Thông tin tài liệu
MỤC LỤC PHẦN I: Đặt vấn đề ( Lý chọn đề tài ) II Mục đích nghiên cứu…………………………………………………………2 III Đối tượng nghiên cứu……………………………………………………… IV Nhiệm vụ nghiên cứu……………………………………………………… V Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………… PHẦN II: Nội dung .3 A Cơ sở lý luận vấn đề .3 B Thực trạng vấn đề .3 C Các biện pháp tiến hành để giải vấn đề D Hiệu SKKN 21 PHẦN III Kết luận 21 Tài liệu tham khảo 22 skkn PHẦN I MỞ BÀI I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện em học sinh trường THPT số Văn Bàn nhận định mơn Vật lý mơn khó học, kiến thức dài, tập khó khơng có cách để ghi nhớ lâu Khi tiếp xúc với môn học em ngại làm tập mà em tham vào kì thi thi học kỳ, kì thi tốt nghiệp tuyển sinh đại học, cao đẳng yêu cầu việc để giải nhanh, tối ưu câu trắc nghiệm, đặc biệt câu trắc nghiệm định lượng cần thiết để đạt kết cao kì thi Trong chất lượng môn vật lý lớp 12 trường năm qua thấp, đặc biệt điểm thi tuyển sinh ĐH, CĐ năm gần Để giúp em học sinh dễ tiếp cận với môn học cảm thấy môn vật lý mơn học khơ khan, mơn học khó khó khăn làm tập Để gúp cho em học sinh giải nhanh xác tập SGK, SBT vật lý 12 bản, câu đề thi nâng cao chất lượng môn vật lý lớp 12 Đặc biệt chương trình vật lý lớp 12 chương “Dao động cơ” nội dung mà em học sinh gặp nhiều khó khăn giải tập, chương có nội dung tạo đà cho chương học tiếp theo, em học sinh nắm kiến thức phương pháp giải tập chương học sang chương khác em dễ tiếp cận Từ vấn đề lựa chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh giải tập chương I: dao động học chương trình vật lý lớp 12 ban cách đơn giản xác ” II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tìm cho phương pháp để tạo khơng khí hứng thú lơi nhiều học sinh tham gia giải tập lý, đồng thời giúp em đạt kết cao kỳ thi Hướng dẫn học sinh giải tập chương I: dao động học chương trình vật lý lớp 12 ban cách đơn giản xác Việc nghiên cứu đề tài nhằm giúp học sinh củng cố kiến thức, rèn luyện phương pháp giải tập trắc nghiệm, nâng cao chất lượng học tập môn vật lý III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Các tiết tập “Chương I Dao động cơ” mơn vật lí lớp 12 ban Đối tượng sử dụng đề tài: Học sinh học lớp 12 ôn thi tốt nghiệp thi tuyển sinh đại học, cao đẳng IV NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Hệ thống lại kiến thức chương I: dao động học chương trình vật lý skkn 12 ban cách hệ thống, lôgic, dễ hiểu, dễ nhớ, đầy đủ, Hệ thống dạng tốn ơn thi tốt nghiệp chương I: Dao động học chương trình vật lý 12 ban cách đầy đủ, lôgic từ dễ đến khó Bên cạnh đó, sở kết nghiên cứu, kiến thức phân loại trường hợp vận dụng giúp học sinh ghi nhớ áp dụng cách nhanh chóng V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu lý thuyết Giải tập vận dụng Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài Đưa số công thức, ý kiến chưa ghi sách giáo khoa suy giải số tập điển hình Kiểm tra tiếp thu học sinh đề ôn luyện Đánh giá, đưa điều chỉnh, bổ sung cho phù hợp PHẦN - NỘI DUNG A Cơ sở lý luận vấn đề Môn vật lý lớp trường THPT đánh mơn khó, đặc biệt mơn vật lý lớp 12 mà kỳ thi tỉ lệ tập chiếm 2/3 số lượng câu hỏi Việc giải tập vật lý em học sinh thường ngại gặp nhiều khó khăn lượng kiến thức khả phân tích tượng vật lý hạn chế Đặc biệt em học sinh lớp 12B3 trường THPT số Văn bàn việc giải tập thường không xác định kiến thức phương pháp giải, em học sinh cần hỗ trợ từ giáo viên nhận dạng tập phương pháp giải tập Một giải pháp giúp nâng cao chất lượng môn học sinh không cảm thấy khó sợ, gặp tốn giải giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách cụ thể nhận dạng, phân biệt phương pháp giải dạng tập đến nâng cao B THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ : Trong trình giảng dạy việc giải tập ‘Dao động học’ học sinh khơng biết xuất phát từ đâu, giải nào, đăc biệt em học sinh yếu việc đưa phương pháp để giả tập khó khăn - Trong q trình thực đề tài nghiên cứu bả thân gặp phải thuận lợi khó khăn định : * Thuận lợi: - Trong lớp có số học sinh hứng thú, tích cực, chăm với môn học từ đầu năm - Được sử ủng hộ nhiệt tình từ đồng nghiệp, hợp tác học sinh * Khó khăn : skkn - Bản thân chưa có nhiều năm giảng dạy vật lý lớp 12 - Một số học sinh lớp cịn yếu tính tốn, phân tích tượng vật lý, lười học, khảng nhận thức chậm - Thời gian thực hành đề tài cịn C CÁC BIỆN PHÁP ĐÃ TIẾN HÀNH * Bước1 Xây dựng khối kiến thức số tập (tài liệu ôn tập) cho em học sinh I Tổng hợp kiến thức Dao động điều hòa a Khái niệm dao động cơ: Chuyển động vật qua lại quanh vị trí cân gọi dao động Vị trí cân vị trí vật đứng yên b Khái niệm doa động tuần hoàn: Khi vật dao động, sau khoảng thời gian nhau, gọi chu kỳ, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ dao động vật gọi dao động tuần hoàn c Dao động điều hịa: dao động li độ vật hàm cosin (hay sin) thời gian d, Phương trình dao động điều hịa Trong số x li độ dao động, xmax = A A biên độ dao động, A > pha dao động thời điểm t (rad) pha ban đầu (rad) tần số góc (rad/s) e Chu kỳ: khoảng thời gian vật thực dao động tồn phần Kí hiệu T, đơn vị giây (s) f Tần số: số dao động toàn phần thực giây Kí hiệu f, đơn vị héc (Hz) Với n số dao động toàn phần thực khoảng thời gian g Vận tốc: Hay: + Vận tốc biến đổi điều hòa sớm pha li độ góc + Vận tốc li độ x: + Vận tốc cực đại (tốc độ cực đại): + Vận tốc trung bình: + Tốc độ trung bình: + Tốc độ trung bình chu kỳ dao động: skkn + Công thức liên hệ biên độ, li độ vận tốc: h Gia tốc: Hay: + Gia tốc biến đổi điều hoà sớm pha vận tốc góc ngược pha so với li độ Gia tốc luôn trái dấu với li độ Vectơ gia tốc ln hướng vị trí cân + Gia tốc li độ x: + Gia tốc cực đại: Con lắc lò xo a, Con lắc lị xo gồm vật nhỏ có khối lượng m gắn vào đầu lị xo có độ cứng k Vật m trượt mặt phẳng nằm ngang khơng ma sát Khi kích thích, lắc lò xo dao động điều hòa b,Tần số góc: Chu kỳ: k (N/m) ; m (kg) c, Lực kéo về: Tần số: Đơn vị: hướng vị trí cân d, Năng lượng dao động Hay: = số Trong dao động điều hoà, khơng đổi tỉ lệ với bình phương biên độ dao động: + Động năng: + Thế năng: Đơn vị: v (m/s) ; A, x (m) ; W (J) Khi vật dao động điều hồ động biến đổi điều hoà theo thời gian với tần số góc , chu kỳ , tần số Động chuyển hoá qua lại lẫn Với lắc lò xo treo thẳng đứng, vật vị trí cân lị xo dãn đoạn Ta có Con lắc đơn a, Con lắc đơn gồm vật nhỏ khối lượmg m, treo đầu sợi dây có chiều dài , khơng dãn, khối lượng không đáng kể Với dao động nhỏ, lắc đơn dao động điều hịa theo phương trình biên độ dao động biên độ góc (rad) b, Tần số góc: Đơn vị: Chu kỳ: Tần số: (m) ; g = 9,8 m/ c, Lực kéo về: ln hướng vị trí cân skkn d, Năng lượng dao động + Động năng: = số + Thế năng: Gốc vị trí cân Dao động tắt dần, dao động trì, dao động cưỡng a, Dao động tắt dần có biên độ giảm dần theo thời gian + Nguyên nhân gây tắt dần lực cản môi trường + Biên độ dao động giảm dần nên giảm dần + Các thiết bị đóng cửa tự động hay giảm xóc ơtơ,…là ứng dụng dao động tắt dần b, Để dao động không tắt dần (biên độ dao động không thay đổi), sau chu kỳ, vật dao động cung cấp phần lượng phần lượng tiêu hao ma sát Dao động vật gọi dao động trì + Dao động trì khơng làm thay đổi tần số (chu kỳ) dao động riêng + Dao động lắc đồng hồ dao động trì Dây cót đồng hồ hay pin nguồn cung cấp lượng c, Để dao động không tắt dần (biên độ dao động không thay đổi), người ta tác dụng vào hệ dao động ngoại lực cưỡng tuần hoàn Khi dao động hệ gọi dao động cưỡng + Dao động cưỡng có tần số (chu kỳ) tần số (chu kỳ) lực cưỡng + Biên độ dao động cưỡng phụ thuộc vào biên độ lực cưỡng độ chênh lệch tần số lực cưỡng tần số dao động riêng hệ dao động + Hiện tượng biên độ dao động cưỡng tăng đến giá trị cực đại tần số f lực cưỡng tiến đến tần số riêng hệ dao động gọi tượng cộng hưởng + Điều kiện để có cộng hưởng + Khi hệ dao động nhà, cầu, khung xe,…chịu tác dụng lực cưỡng mạnh, có tần số tần số dao động riêng hệ Hiện tượng cộng hưởng xảy ra, làm hệ dao động mạnh gãy đổ Người ta cần phải cẩn thận để tránh tượng + Hiện tượng cộng hưởng lại có lợi xảy hộp đàn đàn ghita, viôlon,… Tổng hợp hai dao động điều hòa phương, tần số: a, Phương trình dao động biểu diễn vectơ quay vẽ thời điểm ban đầu Vectơ quay có: + Gốc gốc toạ độ trục Ox + Độ dài biên độ dao động, OM = A + Hợp với trục Ox góc pha ban đầu Chiều dương chiều dương đường tròn lượng giác skkn b, Độ lệch pha hai dao động + Khi + Khi + Khi : dao động (1) sớm pha dao động (2) ngược lại hai dao động pha hai dao động ngược pha + Khi hai dao động vuông pha c, Dao động tổng hợp hai dao động điều hòa phương, tần số: dao động điều hòa phương, tần số với hai dao động thành phần Phương trình dao động tổng hợp , + Biên độ A dao động tổng hợp xác định bởi: + Pha ban đầu dao động tổng hợp xác định bởi: + Khi pha + Khi ngược pha + Khi vng pha ; + Trong trường hợp Các trường hợp thường gặp a, Thời gian dao động điều hòa Xét dao động với chu kỳ T, biên độ A trục Ox theo phương trình x’ M’ I’ O I N x M VTCB Thời gian ngắn nhất, vật dao động: + Từ M’ đến M ngược lại: + Từ O đến M ngược lại: + Từ I đến M ngược lại: ;+ Từ O đến I ngược lại: ; + Từ O đến N ngược lại: b,Viết phương trình dao động: tìm A, + Tìm từ cơng thức hay skkn vào phương trình Với lắc lị xo: Với lắc đơn: Đơn vị k (N/m) ; m (kg) ; (m) g = 9,8 m/ + Tìm A dựa vào cơng thức + Tìm dựa vào gốc thời gian (t = 0) Trường hợp tổng quát: Khi t = mà Suy ra: Các trường hợp thường gặp: + Khi mà + Khi mà + Khi + Khi mà mà c, Các công thức suy từ công thức gốc Với lắc lò xo: + Từ + Từ + Từ Với lắc đơn: + Từ + Từ II, MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 11 Tìm đại lượng đặc trưng dao động điều hịa * Vận dụng cơng thức: + Li độ (phương trình dao động): x = Acos(t + ) + Vận tốc: v = x’ = - Asin(t + ) = Acos(t + + ) + Gia tốc: a = v’ = - 2Acos(t + ) = - 2x; amax = 2A + Vận tốc v sớm pha so với li độ x; gia tốc a ngược pha với li độ x skkn (sớm pha so với vận tốc v) + Liên hệ tần số góc, chu kì tần số dao động: = + Công thức độc lập: A2 = x2 + = 2 = 2f T + Ở vị trí cân bằng: x = |v| = vmax = A a = + Ở vị trí biên: x = A v = |a| = amax = 2A = + Lực kéo về: F = ma = - kx + Quỹ đạo chuyển động vật dao động điều hịa đoạn thẳng có chiều dài L = 2A * Phương pháp giải: + Để tìm đại lượng đặc trưng dao động điều hịa biết phương trình dao động biết số đại lượng khác dao động ta sử dụng công thức liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm suy tính đại lượng cần tìm theo u cầu tốn + Để tìm đại lượng dao động điều hòa thời điểm t cho ta thay giá trị t vào phương trình liên quan để tính đại lượng Lưu ý: Hàm sin hàm cos hàm tuần hoàn với chu kỳ 2 nên thay t vào góc hàm sin hàm cos số lớn 2 ta bỏ góc số chẵn để dễ bấm máy + Để tìm thời điểm mà x, v, a hay F có giá trị cụ thể ta thay giá trị vào phương trình liên quan giải phương trình lượng giác để tìm t Lưu ý: Đừng để sót nghiệm: với hàm sin lấy thêm góc bù với góc tìm được, cịn với hàm cos lấy thêm góc nhớ hàm sin hàm cos hàm tuần hoàn với chu kỳ 2 để đừng bỏ sót họ nghiệm Cũng đừng để dư nghiệm: Căn vào dấu đại lượng liên quan để loại bớt họ nghiệm không phù hợp * Bài tập minh họa: Phương trình dao động vật là: x = 6cos(4t + ) (cm), với x tính cm, t tính s Xác định li độ, vận tốc gia tốc vật t = 0,25 s Một vật nhỏ khối lượng 100 g dao động điều hòa quỹ đạo thẳng dài 20 cm với tần số góc rad/s Tính vận tốc cực đại gia tốc cực đại vật Một vật dao động điều hoà quỹ đạo dài 40 cm Khi vị trí có li độ x = 10 cm vật có vận tốc 20 cm/s Tính vận tốc gia tốc cực đại vật Một chất điểm dao động điều hồ với chu kì 0,314 s biên độ cm Tính vận tốc chất điểm qua vị trí cân qua vị trí có li độ cm Một chất điểm dao động theo phương trình: x = 2,5cos10t (cm) Vào thời điểm pha dao động đạt giá trị ? Lúc li độ, vận tốc, gia tốc vật bao nhiêu? * Đáp số hướng dẫn giải: skkn 7 = - 3 (cm); 6 7 v = - 6.4sin(4t + ) = - 6.4sin = 37,8 (cm/s); 6 2 a = - x = - (4) 3 = - 820,5 (cm/s2) Khi t = 0,25 s x = 6cos(4.0,25 + ) = 6cos Ta có: A = = 10 (cm) = 0,1 (m); vmax = A = 0,6 m/s; amax = 2A = = 3,6 m/s2 Ta có: A = = 40 = 20 (cm); = v A x2 = 2 rad/s; vmax = A = 2A = 40 cm/s; amax = 2A = 800 cm/s2 2 2.3,14 Ta có: = T 0,314 = 20 (rad/s) Khi x = v = ± A = ±160 cm/s Khi x = cm v = ± A2 x = ± 125 cm/s Ta có: 10t = v = - Asin t= (s) Khi x = Acos = 1,25 (cm); 30 = - 21,65 (cm/s); a = - 2x = - 125 cm/s2 Các toán liên quan đến đường đi, vận tốc gia tốc vật dao động điều hòa * Kiến thức liên quan: Trong chu kỳ vật dao động điều hoà quãng đường 4A Trong chu kì vật quãng đường 2A Trong phần tư chu kì tính từ vị trí biên hay vị trí cân vật qng đường A, cịn từ vị trí khác vật qng đường khác A Càng gần vị trí cân vận tốc tức thời vật có độ lớn lớn (ở vị trí cân vận tốc vật có độ lớn cực đại v max = A), gần vị trí biên vận tốc tức thời vật có độ lớn nhỏ (ở vị trí biên v = 0); khoảng thời gian, gần vị trí cân qng đường lớn cịn gần vị trí biên quãng đường nhỏ Càng gần vị trí biên gia tốc tức thời vật có độ lớn lớn (ở vị trí biên gia tốc vật có độ lớn cực đại amax = 2A), gần vị trí cân gia tốc tức thời vật có độ lớn nhỏ (ở vị trí cân a = 0); gần vị trí biên độ lớn lực kéo (cịn gọi lực hồi phục) lớn gần vị trí cân độ lớn lực kéo nhỏ ; A2 = x2 + Các công thức thường sử dụng: vtb = = ; a = - 2x; * Phương pháp giải: Cách thông dụng tiện lợi giải tập loại sử dụng mối liên hệ dao động điều hòa chuyển động trịn đều: + Tính qng đường lắc khoảng thời gian t từ t1 đến t2: - Thực phép phân tích: t = nT + + t’ 10 skkn - Tính quãng đường S1 vật nT + đầu: S1 = 4nA + 2A - Xác định vị trí vật đường tròn thời điểm t vị trí vật sau khoảng thời gian nT + đường trịn, sau vào góc quay khoảng thời gian t’ đường trịn để tính quãng đường S vật khoảng thời gian t’ cịn lại - Tính tổng: S = S1 + S2 + Tính vận tốc trung bình vật dao động điều hòa khoảng thời gian t: Xác định góc quay thời gian t đường trịn từ tính qng đường S tính vận tốc trung bình theo cơng thức: vtb = + Tính quãng đường lớn hay nhỏ vật khoảng thời gian < t < T : = t; Smax = 2Asin ; Smin = 2A(1 - cos ) 2 + Tính tần số góc (từ tính chu kỳ T tần số f) biết chu kỳ có khoảng thời gian t để vận tốc có độ lớn khơng nhỏ giá trị v đó: phần tư chu kỳ tính từ vị trí cân khoảng thời gian để vận có vận tốc khơng nhỏ v là: t = ; = t; vật có độ lớn vận tốc nhỏ v li độ |x| = Asin Khi đó: = + Tính tần số góc (từ tính chu kỳ T tần số f) biết chu kỳ có khoảng thời gian t để vận tốc có độ lớn khơng lớn giá trị v đó: phần tư chu kỳ tính từ vị trí biên khoảng thời gian để vận có vận tốc khơng lớn v là: t = ; = t; vật có độ lớn vận tốc lớn v li độ |x| = Acos Khi đó: = + Tính tần số góc (từ tính chu kỳ T tần số f) biết chu kỳ có khoảng thời gian t để gia tốc có độ lớn khơng nhỏ giá trị a đó: phần tư chu kỳ tính từ vị trí biên khoảng thời gian để vận có gia tốc không nhỏ a là: t = ; = t; vật có độ lớn gia tốc nhỏ a li độ |x| = Acos Khi đó: = + Tính tần số góc (từ tính chu kỳ T tần số f) biết chu kỳ có khoảng thời gian t để gia tốc có độ lớn khơng lớn giá trị a đó: phần tư chu kỳ tính từ vị trí cân khoảng thời gian để vận có gia 11 skkn tốc khơng lớn a là: t = ; = li độ |x| = Asin Khi đó: = t; vật có độ lớn gia tốc lớn a * Bài tập minh họa: Một chất điểm dao động với phương trình: x = 4cos(5t + ) (cm) Tính quãng đường mà chất điểm sau thời gian t = 2,15 s kể từ lúc t = Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T = 0,2 s, biên độ A = cm Tính vận tốc trung bình vật khoảng thời gian ngắn từ vị trí có li độ x = A đến vị trí có li độ x = - Một chất điểm dao động theo phương trình x = 2,5cos10t (cm) Tính vận tốc trung bình dao động thời gian chu kì kể từ lúc vật có li độ x = kể từ lúc vật có li độ x = A Vật dao động điều hịa theo phương trình: x = 2cos(10t - ) cm Tính vận tốc trung bình vật 1,1 giây Một vật dao động điều hòa theo phương trình: x = 5cos(2t - ) cm Tính vận tốc trung bình khoảng thời gian từ t1 = s đến t2 = 4,825 s * Đáp số hướng dẫn giải: Ta có: T = 2 t T T = 0,4 s ; = 5,375 = + 0,25 + 0,125 t = 5T + + Lúc t T = vật vị trí cân bằng; sau chu kì vật quãng đường 20A trở vị chu kì kể từ vị trí cân vật quãng đường A đến vị trí biên, sau chu kì kể từ vị trí biên vật quãng đường: A - Acos 2 =A-A Vậy quãng đường vật thời gian t s = A(22 ) 2 trí cân bằng, sau = 85,17 cm Khoảng thời gian ngắn vật từ vị trí biên x = A đến vị trí cân x = x= ; khoảng thời gian ngắn vật từ vị trí cân x = đến vị trí có li độ = thời gian s = A + Tốc độ trung bình vtb = ; t = + = = = 90 cm/s 12 skkn = Quãng đường Ta có: T = đồ 2 T = 0,2 s; t = = 0,0785 s Trong chu kỳ, góc quay giãn 8 Quãng đường tính từ lúc x = s = Acos = 1,7678 cm, nên s 1,7678 trường hợp vtb = t 0,0785 = 22,5 (cm/s) Quãng đường từ lúc x = A s = A - Acos s = 0,7232 cm, nên 0,7232 trường hợp vtb = t 0,0785 = 9,3 (cm/s) Ta có: T = 2 = 0,2 s; t = 1,1 = 5.0,2 + = 5T + Quãng đường vật là : S = 5.4A + A = 22A = 44 cm Vận tốc trung bình: vtb = cm/s T = 2 = s; t = t2 – t1 = 3,625 = 3T + vị trí có li độ x1 = 2,5 + = 40 Tại thời điểm t1 = s vật cm; sau 3,5 chu kì vật quãng đường 14 A = 70 cm đến vị trí có li độ - 2,5 cm; chu kì kể từ vị trí có li độ - 2,5 cm vật đến vị trí có li độ x2 = - cm nên quãng đường – 2,5 = 1,46 (cm) Vậy quãng đường vật từ thời điểm t đến thời điểm t2 S = 71, 46 cm vtb = = 19,7 cm/s Viết phương trình dao động vật dao động, lắc lị xo lắc đơn * Các cơng thức: + Phương trình dao động lắc lị xo: x = Acos(t + ) Trong đó: = k ; lắc lò xo treo thẳng đứng: = m k = m ; A= v x02 = ; cos = ; (lấy nghiệm "-" v0 > 0; lấy nghiệm "+" v0 < 0); với x0 v0 li độ vận tốc thời điểm t = + Phương trình dao động lắc đơn: s = S0cos(t + ) Trong đó: = g ; S0 = l = ; cos = ; (lấy nghiệm "-" v > 0; lấy nghiệm "+" v < 0); với s = l ( tính rad); v li độ; vận tốc thời điểm t = + Phương trình dao động lắc đơn viết dạng li độ góc: = 0cos(t + ); với s = l; S0 = 0l ( 0 tính rad) * Phương pháp giải: 13 skkn Dựa vào điều kiện tốn cho cơng thức liên quan để tìm giá trị cụ thể tần số góc, biên độ pha ban đầu thay vào phương trình dao động Lưu ý: Sau giải số toán dạng ta rút số kết luận dùng để giải nhanh số câu trắc nghiệm dạng viết phương trình dao động: + Nếu kéo vật cách vị trí cân khoảng thả nhẹ khoảng cách biên độ dao động Nếu chọn gốc thời gian lúc thả vật thì: = kéo vật theo chiều dương; = kéo vật theo chiều âm + Nếu từ vị trí cân truyền cho vật vận tốc để dao động điều hịa vận tốc vận tốc cực đại, đó: A = , (con lắc đơn S0 = Chọn gốc thời gian lúc truyền vận tốc cho vật thì: = tốc chiều với chiều dương; = ) chiều truyền vận chiều truyền vận tốc ngược chiều dương * Bài tập minh họa: Một lắc lò xo thẳng đứng gồm vật có khối lượng 100 g lị xo khối lượng khơng đáng kể, có độ cứng 40 N/m Kéo vật nặng theo phương thẳng đứng xuống phía cách vị trí cân đoạn cm thả nhẹ cho vật dao động điều hoà Chọn trục Ox thẳng đứng, gốc O trùng với vị trí cân bằng; chiều dương chiều vật bắt đầu chuyển động; gốc thời gian lúc thả vật Lấy g = 10 m/s2 Viết phương trình dao động vật Một lắc lò xo gồm vật khối lượng m = 400 g, lò xo khối lượng khơng đáng kể, có độ cứng k = 40 N/m Kéo vật nặng cách vị trí cân cm thả nhẹ Chọn chiều dương chiều với chiều kéo, gốc thời gian lúc thả vật Viết phương trình dao động vật nặng Một lắc lị xo có khối lượng m = 50 g, dao động điều hịa trục Ox với chu kì T = 0,2 s chiều dài quỹ đạo L = 40 cm Viết phương trình dao động lắc Chọn gốc thời gian lúc lắc qua vị trí cân theo chiều âm Một lắc lò xo treo thẳng đứng gồm vật nặng khối lượng m gắn vào lị xo khối lượng khơng đáng kể, có độ cứng k = 100 N/m Chọn trục toạ độ thẳng đứng, gốc toạ độ vị trí cân bằng, chiều dương từ xuống Kéo vật nặng xuống phía dưới, cách vị trí cân cm truyền cho vận tốc 20 cm/s theo chiều từ xuống vật nặng dao động điều hoà với tần số Hz Chọn gốc thời gian lúc vật bắt đầu dao động Cho g = 10 m/s 2, 2 = 10 Viết phương trình dao động vật nặng Một lắc lò xo gồm lị xo nhẹ có độ cứng k vật nhỏ có khối lượng m = 100 g, treo thẳng đứng vào giá cố định Tại vị trí cân O vật, lị xo giãn 2,5 cm Kéo vật dọc theo trục lò xo xuống cách O đoạn cm truyền cho vận tốc 40 cm/s theo phương thẳng đứng hướng xuống Chọn trục toạ độ Ox theo phương thẳng đứng, gốc O, chiều dương hướng lên trên; gốc thời gian lúc vật bắt đầu dao động Lấy g = 10 m/s2 Viết phương trình dao động vật nặng 14 skkn * Đáp số hướng dẫn giải: k v02 02 2 x ( ) Ta có: = = 20 rad/s; A = = 5(cm); m 2 20 x 5 cos = = - = cos = Vậy x = 5cos(20t + ) (cm) A k v2 02 Ta có: = = 10 rad/s; A = x02 02 42 = (cm); m 10 x0 cos = = = cos0 = Vậy x = 4cos20t (cm) A x 2 L Ta có: = = 10 rad/s; A = = 20 cm; cos = = = cos(± ); v < T A = Vậy: x = 20cos(10t + ) (cm) k v2 Ta có: = 2f = 4 rad/s; m = = 0,625 kg; A = x02 02 = 10 cm; x0 cos = = cos(± ); v > nên = - Vậy: x = 10cos(4t - ) (cm) A 4 g x 2 2 v Ta có: = l = 20 rad/s; A = x02 02 = cm; cos = = = cos(± A 2 2 ); v < nên = Vậy: x = 4cos(20t + ) (cm) 3 Các toán liên quan đến năng, động lắc lò xo * Vận dụng công thức liênquan phần I : * Phương pháp giải: Để tìm đại lượng liên quan đến lượng lắc ta viết biểu thức liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm từ suy tính đại lượng cần tìm * Bài tập minh họa: Một lắc lị xo có biên độ dao động cm, có vận tốc cực đại m/s có J Tính độ cứng lị xo, khối lượng vật nặng tần số dao động lắc Một lắc lò xo có độ cứng k = 150 N/m có lượng dao động W = 0,12 J Khi lắc có li độ cm vận tốc m/s Tính biên độ chu kỳ dao động lắc Một lắc lị xo có khối lượng m = 50 g, dao động điều hịa trục Ox với chu kì T = 0,2 s chiều dài quỹ đạo L = 40 cm Tính độ cứng lị xo lắc Một lắc lò xo treo thẳng đứng gồm vật nặng có khối lượng m gắn vào lị xo có khối lượng khơng đáng kể, có độ cứng k = 100 N/m Kéo vật nặng xuống phía dưới, cách vị trí cân cm truyền cho vận tốc 20 15 skkn cm/s vật nặng dao động điều hoà với tần số Hz Cho g = 10 m/s 2, 2 = 10 Tính khối lượng vật nặng lắc Một lắc lò xo dao động điều hòa Biết lò xo có độ cứng 36 N/m vật nhỏ có khối lượng 100 g Lấy 2 = 10 Xác định chu kì tần số biến thiên tuần hồn động lắc * Đáp số hướng dẫn giải: 2W 2W kA2 k = = 800 N/m; W = mv 2max m = v = kg; A max k = = 20 rad/s; f = = 3,2 Hz 2 m v 2W Ta có: W = kA2 A = = 0,04 m = cm = 2 = 28,87 rad/s; T A x k 2 = = 0,22 s 2 L Ta có: = = 10 rad/s; k = m2 = 50 N/m; A = = 20 cm; W = kA2 = T Ta có: W = J Ta có: = 2f = 4 rad/s; m = k v2 x02 02 = 10 cm; W = = 0,625 kg; A = kA2 = 0,5 J Tần số góc chu kỳ dao động: = = 6 rad/s; T = Chu kỳ tần số biến thiên tuần hoàn động năng: T’ = = = s s; f’ = = Hz Tìm đại lượng dao động lắc đơn * Các công thức: + Tần số góc; chu kỳ tần số: = ; T = 2 l f = g 2 g l + Thế năng: Wt = mgl(1 - cos) + Động năng: Wđ = mv2 = mgl(cos - cos0) + Cơ năng: W = Wt + Wđ = mgl(1 - cos0) + Nếu 0 100 thì: Wt = 1 2 mgl2; Wđ = mgl( - 2); W = mgl ; 0 2 tính rad Thế động lắc đơn biến thiên tuần hoàn với tần số góc ’ = 2; tần số f’ = 2f ; chu kì T’ = + Vận tốc qua li độ góc : v = gl (cos cos ) + Vận tốc qua vị trí cân ( = 0): |v| = vmax = gl (1 cos ) 2 + Nếu 0 100 thì: v = gl ( ) ; vmax = 0 gl ; , 0 tính rad + Sức căng sợi dây qua li độ góc : 16 skkn T = mgcos + mv = mg(3cos - 2cos0) l TVTCB = Tmax = mg(3 - 2cos0); Tbiên = Tmin = mgcos0 0 100: T = + 2 ; Tmax = mg(1 + ); Tmin = mg(1 ) * Phương pháp giải: Để tìm số đại lượng dao động lắc ta viết biểu thức liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm từ suy tính đại lượng cần tìm * Bài tập minh họa: Tại nơi có gia tốc trọng trường 9,8 m/s2, lắc đơn dao động điều hoà với chu kì 2 s Tính chiều dài, tần số tần số góc dao động lắc Ở nơi Trái Đất lắc đơn có chiều dài l1 dao động với chu kỳ T1 = s, chiều dài l2 dao động với chu kỳ T2 = 1,5 s Tính chu kỳ dao động lắc đơn có chiều dài l1 + l2 lắc đơn có chiều dài l1 – l2 Khi lắc đơn có chiều dài l1, l2 (l1 > l2) có chu kỳ dao động tương ứng T1, T2 nơi có gia tốc trọng trường g = 10 m/s Biết nơi đó, lắc đơn có chiều dài l1 + l2 có chu kỳ dao động 2,7; lắc đơn có chiều dài l1 - l2 có chu kỳ dao động 0,9 s Tính T1, T2 l1, l2 Trong khoảng thời gian nơi Trái Đất lắc đơn thực 60 dao động Tăng chiều dài thêm 44 cm khoảng thời gian đó, lắc thực 50 dao động Tính chiều dài chu kỳ dao động ban đầu lắc Tại nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s 2, lắc đơn lắc lò xo dao động điều hòa với tần số Biết lắc đơn có chiều dài 49 cm, lị xo có độ cứng 10 N/m Tính khối lượng vật nhỏ lắc lò xo * Đáp số hướng dẫn giải: l 2 gT Ta có: T = 2 l= = 0,2 m; f = = 1,1 Hz; = = rad/s g T T 4 2 Ta có: T = 42 =T T+ = T12 T22 = 2,5 s; T- = T12 T22 = +T 1,32 s Ta có: T = 42 Từ (1) (2) T1 = =T +T (1); T = 42 =T -T (2) gT gT T2 T2 T T = s; T2 = = 1,8 s; l1 = 12 = m; l2 = 22 4 4 2 = 0,81 m Ta có: t = 60.2 l l 0,44 = 50.2 36l = 25(l + 0,44) l = m; T = 2 g g l = s g Ta có: g k m= l m = 500 g 17 skkn Dao động tắt dần, dao động cưởng bức, cộng hưởng * Các công thức: + Hệ dao động cưởng có cộng hưởng tần số f lực cưởng tần số riêng f0 hệ dao động + Trong dao động tắt dần phần giảm công lực ma sát nên với lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ ban đầu A, hệ số ma sát ta có: kA A2 Quảng đường vật đến lúc dừng lại: S = mg g mg g Độ giảm biên độ sau chu kì: A = = k A Ak A Số dao động thực được: N = A mg mg Vận tốc cực đại vật đạt thả nhẹ cho vật dao động từ vị trí biên ban đầu A: vmax = * Phương pháp giải: Để tìm số đại lượng liên quan đến dao động tắt dần, dao động cưởng cộng hưởng ta viết biểu thức liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm từ suy tính đại lượng cần tìm * Bài tập minh họa: Một lắc lò xo dao động tắt dần Cứ sau chu kì, biên độ giảm 0,5% Hỏi lượng dao động lắc bị sau dao động toàn phần % ? Một lắc lò xo dao động tắt dần Cơ ban đầu J Sau ba chu kì dao động biên độ giảm 20% Xác định phần chuyển hóa thành nhiệt trung bình chu kì Một lắc lị xo gồm viên bi nhỏ khối lượng m lò xo khối lượng khơng đáng kể có độ cứng 160 N/m Con lắc dao động cưởng tác dụng ngoại lực tuần hồn có tần số f Biết biên độ ngoại lực tuần hồn khơng đổi Khi thay đổi f biên độ dao động viên bi thay đổi f = 2 Hz biên độ dao động viên bi đạt cực đại Tính khối lượng viên bi Một tàu hỏa chạy đường ray, cách khoảng 6,4 m đường ray lại có rãnh nhỏ chổ nối ray Chu kì dao động riêng khung tàu lị xo giảm xóc 1,6 s Tàu bị xóc mạnh chạy với tốc độ bao nhiêu? Một lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,02 kg lị xo có độ cứng N/m Vật nhỏ đặt giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò xo Hệ số ma sát trượt giá đỡ vật nhỏ 0,1 Ban đầu giữ vật vị trí lị xo bị nén 10 cm buông nhẹ để lắc dao động tắt dần Lấy g = 10 m/s2 Tính vận tốc cực đại mà vật đạt trình dao động * Đáp số hướng dẫn giải: 18 skkn A A' A' A' W ' A' = 0,05 = 0,9952 = 0,99 = 99%, Ta có: = 0,995 A A A W A phần lượng lắc sau dao động toàn phần 1% Ta có: W = kA2 Sau chu kỳ biên độ dao động lắc giảm 20% nên kA’2 = biên độ lại: A’ = 0,8A, lúc đó: W’ = k(0,8A)2 = 0,64 kA2 = 0,64.W Phần chuyển hóa thành nhiệt ba chu kỳ: W = W - W’ = 0,36.W = 1,8 J Phần chuyển hóa thành nhiệt chu kỳ: = = 0,6 J Biên độ dao động cưởng đạt cực đại tần số lực cưởng m= tần số riêng lắc: f = f0 = = 0,1 kg = 100 g Tàu bị xóc mạnh chu kì kích thích ngoại lực chu kỳ riêng khung tàu: T = T0 = L L v = T = m/s = 14,4 km/h v Chọn trục tọa độ Ox trùng với trục lò xo, gốc tọa độ O (cũng gốc năng) vị trí lị xo khơng biến dạng, chiều dương chiều chuyển động lắc lúc buông tay Vật đạt tốc độ lớn chu kì Gọi x li độ vị trí vật đạt tốc độ cực đại (x < 0) Theo định luật bảo toàn lượng: W0 = Wđmax + Wt + |Ams|; với W0 = kl ; Wđmax = mv2; Wt = kx2; |Ams| = mg(l0 - |x|) = mg(l0 + x); ta có: kl = v2 = kx2+ mg(l0+ x) mv2 + l - x2 - 2mg(l0 + x) = - Ta thấy v2 đạt cực đại x = - x2 - 2gx + =- =- = = 0,4 l - 2gl0 =- =- 0,02 (m) = - (cm) Khi vmax = (m/s) = 40 Tổng hợp dao động điều hồ phương tần số * Các cơng thức: + Nếu: x1 = A1cos(t + 1) x2 = A2cos(t + 2) x = x1 + x2 = Acos(t + ) với A xác định bởi: A1 sin A2 sin A2 = A12 + A22 + A1A2 cos (2 - 1); tan = A cos A cos 1 2 + Hai dao động pha (2 - 1 = 2k): A = A1 + A2 + Hai dao động ngược pha (2 - 1)= (2k + 1)): A = |A1 - A2| + Nếu độ lệch pha thì: |A1 - A2| A A1 + A2 19 skkn (cm/s) + Nếu biết dao động thành phần x = A1cos(t + 1) dao động tổng hợp x = Acos(t + ) dao động thành phần lại x = A2cos(t + 2) với A2 và2 xác định bởi: A 22 = A2 + A 12 - AA1 cos ( - 1); tan2 = A sin A1 sin 1 A cos A1 cos 1 + Trường hợp vật tham gia nhiều dao động điều hòa phương tần số ta có: Ax = Acos = A1cos1 + A2cos2 + A3cos3 + … Ay = Asin = A1sin1 + A2sin2 + A3sin3 + … Khi biên độ pha ban đầu dao động hợp là: A = Ax2 Ay2 Ay tan = A x * Phương pháp giải: Tùy theo tốn sở trường người, ta dùng giãn đồ véc tơ công thức lượng giác để giải tập loại Lưu ý: Nếu có phương trình dao động thành phần dạng sin phải đổi phương trình sang dạng cos tính tốn vẽ giã đồ véc tơ * Bài tập minh họa: Hai dao động điều hoà phương tần số f = 10 Hz, có biên độ 100 mm 173 mm, dao động thứ hai trể pha Biết pha ban đầu dao động thứ so với dao động thứ Viết phương trình dao động thành phần phương trình dao động tổng hợp Một vật tham gia đồng thời hai dao động: x = 3cos(5t + x = 3 cos(5t + ) (cm) Tìm phương trình dao động tổng hợp ) (cm) 3 Chuyển động vật tổng hợp hai dao động điều hịa phương tần số có phương trình là: x1 cos(10t ) (cm) x2 = 3cos(10t + 3 ) (cm) Xác định vận tốc cực đại gia tốc cực đại vật Dao động tổng hợp hai dao động điều hịa phương có biểu thức x = cos(6t + ) (cm) Dao động thứ có biểu thức x = 5cos(6t + ) (cm) Tìm biểu thức dao động thứ hai Một vật có khối lượng 200 g thực đồng thời hai dao động điều hòa phương tần số với phương trình: x1 = 4cos(10t + ) (cm) x2 = A2cos(10t + ) Biết vật W = 0,036 J Hãy xác định A2 * Đáp số hướng dẫn giải: A = A12 A22 A1 A2 cos(90 ) = 200 mm; tan = 150) 20 skkn A1 sin 450 A2 sin( 450 ) = tan(A1 cos 450 A2 cos( 450 ) Vậy: x = 200cos(20t A = ) (mm) 12 A A A1 A2 cos(30 ) = 7,9 cm; tan = 2 tan(410) Vậy: x = 7,9cos(5t + A1 sin 600 A2 sin(300 ) = A1 cos 600 A2 cos(300 ) 41 ) (cm) 180 Ta có: A = A12 A22 A1 A2 cos 900 = cm vmax = A = 50 cm/s = 0,5 m/s; amax = A = 500 cm/s2 = m/s2 Ta có: A2 = A2 A12 AA1 cos( 1 ) = cm; tan2 = 2 Vậy: x2 = 5cos(6t + Ta có: A = A sin A1 sin 1 = tan A cos A1 cos 1 2 )(cm) 2W = 0,06 m = cm; A2 = A 12 + A 22 + 2A1A2cos(2 - 1) m A 22 - 4A2 – 20 = A2 = 6,9 cm - Việc xây dựng tài liệu cho em học sinh giúp em tổng hợp kiến thức đảm bảo cho tất đối tượng, từ cá em học sinh xác định trọng tâm kiến thức không học dài trải theo sách giáo khoa Thông qua tài liệu giao cho em học sinh tự nghiên cứu đa số em nhận biết nắm bắt kiến thức số phương pháp giải * Bước 2, Tiến hành giảng dạy lớp rút kinh nghiệm Trong trình thực đề tài thực hành giảng dạy lớp 12B3 số tiết, áp dụng vào tiết tập tiến hành ôn tập chương (2 tiêt liên tục) Sau tiết học kết thúc tơi tiến hành kiểm tra khảo sát từ đánh giá phương pháp thưc từ rút kinh nghiệm cho thân Việc tiến hành thực trực tiếp giảng dạy lớp giúp cho học sinh chủ động kiến thức, giáo viên kiểm soát hướng dẫn em học sinh lười học và có học lực yếu Khi tiến hành dướng dẫn lớp em học sinh tiếp thu lượng kiến thức nhiều hơn, khả thực hành giải tập nhanh hơn, kết xác Qua việc thực hướng dẫn học sinh giả tập lớp em học sinh hứng thú với môn học, mặt đa số học sinh nhận dạng biết phương pháp giải số tập D HIỆU QUẢ CỦA VIỆC ÁP ỤNG ĐỀ TÀI - Đề tài áp dụng thực lớp 12B3 trường THPT số Văn Bàn số tiết tập phần dao động học - Kết cụ thể + Đầu năm học STT Môn Lớp Sĩ số Số Chỉ tiêu lượng hs khảo Giỏi Khá sát 21 skkn TB Yếu Kém Vật lí 12B3 35 35 17 TB Yếu Kém 18 + Kết thúc học kỳ kỳ STT Mơn Lớp Sĩ số Vật lí 12B3 35 Số Chỉ tiêu lượng hs khảo Giỏi Khá sát 35 13 PHẦN III- KẾT LUẬN Thực tế giảng dạy kết kiểm tra, thi hai năm học em học sinh lớp 12B3 TPHT số Văn Bàn em trang bị khối lượng kiến thức để tự tin bước vào kỳ thi, em học sinh không lo sợ trước môn mà từ trước em cho học khó Đề tài áp dụng nhiều đối tượng học sinh, nơi đại bàn khác nhau, với mục đích giúp học sinh tự tin mơn học, nâng cao chất lượng mơn Trong q trình thực đề tài thân tơi có học định đề tài cần trải nghiệm nhiều hơn, tiết thực hành giáo viên không nên tham kiến thức, tiến hành cần đưa nội dung cho hai đối tượng cụ thể cần đưa tập dành đối tượng giỏi đối tượng trung bình yếu, cung lúc, tránh việc nhàm chán cho học sinh TÀI LIỆU THAM KHẢO Vật lí 12 – Cơ – Vũ Quang (chủ biên) – NXB GD – Năm 2008 Vật lí 12 – Nâng cao – Vũ Thanh Khiết (chủ biên) – NXB GD – Năm 2008 Nội dung ôn tập môn Vật lí 12 – Nguyễn Trọng Sửu – NXB GD – Năm 2010 Vật lí 12 – Những tập hay điển hình – Nguyễn Cảnh Hòe – NXB ĐHQG Hà Nội – 2008 Bài giảng trọng tâm chương trình chuẩn Vật lí 12 – Vũ Thanh Khiết – NXB ĐHQG Hà Nội – 2010 Các đề thi tốt nghiệp THPT năm học 2010-2011 Các trang web thuvienvatly.com violet.vn 22 skkn ... gia gi? ?i tập lý, đồng th? ?i giúp em đạt kết cao kỳ thi Hướng dẫn học sinh gi? ?i tập chương I: dao động học chương trình vật lý lớp 12 ban cách đơn giản xác Việc nghiên cứu đề t? ?i nhằm giúp học sinh. .. t? ?i ? ?Hướng dẫn học sinh gi? ?i tập chương I: dao động học chương trình vật lý lớp 12 ban cách đơn giản xác ” II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tìm cho phương pháp để tạo khơng khí hứng thú l? ?i nhiều học sinh. .. Đ? ?i tượng sử dụng đề t? ?i: Học sinh học lớp 12 ôn thi tốt nghiệp thi tuyển sinh đ? ?i học, cao đẳng IV NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Hệ thống l? ?i kiến thức chương I: dao động học chương trình vật lý skkn 12
Ngày đăng: 19/02/2023, 15:31
Xem thêm:
