn phát sóng hình sin đặt O, truyền dọc theo sợi dây đàn hồi căng ngang dài OA với bước sóng 48 cm Tại thời điểm t1 t2 hình dạng đoạn dây tương ứng đường đường hình vẽ, trục Ox trùng với vị trí cân sợi dây, chiều dương trùng với chiều truyền sóng Trong M điểm cao nhất, uM, uN, uH li độ điểm M, N, H Biết biên độ sóng khơng đổi Khoảng cách từ P đến Q A.2 cm B 12 cm C cm D 4cm Phân tích giải: + Ta nhận thấy sóng truyền từ trái qua phải Tại thời điểm t1, điểm H có li độ uH tăng, đến thời điểm t2, điểm H có li độ uH giảm + Phương pháp đường tròn, ta thu hình vẽ sau UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ta để ý vị trí từ M đến trí từ N đến ứng với lệch pha mặt không gian (Δx), vị ứng với lệch pha mặt thời gian (Δt) Mặt khác M N có vị trí khơng gian Từ ta có =600 = Đáp án D Bài tập vận dụng Câu 1: Hình vẽ hình dạng đoạn dây có x(cm) sóng ngang hình sin chạy qua Trong phần tử dao động theo phương Ou, với vị trí cân có li độ u = Bước sóng sóng A 12 cm Câu 2:(Sở Vĩnh Phúc 2018).Sóng truyền sợi dây đàn hồi, dọc theo chiều dương trục Ox, vào thời điểm t hình dạng sợi dây hình vẽ, vị trí sợi dây cắt trục Ox có tọa độ 0, 20, 40, 60,… Biết O tâm sóng, M điểm dây Hỏi vào thời điểm t nói khoảng cách hai điểm O, M gần với giá trị sau đây? A 35,9 cm Câu 3: Có điểm M N phương truyền sóng mặt nước, cách Tại thời điểm t đó, mặt thống M cao VTCB 7,5mm lên; cịn mặt thống N thấp VTCB 10mm lên Coi biên độ sóng khơng đổi Xác định biên độ sóng a chiều truyền sóng A 13 mm từ M đến N B 10 mm từ M đến N C 13 mm từ N đến M D 12 mm từ M đến N UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Câu 4: (Quốc gia – 2017) Trên sợ dây dài, có sóng ngang hình sin truyền qua theo chiều dương trục Ox Tại thời điểm t0 đoạn sợi dây có hình dạng hình bên Hai phần tử M O dao động lệch pha A rad Câu 5: (Minh họa – 2017) Một sóng hình sin truyền sợ dây dài Ở thời điểm t, hình dạng đoạn dây hình vẽ Các vị trí cân phần tử dây nằm trục Ox Bước sóng sóng A 48 cm Câu 6: (Chuyên Lê Khiết – 2017)Một sóng ngang hình sin truyền sợi dây dài Chu kì sóng s Ở thời điểm t, hình dạng đoạn sợi dây hình vẽ Các vị trí cân phần tử dây nằm trục Ox Tốc độ lan truyền sóng A m/s Câu 7:(Thi thử THPT Nam Trực – Nam Định 2018).Một sóng hình sin lan truyền sợi dây đàn hồi theo chiều dương trục ox Hình vẽ bên mơ tả hình dạng sợi dây thời điểm t1 Cho tốc độ truyền sóng dây cm/s Vận tốc điểm M thời điểm = t1 + 1,5 s gần giá trị sau đây? A 26,65 cm/s Câu Một sóng ngang truyền mơi trường vật chất đàn hồi có tốc độ truyền sóng v = 2m/s Xét hai điểm M N phương truyền sóng (sóng truyền từ M đến N) Tại thời điểm t = t0 hình ảnh sóng mơ tử UAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hình vẽ Các vị trí cân phần tử dây nằm trục Ox Vận tốc điểm N thời điểm t = t0 A cm/s.B Câu 9: Một sóng hình sin truyền sợi dây theo chiều dương trục Ox Hình vẽ mơ tả hình dạng t1 x(cm) sợi dây thời điểm t1 (đường nét đứt) thời điểm t2, vận tốc điểm M dây A -39,3 cm/s Câu 10: (Sở Đồng Tháp – 2017) Một sóng học thời điểm t = có đồ thị đường liền nét Sau thời gian t, có đồ thị đường đứt nét Cho biết vận tốc truyền sóng m/s, sóng truyền từ phải qua trái Giá trị t A.0,25 s Câu 11 Một sóng truyền dọc theo chiều dương trục Ox sợi dây đàn hồi dài với tần số f