Sáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật líSáng kiến kinh nghiệm, SKKN Ứng dụng phương trình và hàm số bậc 2 để giải các bài tập Vật lí
SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí MỤC LỤC Trang PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ .2 PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I LÝ THUYẾT I.1 Phương trình bậc 2: I.2 Hàm số bậc 2: I.3 Dịng điện khơng đổi: I.4 Mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp: I.5 Tổng hợp dao động: I.6 Dao động tắt dần: I.7 Chuyển động thẳng đều: I.8 Chuyển động vật tác dụng trọng lực: II BÀI TẬP II.1 Một số toán liên quan đến đại học .5 II.2 Một số tập nâng cao dành cho học sinh giỏi 18 II.3 Một số tập vận dụng 23 PHẦN III: KẾT LUẬN 25 I KẾT QUẢ THỰC HIỆN 25 II BÀI HỌC KINH NGHIỆM .26 PHẦN IV: PHẦN NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ Error! Bookmark not defined GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -1/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Môn Vật lý phận khoa học tự nhiên nghiên cứu tượng xảy có tính qui luật tự nhiên Những thành tựu vật lý ứng dụng vào thực tiễn sống ngược lại thực tiễn sống thúc đẩy khoa học vật lý phát triển Vì vậy, học vật lý không đơn học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng kiến thức vào thực tiễn sống Do q trình giảng dạy mơn Vật lí, người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có kĩ năng, kĩ xảo thường xuyên vận dụng hiểu biết học để giải vấn đề thực tiễn đặt Bộ môn vật lý đưa vào giảng dạy nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thông, bản, giúp học sinh có khả phân tích tổng hợp có phương pháp làm việc khoa học Chính thế, để học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức, đồng thời áp dụng kiến thức vào thực tiễn sống cần phải rèn luyện cho học sinh phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo việc giải tập, đo lường, quan sát … Bài tập vật lý có ý nghĩa quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học vật lý nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt tập vật lý, học sinh có kĩ so sánh, phân tích, tổng hợp … góp phần to lớn việc phát triển tư học sinh Đặc biệt tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống vận dụng kiến thức học vào việc giải tình cụ thể, làm cho mơn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn em Hiện nay, xu đổi ngành giáo dục phương pháp giảng dạy phương pháp kiểm tra đánh giá kết giảng dạy thi tuyển, cụ thể phương pháp kiểm tra đánh giá phương tiện trắc nghiệm khách quan Trắc nghiệm khách quan trở thành phương pháp chủ đạo kiểm tra đánh giá chất lượng dạy học nhà trường THPT Điểm đáng lưu ý nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn kiến thức chương trình, tránh học tủ, học lệch để đạt kết tốt việc kiểm tra, thi tuyển học sinh khơng phải nắm vững kiến thức mà cịn địi hỏi học sinh phải có phản ứng nhanh dạng toán, đặc biệt dạng toán mang tính chất khảo sát mà em thường gặp Để đáp ứng yêu cầu phương pháp thi tuyển trắc nghiệm khách quan, trình giảng dạy giáo viên phải dạy cho học sinh phương pháp làm nhanh, đơn giản hiệu Qua trình giảng dạy tìm hiểu, thân tơi nhận thấy “sử dụng phương trình hàm số bậc để GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -2/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí giải tập Vật lí” thật mang lại hiệu tốt PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I LÝ THUYẾT I.1 Phương trình bậc 2: - Phương trình bậc hai phương trình có dạng: ax bx c a - Hệ thức b 4ac Nếu : phương trình vơ nghiệm Nếu : phương trình có nghiệm kép x1 x2 Nếu : phương trình có hai nghiệm x1 b 2a b b x2 2a 2a b x1 x2 a - Định lí Vi – et: c x x a , trái dấu a.c a.c - Phương trình có hai nghiệm dấu - Phương trình có hai nghiệm dương a.c a.b - Phương trình có hai nghiệm âm a.c a.b I.2 Hàm số bậc 2: - Hàm số bậc hàm số có dạng: y f x ax bx c a - Nếu a > 0, hàm số có giá trị cực tiểu x = - Nếu a < 0, hàm số có giá trị cực đại x = b , giá trị cực tiểu ymin 2a 4a b , giá trị cực đại ymax 2a 4a - Nếu f(x) dấu với a, x R - Nếu f(x) dấu với a, x GV: Trần Văn Kiên b 2a Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -3/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí - Nếu f(x) có hai nghiệm x1 x2 ( x1 x2 ) Khi đó, f(x) trái dấu với a với x nằm khoảng ( x1 ; x2 ) f(x) dấu với a với x nằm đoạn x ;x I.3 Dòng điện khơng đổi: - Dịng điện khơng đổi dịng điện có chiều cường độ dịng điện khơng đổi - Định luật Ôm đoạn mạch chứa điện trở thuần: I U R - Công suất tỏa nhiệt R: P I R I.4 Mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp: - Cảm kháng: Z L L - Dung kháng: Z C C - Tổng trở: Z R Z L Z C - Cường độ dòng điện hiệu dụng: I - Hệ số công suất: cos U Z R Z - Công suất tiêu thụ đoạn mạch: P U I cos I R - Hiệu điện hai đầu cuộn cảm: U L I Z L - Hiệu điện hai đầu tụ điện: U C I Z C I.5 Tổng hợp dao động: - Cho hai dao động điều hòa phương, tần số: x1 A1 cos t 1 cm x2 A2 cos t 2 cm - Dao động tổng hợp hai dao động dao động điều hòa: x A cos t cm - Biên độ pha ban đầu dao động tổng hợp: A A12 A22 A1 A2 cos 1 2 ; tan A1 sin 1 A2 sin A1 cos 1 A2 cos I.6 Dao động tắt dần: GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -4/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí - Trong q trình dao động vật ta khơng loại bỏ ma sát dao động vật dao động tắt dần - Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian I.7 Chuyển động thẳng đều: - Chuyển động thẳng chuyển động quỹ đạo thẳng với vận tốc không đổi - Quãng đường vật được: S v t t0 , v tốc độ chuyển động, t0 thời điểm bắt đầu khảo sát chuyển động I.8 Chuyển động vật tác dụng trọng lực: r ur - Đặc điểm: gia tốc vật a g - Để nghiên chuyển động vật, ta khảo sát chuyển động theo hai phương (tổng quát): Theo phương ngang: vật chuyển động thẳng uu r ur Theo phương thẳng đứng: vật có gia tốc a y g II BÀI TẬP II.1 Một số toán liên quan đến đại học Trước hết Tôi xin giới thiệu tập học sinh lớp Đây tập nâng cao Vật lí Dạng tập dùng để làm đề thi đề thi chọn học sinh giỏi đề thi tuyển sinh vào chuyên lí Bài 1: Cho đoạn mạch AB gồm biến trở R mắc nối tiếp với điện trở R = 40 , đặt vào hai đầu đoạn mạch hiệu điện không đổi UAB = U = 100V a Khi thay đổi giá trị biến trở thấy cơng suất tỏa nhiệt biến trở đạt giá trị lớn Tìm giá trị biến trở để công suất tỏa nhiệt biến trở đạt giá trị lớn nhất? Tìm giá trị lớn cơng suất? b Khi thay đổi giá trị R thấy có hai giá trị R = R R = R2 cho giá trị công suất P biến trở Biết R1 R2 100 Tính giá trị P hai trường hợp trên? * Phân tích cách giải toán: - Trước hết xem xét cách giải học sinh đối diện với toán Với toán học sinh thường tách riêng thành hai câu để giải Thông thường học sinh thường giải sau: a Công suất tỏa nhiệt biến trở có biểu thức: P I 2R GV: Trần Văn Kiên U2 R R0 R U2 R R RR0 R02 Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -5/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí Vì tốn u cầu tìm R để cơng suất tỏa nhiệt biến trở đạt giá trị cực đại nên R , đó: P U2 R02 R R0 R U2 R0 R R02 R U2 U 1002 Pmax 62,5 W R0 R0 4.40 (áp dụng bất đẳng thức Cosi) Công suất đạt giá trị cực đại khi: R R02 R R0 40 R b Vì cơng suất biến trở hai trường hợp nên ta có: P I R1 I R2 2 U2 R1 U2 R2 R1 R2 R1 R0 R2 R0 R1 40 R2 40 2 R1 R2 R0 R2 R1 R0 R1 R2 R2 R1 R02 R2 R1 2 2 2 Vì R1 R2 R1.R2 R0 1600 1 Mặt khác: R1 R2 100 R1 20 Do R1 , R2 nghiệm phương trình: R 100 R 1600 (2) R2 80 Công suất tiêu thụ biến trở hai trường hợp là: P U2 R1 R0 R1 1002 20 40 20 55,56 W * Nhận xét: Từ giải thấy với toán học sinh cấp giải gặp nhiều khó khăn em chưa học bất đẳng thức Cosi Đặc biệt giải câu b học sinh thường gặp nhiều khó khăn biến đổi tốn học, thường em thay số R1 100 R2 vào phương trình R1 R1 40 R2 R2 40 để đưa phương trình chứa R1, lại phương trình bậc Trong số tốn, học sinh biến đổi phương trình (2), nghiệm lại nghiệm phức Gặp trường hợp học sinh chưa học số phức tiếp tục giải toán để đưa kết Ta định hướng lại cách giải toán cho học sinh sau: + Khi thay đổi R cơng suất P thay đổi, nghĩa P hàm số R + Biểu thức tính công suất tiêu thụ biến trở: GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -6/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí P I 2R U2 R R0 R U2 R R RR0 R02 2 Hay PR R0 P U R PR0 3 Phương trình (3) phương trình bậc R a Tìm Pmax R để Pmax: - Điều kiện để phương trình (3) có nghiệm là: R0 P U P R02 R02 P R0 PU U 4P R02 U U 4R0 P U2 U 1002 P Pmax 62,5 W R0 R0 160 - Khi Pmax , phương trình (3) có nghiệm kép: R1 R2 R b U R0 Pmax 2a Pmax U R0 U2 R0 U2 R0 R0 40 b Theo đề bài, có hai giá trị R cho giá trị P Tức phương trình (3) có nghiệm phân phân biệt Theo định lí Vi – et: U R0 P R R U2 1002 P 55,56 W P R R R 180 2 R R R * Nhận xét: Bằng cách đưa phương trình bậc điện trở R theo công suất P, dùng điều kiện có nghiệm tính chất nghiệm phương trình bậc 2, ta trả lời nhiều câu hỏi liên quan đến tốn cơng suất * Phát triển tốn: Ta dùng phương pháp giải toán cho toán chương trình Vật lí 11 12 Sau ta tìm hiểu thêm số tốn tương tự liên quan đến thi đại học Bài 2: Một mạch điện kín gồm nguồn điện có suất điện động E = 10V, điện trở R = 1 ; mạch biến trở R a Khi thay đổi giá trị biến trở thấy công suất tỏa nhiệt biến trở đạt giá trị lớn Tìm giá trị biến trở để công suất tỏa nhiệt biến trở đạt giá trị lớn nhất? Tìm giá trị lớn cơng suất? GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -7/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí b Khi thay đổi R thấy có hai giá trị R R1 R2 cho giá trị công suất P biến trở Cho biết R1 + R2 = Tìm P? Bài giải Cơng suất tỏa nhiệt biến trở có biểu thức: P I R 2 Hay PR R0 P E R PR0 1 E2 R R0 R E2 R R RR0 R02 Phương trình (1) phương trình bậc R a Tìm Pmax R để Pmax: - Điều kiện để phương trình (1) có nghiệm là: R0 P E P R02 R02 P R0 PE E 4P R02 E E R0 P P E2 E 102 Pmax 25 W R0 R0 4.1 - Khi Pmax , phương trình (1) có nghiệm kép: b E R0 Pmax R1 R2 R 2a Pmax E R0 E2 R0 E2 R0 R0 1 b Theo đề bài, có hai giá trị R cho giá trị P Tức phương trình (1) có nghiệm phân phân biệt Theo định lí Vi – et: E R0 P E2 102 R1 R2 P 10 W P R1 R2 R0 10 Bài 3: Cho mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm biến trở R, cuộn cảm L tụ điện có điện dung C Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều ổn định u U cos t V Tìm R để cơng suất tiêu thụ mạch đạt giá trị cực đại? Tìm biểu thức tính cơng suất cực đại đó? Khi thay đổi giá trị biến trở thấy có hai giá trị R = R R = R2 mạch tiêu thụ công suất (P1 = P2 = P) Chứng minh rằng: a R1 R2 Z L Z C b Cơng suất tỏa nhiệt tương ứng P1 P2 P U2 R1 R2 Bài giải GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -8/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí Công suất tiêu thụ mạch điện: P I R U2 U2 R R Z2 R Z L ZC Hay: PR U R Z L Z C P 1 Phương trình (1) phương trình bậc R a Điều kiện để phương trình có nghiệm: U 4P Z L ZC P U2 U2 Pmax Z L ZC Z L ZC - Khi Pmax phương trình (1) có nghiệm kép: R1 R2 R b U Z L ZC 2a Pmax b Theo đề có hai giá trị R cho giá trị P, tức phương trình (1) có c R1.R2 a Z L Z C hai nghiệm phân biệt Theo định lí Vi – et, ta có: (đpcm) 2 R1 R2 b U P U a P R1 R2 Bài 4: Cho mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm điện trở R, cuộn dây cảm có L thay đổi, tụ điện có điện dụng C Đặt vào hai đầu mạch điện điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U tần số f khơng đổi a Tìm L để hiệu điện hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại, tìm giá trị cực đại UL? b Khi thay đổi L thấy có hai giá trị L = L L = L2 cho điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm Tìm điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm hai trường hợp c Khi thay đổi L thấy có hai giá trị L = L L = L2 cho điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm Khi L = L0 điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt giá trị cực đại Tìm hệ thức liên hệ L0, L1 L2? d Khi thay đổi L thấy có hai giá trị L = L L = L2 cho công suất tiêu thụ mạch điện Khi L = L0 công suất tiêu thụ mạch đạt giá trị cực đại Tìm hệ thức liên hệ L0, L1 L2? Bài giải - Biểu thức hiệu điện hai đầu cuộn cảm: GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -9/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí U L I Z L 2 Đặt y R Z C U R Z L ZC Z L R Z C2 U 1 2Z C ZL ZL 1 1 2ZC , y hàm số bậc có hệ số a dương ZL ZL ZL 2 Phương trình (2) tương đương với: R Z C 1 2Z C 1 y ZL ZL 3 a Khi hiệu điện hai đầu cuộn cảm đạt cực đại y đạt giá trị cực tiểu, y đạt giá trị cực tiểu Z R ZC2 C ZL Z L R ZC ZC Giá trị cực tiểu y: ymin Từ suy ra: L R Z C2 2 f Z C 2 4Z C R ZC R2 4a R Z C2 R Z C2 Hiệu điện cực đại hai đầu cuộn cảm: U L max U U ymax 5 R Z C2 R 6 b Có hai giá trị L cho điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây, tức phương trình (3) có hai nghiệm phân biệt Theo định lí Vi – et: Z L1.Z L R Z C2 1 1 y y Z L1 Z L R Z C2 Z L1 Z L - Hiệu điện hai đầu cuộn cảm: U L c UL đạt giá trị cực đại khi: 7 U Z L1.Z L Z L1.Z L R Z C2 Z C Z L R ZC 8 * - Có hai giá trị L cho giá trị U L, tức phương trình (3) có hai nghiệm Theo định lí Vi – et: Z 1 2 C Z L1 Z L R ZC Từ (*) (**), suy ra: Từ suy ra: ** 1 1 Z L Z L1 Z L 9 1 1 L0 L1 L2 d Biểu thức tính cơng suất: P GV: Trần Văn Kiên U 2R R Z L ZC 10 Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -10/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí + Theo đề cos 1 cos 2 Z1 Z2 Z1L Z1C Z 2L Z 2C Z1C Z 2L 2 + Hệ số công suất: cos + Mặt khác: R R R R 2 2 2 Z R Z1L Z1C R Z1L Z2L R 81L L R2 R 1L R 1L.2 L R 1L C 2C Thay vào biểu thức trên, ta được: cos 73 * Nhận xét: Khi dùng tính đối xứng phương trình bậc để giải cho kết nhanh hơn, đồng thời học sinh không cần phải thực nhiều phép biến đổi phức tạp Bài 8: (Đề thi ĐH năm 2012) Đặt điện áp u U cos t V (U0 không đổi, thay đổi) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm H tụ 5 điện nối tiếp Khi 0 cường độ dịng điện hiệu dụng qua đoạn mạch đạt giá trị cực đại Im Khi 1 2 cường độ dòng điện hiệu dụng qua đoạn mạch Im Biết 1 2 200 rad s Giá trị R A 150 B 200 C 160 D 50 Bài giải * Bài giải đưa lên mạng internet: + Với 1 2 I1 I Z1 Z2 R Z1L Z1C R Z 2L Z2C Z1L Z1C Z2L Z2C 12 02 LC + Theo đề: I1 I I m I00 Z1 Z2 2Z0 R Z1L Z1C R Z2L Z2C 2R Z1L Z1C Z2L Z2C R 2 2 Z1L Z1C R Vì 1 2 nên Z1L Z1C , Z2L Z2C Z Z R 2C 2L GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -14/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí 1 Z1L Z1C Z2L Z2C L 1 2 2R 2C 1C 2 L 1 2 L 1 2 2 12C 0 C L 1 2 L 1 2 2R R 1 2 L 160 * Dùng tính đối xứng phương trình bậc 2: Theo đề: I1 I I m I 00 Z1 Z2 2Z0 R Z1L Z1C R Z 2L Z 2C 2R 2 Z1C Z2L R Z1L Z2L 1 2 L 160 2 R Z1L Z1C 2R * Nhận xét: Dùng tính đối xứng hàm số bậc cho kết tốn nhanh chóng Bài tốn mở rộng cho trường hợp cho biết giá trị C Bài 9: (Đề thi ĐH 2011) Đặt điện áp xoay chiều u = U 0cost (U0 không đổi thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch gồm điện trở R, cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp, với CR < 2L Khi = 1 = 2 điện áp hiệu dụng hai tụ điện có giá trị Khi = 0 điện áp hiệu dụng hai tụ điện đạt cực đại Hệ thức liên hệ 1, 2 0 A 0 (1 2 ) B 02 (12 22 ) C 0 12 D 1 1 ( 2) 0 1 2 * Trước hết xin giới thiệu đáp án mạng internet: Theo đề cho 1 hay 2 U C1 U C , suy ra: C1 R ( L1 ) C1 C2 ) C1 2 R ( L2 ) R ( L2 ) C2 C2 2 R ( L1 2L R2 R2 2 R (1 2 ) 2( ) (1) Biến đổi thu : L ( ) C CL L2 LC L2 2 2 R2 (2) + Mặt khác, biến thiên có UCmax : 0 L C 2L2 Từ (1) (2) suy đáp án : 02 (12 22 ) GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -15/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí - Nhận xét: Với cách giải này, trình biến đổi để đưa phương trình (1) thật khơng dễ dàng! Hơn để đưa kết quả, học sinh cần nhớ biểu thức (2) Sau tơi xin giới thiệu cách giải tốn cách sử dụng tính chất nghiệm phương trình bậc Bài giải Biểu thức hiệu điện hai đầu tụ điện: UC U R Z L ZC U .Z C C R L LC 2 C 2 U L2C 2 R 2C LC 2 Đặt y L C R C LC 1 - Phương 02 trình LC R 2C L2C (1) hàm số bậc 2 , UCmax ymin * 2 - Phương trình (1) tương đương với: L C R C LC y 2 Theo đề bài, có hai giá trị cho hiệu điện hai đầu tụ điện Tức có hai giá trị cho giá trị y, nghĩa phương trình (2) có hai nghiệm phân biệt Theo đinh lí Vi – et, ta có: 12 22 Từ (*) (**), suy ra: 0 LC R 2C L2C ** 1 22 Bài 10: (Đề thi thử ĐH 2013 chuyên Lương văn Tụy) Một máy phát điện xoay chiều pha có điện trở khơng đáng kể, mắc với mạch đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, cuộn cảm L tụ điện C Khi tốc độ quay rôto n n2 cường độ dịng điện hiệu dụng mạch có giá trị Khi tốc độ quay n cường độ dịng điện hiệu dụng mạch đạt cực đại Mối liên hệ n1, n2 n0 A n02 n1.n2 B n0 2n12 n22 n12 n22 C n02 n12 n22 D n02 n12 n22 Bài giải Suất điện động hiệu dụng: E E0 NBS n 2 1 Cường độ dòng điện hiệu dụng xuất mạch điện: GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -16/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí I E NBS n NBS n NBS n 2 2 Z R Z L 2Z L ZC Z C R2 Z L ZC R n2 L2 LC 2 nC Vì n nên phương trình tương đương với: I Đặt y NBS 1 R LC L2 C n n 2 1 1 1 R LC L2 R LC L2 y C n n C n n phương trình bậc 3 Đây n2 Theo có hai giá trị n cho giá trị I, tức có giá trị y Nghĩa phương trình (3) có hai nghiệm phân biệt Theo định lí Vi – et, ta có: 1 LC R C 2 n1 n2 Khi n = n0 Imax, tức ymin LC R C n02 * ** 1 2n12 n22 n Từ (*) (**), suy ra: 2 n0 n12 n22 n1 n2 Bài 11: (Đề thi thử ĐH 2012 chuyên Lương Văn Tụy) Cho hai dao động điều hòa phương, tần số có phương trình x1 A1cos t 3 cm x2 5cos t cm Phương trình dao động tổng hợp hai dao động có dạng x Acos t cm Thay đổi A1 để biên độ A có giá trị lớn Amax Giá trị A cm B 10 cm C cm D 10 cm Bài giải Với toán này, học sinh dùng giản đồ vecto để giải cho kết nhanh Tuy nhiên học sinh dùng hàm số bậc hai để giải sau: Từ phương trình dao động, ta dựng giản đồ vecto hình vẽ Áp dụng định lí hàm số cos, ta được: A22 A2 A12 AA1 cos GV: Trần Văn Kiên A12 A A1 A2 A22 1 Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -17/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí Phương trình (1) phương trình bậc A Điều kiện để phương trình (1) có nghiệm là: A A2 A22 A A2 10cm Amax 10cm Bài 12: Cho lắc lị xo nằm ngang gồm lị xo có độ cứng k = 100N/m; vật nặng có khối lượng m = 200g, hệ số ma sát nghỉ cực đại hệ số ma sát trượt m mặt phẳng ngang = 0,05 Ban đầu đưa vật dời VTCB cho lò xo dãn 4cm thả nhẹ Vận tốc lớn vật trình dao động bao nhiêu? Bài giải - Lực ma sát nghỉ cực đại (cũng lực ma sát trượt) vật mặt phẳng ngang: Fms mg 0,05.0, 2.10 0,1 N - Khi đưa vật đến vị trí lị xo dãn 4cm, lực đàn hồi tác dụng lên vật là: Fdh K l 100.0, 04 N - Vì Fdh Fms nên thả nhẹ vật dao động tắt dần Trong trình dao động, vật đạt vận tốc cực đại từ vị trí lị xo dãn 4cm đến vị trí lị xo không biến dạng Gọi S quãng đường vật đạt vận tốc cực đại Tại vị trí lị xo dãn đoạn l ' l S Áp dụng định luật bảo tồn lượng, ta có: 1 K l mv K l '2 mg S 2 K l S mg S mv K l KS mg K l S mv 1 Phương trình (1) phương trình bậc S, điều kiện để phương trình có nghiệm: ' mg K l K mv v Thay số: vmax 0, 05.0, 2.10 100.0, 04 100.0, mg K l mg K l vmax K m K m 2 s 0,872 m Nhận xét: Qua tập ví dụ, ta thấy mặt phương pháp việc giải toán tương đối giống Như học sinh cần nắm bắt phương pháp vận dụng vào tập tương tự II.2 Một số tập nâng cao dành cho học sinh giỏi GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -18/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí Bài 1: Hai tàu chuyển động với vận tốc v, hướng đến O theo quỹ đạo đường thẳng hợp với góc 600 Xác định khoảng cách nhỏ tàu Cho biết ban đầu chúng cách O khoảng l1 20km, l 30km Bài giải Đối với tàu chọn trục toạ độ trùng với phương chuyển động, góc toạ độ vị trí trí ban đầu tàu, chiều dương trùng với chiều chuyển động tàu Gốc thời gian thời điểm tàu xuất phát Xét tàu thời điểm t, tàu thứ A l l1 vt , tàu thứ hai B cách O A cách O đoạn l1 vt Gọi khoảng cách hai tàu lúc B đoạn l2 vt O l2 vt l Áp dụng định lí hàm số Cos tam giác OAB, ta có: AB2 OA2 OB2 2.OAOB cos l (l1 vt )2 (l2 vt )2 2(l1 vt )(l2 vt )cos600 l v2.t2 (l1 l2).vt l12 l22 l1.l2 (*) (*) hàm bậc hai theo thời gian, có hệ số a > 0, hàm số đạt cực tiểu khi: t (l1 l2).v l1 l2 2.v 2.v2 Khi đó: (l )min (l1 l2 )2.v2 4.v2(l12 l22 l1l2 ) 4a 4.v2 l 3(l12 l 22) 6.l1l (km) r Bài 2: Một máy bay bay theo phương ngang độ cao H, với vận tốc v Đúng lúc uu r đỉnh đầu cổ pháo, pháo bắn Tính vận tốc tối thiểu v0 góc mà vo hợp với phương ngang để bắn trúng máy bay Bỏ qua sức cản khơng khí, gia tốc rơi tự g Bài giải GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -19/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí Chọn hệ qui chiếu gắn với mặt đất, hệ trụ tọa độ hình vẽ, gốc tọa độ vị trí đặt pháo, gốc thời gian thời điểm đạn bắn y Phương trình chuyển động máy bay: x1 v.t y1 H 1 Phương trình chuyển động viên đạn: x2 v0 cos t y2 v0 sin t gt H 2 O Khi đạn trúng máy bay: x v vt v0 cos t v0 3 x1 x2 cos y1 y2 H v0 sin t gt gt v tan t H 4 Để đạn trúng máy bay phương trình (4) phải có nghiệm v tan g.H tan Mặt khác: gH gH tan v v 1 tan tan , thay vào (3) ta được: cos cos v0 v tan v0 v tan v 2 gH v gH v Bài 3: Một bóng nhỏ, đàn hồi, thả từ độ cao H xuống mặt sàn Trên đường đi, người ta đặt phẳng, va chạm với phẳng đàn hồi a Cần phải đặt phẳng vị trí đường đặt nghiêng so với phương ngang để bóng rơi xa vào bàn? b Tính khoảng cách lớn từ vị trí bóng bắt đầu rơi đến vị trí bóng rơi xuống bàn? Y Bài giải Giả sử phẳng đặt điểm I cách vị trí ban đầu bóng khoảng h, m N nghiêng góc so với phương ngang Ngay trước va chạm vận tốc bóng GV: Trần Văn Kiên h I Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy O H -20/28X SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí v0 gh có phương làm với pháp tuyến IN góc Vì va chạm đàn hồi nên sau va chạm vận tốc bóng có độ lớn v0 làm với pháp tuyến IN góc Tức nghiêng so với mặt phẳng ngang góc 900 2 Xét chuyển động bóng sau va chạm với phẳng Chọn hệ trục OXY hình vẽ, gốc thời gian lúc bóng vừa nẩy lên x v0cos t t x gt ; y H h v0 sin t v0cos Khi bóng chạm sàn: y = H h tan x g x2 2v cos gx gx tan x tan H h 2v02 2v0 Điều kiện có nghiệm: 2v02 v02 gx gx x H h x H h (*) v0 2v0 g g v02 2h thay vào biểu thức (*) ta được: Mà v0 gh g x 4hH ; hmax H xm2 ax H xmax H ; Dấu “=” xảy ứng với 450 ; tan xmax b 2a gx 2 m2ax 2v0 2H 4H 2hmax 1 900 22, 50 2 Khoảng cách cực đại từ điểm xuất phát đến điểm rơi cuối cùng: L H xmax H Bài 4: Một bom nổ độ cao H so với mặt đất Giả sử mảnh văng theo phương li tâm, đối xứng với độ lớn vận tốc v Hỏi người đứng mặt đất phải cách vị trí bom nổ theo phương ngang đoạn thỏa mãn điều kiện để khơng bị mảnh bom bay trúng? Bài giải GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -21/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí - Xét chuyển động mảnh bay với vận tốc ban đầu uu r v0 hợp với phương ngang góc y - Chọn hệ qui chiếu gắn với mặt đất; hệ trục tọa độ Oxy có uu r v0 uur gốc tọa độ mặt đất, trục Ox nằm ngang, trục Oy thẳng đứng v 0y hướng lên qua vị trí bom nổ Chọn gốc thời gian thời ● điểm bom nổ - Phân tích chuyển động mảnh bom thành hai thành phần: H Theo phương ngang: mảnh bom chuyển động thẳng O với vận tốc vx v0 cos uur v0 x hmax ● x L Theo phương thẳng đứng: mảnh bom chuyển động thẳng biến đổi với gia tốc a y g vận tốc ban đầu v0 y v0 sin - Các phương trình chuyển động: x x0 vx t t0 v0 cos t (1) y y0 v0 y t t0 a y t t0 H v0 sin t g t 2 (2) x tan x H v02 cos Phương trình quỹ đạo: y g (3) - Tầm xa vật: vật chạm đất: y 0, x L Với g L tan L H 2 v0 cos 4 tan , phương trình (4) tương đương với: cos g tan L2 L.tan H 2v0 gL2 gL2 tan L tan H 0 2v02 2v02 5 Để người không bị mảnh bom trúng người phải đứng vị trí cách vị trí bom nổ đoạn lớn Lmax, tức tầm xa người nghiệm phương trình (5), hay phương trình (5) phải vơ nghiệm Điều kiện để phương trình (5) vơ nghiệm: GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -22/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí L2 g gL2 gL2 gL2 g gL2 H L H H 2 2 2v0 2v0 v0 2v0 v0 2v0 v2 v gL2 v02 H L v0 H L v02 gH 2v0 2g g 2g g 6 Bài 5: Hai xe chuyển động thẳng chiều với vận tốc v v2 ( v1 < v2, xe đuổi theo xe 1) Khi khoảng cách hai xe d người lái xe hãm phanh chuyển động chậm dần với gia tốc a Tìm điều kiện cho a để hai xe không đụng vào Bài giải Chọn hệ qui chiếu gắn với mặt đất Trục tọa độ Ox trùng với chiều chuyển động hai xe, gốc toạ độ O vị trí xe bắt đầu hãm phanh, chiều chuyển động chiều dương, gốc thời gian lúc xe hãm phanh Phương trình chuyển động xe 1: x1 = d + v1t Phương trình chuyển động xe 2: x2 = v t at Để xe không đụng vào xe x1 > x2 với thời điểm t 2 d + v1t > v t at , t at t (v v ) d , t 2 a 2 Để bất phương trình ln thì hàm số y f t t t v2 v1 d 0, t Điều xảy (v2 v1 )2 2ad a a (v2 v1 )2 (vì ) 2d Nhận xét: Qua tập trên, ta thấy tính chất nghiệm phương trình bậc đặc điểm nghiệm dấu hàm số bậc vận dụng tốt để giải tập khó II.3 Một số tập vận dụng Bài 1: Hiệu điện xoay chiều u U cos t đặt vào đoạn mạch AB gồm phần tử R, L, C mắc nối tiếp Biết điện trở R thay đổi Để công suất tiêu thụ mạch đạt giá trị cực đại giá trị R là: A R = ZL + ZC B R = ZL - ZC C R Z L ZC Z L ZC D R Z L Z C Bài 2: Cho mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm biến trở R, cuộn dây cảm có độ tự cảm L, tụ điện có điện dung C Đặt vào hai đầu mạch điện hiệu điện xoay chiều có biểu thức u 100 cos 100 t V Khi biến trở có giá trị R R1 18 GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -23/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí R R2 32 cơng suất tiêu thụ mạch điện Công suất P mạch ứng với hai giá trị điện trở A 40W B 120W C 200W D 300W Bài 3: Mạch điện gồm biến trở R mắc nối tiếp với cuộn dây cảm Đặt vào hai đầu mạch hiệu điện xoay chiều ổn định u U cos 100 t V Thay đổi R ta thấy với hai giá trị R R1 45 R R2 80 mạch tiêu thụ cơng suất 80W Khi thay đổi R cơng suất tiêu thụ cực đại mạch A 250W B 80 2W C 100W D 250 W Bài 4: Cho mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm biến trở R, cuộn dây khơng cảm có độ tự cảm L điện trở r, tụ điện có điện dung C Đặt vào hai đầu mạch điện hiệu điện xoay chiều ổn định u U cos t V Khi thay đổi giá trị biến trở thấy có hai giá trị R R1 R R2 mạch tiêu thụ công suất Điều kiện R để công suất mạch đạt giá trị cực đại A R R1 r R2 r r C R R1 R2 r r B R R1 r R2 r r D R R1 r R2 r r Bài 5: Cho mạch điện xoay chiều nối tiếp gồm điện trở R, cuộn dây cảm có độ tự cảm L thay đổi được, tụ điện có điện dung C Đặt vào hai đầu mạch hiệu điện xoay chiều u U cos t Thay đổi L thấy có hai giá trị L L1 L L2 2,5 H 1,5 H cho cường độ dịng điện hiệu dụng mạch Để cơng suất tiêu thụ mạch đạt giá trị cực đại L có giá trị A H B H C H D 0,5 H Bài 6: Cho mạch điện xoay chiều RLC nối tiếp có L thay đổi Đặt vào hai đầu mạch điện hiệu điện xoay chiều ổn định có tần số f Khi L L1 GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy H -24/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí L L2 H hiệu điện cuộn dây cảm Muốn hiệu điện hiệu dụng hai đầu cuộn dây đạt giá trị cực đại L A L 2, H B L 2,5 H C L H D L H Bài 7: Đặt điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng khơng đổi, tần số 50Hz vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, cuộn dây có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C thay đổi Điều chỉnh điện dung C đến giá trị 104 104 H H cơng suất 4 2 tiêu thụ đoạn mạch có giá trị Giá trị L A L H 2 B L H C L H 3 D L H Bài 8: Cho mạch điện RLC nối tiếp, tụ điện có điện dung C thay đổi Khi C C1 104 3.104 F C C2 F hiệu điện hiệu dụng hai đầu tụ điện có giá trị Để hiệu điện hai đầu tụ điện đạt giá trị cực đại tụ điện có điện dung A 2,5.104 F B 2.104 F C 1,5.10 4 F D 4.104 F Bài 9: Cho mạch điện xoay chiều gồm điện trở thuần, cuộn dây tụ điện mắc nối tiếp Hiệu điện hai đầu mạch điện có tần số thay đổi Khi tần số f = f1 = 50 Hz f = f2 = 200Hz hệ số cơng suất mạch Để cường độ dòng điện hiệu dụng đạt cực đại tần số dịng điện có giá trị A 75Hz B 125Hz C 100Hz D 150Hz Bài 10: Đặt điện áp u = U0cost (U0 không đổi thay đổi) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, tụ điện C cuộn cảm L với CR L Khi 1 2 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện có giá trị Khi 0 điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện đạt cực đại Hệ thức liên hệ Z L1 , Z L , Z L Z L21 Z L22 A Z L20 Z L21 Z L22 B Z L20 Z L20 Z L22 C Z L21 D Z L1Z L 1 Z L20 Bài 11: Đặt điện áp u = U 0cost (U0 không đổi thay đổi) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, tụ điện C cuộn cảm L với CR L Khi 1 GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -25/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí 2 điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm có giá trị Khi 0 điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm đạt cực đại Hệ thức liên hệ 1 , 2 , 0 A 02 C 1 22 B 0 1 1 0 1 2 1 2 D 0 12 Bài 12: Đặt điện áp u = U0cost (U0 không đổi thay đổi) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp gồm điện trở R, tụ điện C cuộn cảm có độ tự cảm L với CR L Khi 1 50 (rad / s) 2 200 (rad / s ) hệ số cơng suất mạch có giá trị, giá trị A 8/17 B / 13 C / 12 D / 61 Bài 13: Đặt điện áp u = U 0cost (U0 không đổi, thay đổi) vào hai đầu đoạn mạch mắc nối tiếp RLC Khi 1 2 (với 1 2 ) dịng điện hiệu dụng mạch có I max giá trị I1 = I2 = n (với n>1) Biểu thức tính R A R 1 2 L n 1 B R L(1 2 ) n 1 C R L(1 2 ) n2 D R L12 n2 PHẦN III: KẾT LUẬN I KẾT QUẢ THỰC HIỆN Phương pháp dùng để dạy cho học sinh lớp 10, 11 12 việc dạy khóa, luyện thi đại học đội tuyển học sinh giỏi vật lý chuẩn bị tham gia thi Olympic Qua 02 năm nghiên cứu đem áp dụng vào giảng dạy, thu kết sau Năm học Lớp dạy Lớp luyện thi 2010 – 2011 ĐH Lớp 12 Lớp luyện thi 2011 - 2012 GV: Trần Văn Kiên ĐH Lớp 12 Trước áp dụng Giỏi Khá Trung bình Sau áp dụng Giỏi Khá Trung bình 40% 40% 20% 70% 30% 20% 40% 40% 50% 40% 10% 25% 40% 35% 80% 20% 15% 40% 45% 55% 35% 5% Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -26/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí II BÀI HỌC KINH NGHIỆM Bài tập vật lý phần thiếu trình giảng dạy mơn vật lý trường phổ thơng Nó phương tiện để nghiên cứu tài liệu mới, để ôn tập, để rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học Bài tập vật lý phương tiện để giúp học sinh rèn luyện đức tính tốt đẹp tính cảm nhận, tinh thần chịu khó đặc biệt giúp em có giới quan khoa học chủ nghĩa vật biện chứng Để tập vật lý thực mục đích điều người giáo viên phải phân loại có phương pháp tốt để học sinh dễ hiểu phù hợp với trình độ học sinh Trong đề tài này, trích dẫn số tốn mẫu để thấy ứng dụng phương trình hàm số bậc việc giải tập Vật lí Chúng ta hồn tồn vận dụng phương pháp để giải nhiều tập tương tự khác Đây định hướng mang tính chủ quan thân tôi, mong nhận quan tâm giúp đỡ chia kinh nghiệm quí đồng nghiệp Xin chân thành cám ơn! Nnh Bình, ngày 25 tháng 04 năm 2014 Người thực Trần Văn Kiên GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -27/28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa vật lý 10, 11,12 – Nhà xuất Giáo dục Sách tập vật lý 10, 11, 12 Nhà xuất giáo dục Sách giáo khoa vật lý 10 (dành cho lớp chuyên lý) – Nhà xuất Giáo dục Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi, tập (Cơ học) Tác giả Tô Giang Ngô Quốc Quýnh Nhà xuất giáo dục Cẩm nang ơn luyện thi đại học mơn Vật lí – Tác giả Nguyễn Anh Vinh – Nhà xuất ĐHSP Giải tốn vật lí – Tác giả Bùi Quang Hân – Nhà xuất Giáo dục GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -28/28- ... tơi nhận thấy “sử dụng phương trình hàm số bậc để GV: Trần Văn Kiên Trường THPT chuyên Lương Văn Tụy -2/ 28- SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí giải tập Vật lí? ?? thật mang lại... Tụy -17 /28 - SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí Phương trình (1) phương trình bậc A Điều kiện để phương trình (1) có nghiệm là: A A2 A 22 A A2 10cm... Tụy -6 /28 - SKKN: Ứng dụng phương trình hàm số bậc để giải tập Vật lí P I 2R U2 R R0 R U2 R R RR0 R 02 2 Hay PR R0 P U R PR0 3 Phương trình (3) phương trình bậc R