Skkn phương pháp giải bài tập về chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài

SỞ SỞGIÁO GIÁODỤC DỤCVÀ VÀĐÀO ĐÀOTẠO TẠO THANH THANH HOÁ HỐ * PHỊNG GD&ĐTTHPT (TRƯỜNG THPT )** TRƯỜNG N ĐỊNH (*Font Times New Roman, cỡ 15, CapsLock; ** Font Times New Roman, cỡ 16, CapsLock, đậm) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM (Font Times New Roman, cỡ 15, CapsLock) PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN CHỊU ẢNH HƯỞNG TÊN CỦAĐỀ CÁC YẾU TỐ BÊN NGOÀI TÀI (Font Times New Roman, cỡ 16-18, CapsLock, đậm) Người A Người thực thực hiện: hiện: Nguyễn Lê MạnhVăn Cường Chức Chức vụ: vụ: Giáo Giáoviên viên Đơn vị công tác: THCS SKKN thuộc lĩnh Trường vực (mơn): VậtBlí SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Toán (Font Times New Roman, cỡ 15, đậm, đứng; mục Đơn vị công tác ghi SKKN thuộc bậc MN, cấp TH THCS, cấp/bậc khác khơng ghi) THANH HỐ NĂM 2022 skkn Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 2 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường .23 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 24 3.1 Kết luận 24 3.2 Kiến nghị 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO .25 skkn MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài - Vật lí mơn học khó trừu tượng, sở tốn học Bài tập vật lí đa dạng phong phú Trong phân phối chương trình số tiết tâp lại so với nhu cầu cần củng cố nâng cao kiến thức cho học sinh Chính thế, người giáo viên phải làm để tìm phương pháp tốt nhằm tạo cho học sinh niềm say mê u thích mơn học Giúp học sinh việc phân loại dạng tập hướng dẫn cách giải cần thiết Việc làm có lợi cho học sinh thời gian ngắn nắm dạng tập, nắm phương pháp giải từ phát triển hướng tìm tịi lời giải cho dạng tương tự - Trong yêu cầu đổi giáo dục việc đánh giá học sinh phương pháp trắc nghiệm khách quan nắm dạng phương pháp giải giúp cho học sinh nhanh chóng hoàn thành được bài làm - Trong chương trình Vật lí lớp 12, chương "Dao động học" có nhiều dạng tập phức tạp khó Nhóm tốn chu kỳ lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên như: nhiệt độ, độ cao, độ sâu, lực điện trường, lực qn tính nhóm tập phức tạp khó chương, học sinh khá, giỏi thường lúng túng việc tìm cách giải dạng toán Xuất phát từ thực trạng trên, qua kinh nghiệm giảng dạy, chọn đề tài: "Phương pháp giải bài tập về chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yờu tụ bờn ngoai" 1.2 Mục đích nghiên cứu - Đề tài nhằm giúp học sinh khá, giỏi khắc sâu kiến thức lí thuyết, có hệ thống tập phương pháp giải chúng, giúp em nắm cách giải từ chủ động vận dụng phương pháp làm tập có liên quan Từ học sinh có thêm kỹ cách giải tập Vật lí, nhanh chóng giải tốn trắc nghiệm dao động điều hòa lắc đơn phong phú đa dạng - Nhằm xây dựng chuyên đề sâu, chi tiết làm tài liệu tham khảo cho đồng nghiệp ôn thi Đại học - Cao đẳng luyện thi học sinh giỏi cấp tỉnh skkn 1.3 Đối tợng nghiên cứu - Hoc sinh khới 12, trường THPT n Định - Nhóm tập chu kỳ dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên ngoài, chương "Dao động học" - Vật lí 12 Nõng cao 1.4 Phơng pháp nghiên cứu Trong ti sử dụng phương pháp chủ yếu nghiên cứu lí luận tập Vật lí tài liệu tham khảo nâng cao khác có liên quan đến đề tài skkn NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm Việc giảng dạy tập Vật lí nhà trường không giúp học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức quy định chương trình mà cịn giúp em vận dụng kiến thức để giải nhiệm vụ học tập vấn đề mà thực tiễn đặt Muốn đạt điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào sống ngày Kỹ vận dụng kiến thức tập thực tiễn đời sống thước mức độ sâu sắc vững vàng kiến thức mà học sinh thu nhận Bài tập Vật lí với chức phương pháp dạy học có vị trí đặc biệt dạy học vật lí trường phổ thơng Trước hết, Vật lí môn khoa học giúp học sinh nắm quy luật vận động giới vật chất tập Vật lí giúp học sinh hiểu rõ qui luật ấy, biết phân tích vận dụng quy luật vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp người giáo viên có trình bày tài liệu cách mạch lạc, hợp lơgích, phát biểu định luật xác, làm thí nghiệm yêu cầu, quy tắc có kết xác điều kiện cần chưa đủ để học sinh hiểu nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giải tập Vật lí hình thức hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức học để giải tình cụ thể kiến thức trở nên sâu sắc hồn thiện Trong q trình giải tình cụ thể tập Vật lí đặt ra, học sinh phải sử dụng thao tác tư phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa… để giải vấn đề, tư học sinh có điều kiện để phát triển Vì nói tập Vật lí phương tiện tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả độc lập suy nghĩ hành động, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn sống học sinh Bài tập vật lí hội để giáo viên đề cập đến kiến thức mà học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh Đặc biệt, để giải tập vật lí hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh việc nhớ lại kiến thức cách tổng hợp, skkn xác nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học học sinh cần phải rèn luyện cho tính phản ứng nhanh tình cụ thể, bên cạnh học sinh phải giải thật nhiều dạng tập khác để có kiến thức tổng hợp, xác khoa học 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Thực tế hiện nay, phần lớn học sinh chỉ "học vẹt" các khái niệm, định luật, các đại lượng Vật lí, các công thức tính toán mỗi bài học Các kiến thức lý thuyết, các đại lượng và các công thức thực sự là một mớ hỗn độn các em chưa biết cách hệ thống các kiến thức đã học một cách có khoa học Chính điều này là khó khăn bước đầu của học sinh giải bài tập Ngoài ra, sự đa dạng của các hiện tượng Vật lí, của các dạng bài tập thực sự là một rào cản lớn của học sinhcần phải vượt qua nếu muốn làm tốt được các bài tập chương trình Vật lí 12 Học sinh nắm vững lý thuyết không tìm hiểu, phân tích đề bài thì không thể nào làm tốt được các bài tập Vật lí Bên cạnh đó, thời gian dành cho môn Vật lí, đặc biệt là thời gian dành cho bài tập Vật lí ở nhà trường còn hạn chế Đa số thời gian là các tiết học lý thuyết, về những khái niệm trừu tượng Chính vì vậy, các em chưa được rèn luyện hết với các dạng bài tập, chưa nắm vững và hệ thống được các phương pháp giải bài tập Chính thực trạng đó đãn đến việc hầu hết các em học sinh chỉ "học suông" lý thuyết mà thiếu kỹ làm bài tập, không đáp ứng được yêu cầu của môn Vật lí Những khó khăn mà học sinh mắc phải được thể hiện rõ chất lượng ở những bài làm của học sinh, cụ thể với kết quả khảo sát tốt nghiệp lần ở các lớp 12 tại trường THPT Yên Định bằng những bài tập với các mức độ khác Kết quả thu được sau: ĐIỂM TRUNG BÌNH KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG MÔN VẬT LÍ KHỐI 12 (LẦN 1) Lớp 12A1 12A2 12A3 Sĩ số 43 44 41 Điểm trung bình 7,39 5,81 6,61 2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 12A4 41 5,46 skkn 2.3.1 Phân loại tập vật lí a Bài tập Vật lí định tính hay tập câu hỏi lý thuyết - Là tập mà học sinh khơng cần phải tính tốn (Hay có phép tốn đơn giản) mà vận dụng định luật, định lý, quy luật để giải tích tượng thơng qua lập luận có cứ, có lơgích - Nội dung câu hỏi phong phú, đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức Vật lí - Thơng thường để giải toán cần tiến hành theo bước: * Phân tích câu hỏi * Phân tích tượng Vật lí có đề cập đến câu hỏi để từ xác định định luật, khái niệm Vật lí hay qui tắc Vật lí để giải câu hỏi * Tổng hợp điều kiện cho với kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi b Bài tập vật lí định lượng Đó loại tập Vật lí mà muốn giải ta phải thực loạt phép tính Dựa vào mục đích dạy học ta phân loại tập dạng thành loại: * Bài tập tập dượt: Là tập đơn giản sử dụng nghiên cứu khái niệm hay quy tắc Vật lí để học sinh vật dụng kiến thức vừa tiếp thu * Bài tập tổng hợp: Là tập phức tạp mà muốn giải học sinh vận dụng nhiều kiến thức nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thuộc nhiều lĩnh vực Đặc biệt, câu hỏi loại nêu dạng trắc nghiệm khách quan yêu cầu học sinh phải nhớ kết cuối dược chứng minh trước để giải cách nhanh chóng Vì u cầu học sinh phải hiểu cách sâu sắc để vận dụng kiến thức mức độ cao c Bài tập đồ thị Đó tập mà kiện đề cho dạng đồ thị hay q trình giải ta phải sử dụng đồ thị Ta phân loại dạng câu hỏi thành loại: * Đọc khai thác đồ thị cho: Bài tập loại có tác dụng rèn luyện cho học sinh kỹ đọc đồ thị, biết cách đoán nhận thay đổi trạng thái skkn vật thể, hệ Vật lí, tượng hay q trình Vật lí Biết cách khai thác từ đồ thị để giải vấn đề cụ thể * Vẽ đồ thị theo liệu cho: tập rèn luyện cho học sinh kỹ vẽ đồ thị, biết cách chọn hệ tọa độ tỉ lệ xích thích hợp để vẽ đồ thị xác d Bài tập thí nghiệm Là loại tập cần phải tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, để tìm số liệu, kiện dùng việc giải tập.Tác dụng cụ thể loại tập Giáo dục, giáo dưỡng giáo dục kỹ thuật tổng hợp Đây loại tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú đặc biệt địi hỏi học sinh nhiều tính sáng tạo 2.3.2 Các cơng thức sử dụng đề tài a Chu kỳ dao động lắc đơn: T  2 l g l : Chiều dài lắc (m) g: Gia tốc trọng trường (m/s2) b Công thức nở dài: l  l0 (1  t ) l0 : Chiều dài dây treo (kim loại) 0oC (m) l : Chiều dài dây treo (kim loại) toC (m)  : Hệ số nở dài dây treo kim loại (K-1) c Gia tốc trọng trường GM - Gia tốc trọng trường mực nước biển: g  R -11 2 G = 6,67.10 N.m /kg : Hằng số hấp dẫn M: Khối lượng Trái đất R: Bán kính Trái đất - Gia tốc trọng trường độ cao h so với mực nước biển: GM R gh  ) => g h  g ( ( R  h) Rh - Gia tốc trọng trường độ sâu d so với mực nước biển: GM ' Rd gd  ) => g d  g ( (R  d ) R   d Lực điện trường: F  qE q: Điện tích điện trường (C) skkn  E : Cường độ điện trường (V/m)   + q > F hướng với E   + q < F ngược hướng với E qU + Độ lớn: F  q E  d   e Lực quán tính: Fqt   ma m: khối lượng vật (kg) a : Gia tốc hệ quy chiếu (m/s2)   + Fqt ngược hướng với a + Độ lớn: Fqt = ma g Các công thức gần Nếu x, x1, x2 số dương nhỏ   nx ; Ta có: (1  x) n   nx ; n  1 x (1  x1 )(1  x2 )   x1  x2 2.3.3 Phân loại bài tập và phương pháp giải bài tập về chu kỳ dao động của lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài Loại 1: Xác định thời gian đồng hồ lắc (được xem lắc đơn) chạy sai ngày đêm thay đổi nhiệt độ, độ cao, độ sâu vị trí trái đất Định hướng phương pháp chung - Gọi T1 chu kỳ chạy đúng; T2 chu kỳ chạy sai - Trong thời gian T1 (s) đồng hồ chạy sai│T2 - T1 │(s) T2  T1 1(s) đồng hồ chạy sai (s) T1 - Vậy ngày đêm ∆t = 86400(s) đồng hồ chạy sai:   t T1  T2 T  86400  ( s ) T1 T2 Các bước giải - Bước 1: Từ cơng thức có liên quan đến u cầu tập, thiết lập tỉ số T2 T1 - Bước 2: Biện luận skkn + Nếu T2 > => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại T1 + Nếu T2 < => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên T1 - Bước 3: Xác định thời gian đồng hồ lắc chạy nhanh hay chậm ngày đêm công thức:   t T1  T2 T  86400  ( s ) T1 T2 Xác định thời gian đồng hồ chạy sai thay đổi nhiệt độ (Các yếu tố khác không đổi) * Ở nhiệt độ t1 đồng hồ chạy đúng, nhiệt độ thay đổi đến giá trị t2 đồng hồ chạy sai - Áp dụng cơng thức về sự nở dài: Ta có: l1  l0 (1  t1 ) => T1  2 l1 l (1  t1 )  2 g g l2  l0 (1  t2 ) => T2  2 l2 l (1  t2 )  2 g g 1 T2   t2   (1  t2 ) (1  t2 )  T1  t1 Vì ( t1 ), ( t2 ) t1 => T2  => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại T1 + Nếu t2 < t1 => T2  => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên T1 - Trong ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400 T2  = 43200  t2  t1 (s) T1 skkn Loại 2: Khảo sát dao động nhỏ lắc đơn có thêm lực phụ  F khơng đổi tác dụng (ngồi trọng lực lực căng dây treo) Định hướng phương pháp chung - Coi lắc chịu tác dụng trọng lực hiệu dụng (trọng lực biểu kiến):    P'  P  F    F => gia tốc trọng trường hiệu dụng: g '  g  m - Vị trí cân lắc vị trí dây treo có phương trùng với phương  P ' - Chu kỳ dao động nhỏ lắc: T '  2 l g' Vậy để xác định chu kỳ T’ cần xác định gia tốc trọng trường hiệu dụng g’ Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực điện trường - Khi khơng có điện trường chu kỳ dao động lắc là: T  2 l g  - Khi đặt lắc vào điện trường có véc tơ cường độ điện trường E  thì    chịu tác dụng Trọng lực P  và lực điện trường F  qE , hợp hai    lực ký hiệu là  P '  P  F , gọi trọng lực hiệu dụng hay trọng lực biểu kiến Ta xét số trường hợp thường gặp:  Trường hợp 1: E hướng thẳng đứng xuống  Khi để xác định chiều F  ta cần biết dấu q    * Nếu q > 0: F hướng với E => F hướng thẳng đứng xuống qE m Chu kỳ dao động lắc điện trường: Ta có: P’ = P + F => g’ = g + T '  2 l  2 g' l g qE F hướng thẳng đứng lên qE Ta có: P’ = P - F => g’ = g m Chu kỳ dao động lắc điện trường: T '  2 l  2 g' l qE >T m g T'  => T g g  T '  T qE qE g g m m  Trường hợp 2: E hướng thẳng đứng lên Tương tự ta chứng minh được: * Nếu q > chu kỳ dao động lắc là: T '  2 l  2 g' l qE >T m * Nếu q < chu kỳ dao động lắc là: T '  2 l  2 g' g l g q E < T m   Trường hợp 3: E có phương ngang => F có phương ngang   F vng góc với P => vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc  (hình vẽ) F qE  - Từ hình vẽ ta có: tan    P mg E   q E - Về độ lớn: P '  P  F  g '  g     mg  - Chu kỳ dao động lắc điện trường là: 2 2  q> F 0   P P' 12 skkn T '  2 l  2 g' l  q E  < T g    mg  Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực quán tính Khi lắc đơn đặt hệ quy chiếu chuyển động với gia  tốc a (hệ quy chiếu phi quán tính) ngồi trọng lực lực căng dây   treo lắc chịu tác dụng lực quán tính F  ma Trọng lực hiệu    dụng P '  P  F    F   Gia tốc trọng trường hiệu dụng: g '  g   g  a Xét số m trường hợp thường gặp: Trường hợp 1: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng  lên với gia tốc a  - Thang máy chuyển động nhanh dần đều: a ngược hướng với  g => g’ = g + a Chu kỳ dao động lắc thang máy: T '  2 Ta có: T'  T l l  2 T g' ga g g  T '  T (T chu kỳ dao động lắc ga ga thang máy đứng yên hay chuyển động thẳng đều)   - Thang máy chuyển động chậm dần đều: a hướng với g => g’ = g - a T '  2 l l T'  2 T ;  g' g a T g g  T '  T g a g a Trường hợp 2: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng  xuống với gia tốc a - Thang máy chuyển động nhanh dần đều:   a hướng với g => g’ = g – a T '  2 l l T'  2 T ;  g' g a T g g  T '  T g a g a 13 skkn - Thang máy chuyển động chậm dần đều:   a ngược hướng với g => g’ = g + a T '  2 l l T'  2 T ;  g' ga T g g  T '  T ga ga Trường hợp 3: Con lắc đơn treo xe chuyển động theo phương    ngang với gia tốc a => F có phương ngang ngược hướng với a - Tại vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc  F a Ta có tan    P g  a - Về độ lớn: P '2  P  F  g '  g  a - Chu kỳ dao động lắc: T '  2 l  2 g' l g  a2  a Cách khác: Ta có P '  P g  g '  cos cos => T '  2 l l cos   2 g' g  m F   P P' T'  cos  T '  T cos T 2.3.4 Bài tập áp dụng Nhóm tập thuộc loại Bài 1.1: Một lắc đơn chạy vào mùa hè nhiệt độ 320C Khi nhiệt độ vào mùa đơng 170C chạy nhanh hay chậm? Nhanh hay chậm giây 12 giờ, biết hệ số nở dài dây treo λ = 2.10-5K-1, ℓ0 = 1m Hướng dẫn: T2    (t2  t1 ) - Ta có: T1 => - Do t2 < t1 => T2  => T2 < T1 nên chu kỳ giảm lắc chạy nhanh T1 14 skkn - Thời gian lắc chạy nhanh t = 12h = 12 3600(s) là: θ = t T2   = 12.3600 t2  t1 (s) = 7,3 (s) T1 Bài 1.2: Một đồng hồ lắc (xem lắc đơn) chạy mặt đất Biết bán kính Trái đất R = 6400 km a) Khi đưa đồng hồ lên độ cao h =1,6 km so với mặt đất ngày đêm chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? b) Khi đưa đồng hồ xuống giếng sâu d = 800m so với mặt đất ngày đêm chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? Hướng dẫn: T2 h    => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại a) Ta có: T1 R - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 b) Ta có: T2 h  = 86400 = 21,6(s) T1 R T2 1d 1  => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại T1 2R - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 T2 d  = 43200 = 5,4(s) T1 R Bài 1.3: Một lắc đồng hồ chạy mặt đất có gia tốc g = 9,86 m/s vàọ nhiệt độ t1 = 300C Đưa đồng hồ lên độ cao 640m so với mặt đất ta thấy đồng hồ chạy Giải thích tượng tính nhiệt độ độ cao đó, biết hệ số nở dài dây treo lắc λ = 2.10-5K-1, bán kính Trái đất R = 6400 km Hướng dẫn: - Giải thích tượng : GM GM Khi đưa lắc đơn lên cao gia tốc giảm g0  g h  ( R  h) R Mặt khác lên cao nhiệt độ giảm nên chiều dài dây treo giảm theo Từ T  2 l khơng thay đổi g 15 skkn - Tính nhiệt độ độ cao h = 640 m Ta có:  l1 l (1  t1 )  2 T0  2 g0 g0   T  2 l2  2 l0 (1  t2 )  h gh gh  - Chu kỳ không thay đổi nên: T0 = Th  2 l0 (1  t1 ) l (1  t2 )  t1 g  2   g0 gh  t2 g h  30.2.105  R  h      2.105.t2  R   t2  200 C Nhóm tập thuộc loại Bài 2.1: Một lắc đơn có chiều dài ℓ = 1m, khối lượng m = 50g tích điện q = -2.10-5C dao động nơi có g = 9,86m/s2 Đặt lắc vào  điện trường E có độ lớn E = 25V/cm Tính chu kỳ dao động lắc khi:  a) E có phương thẳng đứng, chiều từ xuống  b) E có phương thẳng đứng, chiều từ lên  c) E có phương nằm ngang Hướng dẫn:    a) q < 0: F ngược hướng với E => F hướng thẳng đứng lên qE m Chu kỳ dao động lắc điện trường: Ta có: P’ = P - F => g’ = g - T '  2 l  2 g' l q E = 2,11(s) m (Lưu ý: Đổi E = 25V/cm = 25.102V/m) b) Tương tự, ta có: g T '  2 l  2 g' l g q E = 1,9(s) m 16 skkn  c) Khi E có phương nằm ngang  q E P  P  F  g  g    m  '2 2 ' 2  2.105.25.102   9,86     9,91( m / s ) 3  50.10  Khi chu kỳ dao động lắc đặt điện trường là: l  2  1,999( s) ' g 9,86 T '  2  Bài 2.2: Một lắc đơn có m = 5g, đặt điện trường E  có phương ngang độ lớn E = 2.106 V/m Khi vật chưa tích điện dao động với chu kỳ T, vật tích điện tích q dao động với chu kỳ T' Lấy g = 10 m/s2 Xác định độ lớn điện tích q Biết T '  3T 10 Hướng dẫn: Từ giả thiết ta có: 3T l l  2  2 ' g g 10 10 10 g  g'  T'   Khi  E có phương ngang ta có:  q E  100 g  q E P  P F  g  g   g2     81  m   m  '2 2 '2 2 19 g q E  m 19 g m 19.10.5.103 q   1,21.108 (C ) 9E 9.2.10 Bài 2.3: Một lắc đơn có m = g sợi dây mảnh có chiều dài ℓ kích thích dao động điều hịa Trong khoảng thời gian Δt lắc thực 40 dao động, tăng chiều dài lắc thêm 7,9 cm  17 skkn khoảng thời gian lắc thực 39 dao động Lấy g = 10m/s2 a) Ký hiệu chiều dài lắc ℓ' Tính  ℓ, ℓ' b) Để lắc có chiều dài  ℓ' có chu kỳ với lắc có chiều dài  ℓ, người ta truyền cho vật điện tích q = +0,5.10-8C cho dao động  điều hịa điện trường  đều E  có đường sức hướng thẳng đứng Xác định chiều độ lớn véc tơ cường độ điện trường Hướng dẫn: a) Xét khoảng thời gian Δt ta có: T 39 l 39 l  39  40.T  39.T  '   '   '   T 40 l 40 l  40  Ta lại có ℓ' = ℓ + 7,9 => ℓ = 152,1cm ℓ' = 160cm b) Khi chu kỳ lắc khơng đổi ' l l' g l ' 9,8.160 '  'g    10,3(m / s ) g g l 152,1  qE qE Do E  hướng thẳng đứng nên g’ = g ± , mà g’>g nên: g’ = g + m m  Phương trình chứng tỏ F hướng thẳng đứng xuống q > nên  E hướng thẳng đứng xuống  Vậy véc tơ cường độ điện trường E  có phương thẳng đứng hướng xuống độ lớn: qE m( g '  g ) 2.10 3 ( g '  g ) ' g g E   2.105 (V / m) 8 m q 0,5.10 Bài 2.4: Một lắc đơn treo vào trần thang máy nơi có gia tốc g = 9,8 m/s2 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 = 1,14 m/s2 b) Thang máy lên c) Thang máy lên chậm dần với gia tốc a = 0,86 m/s2 Hướng dẫn: a) Khi thang máy lên nhanh dần đều: g' = g + a = 9,8 + 1,14 = 11 (m/s 2) Chu kỳ dao động lắc đơn là: 18 skkn T '  2 l T   g' T' g' 11   T '  1,887( s ) g 9,8 b) Khi thang máy lên a = T' = T = 2s c) Khi thang máy lên chậm dần đều: g' = g - a = 9,8 - 0,86 = (m/s2) Chu kỳ dao động lắc đơn là: l T T  2  ' ' g T ' g'   T '  2,45( s ) g 9,8 Bài 2.5: Con lắc đơn gồm dây mảnh dài  ℓ = m, có gắn cầu nhỏ m = 50 g treo vào trần toa xe chuyển động nhanh dần đường nằm ngang với gia tốc a = m/s2 Lấy g =10 m/s2 a) Xác định vị trí cân lắc b) Tính chu kỳ dao động lắc Hướng dẫn: a) Khi lắc cân hợp với phương thẳng đứng góc α xác định bởi: tan   F a  =>   0,29 (rad) P g b) Ta có: P '2  P  F  g '  g  a = 109 Chu kỳ dao động lắc là: T '  2 l  2 g'  1,94( s) 109 Bài tập tổng hợp Bài 3.1: Người ta đưa lắc từ mặt đất lên độ cao h = 10km Phải giảm độ dài để chu kì dao động khơng thay đổi Cho bán kính trái đất R = 6400km bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ Đ/S: Giảm 0,3% chiều dài ban đầu lắc Bài 3.2: Một lắc Phu cô treo thánh Ixac( XanhPêtecbua) lắc đơn có chiều dài 98m Gia tốc rơi tự XanhPêtecbua 9,819m/s2 a) Tính chu kì dao động lắc b) Nếu treo lắc Hà Nội, chu kì bao nhiêu? Biết gia tốc rơi tự Hà Nội 9,793m/s2 bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ c) Nếu muốn lắc treo Hà Nội mà dao động với chu kì XanhPêtecbua phải thay đổi độ dài nào? 19 skkn Đ/S: a) T1 = 19,84s; b) T2 = 19,87s; c) Giảm lượng l  l  l '  0, 26m  26cm Bài 3.3: Con lắc đơn dao động bé mặt đất có nhiệt độ 300C Đưa lên độ cao h = 0,64km chu kì dao động bé khơng thay đổi Biết hệ số nở dài dây treo   2.105 K 1 Hãy tính nhiệt độ độ cao Cho bán kính trái đất R = 6400km Đ/S: 200C Bài 3.4: Con lắc toán học dài 1m 200C dao động nhỏ nơi g =  (SI) a) Tính chu kì dao động b) Tăng nhiệt độ lên 400C, chu kì lắc tăng hay giảm bao nhiêu? Biết hệ số nở dài dây treo lắc   2.105 K 1 Đ/S: a) 2s; b) Tăng 4.10-4s Bài 3.5: Một lắc đồng có chu kì dao động T1 = 1s nơi có gia tốc trọng trường g =  (m/s2), nhiệt độ t1 = 200C a) Tìm chiều dài dây treo lắc 200C b) Tính chu kì dao động lắc nơi nhiệt độ 30 0C Cho hệ số nở dài dây treo lắc   4.105 K 1 Đ/S: a) l1 = 0,25m = 25cm; b) T2 = 1,0002s Bài 3.6: Người ta đưa đông hồ lắc từ Trái Đất lên Mặt Trăng mà không điều chỉnh lại Theo đồng hồ Mặt Trăng thời gian Trái Đất tự quay vòng bao nhiêu? Biết gia tốc rơi tự Mặt Trăng 1/6 gia tốc rơi tự Trái Đất bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ Đ/S: t2 = 9h48ph Bài 3.7: Một lắc đơn gồm sợi dây có chiều dài l = 1m cầu nhỏ có khối lượng m = 100g, treo nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8m/s2 Tính chu kì dao động nhỏ ccủa cầu Cho cầu mang điện q = 2,5.10-4C tạo điện trường có cường độ điện trường E = 1000V/m Hãy xác định phương dây treo lắc cân chu kì lắc trường hợp:  a) Véc tơ E hướng thẳng đứng xuống  b) Véc tơ E có phương nằm ngang 20 skkn Đ/S: 1) T0 = 2s; 2a) T1 = 1,8s; 2b) T2 = 1,97s Bài 3.8: Một lắc đơn gồm cầu nhỏ, khối lượng 10g treo sợi dây dài 1m nơi mà g = 10m/s2 Cho   10 a) Tính chu kì dao động T0 lắc b) Tích điện cho cầu điện tích q = 10 -5C cho dao động điện trường có phương thẳng đứng thấy chu kì dao động T = T0 Xác định chiều độ lớn cường độ điện trường?  Đ/S: E thẳng đứng, hướng xuống, độ lớn 1,25.104V/m Bài 3.9: Một lắc dao động với biên độ nhỏ có chu kì T nơi có g = 10m/s2 Treo lắc trần xe cho xe chuyển động nhanh dần mặt đường nằm ngang dây treo hợp với phương thẳng đứng góc nhỏ   90 a) Tìm gia tốc a xe b) Cho lắc dao động với biên độ nhỏ, tính chu kì T lắc theo T0 Đ/S: a) a = 1,57m/s2; b) T = T0 cos Bài 3.10: Một lắc đơn có chu kì dao động nhỏ T = 1,5s nơi có gia tốc trọng trường g = 9,80m/s2 Treo lắc thang máy Hãy tính chu kì lắc trường hợp sau: a) Thang máy lên nhanh dần với gia tốc a = 1m/s2 b) Thang máy lên chậm dần với gia tốc a = 1m/s2 c) Thang máy chuyển động thẳng Đ/S: a) 1,43s; b) 1,58s; c) 1,5s Bài 3.11: Một lắc toán học có chiều dài 17,32cm thực dao động điều hồ ơtơ chuyển động mặt phẳng nghiêng góc   300 Xác định vị trí cân bằng tương đối lắc Tìm chu kì dao động lắc hai trường hợp: a) Ơtơ chuyển động xuống dốc với gia tốc a = 5m/s2 b) Ơtơ chuyển động lên dốc với gia tốc a = 2m/s Lấy g = 10m/s2,   10 ĐS: a) T’ = 0,8886 s; b) T’ = 1,405 s 21 skkn Bài 3.12: Một lắc đồng hồ, dây treo có hệ số nở dài   2.105 ( K 1 ) Bán kính Trái đất 6400km a) Khi đưa xuống giếng mỏ, đồng hồ chạy nhanh hay chậm? Tại sao? b) Biết giếng sâu 800m thật đồng hồ chạy Tính chênh lệch nhiệt độ giếng mặt đất Đ/S: a) chạy chậm chu kì tăng; b) t  6,250 C Bài 3.13: Một lắc đồng hồ gồm cầu sắt sợi dây kim loại mảnh có hệ số nở dài   2.105 ( K 1 ) Đồng hồ chạy 200C với chu kì T = 2s a) Khi giảm nhiệt độ xuống đến 00C đồng hồ chạy nhanh hay chậm sau ngày đêm? b) Vẫn giữ nhiệt độ 00C, người ta dùng nam châm để tạo lực hút thẳng đứng Phải đặt nam châm nào, độ lớn để đồng hồ chạy trở lại Cho khối lượng cầu m = 50g, lấy g = 10m/s2 Đ/S: a) T = 17,28s; b) 10-4N Bài 3.14: Một lắc đồng hồ chạy 200C nơi có gia tốc trọng trường 10m/s2 Biết dây treo có hệ số nở dài   4.105 ( K 1 ) , vật nặng tích điện q = 10-6C a) Nếu lắc đặt điện trường có cường độ E = 50V/m thẳng đứng hướng xuống sau ngày đêm đồng hồ chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? Biết vật có khối lượng m = 100g b) Để đồng hồ chạy trở lại cần phải tăng hay giảm nhiệt độ bao nhiêu? Đ/S: a) 2,16s; b) 21,250 C Bài 3.15: Tại nơi ngang với mực nước biển, nhiệt độ 100C, đồng hồ lắc ngày đêm chạy nhanh 6,48s Coi lắc đồng hồ lắc đơn Thanh treo lắc có hệ số nở dài   4.105 ( K 1 ) a) Tại vị trí nói trên, nhiệt độ đồng hồ chạy giờ? b) Đưa đồng hồ lên đỉnh núi, nhiệt độ 60C, ta thấy đồng hồ chạy Tính độ cao đỉnh núi so với mực nước biển Coi Trái đất hình cầu, có bán kính R = 6400km Đ/S: a) 13,750; b) 992m 22 skkn 2.4 Hiệu của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường Đề tài tác giả sử dụng để hướng dẫn học sinh lớp 12 ôn thi Đại học, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh kết đạt là: - Đa số học sinh nắm phương pháp giải biết vận dụng tốt phương pháp vào việc giải tập chu kỳ dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên - Kỹ giải tập trắc nghiệm khách quan học sinh cải thiện đáng kể, đảm bảo độ xác nhanh - Phát huy rèn luyện khả vận dụng kiến thức, tính tư sáng tạo học sinh việc giải tập vật lí hay khó - Cụ thể, thông qua quá trình khảo sát chất lượng lần thứ đối với học sinh khối 12, kết quả thu được sau: ĐIỂM TRUNG BÌNH KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG MÔN VẬT LÍ KHỐI 12 (LẦN 2) Lớp Sĩ số Điểm trung bình 12A1 43 8,16 12A2 44 7,02 12A3 41 7,41 12A4 41 6,41 Qua kết quả khảo sát lần thứ và đối chiếu với kết quả khảo sát lần 1, có thể thấy điểm trung bình môn Vật lí đã tăng lên rõ rệt 23 skkn KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận - Đề tài hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu số vấn đề lý luận tập vật lí, phân loại tập, đề phương pháp giải đồng thời lựa chọn hệ thống tập vận dụng chu kỳ dao động lắc đơn phụ thuộc vào yếu tố bên - Việc phân loại, đề phương pháp giải lựa chọn hệ thống tập thích hợp dựa sở khoa học chặt chẽ góp phần nâng cao chất lượng giải tập, nắm vững kiến thức học sinh - Đặc biệt cần ý tới việc phát huy khả sáng tạo, tìm tịi, tích cực tự lực học sinh, áp đặt cách suy nghĩ giáo viên học sinh giải tập nêu - Đề tài dừng lại việc nghiên cứu chun đề nhỏ chương trình Vật lí 12 Để góp phần nâng cao chất lượng giải tập, rèn luyện tư Vật lí học sinh, đề tài tiếp tục phát triển cho chun đề khác chương trình Vật lí phổ thơng 3.2 Kiến nghị - Về phía nhà trường cần có kế hoạch lâu dài việc khuyến khích giáo viên tham gia viết đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu cho chương, phần môn học, từ nâng cao chất lượng dạy học cho môn (đặc biệt chất lượng giải tập môn tự nhiên) - Về phía Sở Giáo dục Đào tạo cần quan tâm đầu tư việc xây dựng chuyên đề, đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu mơn, có kế hoạch phổ biến rộng rãi đề tài để giáo viên toàn tỉnh tham khảo, áp dụng trao đổi kinh nghiệm trình dạy học XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 12 tháng năm 2022 Tơi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác 24 skkn Lê Mạnh Cường TÀI LIỆU THAM KHẢO An Văn Chiêu - Vũ Đào Chỉnh - Phó Đức Hoan - Nguyễn Đức Thâm - Phạm Hữu Tòng Phương pháp giải tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giáo dục, 2000 Bùi Quang Hân Giải toán Vật lí 12, tập I NXB Giáo dục, 2006 Vũ Thanh Khiết Bài tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giáo dục, 2002 Vũ Thanh Khiết Kiến thức bản nâng cao Vật lí THPT, tập III NXB Hà Nội, 2003 Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) - Vũ Thanh Khiết (Chủ biên) Nguyễn Đức Hiệp - Nguyễn Ngọc Hưng - Nguyễn Đức Thâm - Phạm Đình Thiết - Vũ Đình Tuý - Phạm Quý Tư Vật lí 12 Nâng cao Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2010 Nguyễn Thế Khôi - Vũ Thanh Khiết (đồng Chủ biên) - Nguyễn Đức Hiệp - Nguyễn Ngọc Hưng - Nguyễn Đức Thâm - Phạm Đình Thiết - Vũ Đình Tuý - Phạm Quý Tư Bài tập Vật lí 12 Nâng cao Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2010 Mỵ Giang Sơn Những tập Vật lý hay khó, tập I NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2001 Phạm Hữu Tòng Phương pháp dạy tập Vật lý, NXB Giáo dục, 1989 25 skkn