skkn hướng dẫn học sinh lớp 12 sử dụng phương pháp vec tơ quay để giải nhanh 1 số dạng bài tập chương dao động cơ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT CAO BÁ QUÁT - GIA LÂM *** a õ b *** SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Híng dÉn häc sinh líp 12 sử dụng phơng pháp vectơ quay để giải nhanh số dạng tập chơng dao động Mụn hc: VT Lí Tên tác giả : Đỗ Thị Ngọc Lan Giáo viên môn: Vật lý Trờng: THPT Cao Bá Quát Gia Lâm NM HC 2011 - 2012 M U I Lí DO CHN TI -1- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm Mụn Vt lý l mt b phận khoa học tự nhiên nghiên cứu tượng vật lý nói chung học nói riêng Những thành tựu vật lý ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ngược lại thực tiễn sản xuất thúc đẩy khoa học vật lý phát triển Vì học vật lý khơng đơn học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vật lý vào thực tiễn sản xuất Do trình giảng dạy người giáo viên phải rèn luyện cho học sinh có kỹ năng, kỹ xảo thường xuyên vận dụng hiểu biết học để giải vấn đề thực tiễn đặt Bộ môn vật lý đưa vào giảng dạy nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thơng, bản, có hệ thống toàn diện vật lý Hệ thống kiến thức phải thiết thực có tính kỹ thuật tổng hợp đặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý đại Để học sinh hiểu cách sâu sắc đủ kiến thức áp dụng kiến thức vào thực tiễn sống cần phải rèn luyện cho học sinh kỹ , kỹ xảo thực hành : Kỹ năng, kỹ xảo giải tập, kỹ đo lường, quan sát … Bài tập vật lý với tư cách phương pháp dạy học, có ý nghĩa quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học vật lý nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt tập vật lý học sinh có những kỹ so sánh, phân tích, tổng hợp…Do góp phần to lớn việc phát triển tư học sinh Đặc biệt tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống vận dụng kiến thức học vào việc giải tình cụ thể, làm cho mơn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn em Hiện , xu đổi ngành giáo dục phương pháp giảng dạy phương pháp kiểm tra đánh giá kết giảng dạy thi tuyển Cụ thể phương pháp kiểm tra đánh giá phương tiện trắc nghiệm khách quan Trắc nghiệm khách quan trở thành phương pháp chủ đạo kiểm tra đánh giá chất lượng dạy học nhà trường THPT Điểm đáng lưu ý nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn kiến thức chương trình, tránh học tủ, học lệch để đạt dược kết tốt việc kiểm tra, thi tuyển học sinh phải nắm vững kiến thức mà cịn địi hỏi học sinh phải có phản ứng nhanh dạng toán, đặc biệt dạng toán mang tính chất khảo sát mà em thường gặp -2- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm Trong s cỏc phương pháp giải tập Vật lý 12, nhận thấy phương pháp vectơ quay phương pháp hay, hữu ích Phương pháp khơng dùng để giải nhanh số dạng tập khó chương “ Dao động ” mà cịn sử dụng để giải số dạng tập chương: Sóng học, chương Dao động điện từ chương Dịng điện xoay chiều Chính nhằm giúp học sinh lớp 12 có phương pháp hữu ích để giải tập, đặc biệt số dạng tập khó chương “ Dao động ” nên tơi chọn đề tài : “ Hướng dẫn học sinh lớp 12 sử dụng phương pháp vectơ quay để giải nhanh số dạng tập chương “Dao động cơ” I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Làm quen với cơng tác nghiên cứu khoa học - Tìm cho phương pháp để tạo khơng khí hứng thú lôi nhiều học sinh tham gia giải tập lý, đồng thời giúp em đạt kết cao kỳ thi - Nghiên cứu phương pháp giảng dạy vật lý với quan điểm tiếp cận mới, Phương pháp Trắc nghiệm khách quan II NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI - Tìm hiểu sở lý luận chung tập vật lý phương pháp tập vật lý nhà trường phổ thông - Nghiên cứu lý thuyết Dao động học - Nghiên cứu lý thuyết phương pháp vectơ quay ứng dụng giải tập Vật lý IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết - Giải tập vận dụng V ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Học sinh lp 12 -3- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm - Đối tượng khảo sát thực nghiệm : Lớp 12A6 12A7 Trường THPT Cao Bá Quát – Gia Lâm VI PHẠM VI VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu đề tài trình dạy học chương “Dao động cơ” - Vật lý 12 - Thời gian nghiên cứu từ tháng 9/2010 đến 10/2010 NỘI DUNG CHƯƠNG I: BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THƠNG VÀ VAI TRỊ CỦA NÓ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG 1.1 Vai trị tập vật lý việc giảng dạy vật lý Việc giảng dạy tập vật lý 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 diều 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 đo mức độ sâu sắc vững vàng kiến thức mà học sinh thu nhận Bài tập vật lý với chức phương pháp dạy học có vị trí đặc biệt dạy học vật lý trường phổ thông Trước hết, vật lý môn khoa học giúp học sinh nắm quy luật vận động giới vật chất tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ quy luật ấy, biết phân tích vận dụng quy luật vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp mặt dù người giáo viên có trình bày tài liệu cách mạch lạc, hợp lơgích, phát biểu định luật xác, làm thí nghiệm u 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 lý 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 qua trình giải tình cụ thể tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng thao tác tư phân tích, tổng hợp, so sánh, khái qt hóa , trừu tượng hóa …để giải vấn đề, tư học sinh có điều kiện để phát triển Vì nói tập vật lý 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 -4- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm Bi vật lý 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 lý hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh việc nhớ lại kiến thức cách tổng hợp, 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 1.2 Phân loại tập vật lý 1.2.1 Bài tập vật lý định tính hay tập câu hỏi lý thuyết - Là tập mà học sinh khơng cần phải tính tốn (Hay có phép toán đơn giản) mà vận dụng định luật, định lý, qui luật để giải tích tượng thơng qua lập luận có cứ, có lôgic - Nội dung câu hỏi phong phú, đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức vật lý - Thông thường để giải toán cần tiến hành theo bước: * Phân tích câu hỏi * Phân tích tượng vật lý có đề cập đến câu hỏi để từ xác định định luật, khái niệm vật lý hay qui tắc vật lý để giải câu hỏi * Tổng hợp điều kiện cho với kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi 1.2.2 Bài tập vật lý định lượng Đó loại tập vật lý mà muốn giải ta phải thực loạt phép tính Dựa vào mục đích dạy học ta phân loại tập dạng thành loại: a Bài tập tập dượt: Là tập đơn giản sử dụng nghiên cứu khái niệm hay qui tắc vật lý dó để học sinh vật dụng kiến thức vừa tiếp thu b 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 1.2.3.Bài tập đồ thị Đó tập mà kiện đề cho dạng đồ thị hay q trình giải ta phải sử dụng dồ thị ta phân loại dạng câu hỏi thành loại: a Đọc khai thác đồ thị cho: Bài tập loại có tác dụng rèn luyện cho học sinh ký đọc đồ thị, biết cách đoán nhận thay đổi trạng thái vật thể, hệ vật lý, tượng hay q trình vật lý Biết cách khai thác từ đồ thị để gii quyt mt c th -5- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm b V th theo nhng 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 1.2.4 Bài tập thí nghiệm: 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 CHƯƠNG II: DAO ĐỘNG CƠ I DAO ĐỘNG ĐIỀU HỒ 1) Phương trình dao động : x = A cos( ωt + ϕ) A, ω, ϕ số Trong A, ω ln dương |ϕ| ≤ π + x li độ dao động (độ lệch vật khỏi VTCB) (m) + A: biên độ dao động (li độ cực đại) (m) + ϕ: pha ban đầu dao động ( pha dao động thời điểm t=0 ) (rad) + ( ωt + ϕ): pha dao động thời điểm t (rad) 2) Phương trình vận tốc  v = x’= - ωA sin( ωt + ϕ) = ωA cos( ωt + ϕ + π /2)  vmax= ω A vật qua VTCB (x= 0), gia tốc vật  v = vật vị trí biên, gia tốc vật cực đại  Vận tốc nhanh pha li độ góc π /2 3) Gia tốc  a = - ω2A cos( ωt + ϕ) = - ω2x = ω2A cos( ωt + ϕ + π )  amax= ω2A vật vị trí biên độ (x= ± A), vận tốc vật  a = vật VTCB, vận tốc vật cực đại  Gia tốc nhanh pha vận tốc góc π /2, ngược pha với li độ 4) Công thức độc lập( công thức liên hệ v, A, x): v a2 v2 A2 = x + ( ) = + ω ω ω a = - ω2x II CON LẮC LÒXO 1) Chu kỳ tần số: - Độ biến dạng lò xo thẳng đứng vật VTCB : ∆l = mg ∆l ⇒ T = 2π k g - Chu kỳ : T = 2π = m k -6- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia L©m - Tần số : f = ω = = T 2π 2π k m 2) Năng lượng dao động lắc lò xo: Động năng: Wđ = mv = mω A2sin (ωt + ϕ ) = Wsin (ωt + ϕ ) 2 + Động vật biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ 1/2 chu kỳ dao động vật ( với tần số lần tần số vật dao động ) + Động max vật qua VTCB, động vật vị trí biên độ Thế : Wt = 1 mω x = mω A2cos (ωt + ϕ ) = Wco s (ωt + ϕ ) 2 + Thế vật biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ 1/2 chu kỳ dao động vật ( với tần số lần tần số vật dao động ) + Thế max vật vị trí biên độ , vật qua VTCB 2 Cơ : W = Wđ + Wt = mω A = kA2 = Wđmax = Wtmax = Hằng số  Chú ý: Bài toán liên quan động năng: Wd  A  =   −1 + Tỉ số động vị trí có li độ x là: Wt  x  + Vật dao động điều hoà với biên độ A Động vật n lần vị trí có li độ x là: x = ± A n +1 + Vật dao động điều hoà với biên độ A Vận tốc vật vị trí vật n lần động là: v= ± ωA n +1 3) Lực đàn hồi: Là lực đưa vật vị trí chiều dài tự nhiên l0 Lực đàn hồi vị trí li độ x * Fđh = k ( ∆l + x ) với chiều dương hướng xuống * Fđh = k ( ∆l − x ) với chiều dương hướng lên Lực đàn hồi cực đại : Fđhmax = k (| ∆ l| + A) Lực đàn hồi cực tiểu : + Trường hợp | ∆ l| ≤ A : Fđhmin = + Trường hợp | ∆ l| > A : Fđhmin = k (| ∆ l| - A) 4) Lực hồi phục : Là lực đưa vật VTCB, Fhp= k x = mω x + Fhp max= kA vật vị trí biên + Fhp = vật qua VTCB Lực đẩy (lực nén) đàn hồi cực đại: FNmax = k(A - ∆l) (lúc vật vị trí cao nhất) 5) Chiều dài cực đại lmax , chiều dài cực tiểu lmin - Khi vật li độ x : L = l + x = ∆ l + l0 + x -7- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm - Chiều dài cực đại : lmax= ∆ l + l0 + A - Chiều dài cực tiểu: lmin= ∆ l + l0 – A - Khi biết lmax lmin ta tính biên độ A : A= MN l max − l = 2 Với MN chiều dài quỹ đạo 6) Cắt lò xo: Một lò xo có độ cứng k, chiều dài l cắt thành lị xo có độ cứng k 1, k2, … chiều dài tương ứng l1, l2, … có: kl = k1l1 = k2l2 = … 7) Ghép lò xo: 1 * Nối tiếp k = k + k + ⇒ treo vật khối lượng thì: T2 = T12 + T22 * Song song: k = k1 + k2 + … 1 ⇒ treo vật khối lượng thì: T = T + T + III CON LẮC ĐƠN 1) Phương trình dao động : Xét dao động lắc đơn với α ≤ 100 - Phương trình li độ dài: s = A cos( ω t + ϕ ) Với s : li độ dài , A: biên độ dài - Phương trình li độ góc: α = α cos( ω t + ϕ ) Với α : li độ góc , α 0: biên độ góc (rad) - Mối liên hệ s α : A = l α , s = l α 2) Tần số góc , chu kỳ tần số dao động lắc đơn Tần số góc : ω (rad) Chu kỳ : T(s) Tần số : f (Hz) ω= T= g l 2π = 2π ω f= l g ω = 2π 2π g l 3) Công thức độc lập : * a = -ω2s = -ω2αl v2 * A =s + ω v2 * α 02 = α + gl 2 4) Vận tốc vật nặng lắc đơn Biểu thức: v = gl (cos α − cos α ) vmax: * Dao động lớn: vmax = gl (1 − cos α ) * Dao động nhỏ: vmax = gl (1 − cos α ) = α gl vmin = -8- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia L©m 5) Lực căng dây treo T = mg (3 cos α − cos α ) Tmax: Tmin : * Dao động lớn: Tmax = mg (3 − cos α ) * Dao động nhỏ: Tmax= mg (3 − cos α ) = mg (1 + α 02 ) * Dao động lớn: Tmin = mg cos α * Dao động nhỏ: Tmin = mg cos α = mg (1 − α0 ) 6) Năng lượng dao động  Động năng: Eđ= mv2  Thế : Et = mgh = mgl (1 − cos α ) * Dao động nhỏ Et = mgl (1 − cos α ) = mgs 2l  Cơ + Con lắc đơn dao động nhỏ: E = Eđ + Et = mgl (1 − cos α ) = mg 2 A = mgl α = Eđmax = Etmax = Hằng số l + Con lắc đơn dao động lớn: E = Eđ + Et = mgl (1 − cos α ) = mg A = Eđmax = Etmax = Hằng số l IV CON LẮC VẬT LÝ Các đại lượng đặc trưng: mgd I I Chu kỳ: T = 2π mgd Tần số góc: ω = Tần số : f = 2π mgd I Trong đó: m (kg) khối lượng vật rắn d (m) khoảng cách từ trọng tâm đến trục quay I (kgm2) mơmen qn tính vật rắn trục quay Phương trình dao động : α = α0cos(ωt + ϕ) Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản α0 -3 Vì vị trí vật thời điểm t1 M1 - Xác định góc quét thời gian ∆t là: ∆ϕ = ω.(t − t1 ) = x M1 M2 13π π = 4π + Từ 3 xác định vị trí vật thời điểm t2 M2 - Ứng với góc quét π kể từ vị trí M1 vật qua vị trí M0 lần Ứng với góc qt π /3 kể từ vị trí M1 vật khơng qua vị trí M0 lần - Vậy từ thời điểm t1=17/24 s đến thời điểm t2=23/8s vật nhận vận tốc v = -6 π (cm/s) lần III/ BÀI TỐN QNG ĐƯỜNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA Chú ý: -Quãng đường chu kỳ 4A; 1/2 chu kỳ 2A -Quãng đường l/4 chu kỳ A vật từ VTCB đến vị trí biên ngược lại, cịn từ vị trí không A 1/ Dạng 1: Xác định quãng đường vật từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 a) Cách giải: Sử dụng phương pháp vectơ quay  Bước 1: Xác định vị trí vật thời điểm t1 t2 đường tròn : M1, M2  Bước 2: Xác định góc quét ∆ϕ thời gian ∆t = t2 – t1 ∆ϕ = ω.(t − t1 )  Bước 3: Tách ∆ϕ = n.2 π + ∆ϕ ’ + Ứng với góc quét n2 π vật quãng đường n.4A -17- Gi¸o viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm + ng vi gúc quột ∆ϕ ’, quãng đường hình chiếu cung M1M2 trục Ox Sau cộng lại ta tổng quãng đường vật từ thời điểm t1 đến t2 b) Ví dụ Một vật dao động với phương trình x = sin(5πt − π / 4)cm Quãng đường vật từ thời điểm t1 = /10s đến t = 6s là: A 336 cm B 333,8 cm C 331,4 cm D 337,5 cm Hướng dẫn: 3π - x = sin(5πt − π / 4)cm = cos( 5πt − )cm - Xác định vị trí vật thời điểm t 1: x1=4cm, v1>0 Nhận điểm M1 đường trịn M’ - Xác định góc quét ∆ϕ thời gian ∆t = t2 – t1 ∆ϕ = ω.(t − t1 ) =5 π (6 - ) = 29,5 π = 29 π + 0,5 π 10 x -4 -4 Từ xác định vị trí M2 + Ứng với góc quét 29 π vật quãng đường 58A tới2 vị trí M’ M1 M + Ứng với góc quét 0,5 π kể từ vị trí M’ đến vị trí M vật quãng đường là: 2(A - A ) - Tổng quãng đường vật S = 58A + 2(A - A ) = 331,4 cm 2/ Dạng 2: Xác định quãng đường lớn nhỏ vật thời gian ∆t ( ∆t < T ) a) Cách giải: Sử dụng phương pháp vectơ quay Nhận xét: Vật có vận tốc lớn qua VTCB, nhỏ qua vị trí biên nên khoảng thời gian quãng đường lớn vật gần VTCB nhỏ gần vị trí biên  Bước 1: Xác định góc quét thời gian ∆t : ∆ϕ = ω∆t  Bước 2: Biểu diễn ∆ϕ đường tròn M2 + Quãng đường lớn vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục sin S Max ∆ϕ = 2A sin A x2 M1 P ∆ϕ O A x1 x + Quãng đường nhỏ vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục cos M2 ∆ϕ S Min = A(1 − cos ) O -18- A x P ∆ϕ Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm M1 Lu ý: Trong trường hợp ∆t > T/2 T T + Tách ∆t = n + ∆t ' n ∈ N * ;0 < ∆t ' < 2 + Trong thời gian n T quãng đường 2nA + Trong thời gian ∆t’ quãng đường lớn nhất, nhỏ tính b) Ví dụ Một vật dao động điều hồ với phương trình x = 4cos(4πt + π/3) a) Xác định quãng đường lớn mà vật khoảng thời gian ∆t = 1/6 (s): A cm B 3 cm C cm D cm b)Xác định quãng đường nhỏ mà vật khoảng thời gian ∆t = 1/6 (s): A cm B cm C cm D cm Hướng dẫn: - Ta có chu kỳ T = 0,5s > 2∆t - Xác định góc quét thời gian ∆t : ∆ϕ = ω∆t = ∆ϕ π = 2.4.sin = cm ∆ϕ π = A(1 − cos ) = 2.4.( 1- cos ) = 4cm - S Max = 2A sin - S Min 2π rad IV/ BÀI TOÁN TỐC ĐỘ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 1/ Dạng : Xác định tốc độ trung bình vật từ thời điểm t đến thời điểm t2 a) Cách giải: Sử dụng phương pháp vectơ quay  Bước 1: Xác định quãng đường S vật từ thời điểm t1 đến t2 S t2 − t1 ∆x x − x1 Chú ý: Xác định vận tốc trung bình = = ∆t ∆t  Bước 2: Xác định tốc độ trung bình vật : vtb = b) Ví dụ ( Đại học 2011 )Một chất điểm dao động điều hòa trục Ox với biên độ 10 cm, chu kì s Mốc vị trí cân Tốc độ trung bình chất điểm khoảng thời gian ngắn chất điểm từ vị trí có động lần đến vị trí có động 1/3 lần A 26,12 cm/s B 7,32 cm/s C 14,64 cm/s D 21,96 cm/s Hướng dẫn: - Khi Wđ = 3Wt x = ± A 5 -19- x M Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia2 Lâm M1 - Khi W = A Wt x = ± - Quãng đường ngắn vật từ vị trí có động lần đến vị trí có động 1/3 lần tương ứng đường tròn vật từ M1 đến M2 S= A A − = −5 2 - Khoảng thời gian ngắn vật từ vị trí có động lần đến vị trí có động 1/3 lần là: ∆t = ∆ϕ π T = × = s ω 2π - Tốc độ trung bình là: vtb = S =21,96 s ∆t 2/ Dạng 2: Xác định tốc độ trung bình lớn nhỏ vật thời gian ∆t ( ∆t < T ) a) Cách giải: Sử dụng phương pháp vectơ quay  Bước 1: Xác định quãng đường lớn S Max nhỏ SMin vật khoảng thời gian ∆t  Bước 2: Xác định tốc độ trung bình lớn nhỏ khoảng thời gian ∆t: vtbMax = S Max S vtbMin = Min ∆t ∆t b) Ví dụ Một vật dao động điều hồ với chu kỳ T biên độ A Tốc độ trung bình lớn vật thực khoảng thời gian 2T/3 là: A 9A 2T B 3A T C 3A 2T D 6A T Hướng dẫn: 2T T > 2T T T ∆t = = + - Ta có ∆t = - - Xác định góc quét thời gian ∆t’ = ∆ϕ’ = ω∆t = + Trong π rad T : T quãng đường vật 2A -20- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm + Trong ∆t’ = T π quãng lớn vật là: S’max = 2A.sin =A 6 Suy Smax=2A + A = 3A - Tốc độ trung bình lớn cần tìm vtbmax= 9A 2T IV/ BÀI TỐN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA VẬT SAU ( HOẶC TRƯỚC) THỜI ĐIỂM t MỘT KHOẢNG THỜI GIAN ∆t a) Cách giải: Sử dụng phương pháp vectơ quay  Bước 1: Xác định vị trí li độ x thời điểm t đường tròn  Bước 2: Xác định góc qt thời gian ∆t kể từ vị trí có li độ x  Bước 3: Dựa vào góc quét xác định vị trí vật thời điểm ( t + ∆t ) ( t - ∆t ) b) Ví dụ Một vật dao động điều hồ trục Ox có phương trình x = 5cos(4 π t - π /3) cm Tại thời điểm t1, vật có li độ 2,5 cm có xu hướng giảm Li độ vật sau thời điểm 7/48 s là: A 2,5 cm B – 2,5 cm C – 2,5 cm D – 2,5cm Hướng dẫn: - Vì thời điểm t1 vật có li độ 2,5 cm có xu hướng giảm, nên điểm đường trịn M1 - Góc qt thời gian ∆t là: ∆ϕ = ω∆t = - Vị trí vật thời điểm t + 7π rad 12 M2 48 - Dựng hình chiếu M2 xuống Ox ta x = - 2,5 cm M1 M2 -5 -2,5 x 2,5 CHƯƠNG V: KIỂM TRA KHẢO SÁT Trong trình giảng dạy lớp 12 chương “Dao động cơ” , khảo sát đề tài với hai đối tượng thuộc hai lớp: 12A6, 12A7 cú nng lc tng ng -21- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm nhau, u hc ban KHTN ca trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Sau học hết chương “Dao động cơ”, tiết tự chọn, lớp 12A6 giảng dạy vấn đề nghiên cứu đề tài, cịn lớp 12A7 tơi dạy phương pháp vectơ quay, không dạy ứng dụng phương pháp để giải dạng tập đề tài Sau tơi cho hai lớp làm đề kiểm tra khảo sát, thời gian 15p ĐỀ KIỂM TRA KHẢO SÁT - Thời gian 15p Câu 1: Một lắc lò xo dao động với biên độ A, thời gian ngắn để lắc di chuyển từ vị trí có li độ x = - A đến vị trí có li độ x = A/2 1s Chu kì dao động lắc là: A 1/3 (s) B (s) C (s) D 6(s) Câu 2: Một lắc đơn có m = 200g, g = 9,86m/s2 Nó dao động với phương π trình: α = 0, 05cos(2π t − ) rad Tìm thời gian nhỏ (tmin) để lắc từ vị trí có động cực đại đến vị trí mà Wđ = 3Wt A 1/6 s B 1/3 s C 1/12 s D ¼ s Câu : Con lắc lị xo dao động điều hồ mặt phẳng ngang với chu kì T = 1,5 s biên độ A = 4cm, pha ban đầu 5π / Tính từ lúc t = 0, vật có toạ độ x = -2 cm lần thứ 2010 vào thời điểm nào: A 1503s B 1503,25s C 1502,25s D 1507,37s Câu 4: Một vật dao động điều hoà với phương trình x = 10cos(π t+π /3)cm Thời gian tính từ lúc vật bắt đầu dao động (t=0) đến vật quãng đường 50cm là: A 7/3s B 2,4s C 4/3s D 1,5s Câu 5: Một chất điểm dao động điều hịa theo phương trình x = cos( 5πt+π/6 ) (x tính cm t tính giây) Trong giây từ thời điểm t = 0, chất điểm qua vị trí có li độ x =+1 cm: A lần B lần C lần D lần Câu 6: Con lắc lò xo treo thẳng đứng, độ cứng k = 80(N/m), vật nặng khối lượng m = 200(g) dao động điều hoà theo phương thẳng đứng với biên độ A = 5(cm), lấy g = 10(m/s2) Trong chu kỳ T, thời gian lò xo giãn là: A π/15 (s) B π/30 (s) C π/12 (s) D π/24 (s) Câu 7: Một vật dao động điều hịa có phương trình x = 8cos10πt (cm) Xác định thời điểm vật qua vị trí x = 4(cm) lần thứ 2009 kể từ thời điểm bắt đầu xét dao động A 1205/6 s B.6520/3 s C.1205/3 s D 6520/6 s -22- Gi¸o viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm Cõu 8: Mt cht im dao động dọc theo trục Ox có phương trình: x = 10cos(2πt + π /3) (cm) Tại thời điểm t1 vật có li độ x1 = 6cm chuyển động theo chiều âm sau 0,25s vật có li độ A -6cm B 8cm C 1cm D -8cm Câu 9: Một lắc lò xo dao động điều hịa với biên độ 6cm chu kì 1s Tại t = 0, vật qua vị trí cân theo chiều âm trục toạ độ Tổng quãng đường vật khoảng thời gian 2,375s kể từ thời điểm chọn làm gốc là: A 48cm B 55,76cm C 50cm D 42cm Câu 10: Một lị xo có chiều dài tự nhiên l0= 30cm, độ cứng k= 100N/m, đầu cố định, đầu treo vật nặng khối lượng m = 400g Kéo vật xuống vị trí cận cm truyền cho vật vận tốc 10 cm/s để vật dao động điều hoà Chọn gốc tạo độ VTCB chiều dương hướng xuống, gốc thời gian lúc vật qua vị trí x = 1cm theo chiều dương Lấy π =10 Tốc độ trung bình vật khoảng thời gian từ lúc bắt đầu khảo sát chuyển động đến lúc lò xo bị dãn 3cm lần thứ là: A 12 cm/s B 7,5 cm/s C 18 cm/s D cm/s Kết quả: Sĩ số Lớp 12A6 Giỏi Khá Trung bình Yếu 42 19% 42,8% 38,2% 48 8,3% 33,3% 48% 10,4% ( Thực nghiệm) Lớp 12A7 (Đối chứng) KT LUN -23- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm i chiếu với mục đích nghiên cứu nhiệm vụ đề tài, nhận thấy đề tài giải vấn đề sau: - Bước đầu tìm hiểu sở lý luận chung tập vật lý phương pháp tập vật lý nhà trường phổ thông - Nghiên cứu lý thuyết dao động học đưa phương pháp vecto quay dùng để giải số dạng tập chương “Dao động cơ” số dạng tập gặp chương sau chương trình Vật lý 12 - Vận dụng phương pháp vectơ quay để giải số dạng tập khó chương “Dao động cơ” đưa hệ thống câu hỏi trắc nghiệm để kiểm tra đánh giá kết học sinh đồng thời khảo sát thực tiễn đề tài Kết cho thấy lớp thực nghiệm em nắm vững kiến thức vận dụng giải tập nhanh, nhầm lẫn thu kết cao Tơi nhận thấy đề tài hoàn thành nhiệm vụ đạt mục đích đề Vì thời gian có hạn nên đề tài dừng lại số dạng tập chương : “Dao động cơ” Nếu có điều kiện tiếp tục vận dụng phương pháp vectơ quay để giải dạng tập khác chương chương trình Vật lý 12 Do trẻ, kinh nghiệm chưa nhiều nên chắn đề tài cịn có nhiều hạn chế Mong nhận đóng góp ý kiến thầy -24- Gi¸o viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm Cui cựng xin chõn thnh cảm ơn thầy cô giáo tổ Vật lý, thầy cô trường THPT Cao Bá Quát – Gia Lâm ủng hộ giúp đỡ q trình hồn thành đề tài PHỤ LỤC ĐÁP ÁN ĐỀ KIỂM TRA KHẢO SÁT Câu 1: B Câu 2: C Câu 3: D Câu 4: A Câu 5: D Câu 6: A Câu 7: A Câu 8: D Cõu 9: B Cõu 10: C -25- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia L©m TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 lý 12 – NXBGD – 2008 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: : Bài tập Vật lý 12 – NXBGD – 2008 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: : Sách giáo viên Vật lý 12 – NXBGD – 2008 Bùi Quang Hân - Đào Văn Cư – Hồ Văn Huyết – Nguyễn Thành Tương Giải toán Vật lý 12 – NXB GD Bùi Quang Hân – Nguyễn Duy Hiền - Nguyễn Tuyến: Luyện giải Trắc nghiệm Vật lý 12- NXB ĐHGD - 2009 -26- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm Nguyn Trọng Sửu – Cao Giáp Bình – Nguyễn Đình Chính – Trần Thanh Dũng: Phương pháp ôn luyện thi tốt nghiệp THPT, tuyển sinh đại học cao đẳng câu hỏi trắc nghiệm khách quan NXB HN – 2007 Vũ Thanh Khiết: Phương pháp giải toán Vật lý 12 NXB Giáo Dục Việt Nam - 2009 MỤC LỤC Tran g Mở đầu…………………………………………………… Nội dung Chương I: Bài tập vật lý vai trò việc dạy học Vật lý trường phổ thơng 1.1 Vai trị tập vật lý việc giảng dạy vật lý…………………… ……3 1.2 Phân loại tập vật lý…………………….……………………….………4 Chương II: Lý thuyết Dao động học …………………………….………5 Chương III: Phương pháp vecto quay…………………………………… 10 -27- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm Chng IV: ng dng phương pháp vectơ quay để giải nhanh số dạng tập chương Dao động cơ……………….……………………………… 12 I Bài toán thời gian dao động điều hòa…………………… …… …12 II Bài tốn xác định số lần qua vị trí có li độ x ………….…….………… 15 III Bài toán quãng đường dao động điều hịa……………………….…16 IV Bài tốn tốc độ dao động điều hịa …………………………… …18 V Bài tốn xác định vị trí vật sau trước thời điểm t… ………… 20 Chương IV: Kiểm tra khảo sát…………………………………………… 21 Kết luận 23 Ph lc 24 -28- Giáo viên thực hiện: Đỗ Thị Ngọc Lan THPT Cao Bá Quát - Gia Lâm ... Trong số phương pháp giải tập Vật lý 12 , nhận thấy phương pháp vectơ quay phương pháp hay, hữu ích Phương pháp không dùng để giải nhanh số dạng tập khó chương “ Dao động ” mà cịn sử dụng để giải số. .. dạng tập chương ? ?Dao động cơ? ?? số dạng tập gặp chương sau chương trình Vật lý 12 - Vận dụng phương pháp vectơ quay để giải số dạng tập khó chương ? ?Dao động cơ? ?? đưa hệ thống câu hỏi trắc nghiệm để. .. tài : “ Hướng dẫn học sinh lớp 12 sử dụng phương pháp vectơ quay để giải nhanh số dạng tập chương ? ?Dao động cơ? ?? I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Làm quen với công tác nghiên cứu khoa học - Tìm