Báo cáo đề tài: Phương pháp giải bài tập về chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài

Trang 1

DE TAI SKKN Đặng Quang Huy

PHẦN I MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

- Vật lý là một mụn học khú và trừu tượng, cơ sở của nú là toỏn học Bài

tập vật lý rất đa dạng và phong phỳ Trong phõn phối chương trỡnh số tiết bài tõp lại hơi ớt so với nhu cầu cần củng cố và nõng cao kiến thức cho học sinh Chớnh vỡ thế, người giỏo viờn phải làm thế nào để tỡm ra phương phỏp tốt

nhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mờ yờu thớch mụn học này Giỳp học

sinh việc phõn loại cỏc dạng bài tập và hướng dẫn cỏch giải là rất cần thiết Việc làm này rất cú lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đó nắm được cỏc dạng bài tập, nắm được phương phỏp giải và từ đú cú thể phỏt triển hướng tỡm tũi lời giải mới cho cỏc dạng bài tương tỰ

- Trong yờu cầu về đổi mới giỏo dục về việc đỏnh giỏ học sinh bằng

phương phỏp trắc nghiệm khỏch quan thỡ khi nắm được dạng bài và phương

phỏp giải sẽ giỳp cho học sinh nhanh chúng trả được bài

- Trong chương trỡnh Vật lý lớp 12, chương “Dao động cơ học”cú nhiều dạng bài tập phức tạp và khú Nhúm cỏc bài toỏn về chu kỳ của con lắc đơn

chịu ảnh hưởng của cỏc yếu tố bờn ngoài như: nhiệt độ, độ cao, đỘ sõu, lực điện trường, lực quỏn tớnh là một trong những nhúm bài tập phỨc tạp và

khú nhất trong chương, học sinh khỏ, giỏi thường rất lỳng tỳng trong việc tỡm cỏch giải cỏc dạng toỏn này Xuất phỏt tỪ thực trạng trờn, qua kinh nghiệm giảng dạy, tụi chọn đề tài: “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CHU KỲ

DAO DONG CUA CON LAC BON CHIU ANH HUONG CUA CAC YEU

TỐ BấN NGỒI”

2 Mục đích nghi^n cứu

Trang 2

tập Vật lớ, cú thể nhanh chúng giải cỏc bài toỏn trắc nghiệm về dao động điều

hũa của con lắc đơn phong phỳ và đa dạng

- Nhằm xõy dựng một chuyờn đề sõu, chỉ tiết cú thể làm tài liệu tham khảo cho cỏc đồng nghiệp ụn thi Đại học- Cao đẳng và luyện thi học sinh giỏi cấp tỉnh

3 Sối tĩng nghiˆn cou

Nhúm cỏc bài tập về chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của cỏc yếu tố bờn ngoài, trong chương “ Dao động cơ học”- Vật lý 12 Nõng

cao

4 Nhiệm vụ nghi°n cou

- Nghiờn cứu một số vấn đề lý luận về bài tập vật lý

- Phõn loại bài tập và đề ra phương phỏp giải cho từng loại

- Lựa chọn hệ thống bài tập vận dụng 5 Phtm vi nghi#n cou

Cỏc bài tập về chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của cỏc yếu tố bờn ngoài trong chương II- vat ly 12 NC va trong cỏc tài liệu tham

khảo dành cho học sinh ụn thi đại học, ụn thi học sinh giỏi lớp 12 cấp tỉnh 6 Phang ph,p nghi#n cou

Trong dộ tài tụi sử dụng cỏc phương phỏp chủ yếu là nghiờn cứu lý luận về bài tập Vật lý và cỏc tài liệu tham khảo nõng cao khỏc cú liờn quan đến đề

tài

PHẦN II NỘI DUNG

I- MOT SO VAN DE LY LUAN VE BAI TAP VAT Lí 1.1 Vai trũ của bài tập vật lý trong việc giảng dạy vật lý

Việc giảng dạy bài tập vật lý trong nhà trường khụng chỉ giỳp học sinh hiểu được một cỏch sõu sắc và đẩy đủ những kiến thức quy định trong chương trỡnh mà cũn giỳp cỏc em vận dụng những kiến thức đú để giải quyết

những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đó đặt ra

Trang 3

Muốn đạt được điều đú, phải thường xuyờn rốn luyện cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày

Kỹ năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiễn đời sống chớnh là thước do mức độ sõu sắc và vững vàng của những kiến thức mà học

sinh đó thu nhận được Bài tập vật lý với chức năng là một phương phỏp dạy học cú một vị trớ đặc biệt trong dạy học vật lý ở trường phổ thụng

Trước hết, vật lý là một mụn khoa học giỳp học sinh nắm dược qui luật

vận động của thế giới vật chất và bài tập vật lý giỳp học sinh hiểu rừ những qui luật ấy, biết phõn tớch và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp mặc dự người giỏo viờn cú trỡnh bày tài liệu một cỏch mạch lạc, hợp lụgớch, phỏt biểu định luật chớnh xỏc, làm thớ nghiệm đỳng yờu cầu, qui tắc và cú kết quả chớnh xỏc thỡ đú chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để học sinh hiểu và nắm sõu sắc kiến thức Chỉ thụng qua việc giải cỏc bài

tập vật lý dưới hỡnh thức này hay hỡnh thức khỏc nhằm tạo điều kiện cho học

sinh vận dụng kiến thức đó học để giải quyết cỏc tỡnh huống cụ thể thỡ kiến

thức đú mới trở nờn sõu sắc và hoàn thiện

Trong qỳa trỡnh giải quyết cỏc tỡnh huống cụ thể do cỏc bài tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng cỏc thao tỏc tư duy như phõn tớch, tổng hợp, so sỏnh, khỏi quỏt húa , trừu tượng húa để giải quyết vấn đề, do đú tư duy của học

sinh cú điều kiện để phỏt triển Vỡ vậy cú thể núi bài tập vật lý là một

phương tiện rất tốt để phỏt triển tư duy, úc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, tớnh kiờn trỡ trong việc khắc phục những khú khăn trong cuỘc sống của hoc sinh

Bài tập vật lý là cơ hội để giỏo viờn đề cập đến những kiến thức mà trong giờ học lý thuyết chưa cú điều kiện để để cập qua đú nhằm bổ sung

kiến thức cho học sinh

Đặc biệt, để giải được cỏc bài tập vật lý dưới hỡnh thức trắc nghiệm khỏch quan học sinh ngoài việc nhớ lại cỏc kiến thức một cỏch tổng hợp,

Trang 4

rốn luyện cho mỡnh tớnh phản ứng nhanh trong từng tỡnh huống cụ thể, bờn

cạnh đú học sinh phải giải thật nhiều cỏc dạng bài tập khỏc nhau để cú được

kiến thức tổng hợp, chớnh xỏc và khoa học 1.2 Phõn loại bài tập vật lý

1.2.1) Bài tập vật lý định tớnh hay bài tập cõu hỏi lý thuyết

- Là bài tập mà học sinh khụng cần phải tớnh toỏn (Hay chỉ cú cỏc phộp toỏn đơn giản) mà chỉ vận dụng cỏc định luật, định lý, qui luật để giải tớch hiện tượng thụng qua cỏc lập luận cú căn cứ, cú lụgich

- Nội dung của cỏc cõu hỏi khỏ phong phỳ, và đũi hỏi phải vận dụng rất nhiều cỏc kiến thức vật lý

- Thụng thường để giải cỏc bài toỏn này cần tiến hành theo cỏc bước: * Phõn tớch cõu hỏi

* Phõn tớch hiện tượng vật lý cú đề cập đến trong cõu hỏi để từ đú xỏc

định cỏc định luật, khỏi niệm vật lý hay một qui tắc vật lý nào đú để giải

quyết cõu hỏi

* Tổng hợp cỏc điều kiện đó cho với cỏc kiến thức tương ứng để trả lời cõu hỏi

1.2.2) Bài tập vật lý định lượng

Đú là loại bài tập vật lý mà muốn giải quyết nú ta phải thực hiện một

loạt cỏc phộp tớnh Dựa vào mục đớch dạy học ta cú thể phõn loại bài tập dạng này thành 2 loại:

* Bài tập tập dượt: Là bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiờn

cứu một khỏi niệm hay một qui tắc vật lý nào dú để học sinh vật dụng kiến

thức vừa mới tiếp thu

* Bài tập tổng hợp: Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nú học sinh

vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnh vực

Đặc biệt, khi cỏc cõu hỏi loại này được nờu dưới dạng trắc nghiệm

Trang 5

minh trước đú để giải nú một cỏch nhanh chúng Vỡ vậy yờu cầu học sinh

phải hiểu bài một cỏch sõu sắc để vận dụng kiến thức ở mức độ cao

1.2.3) Bài tập đồ thị

Đú là bài tập mà dữ kiện đề bài cho dưới dạng đồ thị hay trong quỏ trỡnh giải nú ta phải sử dụng dồ thị ta cú thể phõn loại dạng cõu hỏi nay thành cỏc

loại:

* Đọc và khai thỏc đồ thị đó cho: Bài tập loại này cú tỏc dụng rốn luyện cho học sinh kỹ năng đọc đỒ thị, biết cỏch đoỏn nhận sự thay đổi trạng thỏi của vật thể, hệ vật lý, của một hiện tượng hay một quỏ trỡnh vật lý nào đú Biết cỏch khai thỏc từ đồ thị những dữ để giải quyết một vấn đề cụ thể

* Vẽ đồ thị theo những dữ liệu đó cho: bài tập này rốn luyện cho học sinh kỹ năng vẽ đồ thị, nhất là biết cỏch chọn hệ tọa độ và tỉ lệ xớch thớch hợp để vẽ đồ thị chớnh xỏc

1.2.4) Bài tập thớ nghiệm

Là loại bài tập cần phải tiến hành cỏc thớ nghiệm hoặc để kiểm chứng

cho lời giải lý thuyết, hoặc để tỡm những số liệu, dữ kiện dựng trong việc

giải cỏc bài tập.Tỏc dụng cụ thể của loại bài tập này là Giỏo dục, giỏo dưỡng

và giỏo dục kỹ thuật tổng hợp Đõy là loại bài tập thường gõy cho học sinh

cảm giỏc lớ thỳ và đặc biệt đũi hỏi học sinh ớt nhiều tớnh sỏng tạo

II- CÁC CễNG THỨC ÁP DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

^ 2 4 1

1 Chu kỳ dao động cỳa con lắc đơn: T= 2n

I: Chiều dài của con lắc (m) g: Gia tỐc trọng trường (m/s?)

2 Cụng thức về sự n@ dai: |! =/,(1+ 40)

Trang 6

ĐỀ TÀI SKKN Đặng Quang Huy

3 Gia tốc trọng trường

:o xẤ N 2 43 Vie GM

- Gia tỐc trọng trường Ởở mực nước biỂn: ứ = R

G = 6,67.101'N.m?/kg?: Hằng số hấp dẫn

M: Khối lượng của trỏi đất

R: Bỏn kớnh trỏi đất

- Gia tốc trọng trường ở đỘ cao h so với mực nước biển:

-_.ŒM _ _R

= (R+h? => Gh =95

- Gia tốc trọng trường ở đỘ sõu d so với mực nước biển:

Gn

“1 (Rae 94 =ICR

4 Lực điện trường: F =qE

đa

q: Điện tớch trong điện trường (C) E: Cường đỘ điện trường (V/m) +q>0 E cựng hƯớng với E

+q<0F ngược hướng với z

m: khối lượng của vật (kg)

a: Gia t6c của hệ quy chiếu (m/s?) + F„ luụn ngược hƯỚng với a + Độ lớn: Fạ„ = ma

6 Cỏc cụng thức gần đỳng

Nếu x, xĂ, x¿ là những số dương rất nhỏ

Trang 7

ĐỀ TÀI SKKN Đặng

Quang Huy `

III- PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TAP VE CHU

KY DAO DONG CUA CON LAC DON CHIU ANH HUONG CUA CAC YẾU TỐ BấN NGOÀI

Loại 1: Xỏc định thời gian đồng hồ quả lắc (được xem như con lắc đơn)

chạy sai trong một ngày đờm khi thay đổi nhiệt độ, đỘ cao, đỘ sõu và vị

trớ trờn trỏi đất

1.1 Định hướng phương phỏp chung

- Gọi T: là chu kỳ chạy đỳng; T› là chu kỳ chạy sai

- Trong thời gian T: (s) đồng hồ chạy sai | T› - T: | (s)

= (s)

- Vay trong 1 ngay dộm At = 86400(s) đồng hồ n Sai:

2 S)

- B1: TỪ cỏc cụng thức cú liờn quan đến yờu cầu của bài tập, thiết lập tỉ số z2

1(s) đồng hồ chạy sai [T =T| _ 8=A = 8640012 bon T, 1 Cỏc bước giải Aq - B2: Biện luận ~ F a a ‘

+ Nếu 7ˆ > 1 => T› > T: : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại

1

1ơ: 3 a À

+Nếu = < 1 => T› <TT; : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lờn

- B3: Xỏc định thời gian đồng hồ quả lắc chạy nhanh hay chậm trong một ngày đờm bằng cụng thức:

4 (s)

2.1 Xỏc định thời gian đồng hồ chạy sai khi thay đổi nhiệt độ (Cỏc yếu

tố khỏc khụng đổi)

ở nhiệt đỘ t; đồng hồ chạy đỳng, khi nhiệt độ thay đổi đến giỏ trị t; thỡ đồng

hồ chạy sai

- Áp dụng cỏc cụng thức ở mục II:

l=l,+Ât) => T 2ml = ar [G+ 44) 9

l,=l,1+Ât,)=> natalie fo(+ At) g g

-Ar Heol 8 =AI T

Trang 8

ĐỀ TÀI SKKN Đặng Quang Huy 5 Ta cú: T 1 1+At, 1 % % Tea =q+Ât,)}?(+Ât,)” Vi (44), (4b) << 1 nờn ỏp dụng cỏc cụng thức gần đỳng ta cú: T, Tite -t) 1 1 - Biện luận: ` T, a a A

+ Nếu t; > tị => T >1 => TT; >T: : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại

A 2

x I, % a „

+ Nếu t; < tị => T <1 =>TT; <TT: : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lờn

1

- Trong một ngày đờm đồng hồ chạy sai: 0 = 86400

Tr

T1, -è = 432004lt, -t,|(s) 1

3.1 Xỏc định thời gian đồng hồ chạy sai ở độ cao h và độ sõu d so với mực nước biển (coi nhiệt đỘ khụng đổi)

* Ở mực nước biển đồng hồ chạy đỳng, khi đưa đồng hồ lờn độ cao h thỡ

đồng hồ chạy sai

hie

-Tacú; ™ Với = tp h

oR

A a h 2 Ä A ;

- Lập luận: ra aa >1=> T; > TĂ đồng hồ chạy chậm lại 1 - Trong một ngày đờm đồng hồ chạy chậm: 0 = 86400

z i = 86400 ye + (5) h * Ở mực nước biển đồng hồ chạy đỳng, khi đưa đồng hồ xuống đỘ sõu h thỡ

đồng hồ Say Sai

-Ta cú; a Sự =0-4 Ỹ

=5

Vỡ — fect , ỏp dụng cụng thức gần đỳng ta cú: +" yes ]"

a x D 1d A a R

- Lập luận: 7 = 1 ng >1=> T; > TĂ đồng hồ chạy chậm lại

- Trong một ngày đờm đồng hồ chạy chậm: 0 = 8640017" -4 = 432004 (s) 1

4.1 Xỏc định thời gian đồng hồ chạy sai khi cả độ cao (hoặc độ sõu) và

Trang 9

ĐỀ TAI SKKN Đặng Quang Huy

a) Tại mặt đất nhiệt độ tĂ đồng hồ chạy đỳng Khi đưa đồng hồ lờn độ cao h nhiệt đỘ t, đồng hồ chạy sai

T, _ |g@+At,) h 5 =

-2= [2 T.` =(14+—)(14 At)? (14+ At) 7 |ứ;ax+At) ỳ+ 0+ 2)? (+ At)

Bs h a

Áp dụng cỏc cụng thức gần đỳng ta cú: „ˆ đc AC (;—t)

mịn

T

- Nếu t; > tị => T >1 =>T; >T: : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại

x I, 2 a a

- Nếu t; < tị => 7 <1 => TT; <TT: : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lờn ỡ

BAG

- Trong 1 ngay dộm d6ng hộ chay sai: 6 = 86400) 1)|(s)

b) Tại mặt đất nhiệt độ t, đồng hồ chạy đỳng Khi đưa đồng hồ xuống giếng sõu d nhiệt đỘ ta Trong 1 ngày đờm đồng hồ chạy sai:

Tương tự ta chứng minh được trong một ‘ney đờm đồng hồ chạy sai:

RCS):

5.1 Xỏc định thời gian đồng hồ chạy sai khi thay đổi vị trớ trờn trỏi đất

(nhiệt độ khụng đổi)

1 Te T, = 86400|— @ = 86400 A(t, =tjael ey = 43200 T 1 = — x ` À a 2 he 1

- Tại nơi cú gia tốc trọng trường ứg: đồng hồ chạy đỳng với: TĂ = an

1

- Tại nơi cú gia tỐc trọng trường ứ: đồng hồ chạy sai với: T; = 2z a,

2

T, 1Ag

- Ta cú T Š gi CS 2g,

x T1 2 2

Nếu g; > gị => = <1 => T, < T, d6ng h6 chay nhanh lộn

1

; 1, fant 4

+ Nếu g;< gĂ => 7 >1 => T; > TĂ đồng hồ chạy chậm lại

| _—1

* Nếu cả vị trớ và nhiệt đỘ thay đổi thỡ trong một ngày đờm đồng hồ

chạy sai:

Ag

1 - Trong một ngày đờm đồng hồ chạy sai: 0 = “san

8= 43200|AŒ, —t,)— 9|

1

Loại 2: Khảo sỏt dao động nhỏ của con lắc đơn khi cú thờm một lực phụ

Ê khụng đổi tỏc dụng (ngoài trọng lực và lực căng day treo)

Trang 10

-9-ĐỀ TÀI SKKN Đặng Quang Huy

- Coi con lắc chịu tỏc dụng của một trọng lực hiệu dụng (trong lực biểu

kiến):

P.=P+F

=> gia tỐc trọng trường hiệu dụng: g'= 9+

m

- Vị trớ cõn bằng của con lắc là vị trớ dõy treo cú phương trựng với phương của

3

- Chu kỳ dao động nhỏ của con lắc: ran]

Vay dộ xac dinh dugc chu ky T’ can xỏc định được gia tỐc trọng trường hiệu

dung g’

2.2 Xỏc định chu kỳ dao động của con lắc đơn dưới tỏc dụng của lực điện trường

- Khi khụng cú điện trường chu kỳ dao động của con lắc la: T= 2n :

- Khi đặt con lắc vào điện trường đều cú vộc tơ cường độ điện trường z thỡ nú chịu tỏc dụng của Trọng lực p và lực điện trường F =qE, hợp của hai lực này ký hiệu là P'=p+E, và được gọi là trọng lực hiệu dụng hay trọng lực biểu kiến Ta xột một số trường hợp thƯờng gặp:

a) Trường hợp 1: z hướng thẳng đứng xuống dưới

Khi đú để xỏc định chiều của r ta cần biết dấu của q

* Nếu q>0: r cựng hƯớng với z => r hướng thẳng đứng xuống dưới

IgE

m

1 I

no š é ` T'=2zLL=2z|———

Chu kỳ dao động của con lắc trong điện trường: fe „|4lF <T

g m

| geet ae

=r | We TT |e m m

* Nếu q<0: r ngược hƯớng với E => r hướng thẳng đứng lờn trờn lalE

m

1 I

A > ô a ` T'=2z.|—=2Z |——c

Chu kỳ dao động của con lắc trong điện trường: a _|alE>T

Trang 11

=P-F=>g’=g-ĐỀ TÀI SKKN Đặng Quang Huy

b) Trường hợp 2: z hướng thẳng đứng lờn trờn

Tương tự như trờn ta chứng minh được:

I I

x A > 4 T'=2z,|— =2

* Nếu q > 0 thỡ chu kỳ dao động của con lọc là: "kh a _|a|E >T

9 m

T'=2z =“.m

* Nếu q < 0 thỡ chu kỳ dao động của con lắc là: \g' s+|8lấ <T-

m

c) Trường hợp 3: z cú phƯƠng ngang

=> E cú phƯơng ngang

E vuụng gúc với p => tại vị trớ cõn bằng dõy treo hợp với phương thẳng

đứng một gúc # (hỡnh vẽ) SE LS 3 2 F E - Từ hỡnh vẽ ta cú: tna IE P mg - Về độ lớn: P°đ=P?+F? =>g'= õn g

- Chu kỳ dao động của con lắc trong điện trường là:

T'=2z E = 2 | 7°

3.2 Xỏc định chu kỳ dao động của con lắc đơn dưới tỏc dụng của lực

quỏn tớnh

Khi con lắc đơn được đặt trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc a (hệ quy chiếu phi quỏn tớnh) thỡ ngoài trọng lực và lực căng của dõy treo

con lắc cũn chịu tỏc dụng của lực quỏn tớnh F=-ma Trọng lực hiệu dụng

P=P+F

Gia tốc trọng trường hiệu dụng: g'=g+Ÿ =g~a Xột một sỐ trường hợp

m

thường gặp:

a) Trường hợp 1: Con lắc treo trong thang mỏy đang chuyển động thẳng đứng lờn trờn với gia tỐc a

- Thang mỏy chuyển động nhanh dần đều: a ngược hướng với g => g° = g +

a

1 gta

mi : —=|——=—>T'=T|-“— g ' g Ẫ A 2 x

Ta Cú: > (T chu kỳ dao động của con lac khi thang

mỏy đứng yờn hay chuyển động thẳng đều)

<T

Chu kỳ dao động của con lắc trong thang mỏy: T'= a= ft =2z

Trang 12

- Thang mỏy chuyển ae cham dan dộu: a cing — v6i g =>g’=g-a

nan] = 2n >T; a =T'=

g-a g-a a g-a a

b) Trường hop 2: Con lắc treo trong thang mỏy đang chuyển động thẳng

đứng xuống dưới với gia tỐc a

- Thang mỏy chuyển động nhanh dần đều: a cựng hướng với g => ứg°=g—a

tis |t emit sr, Pe | 9 srer]9

g g-a T \g-a g-a

- Thang mỏy chuyển động chậm dần đều: a ngược hƯớng với g => g = g +

a

T'=2z | Log ifs =>T'=

g` gta aia Sức

c) Trường hợp 3: Con lắc đơn qược treo trờn xe chuyển động theo phương ngang với gia tỐc a => F cú phương ngang và ngược hƯớng với a

- Tại vị trớ cõn bằng dõy treo hợp với phương thẳng đứng một gúc ô

Ta cú tanar=— == :

Pog

- Về độ lớn: P°=P?+F?=>g'=.Jg?+a?

- Chu = dao động = con lắc:

san] =2z Cỏch khỏc: Ta cú P'= =g'= => ad cosa cosa ô| Icosa@ =27, = Vcosa@ =>T'=TVcosa IV- BÀI mĩ ÁP DỤNG

1 Nhúm cỏc bài tập thuộc loại 1

Bài 1.1: Một con lắc đơn chạy đỳng giờ vào mựa hố khi nhiệt độ là 32°C Khi

nhiệt đỘ vào mựa đụng là 17°C thỡ nú sẽ chạy nhanh hay chậm? Nhanh hay chậm bao nhiờu giõy trong 12 giờ, biết hệ số nở dài củỦa dõy treo là A = 2.10:

Trang 13

T, “

- Do tạ < tị => 7; <1 => T; < TĂ nờn chu ky giảm khi đú con lắc chạy nhanh 1

hon

- Thời gian con lắc chạy nhanh trong At= 12h = 12 3600(s) la:

Q = At

TE

BA = 12.3600 2,~t| (s) = 7,3 (s)

Bài 2.1: Một đồng hồ quả lắc (xem như một con lắc đơn) chạy đỳng ở mặt

đất Biết bỏn kớnh Trỏi đất là R = 6400 km

a) Khi đưa đồng hồ lờn đỘ cao h =1,6 km so với mặt đất thỡ trong một

ngày đờm nú chạy nhanh hay chậm bao nhiờu?

b) Khi đưa đồng hồ xuống một giếng sõu d = 800m so với mặt đất thỡ trong một ngày đờm nú chạy nhanh hay chậm bao nhiờu?

Hướng dẫn: Áp dụng cỏc kết quả ở mục II, ý 3.1

a) - Ta cú: # =1 >1=> T; > TĂ đồng hồ chạy chậm lại

- Trong một ngày đờm đồng hồ chạy chậm: 0 = 86400

21,6(s)

Fw = A

fe | = 86400 =

1

T, 1d a a a

b) — Ta cú: Tr ~1+ oR >1=> T, > T; d6ng h6 chay cham lai

1

- Trong một ngày đờm đồng hồ chạy chậm: 0 = 86400

72 a] = 432004 7-1 = 432005 = 5,4(6) 1 = 5,4

Bài 3.1: Một con lắc đồng hồ chạy đỳng tại mặt đất cú gia tỐc g = 9,86 m/s” vào nhiệt đỘ là t = 30°C Đưa đồng hồ lờn đỘ cao 640m so với mặt đất thỡ ta thấy rằng đồng hồ vẫn chạy đỳng Giải thớch hiện tượng và tớnh nhiệt đỘ tại độ cao đú, biết hệ số nở dài của dõy treo con lắc là A = 2.10 5K”, và bỏn kớnh trỏi đất là R = 6400 km

Hướng dẫn:

- Giải thớch hiện tượng :

; 4 à ` —GM _ GM_

Khi đưa con lọc đơn lờn cao thỡ gia tốc giảm do ứ, = pe Và In = @A+h°

Mặt khỏc khi càng lờn cao thỡ nhiệt độ càng giảm nờn chiều dài cỦa dõy treo

2 ns a U ox aan ae

cũng giảm theo TỪ đú T = 22 [2 sẽ khụng thay đối

- Tớnh nhiệt đỘ tại đỘ cao h = 640 m Ta cú:

Trang 14

-13-DE TAI SKKN Dang Quang Huy T,=2n ft = on fealty) Sa 80 T,=2n 22 = om {toll Ma) Sh Šn

- Chu kỳ khụng thay d6i nộn: To = Th

z8 2

nhe nh” eo THA _ So gp EBA _{R+h t= 20°C

Th & l+2l07tạ R

2 Nhúm cỏc bài tập thuộc loại 2

Bài 1.2: Một con lắc đơn cú chiều dài ? = 1m, khối lượng m = 50g được tớch

điện q = -2.10°C dao động tại nơi cú g = 9,86m/s? Đặt con lắc vào trong điện

trường đều E cú độ lớn E = 25V/cm Tớnh chu kỳ dao động của con lắc khi: a) E cú phương thẳng đứng, chiều từ trờn xuống dưới

b) E cú phương thẳng đứng, chiều từ dưới lờn trờn

c)_E cú phương nằm ngang

Hướng dẫn: Áp dụng cỏc kết quả ở mục III, ý 2.2

a) q<0: r ngược hướng với E => r hướng thẳng đứng lờn trờn

RE

Ta cộ: P? = P-F=>g’ =g-

Chu kỳ dao động của con lắc trong điện trường:

veo [LE i

r'=tn | Laan g-IdEE 211G) (ưu ý: Đổi E = 25v/em =

m

25.10?V/m)

T'=2z as =2z a

b) Tuongtu,tacộ: ~~ Yg' | 7 |a|E = 1,9(s)

g

m

c) Khi E cú phương nằm ngang

2 -Đ 2 2

PIP HP ea g's ;-(sE] - past) =9,910m /s2) m

Khi đú chu kỳ dao động của con lắc khi đặt trong điện trường là:

T'=2x Lấ =2 |_—L_ =1996() g 9,91

Bài 2.2: Một con lắc đơn cú m = 5g, đặt trong điện trường đều E cú phương

Trang 15

T, khi vật được tớch điện tớch q thỡ nú dao động với chu kỳ T' Lấy g = 10 m/s’,

x, 3T

9G i RE a

xỏc định đỘ lớn của điện tớch q biết rắng Tio"

“ x Hướng dẫn: Từ giả thiết ta cú: 3T na = => g's 4, _ 3 Ê 10 5 ^l0 x10 8 9

Khi E cú phương ngang thỡ ta cú:

2 2 2 P°=P?+F? g2 =g? (HE) -—= -zˆ- [RE] 81 m 3 ° V19g Nà vl9gm _ v19 10510 =121.10%@ 9m 9E 9.2.10

Bài 3.2: Một con lắc đơn cú m = 2 g và một sợi dõy mảnh cú chiều dài 0 được

kớch thớch dao động điều hũa Trong khoảng thời gian At con lắc thực hiện

được 40 dao động, khi tăng chiều dài con lắc thờm 7,9 cm thỡ cũng trong

khoảng thời gian như trờn con lắc thực hiện được 39 dao động Lấy g =

10m/s’

a) Ký hiệu chiều dài mới của con lắc là 2’ Tinh 2, 2

b) Để con lắc cú chiều dài #' cú cựng chu kỳ với con lắc cú chiều dài

1, người ta truyền cho vật một điện tớch q = +0,5.10%C rồi cho nú dao động

điều hũa trong điện trường đều z cú cỏc đường sức hướng thẳng đứng Xỏc

định chiều và đỘ lớn của vộc tơ cường đỘ điện trường

Hướng dẫn: a) Xột trong khoảng thời gian At ta cú :

2

orq-nrot-3e[f-354-(2) T 40 Ye 40 Ê (40 Ta lại cú #' = Ê + 7,9

=> Ê=152,1cm va ?' = 160cm

b) Khi chu kỳ con lắc là khụng đổi thỡ

Bk oy gic BE 98100 1g ae /g2)

zg gi Ê1521

Z bụdiddẳÁỒ

Do E hướng thang đứng nờn g` = g+ ~ —, mà g`>g nờn: g`=g+ ~ Phương trỡnh trờn chứng tỏ r hướng thẳng đứng xuống dưới và do q > 0 nờn E hướng thẳng đứng xuống dưới

Vậy vộc tơ cường đỘ điện trường z cú phương thẳng đứng hướng

xuống dưới và đỘ lớn:

Trang 16

lalE 3

gage m(g’-g) _ 2.107 (eg) _ằ 195 (Vim)

m >E= _ = 10 =

Bai 4.2: Một con lắc đơn được treo vào trần một thang mỏy tại nơi cú gia tốc

g = 9,8 m/s? Khi thang mỏy đứng yờn thỡ con lắc dao động với chu ky T = 2(s) Tỡm chu kỳ dao động của con lắc khi:

a) Thang mỏy đi lờn nhanh dần đều với gia t6c a = 1,14 m/s? b) Thang mỏy đi lờn đều

c) Thang mỏy đi lờn chậm dần đều với gia tc a = 0,86 m/s? Hướng dẫn:

Áp dụng kết quả ở mục III, ý 3.2

a) Khi thang mỏy di lờn nhanh dần đều: g' = g + a = 9,8 + 1,14 = 11

(m/s’)

Chu dao động của con lắc đơn là:

T'=2n = Min b5 =T 188

b) Khi thang mỏy đi lờn đều thỡa = 0 khi đú T= T= 2s

c) Khi thang mỏy đi lờn chậm dần đều: g' = g - a = 9,8 - 0,86 = 8 (m/s’)

Chu se dao động của con & đơn là:

T'=2m|— = =_n nh 5g ST '=2.456)

Bài 5.2: Con lắc đơn gồm dõy mảnh dài Ê =1m, cú gắn quả cầu nhỏ m = 50 ứ được treo vào tran mỘt toa xe đang chuyển động nhanh dần đều trờn đường nằm ngang với gia tỐc a = 3 m/s” Lay g =10 m/s’

a) Xỏc định vị trớ cõn bằng của con lắc

b) Tớnh chu kỳ dao động của con lắc Hướng dẫn: Áp dụng kết quả ở mục III, ý 3.2

a) Khi con lắc cõn bằng thỡ nú hợp với phương thẳng đứng một gúc œ

F

xỏc định bởi: tan+= = => #=0,29 (rad)

b) Ta cú: P°=P?+F?=>g'=jg”+a? = v109

Chu kỳ dao động của con lắc là:

Ê 1

T'= 2m, J— = 2m, |= = 1, 94(8 g' W109 3 Bài tập tổng hợp

Trang 17

Bụi 1.3: Ngời ta đa một con l3⁄4c tố met đất lõn độ cao h = 10km Phi

giffm độ dụi của nó đi bao nhiờu đế chu kx dao động của nó khơng thay đœi Cho b,n kỸnh tr,Ă đEt R = 6400km vụ bỏ qua su Tịnh hềng của

nhiOt @ộ

8/s: Gifm 0,3% chiOu dpi ban đGu cfia con I%c

Bui 2.3: Một con l3⁄4c Phu cô treo th,nh Ixac( XanhPđtecbua) lự một conl34c đơn có chiệu dụi 98m Gia tốc rơi tự do & XanhP2tecbua lụ

9,819m/s”

a) Tính chu kx dao động của con l3⁄4c đó

b) NỐu treo con I%⁄4c đó ẽ Hụ Nội, chu kx của nó si |p bao nhi#u?

BiOt gia tộc rơi tự do ti Hụ Nội lự 9,793m/s” vụ bỏ qua 'ịnh hẻng của

nhiOt @ộ

c) NOu muốn con l3⁄4c đó khi treo & Hụ Nội mụ vẫn dao động với chu kx nh ộ XanhP@tecbua thx phli thay đœi độ dui cfia na nh thO nak?

Đ/s: a) T: = 19,84s; b) Tz = 19,875;

c) Gi1im một lỡng Al =1-1'=0,26m = 26cm ,

Bụi 3.3: Con l34c đơn dao động bé 6 mAt đất c& nhiOt @ộ 30°C $a lõn độ cao h = 0,64km chu kx dao động bé vEn không thay đzei BiOt hO số nẽ dụi của dây treo l2=2.10°K"' H-y tính nhiệt độ € đ@ộ cao nny Cho b,n kYnh tr,i đEt R = 6400km

ĐIs: 20°C

Bui 4.3: Con [3c to,n hac dui 1m ộ 20°C dao động nhỏ ẽ nơi g = z”(SI)

a) TYnh chu kx dao động

b) Tng nhiệt độ lõn 40°C, chu kx của con |%c t’ng hay gifim bao nhi#u? BiOt hO sộ nẽ dụi của dây treo con l3⁄4c Ip 2=2.10°K™

Đ/s: a) 2s; b) T'ng 4.10s

Bui 5.3: Một con I%c đ@ang có chu kx dao động T; = 1s ttỉ nơi có gia tốc trọng trờng g = z?(m/s”, nhiệt độ t; = 20°C

a) Txm chiều dụi dây treo con l3⁄4c & 209C

b) Tính chu kx dao động của con l34c t1i nơi đó & nhiệt độ 30°C Cho hệ số nẽ dụi của dây treo con |%c Ip A=4.10°K™

Đls: a) lạ = 0,25m =25cm; b) T; = 1,0002s

Bụi 6.3: Ngời ta đa một đông hõ quf I3⁄4c từ Tr,Ă Sất lờn M/Êt Trng mụ

không điều chỉnh li Theo đảng hả nhy trờn M⁄Êt Trng thx thội gian

Tr,i SEt tự quay đic một vBng |p bao nhitu? BiOt gia tốc rơi tự do trõn M⁄Êt Trng bằng 1/6 gia tốc rơi tự do trõn Tr,Ă SEt vụ bỏ qua sự {Inh hộng của nhiệt độ

Sls: tạ = 9"48P",

Trang 18

-17-ĐỀ TÀI SKKN Đặng

Quang Huy

Bụi 7.3: Một con l3⁄4c đơn gảm một sĩi dây có chiều dụi | = 1m vụ qu4[ cu nhỏ ca khối ling m = 100g, đfc treo t!i nơi có gia tốc trọng trờng g = 9,8m/s?

1 TYnh chu kx dao động nha ccfia qu] cCu

2 Cho quf[ cCu mang điện q = 2,5.10C vụ tto ra điện trờng đều có cờng độ điện trờng E = 1000V/m H-y x,c đbnh phơng của dây treo

con |34c khi cân bằng vụ chu kx của con lỳc trong c,c trộng hip: a) VĐc tơ r hớng th14ng đứng xuộng dii

b) VĐc tơ z có phơng nằm ngang

Sls: 1) To = 2s; 2a) T: = 1,8s; 2b) T2 = 1,97s

Bụi 8.3: Một con 4c đơn gảm một qu} cCu nha, khội ling 10g đic treo bằng một sĩi dây dụi 1m ti nơi mụ g = 10m/s” Cho z? =10

a) TYnh chu kx dao động Tọ của con Isc

b) TYch điOn cho qu] cGu một điện tích q = 10°C rai cho nó dao

động trong một điện trờng đều có phơng th1⁄ng đứng thx thEy chu kx dao động của nó lh T =3, X,c đbnh chiều vụ độ lớn của cờng độ điện trờng?

Sls: r th1⁄4ng đứng, hớng xuống, độ lớn 1,25.10VIm

Bụi 9.3: Một con l3⁄4c dao động với bin độ nhỏ có chu kx To ttị nơi có g =

10m/s? Treo con l3⁄4c ẽ trCn một chiệc xe rõi cho xe chuyển động

nhanh dCn đều trõn một m/Et đờng nằm ngang thx d@y treo hip vii ph-

sng thang đứng một gấc nhỏ ứ, =9"

a) Txm gia tốc a của xe

b) Cho con I3⁄4c dao động với biờn độ nhỏ, tính chu kx T của con Ic theo To

Đ/s: a) a= 1,57mls’; b) T = To Vcosa

Bui 10.3: Một con l3⁄4c đơn có chu kx dao động nhỏ lụ T = 1,5s tti n-i có gia tộc trang trộng g = 9,80m/s’ Treo con l3⁄4c trong một thang m,y

H-y tYnh chu kx của con l34c trong c,c trờng hùp sau:

a) Thang m,y đi lờn nhanh dCn đều với gia tốc a = 1m/s?

b) Thang m,y đi lõn chấm dCn đều với gia tốc a = 1m/s?

c) Thang m,y chuyển động th1⁄4ng đều

Đ/s: a) 1,43s; b) 1,58s; c) 1,5s

Bụi 11.3: Một con |%4c to,n hac ca chiOu dui 17,32cm thực hiOn dao động điOu how tr@n một ôtô chuyOn động trõn một m/Êt ph1⁄4ng nghiõng một góc ỉ =30° X.c đbnh VTCB tơng đối của con I34c Txm chu kx dao động cfia con |%c trong hai trộng hip:

a) stô chuyOn động xuống dốc vii gia tốc a = 5m/s?

Trang 19

b) ntô chuyển động lõn dốc với gia tốc a = 2m/s? LEy g = 10m/s?,

?=10

ĐS: a) T' = 0,8886 s; b) T’ = 1,405 s

Bụi 12.3: Một con I%c đảng hả, dây treo c& hO sộ nộ dui lụ A=2.10°(K“) B,n kYnh cfia Tr, i đất lự 6400km

a) Khi đa xuống giếng mỏ, đảng hả ch1y nhanh hay chEm? T1i

sao 2

b) Biết giếng sâu 800m vụ thEt ra đảng hả vẫn ch1y đúng Tính

su ch@nh lOch nhiOt độ gi+a giệng vụ m/Êt đẾt

Đls: a) ch*y chEm do chu kx t’ng; b) At=-6,25°C,

Bui 13.3: Một con I%c đang ha gam một qu} cCu bằng s%t vy một sii d@ây kim loti mfnh c& hO sộ nộ dpi 2=2.10”(K”) Đảng hả ch1y đúng &

20°C vii chu kx T = 2s

a) Khi gim nhiệt độ xuống đến 0°C đảng ha chty nhanh hay chEm sau một ngụy đAm?

b) Vẫn giz nhiệt độ 0°C, ngời ta ding nam châm để t!o lực hút

thang đgng Phi đAEt nam châm nh thO nyo, độ lớn bao nhiờu đề

@ang ha chty đ6ng trộ i Cho khội ling qu] cCu Iu m = 50g, IEy g = 10m/s”

Đ/s: a) T=17,28s; b) 2 10 N

Bụi 14.3: Một con [3c @ang ha chy đúng & 20°C tr nơi có gia tốc trảng trờng bằng 10m/s? Biết dây treo có hệ số nẽ dụi Ä=4.10”(K”), vẾt n⁄ng tích điện q= 109C

a) Nếu con l34c đ/Êt trong điện trờng đều có cờng độ E = 50V/m

th1⁄4ng đứng hớng xuống dới thx sau 1 nguy đm đắng hả ch1y nhanh hay

chEm bao nhi@u? BiOt vEt cA khội ling m = 100g

b) Sể đẳng hả ch1y đúng trẻ l1i cCn phi t'ng hay gifm nhiệt độ lụi

bao nhi#u?

Đls: a)2,16s; b) 21,25°C

Bụi 15.3: T1i một nơi ngang bằng với mực nớc biển, & nhiệt độ 10°C, một đ@ang ha qu{ |%c trong một nguy đ2m ch1y nhanh 6,48s Coi con |%c

@&ang ha nh con l3⁄4c đơn Thanh treo con l3⁄4c có hệ số nẽ dụi

Â=4.102(K”)

a) T4i vb trí nói trõn, & nhiệt độ nụo thx @ang ha chty đúng giờ? b) Sa đảng hả lõn đỉnh núi, tti đó nhiết độ lụ 6°C, ta thấy đang hả chy đúng giờ Tính độ cao của đỉnh núi so với mực nớc biển Coi

Tr,i đEt lu hxnh cCu, có b,n kỲnh R = 6400km

ĐIs: a) 13,75°; b) 992m

Trang 20

Đề tài đó được tỏc giả sử dụng để hướng dẫn học sinh lớp 12 ụn thi Đại học, ụn thi học sinh giỏi cấp tỉnh kết quả đạt được là:

- Đa số học sinh đều nắm chắc phương phỏp giải và biết vận dụng tốt

phương phỏp vào việc giải cỏc bài tập về chu kỳ dao động của con lắc đơn

chịu ảnh hưởng của cỏc yếu tố bờn ngoài

- Kỹ năng giải bài tập trắc nghiệm khỏch quan của học sinh được cải

thiện đỏng kể, đảm bảo được độ chớnh xỏc và nhanh

- Phỏt huy và rốn luyện được khả năng vận dụng kiến thức, tớnh tư duy sỏng tạo của học sinh trong việc giải cỏc bài tập vật lý hay và khú

PHẦN III KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 1 Kết luận

- Đề tài đó hồn thành được nhiệm vụ nghiờn cứu một số vấn đề lý luận về bài tập vật lý, phõn loại bài tập, đề ra phương phỏp giải và đồng thời lựa chọn được một hệ thống bài tập vận dụng về chu kỳ dao động của

con lắc đơn phụ thuộc vào cỏc yếu tố bờn ngoài

- Việc phõn loại, đề ra phương phỏp giải và lựa chọn hệ thống bài tập

thớch hợp dựa trờn cơ sở khoa học chặt chễ sẽ gúp phần nõng cao chất lượng

giải bài tập, nắm vững kiến thức của học sinh

- Đặc biệt cần chỳ ý tới việc phỏt huy khả năng sỏng tạo, tỡm tũi, tớch cực tự lực của mỗi học sinh, chứ khụng phải là ỏp đặt cỏch suy nghĩ của giỏo

viờn đối với học sinh khi giải mỗi bài tập được nờu ra

- Đề tài mới chỉ dừng lại ở việc nghiờn cứu một chuyờn đề nhỏ trong chương trỡnh Vật lý 12 Để gúp phần nõng cao chất lượng giải bài tập, rốn

luyện tư duy Vật lý của học sinh, đề tài sẽ tiếp tục được phỏt triển cho cỏc

chuyờn đề khỏc trong chương trỡnh Vật lý phổ thụng

2 Kiến nghị

- Về phớa nhà trường cần cú kế hoạch lõu dài trong việc khuyến khớch cỏc giỏo viờn tham gia viết đề tài sỏng kiến kinh nghiệm chuyờn sõu cho từng

Trang 21

chương, từng phần của mụn học, từ đú cú thể nõng cao được chất lượng dạy

học cho cỏc bộ mụn (đặc biệt là chất lượng giải bài tập ở cỏc mụn tự nhiờn)

- Về phớa sở GD và ĐT cần quan tõm đầu tư hơn nữa trong việc xõy dựng cỏc chuyờn đề, cỏc đề tài sỏng kiến kinh nghiệm chuyờn sõu ở cỏc bộ mụn, cú kế hoạch phổ biến rộng rói cỏc đề tài để giỏo viờn trong toàn tỉnh cú thể tham khảo, ỏp dụng và trao đổi kinh nghiệm trong quỏ trỡnh dạy học

Điện Biờn, ngày 19 thỏng 4 năm

2011

í KIẾN CUA HOI DONG THI BUA NGƯỜI VIẾT

Đặng Quang Huy

Trang 22

ĐỀ TÀI SKKN Đặng Quang Huy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 An Văn Chiờu - Vũ Đào Chỉnh - Phú Đức Hoan —- Nguyễn Đức Thõm - Phạm Hữu Tũng Phương phỏp giải bài tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giỏo dục, 2000

2 Nguyễn Văn Đồng- An Văn Chiờu- Nguyễn Trọng Di- Lưu Văn Tạo

Phương phỏp giảng dạy Vật lý ở trường phổ thụng, tập I NXB Giỏo dục, 1979

3 Bựi Quang Hõn Giải toỏn Vật lý 12, tập I NXB Giỏo dục, 2006 4 Vũ Thanh Khiết Bài tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giỏo dục, 2002 5 My Giang Sơn Những bài tập Vật lý cơ bản hay và khú, tập I NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2001

6 Phạm Hữu Tũng Phương phỏp dạy bài tập Vật lý, NXB Giỏo dục, 1989

Trang 23

ĐỀ TÀI SKKN

Quang Huy

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	4,64 MB