Skkn vật lý thpt phân dạng và phương pháp giải bài tập chu kì con lắc đơn phụ thuộc lực lạ, phụ thuộc độ cao, phụ thuộc nhiệt độ và vị trí địa lí

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "PHÂN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CHU KÌ CON LẮC ĐƠN PHỤ THUỘC LỰC LẠ, PHỤ THUỘC ĐỘ CAO, PHỤ THUỘC NHIỆT ĐỘ VÀ VỊ TRÍ ĐỊA LÍ" skkn PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ I LÝ DO VIẾT SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Vật lý môn học tự nhiên trừu tượng khó Phần khó Vật lí tập, tập Vật lí đa dạng Lượng tập sách giáo khoa sách tập vật lý chưa đủ đáp ứng với nhu cầu tuyển sinh thi học sinh giỏi học sinh Để đáp ứng với nhu cầu thực tế trên, người giáo viên dạy mơn Vật lí ta phải tìm phương pháp tốt nhất, cung cấp kiến thức cần thiết nhằm tạo cho học sinh niềm say mê, u thích mơn học này, khắc phục hạn chế cho học sinh Cụ thể giúp học sinh nắm lí thuyết, hiểu sâu nội dung định luật Vật lí, từ phân loại dạng tập hướng dẫn giải chi tiết dạng điều cần thiết Trong chương trình vật lý lớp 12 tốn chu kì lắc đơn tập phức tạp khó Học sinh gặp loại tốn loại thường hay lúng túng dẫn đến việc thụ động làm loại tập hiệu không cao, nhiều thời gian không đáp ứng với đề thi trắc nghiệm năm gần Qua kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm mình, tơi nhận thấy em nắm chất vấn đề, phân dạng cụ thể tập chắn cảm thấy hứng thú say mê giải tập Vật lí với hiệu cao Ở sáng kiến kinh nghiệm này, đề cập tới số vấn đề quan trọng cần thiết cho em học sinh phụ thuộc chu kì lắc vào số yếu tố bên ngoài, phụ thuộc chu kì lắc vào lực lạ Mục đich SKKN nhằm giúp học sinh hiểu sâu sắc kiến thức Vật lí, nắm rõ chất vật lý Giúp em có hệ thống tập có phương pháp giải tập II ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Các dạng tập chu kỳ dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng lực lạ; phụ thuộc chu kì lắc đơn vào yếu tố nhiệt độ, độ cao, vị trí địa lí + Lý thuyết dao động lắc đơn, chất lực lạ Tác dụng lắc q trình dao động Các lực làm thay đổi chu kì dao động lắc đơn so với chịu tác dụng trọng lực lực căng dây + Sự thay đổi độ cao, thay đổi vị trí địa lí làm thay đổi gia tốc trọng trường từ làm thay đổi chu kì lắc đơn skkn + Sự thay đổi nhiệt làm thay đổi chiều dài sợi dây lắc đơn làm thay đổi chu kì dao động III PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP Các dạng tập chu kì dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên ngồi chương trình vật lý 12 nâng cao tài liệu tham khảo dành cho học sinh ôn thi đại học, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh Trong SKKN, sử dụng phương pháp chủ yếu nghiên cứu lý luận tập vật lý, nghiên cứu tài liệu tham khảo nâng cao khác có liên quan đến nội dung sang kiến PHẦN II NỘI DUNG CỦA SKKN I CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN Việc tìm phương pháp giải phân dạng tập vật lý cho học sinh nhà trường giúp học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức cần thiết chương trình, củng cố hệ thống lí thuyết theo ý đồ người viết sách; đồng thời làm bật ý nghĩa thực tế dạy dễ nâng cao trình độ kiến thức cho học sinh , giúp em linh hoạt sống xứ lí tình Học sinh có kỹ vận dụng kiến thức giải tập vật lý thước đo độ sâu kiến thức mà học sinh thu nhận Trong thực tế trường học, người giáo viên có trình bày nội dung lý thuyết sách giáo khoa tài liệu nâng cao cách mạch lạc, hợp logic, phát biểu định luật xác điều kiện cần chưa đủ để học sinh hiểu nắm sâu kiến thức Điều kiện đủ phải cho học sinh phương pháp giải tập, biết phân loại tập, nắm chất vật lý, vận dụng lý thuyết thành thạo để giải tập, phải luyện cho học sinh kĩ giải II CÁC CÔNG THỨC ÁP DỤNG TRONG SKKN Chu kỳ dao động lắc đơn Khi lắc dao động trường trọng lực khơng có lực lạ chu kì: Khi vật nặng lắc chịu thêm tác dụng lực lạ chu kì : T’ = skkn Trong đó: chiều dài lắc đơn, đơn vị (m); g Gia tốc trọng trường, đơn vị (m/s2); g’ gia tốc trọng trường biểu kiến, đơn vị (m/s2) Lực điện trường ; cường độ điện trường đơn vị (V/m),q điện tích vật nặng lắc Nhìn vào cơng thức ta nhận thấy rõ : + q > hướng với + q T2 > T1: Chu kỳ tăng, đồng hồ chạy chậm + Nếu T < T2 < T1 : Chu kỳ giảm, đồng hồ chạy nhanh + Nếu T = T1= T2 Chu kỳ không đổi, lắc chạy - Thời gian lắc đồng hồ chạy sai sau khoảng thời gian - Thời gian chạy sai ngày (24h = 86400s) t = : 86400 Vị trí cân lắc Đó vị trí mà dây treo lắc có phương trùng với phương trọng lực biểu kiến hay gia tốc trọng trường biểu kiến Trường hợp khơng có lực lạ vị trí cân lắc ứng với dây treo trùng phương gia tốc trọng trường Trong dạng tập chu kì lắc phụ thuộc vào lực qn tính hay lực điện trường xác định vị trí cân yếu tố quan trọng IV NỘI DUNG CỤ THỂ CHO TỪNG DẠNG A CHU KÌ CON LẮC ĐƠN PHỤ THUỘC LỰC QUÁN TÍNH Cơ sở lí thuyết Hệ qui chiếu khơng qn tính hay cịn gọi hệ qui chiếu phi quán tính hệ qui chiếu chuyển động có gia tốc so hệ qui chiếu quán tính hay so mặt đất.Trong hệ qui chiếu có gia tốc có lực qn tính tác dụng vào vật hệ Lực quán tính tác dụng vào vật hệ xác định: Về độ lớn: Fq = m.a skkn Dấu ‘-‘ có ý nghĩa : Lực qn tính phương, ngược chiều với vectơ gia tốc hệ Khi lắc đơn đặt hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc (hệ quy chiếu phi qn tính) trọng lực lực căng dây treo lắc cịn chịu tác dụng lực qn tính Trọng lực hiệu dụng Từ công thức => Phương pháp a) Trường hợp 1: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng với gia tốc , với ngược chiều Chọn chiều dương theo chiều a Từ công thức = - theo hình vẽ suy (+) g g’ = g –(-a)=g + a Chu kỳ dao động lắc thang máy ; T chu kì dao động lắc đơn thang máy đứng yên, Ta có: b) Trường hợp : Con lắc treo thang máy chuyển động theo phương thẳng đứng với gia tốc chiều với Chiều dương theo chiều Từ công thức = - tương tự ta suy g’ = g –(a)= g - a Chu kỳ dao động lắc thang máy T = 2π a Và g (+) c) Trường hợp 3: Con lắc đơn treo xe chuyển động theo phương ngang với gia tốc - Tại vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc skkn Ta có  - Về độ lớn gia tốc trọng trường biểu kiến, nên - Chu kỳ dao động lắc: Hoặc:  m F   P P'  a => => Bài toán áp dụng Bài 1: Con lắc đơn treo vào trần thang máy nơi có gia tốc g = 10 m/s Khi thang máy đứng yên lắc dao động với chu kỳ T = 2(s) Tìm chu kỳ dao động lắc khi: a) Thang máy lên nhanh dần với gia tốc a = m/s2 b) Thang máy lên chậm dần với gia tốc a = m/s2 Giải: a) Khi thang máy lên nhanh dần đều: g' = g + a = 10 + = 12 (m/s2) Chu kỳ dao động lắc đơn là: / Thay số: T = 1,82574(s) b) Khi thang máy lên chậm dần đều: g' = g - a = 10 – = (m/s 2) Thay số : T/ = 2,23606(s) Chu kỳ dao động lắc là: Bài 2: Con lắc đơn gồm sợi dây mảnh dài  ℓ = m, cầu nhỏ khối lượng m = 50 g treo vào trần toa tàu chuyển động nhanh dần đường nằm ngang với gia tốc a = m/s2 Lấy g =10 m/s2 a) Ở vị trí cân lắc, sợi dây lệch góc α so phương thẳng đứng skkn b) Tính chu kỳ dao động lắc Giải: a) Khi lắc vị trí cân sợi dây hợp với phương thẳng đứng góc α Ta có: => 0,29 (rad) b) Mặt khác : = Chu kỳ dao động lắc là: B CHU KÌ CON LẮC ĐƠN PHỤ THUỘC LỰC ĐIỆN TRƯỜNG Cơ sở lí thuyết - Khi khơng có điện trường chu kỳ dao động lắc là: - Khi đặt lắc vào điện trường có véc tơ cường độ điện trường dụng Trọng lực  và lực điện trường , hợp hai lực là  a, Nếu g’= g b, Nếu  thì chịu tác phương gia tốc lắc thu a với a = F/m g’ = g vng góc P’2 = P2 + F2 gia tốc mà lắc thu g' Từ Phương pháp a) Trường hợp hướng thẳng đứng, * Ta có: g’ = g + Chu kỳ dao động lắc điện trường: