MỤC LỤC SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT HẬU LỘC 2 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VỊ TRÍ ĐIỂM DAO ĐỘNG CỰC ĐẠI ĐỒNG THỜI CÙNG PHA HOẶC NGƯỢC PHA VỚI HAI NGUỒN ĐỒNG BỘ TRONG[.]
SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT HẬU LỘC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN VỊ TRÍ ĐIỂM DAO ĐỘNG CỰC ĐẠI ĐỒNG THỜI CÙNG PHA HOẶC NGƯỢC PHA VỚI HAI NGUỒN ĐỒNG BỘ TRONG GIAO THOA SĨNG CƠ Người thực hiện: Hồng Văn Hùng Chức vụ: giáo viên SKKN thuộc môn: Vật Lý MỤC LỤC skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài……………………………………………………… …… 2 Mục đích nghiên cứu………………………………………………………… Đối tượng, phạm vi nghiên cứu…………………………………………… Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………… PHẦN 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……………… 3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề……………………………………… 4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục với thân đồngnghiệp nhà trường……………………………… 15 PHẦN KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Kết luận……………………………………………………………………… 16 Kiến nghị……………………………………………………………………… 16 Hoàng Văn Hùng - Giáo viên Vật Lý - Trường THPT Hậu Lộc skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 PHẦN MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong chương trình phổ thơng tất mơn học nói chung mơn vật lý nói riêng đóng vai trị quan trọng việc hình thành phát triển tư học sinh Vì trình giảng dạy, người thầy ln phải đặt đích giúp học sinh nắm kiến thức bản, hình thành phương pháp,kỹ năng, tạo thái độ động học tập đắn để học sinh có khả tiếp cận chiếm lĩnh nội dung kiến thức cách hứng thú biết cách vận dụng chúng vào thực tiễn Môn Vật lý môn khoa học nghiên cứu vật tượng xảy ngày, có tính qui luật, ứng dụng thực tiễn cao cần phải vận dụng nhiều kiến thức tốn học Học sinh phải có tư sáng tạo,phát hiện,phân tích chất tượng vật lí, thái độ học tập nghiêm túc để tìm hướng giải vấn đề hiệu Trong phần giao thoa sóng lớp 12, dạng tập liên quan đến vị trí cực đại giao thoa vừa pha ( ngược pha) với hai nguồn đồng vấn đề khó lại xuất câu có tính vân dụng cao đề thi THPT Quốc gia Đối với tốn học sinh đa phần thấy khó,khơng tự tin thường khơng tìm hướng giải Để khắc phục khó khăn dạy ôn thi THPT quốc gia toán điểm dao động cực đại đồng thời ( ngược) pha với hai nguồn đồng Đó lí mà tơi nghiên cứu “ phương pháp giải tốn vị trí điểm dao động cực đại đồng thời ( ngược) pha với hai nguồn đồng giao thoa sóng ” để sau học xong phần học sinh áp dụng để giải tất tập vừa liên quan đến biên độ cực đại vừa liên quan đến pha giao thoa hai nguồn đồng MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Giúp học sinh có phương pháp tổng quát giải toán điểm dao động cực đại đồng thời (ngược) pha với hai nguồn đồng Giúp hiểu sâu khái niệm, đại lượng giao thoa hai nguồn đồng Củng cố, ôn tập,vận dụng thành thạo kiến thức hình học áp dụng giải tốn vật lí Giúp học sinh tự tin giải nhanh, hiệu gặp toán liên quan đến biên độ cực đại vừa liên quan pha giao động ôn thi tốt nghiệp THPT đạt kết cao kì thi tốt nghiệp THPT năm 2020-2021 ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Phần giao thoa sóng “ Giao thoa sóng ” sách giáo khoa Vật Lý lớp 12 nâng cao nhà xuất Giáo Dục Hoàng Văn Hùng - Giáo viên Vật Lý - Trường THPT Hậu Lộc skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 3.2 Phạm vi nghiên cứu Học sinh ban Khoa học tự nhiên lớp 12C2 năm học 2019 – 2020 học sinh ban khoa học tự nhiên lớp 12A2 năm học 2020 – 2021 trường THPT Hậu Lộc 2, Tỉnh Thanh Hóa PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp quan sát sư phạm, phương pháp dạy học nêu vấn đề, phương pháp tổng hợp, so sánh, phân tích PHẦN NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Hệ thống lại kiến thức lý thuyết đầy đủ, tổng qt mang tính logic sóng cơ, giao thoa sóng với hai nguồn đồng dao động Trong q trình dạy học ln coi trọng phát triển tư cho học sinh từ vấn đề đến vấn đề phức tạp để rèn luyện cho học sinh khả phân tích, tổng hợp đánh giá, so sánh suy luận vấn đề Hệ thống tập liên quan đến giao thoa sóng với hai nguồn đồng Chỉ cách giải tổng qt cho tốn vị trí điển dao động với biên độ cực đại đồng thời ngược pha với hai nguồn phát sóng đồng Vận dụng hệ chứng minh để gải toán phần giao thoa THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1.Đặc điểm tình hình nhà trường Trường THPT Hậu lộc trường trong tỉnh đạt danh hiệu trường chuẩn Quốc gia mức độ 2, thi THPT Quốc gia qua nhiều năm đứng tốp 15 tỉnh, đặc biệt môn tự nhiên ln có học sinh đạt 27 điểm Năm học 2020-2021 trường THPT Hậu Lộc suất sắc đạt thành tích xếp vị trí thứ tồn tỉnh sau THPT Lam Sơn THPT Hậu Lộc kì thi chọn Học Sinh Giỏi cấp tỉnh Tổ Vật lý gương mẫu, đầu nhiệm vụ giao Trong tổ có nhiều giáo viên ơn thi có kinh nghiệm, có số giáo viên bắt đầu tham gia ôn thi THPT Quốc gia, nên việc xây dựng phương pháp giải tập khó chương trình dạy học ơn thi THPT Quốc gia để tất giáo viên tổ tham gia tìm hiểu, nghiên cứu, học hỏi phản hồi ý kiến vấn đề cần thiết Học sinh trường có nhiều em theo học ban khoa học tự nhiên Tuy nhiên phần lớn em chưa biết cách tự xây dựng phương pháp giải tổng quát dạng tập khó đề thi THPT Quốc gia liên quan đến giao thoa sóng Hồng Văn Hùng - Giáo viên Vật Lý - Trường THPT Hậu Lộc skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Bài tốn phần tử mơi trường vừa dao động với biên độ cực đại đồng thời (ngược) pha với hai nguồn đồng vấn đề mà nhiều học sinh cảm thấy khó, khơng tìm hướng giải tổng qt Thực tế: năm học 2019 – 2020, dạy lớp 12C lớp ban KHTN, dạy dạng tốn phần tử mơi trường thuộc bề mặt chất lỏng dao động cực đại đồng thời ngược pha với hai nguồn đồng bộ.Tôi không đưa phương cho dạng tốn phần tử mơi trường dao động với biên độ cực đại đồng thời ( ngược) pha với hai nguồn đồng mà để em kiến thức học tự tìm cách giải gặp dạng tốn sau khảo sát thông qua kiểm tra dạng toán , kết sau: Sĩ số HS 45 Giỏi SL Khá % 6,6 SL 11 % 24,4 Trung bình SL % 27 60 Yếu SL % GIẢI PHÁP SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Trong tiết tập đưa tập dạng này,cho học sinh giải, quan sát nhận xét có nhiều cách làm đáp án khác nhau, có nhiều học sinh lớp khơng có phương pháp giải nên tơi trình bày phương pháp tổng quát để áp dụng giải tập cho dạng toán sau: 3.1.Chứng minh số hệ cần sử dụng Xét toán: Ở măt thống chất lỏng có hai nguồn sóng A B dao động theo phương thẳng đứng với phương trình: u A =u B=acosωt ( t tính theo s) Gọi M điểm mặt thoáng chất lỏng Hãy tìm điều kiện MA =d 1,MB = d để : M dao động với biên độ cực đại pha với hai nguồn M dao động với biên độ cực đại ngược pha với hai nguồn 3.1.1 M cực đại giao thoa pha với hai nguồn * Vì M dao động cực đại : d 1−d 2=kλ ( k chẵn lẻ ) * u M =u1 M + u2 M =a cos (ωt − → uM =2 a cos π ¿ ¿ a.Nếu d 1−d 2=2 nλ → uM =2 a cos ¿ π d ¿ )+ a cos ¿ ¿) λ *Để M pha với A thì: → π (d 1−d ) =m.2 π λ d1 +d 2=2.mλ d =(m+n) λ d =k λ → → 1 (k ; k nguyên) ( 1.1) d 1−d 2=2.nλ d 2=(m−n) λ d 2=k λ { { { Hoàng Văn Hùng - Giáo viên Vật Lý - Trường THPT Hậu Lộc skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 b Nếu d 1−d 2=( n+ ) λ [ → uM =−2 acos ¿ = a cos ωt −( π ( d1 + d2 ) λ −π ) ] *Để M pha với hai nguồn thì: π (d 1+ d 2) −π=2 mπ λ → d1 +d 2=(2 m+ 1) λ → d 1−d 2=(2 n+1)λ { d 1=( m+n+1 ) λ=k λ d 2= ( m−n ) λ=k λ ( 1.2) k ; k làcác số nguyên { c.Nhận xét : *Nếu M cực đại giao thoa pha với hai nguồn khoảng cách từ M tới hai nguồn thỏa mãn: d 1=k λ d 2=k λ k ; k số nguyên { (*) 3.1.2 M cực đại giao thoa ngược pha với nguồn * Do M cực đại giao thoa nên: d 1−d 2=kλ (k chẵn lẻ ) Ta có: u M =u1 M + u2 M =a cos (ωt − → uM =2 a cos π ¿ ¿ a.Nếu : d 1−d 2=2 nλ → uM =2 a cos ¿ π d ¿ )+ a cos ¿ ¿) λ π (d 1−d ) =(2 m+ 1) π λ 1 1 d1 +d 2=(2 m+ 1) λ d 1= m+ n+ λ=(k ¿ ¿ 1+ ) λ ¿ d 2= m−n+ λ=(k 2+ ) λ → → 2 2 d1 −d 2=2 nλ k ; k số nguyên b Nếu d 1−d 2=( n+ ) λ π ( d1 + d2 ) → uM =−2 acos ¿ = a cos ωt −( +π) λ π (d 1+ d 2) −π=(2 m−1) π *Để M ngược pha với hai nguồn thì: λ *Để M ngược pha với nguồn : { { ( ) ( [ 1 2 { (2.1) ] 1 λ=(k + ) λ ( ) 2 d +d =(2 m) λ → → {d −d =( 2n+1) λ d =( m−n− 12 ) λ=(k + 12 ) λ d 1= m+n+ ) ( 2.2) k ;k số nguyên Hoàng Văn Hùng - Giáo viên Vật Lý - Trường THPT Hậu Lộc skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 c Nhận xét : M dao động với biên độ cực đại ngược pha với hai nguồn khoảng cách từ M tới nguồn thỏa mãn: {d =(k ¿¿ 1+ 12 )λ ¿ d =(k ¿¿ 2+ 12 ) λ ¿ k ; k số nguyên (**) 3.2 Áp dụng hệ chứng minh để giải tập 3.2.1 Bài toán điểm nằm đường trung trực đoạn thẳng nối hai nguồn 3.2.1.1 Phương pháp: C Hình vẽ : M d A B O Vì M thuộc trung trực AB , mà A , B hai nguồn kết hợp pha nên điểm M thuộc cực đại trung tâm dao động với biên độ cực đại v * Bước 1: Xác định bước sóng chưa biết : λ= f * Bước 2: Áp dụng hệ quả: d 1=k λ d 2=k λ + Nếu M pha với hai nguồn : k ; k số nguyên { + Nếu M ngược pha với hai nguồn : {d =(k ¿¿ 1+ 12 )λ ¿ d =(k ¿¿ 2+ 12 ) λ ¿ k ; k số nguyên 2 *Bước 3: Áp dụng số hệ từ tính chất hình vẽ để tìm giá trị thỏa mãn k , k AB AB + AO ≤ MA ≤ AC hay ≤ d ≤ + MA ≥ AO hay d ≥ √( AB +CA 2 ) 3.2.1.2 Bài tập vận dụng: Hoàng Văn Hùng - Giáo viên Vật Lý - Trường THPT Hậu Lộc skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 Bài tập 1: Trên mặt nước có hai nguồn kết hợp cách khoảng 20 cm dao động theo phương trình Biết tốc độ truyền sóng mặt nước 20 cm/s biên độ sóng khơng đổi truyền Hỏi điểm M nằm trung trực (không nằm ) gần O dao động pha với nguồn, cách nguồn bao nhiêu? * Hướng dẫn giải : v 20 λ= = =4 cm f M * M thuộc trung trực S1 S pha với nguồn nên: d d M S 1=d=kλ * Theo hình: O d > S1 0= S1 S S S2 → kλ> → k >10 → k >2,5 2 → k =3 → d min=M S 1=3.4=12 cm Bài tập 2: Trong thí nghiệm giao thoa sóng nước, hai nguồn kết hợp A B cách 20 cm dao động pha,cùng tần số với Bước sóng Điểm M mặt nước thuộc đường trung trực đoạn AB dao động pha với hai nguồn Giữa M trung điểm I đoạn AB cịn có điểm dao động pha với hai nguồn Tính khoảng cách MI ? M Hướng dẫn giải: * M thuộc trung trực AB pha với nguồn nên M dao động cực đại pha với hai nguồn d= MA=kλ * Ta có: * Theo hình ta có: d > AI → kλ> d d A AB → k >10 → k >2,5 → k=3 ; … B I * Theo đề M I cịn có điểm pha với nguồn nên ta chọn k = + Với k = 4: → d= MA=4 λ=16 cm 2 2 → MI=√ MA −AI =√ 16 −10 =12,49 cm Hoàng Văn Hùng - Giáo viên Vật Lý - Trường THPT Hậu Lộc skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 Bài tập 3: (ĐH−2014) Trong thí nghiệm giao thoa sóng nước, hai nguồn S1 S2 cách 16 cm, dao động theo phương vng góc với mặt nước, biên độ, pha, tần số 80 Hz Tốc độ truyền sóng mặt nước 40 cm/s Ở mặt nước, gọi d đường trung trực đoạn S1S2 Trên d, điểm M cách S1 10 cm; điểm N dao động pha với M gần M cách M đoạn bao nhiêu? Hướng dẫn giải : v 40 * λ= f = 80 =0,5 cm M S 1=10 cm , MO=6 cm ,O S 1=8 cm * Xét điểm M : d M =10 cm=20 λ 21λ → M dao động cực đại pha nguồn * Xét điểm N: + N pha với M nên pha với hai nguồn M 20λ 19λ O + N gần M nên d N =19 λ d N =21 λ Trường hợp 1: d N =19 λ M N 1=MO−N O = - √ (19 λ)2−82=¿ 0,8765 cm Trường hợp: d N =21 λ N M =N O – MO = √ (21 λ)2−8 2−6=0,8007 cm → N cách M đoạn nhỏ : 0,8007cm Bài tập Trên mặt nước có nguồn sóng giống A B cách 12 cm dao động vng góc với mặt nước tạo sóng có bước sóng = 1,6 cm, điểm C cách nguồn cách trung điểm O AB khoảng cm,có điểm dao động ngược pha với nguồn đoạn CO ? 2 C Hướng dẫn giải: * Theo hình: OA= cm, CA = 10 cm { M ∈CO * Xét điểm M thỏa mãn: M ng ợc pha với hainguồn *Áp dụng điều kiện vừa cực đại vừa ngược pha với hai nguồn M ta có : A → d= MA=( k− ) λ * Mặt khác: OA ≤ d=( k −0,5 ) λ ≤CA ↔ ≤ ( k−0,5 ) 1,6 ≤ 10 ↔ 4,25 ≤ k ≤ 6,75 → k=5 ; M d B O Vậy có hai giá trị nguyên k nên đoạn CO nên có điểm dao động ngược pha với hai nguồn thuộc đoạn CO Hoàng Văn Hùng - Giáo viên Vật Lý - Trường THPT Hậu Lộc skkn Sáng kiến kinh nghiệm - Năm học 2020- 2021 3.2.2 Bài toán điểm nằm đoạn thẳng nối hai nguồn sóng 3.2.2.1 Phương pháp: d A B M v *Bước 1: Xác định bước sóng chưa biết : λ= f *Bước 2: Áp dụng điều kiện khoảng cách từ M đến A + M dao động cực đại pha với hai nguồn: d 1=MA=k λ k nguyên { + M dao động cực đại ngược pha với hai nguồn: d 1=MA=(k 1− ) λ k nguyên { *Bước 3: M nằm đoạn AB nên điều kiện: ≤ d=k λ k nguyên { Kết hợp với điều kiện bước ta giải tìm k nguyên 3.2.2.2 Bài tập vận dụng: Bài tập 1: Tại hai điểm A B mặt nước có hai nguồn sóng kết hợp pha biên độ, bước sóng λ Coi biên độ khơng đổi truyền Biết khoảng cách AB = 8λ Hỏi khoảng AB có điểm dao động với biên độ cực đại ngược pha với nguồn? Hướng dẫn giải : * Xét điểm M thỏa mãn: + M cực đại giao thoa + M ngược pha với hai nguồn *Áp dụng điều kiện cực đại, ngược pha ta có: d= MA=(k−0,5) λ * M nằm khoảng AB nên : 0< d< AB ↔ 0< ( k −0,5 ) λ ¿ λ ↔ 0,54,8 (1) (2) * Do M nằm bên đường trịn nên có điều kiện: 2 2 2 M S + M S −S S m + n −4,8 cosα= AB →k 1+ k >6,6 (2) 2 MA + MB − AB 2 2 2