1 MỘT SỐ VẤN ðỀ CẦN LƯU Ý TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 12 1. Về khái niệm mômen ñộng lượng của vật rắn quay quanh một trục: Trong SGK chỉ ñưa ra ñịnh nghĩa L=I ω mà không phân tích ý nghĩa. Nếu có ñiều kiện nên cho học sinh tự xây dựng khái niệm bằng phương pháp tương tự: Mômen của một ñại lượng vectơ ñối với một trục (thực chất là một vectơ) bằng tích của hình chiếu vectơ ñó lên mặt phẳng vuông góc với trục và cánh tay ñòn của nó (có thể ôn lại khái niệm mômen lực). Trong phương trình chuyển ñộng quay: dt Id dt d IIM )( ω ω γ === . Do xu ấ t hi ệ n ñạ i l ượ ng I ω nên c ầ n tìm hi ể u v ề ñạ i l ượ ng này: Xét ch ấ t ñ i ể m kh ố i l ượ ng m quay quanh tr ụ c cách nó m ộ t kho ả ng r trong m ặ t ph ẳ ng vuông góc v ớ i tr ụ c nh ư hình 1 thì: rmv r v mrI m )(. 2 == ω T ứ c là b ằ ng tích c ủ a ñộ ng l ượ ng và cánh tay ñ òn nên ñượ c g ọ i là mômen ñộ ng l ượ ng ∆ L. ðươ ng nhiên v ớ i m ộ t v ậ t r ắ n thì ñạ i l ượ ng này có th ể c ộ ng l ạ i v ớ i nhau (vì các vect ơ L ∆ c ủ a chúng là cùng h ướ ng). Khi ñ ó ta ñượ c I là mômen quán tính c ủ a toàn v ậ t: . ωω IILL m ==∆= ∑ ∑ 2. Về sự phản xạ của sóng âm và giao thoa của sóng âm: C ơ s ở ñể gi ả i thích s ự giao thoa c ủ a sóng âm trong c ộ t khí và nh ữ ng tr ườ ng h ợ p giao thoa khác là sóng s ẽ ph ả n x ạ khi có s ự ñộ t bi ế n v ề ñ i ề u ki ệ n truy ề n sóng. N ế u không có c ơ s ở này thì không th ể gi ả i thích ñượ c, ch ẳ ng h ạ n vai trò c ủ a h ộ p c ộ ng h ưở ng c ủ a âm thoa: Khi âm thoa dao ñộ ng s ẽ t ạ o ra m ộ t sóng truy ề n t ừ ñ áy ñế n mi ệ ng h ộ p c ộ ng h ưở ng (quá trình này là quá trình truy ề n sóng th ẳ ng). ðế n mi ệ ng ố ng thì có s ự ñộ t bi ế n – Sóng th ẳ ng chuy ể n thành sóng c ầ u, nên x ả y ra hi ệ n t ượ ng ph ả n x ạ sóng. Nh ư v ậ y trong h ộ p có hai sóng ng ượ c chi ề u giao thoa v ớ i nhau, t ạ o thành sóng d ừ ng. Vì v ậ y chi ề u dài l c ủ a h ộ p ph ả i th ỏ a mãn mi ệ ng ố ng trùng v ớ i b ụ ng sóng thì nghe th ấ y ñượ c âm phát ra to nh ấ t. Các tr ườ ng h ợ p khác nh ư s ự hình thành sóng d ừ ng trong ố ng sáo… c ũ ng ñượ c gi ả i thích t ươ ng t ự . 3. Bài toán xác ñịnh số cực ñại, cực tiểu giao thoa: Nh ư ñ ã bi ế t, ñể xác ñị nh s ố c ự c ñạ i hay c ự c ti ể u xu ấ t hi ệ n, ta xét m ộ t ñ i ể m M trên S 1 S 2 , cách S 1 và S 2 các kho ả ng d 1 và d 2 . ð i ề u ki ệ n ñể t ạ i M có c ự c ñạ i là: )1( 12 λ kdd =− Ngoài ra: )2( 2121 SSdd =+ T ừ (1) và (2) rút ra: . 2 2 2 21 2212 SS k dSSkd +=⇒+= λ λ Lâu nay, ta v ẫ n th ườ ng l ậ p lu ậ n: 212 0 SSd ≤≤ Nên suy ra: )3( 2 2 0 2121 21 21 λλ λ SS k SS SS SS k ≤≤−⇒≤+≤ Hình 1 O m r r vm r L ∆ l Hình 2 S 1 S 2 Hình 3 2 Biết khoảng cách S 1 S 2 và bước sóng λ , ta có thể xác ñịnh ñược số giá trị nguyên của k thỏa mãn ñiều kiện (3), ñó chính là số cực ñại xuất hiện trên ñoạn S 1 S 2 . Có thể làm cách tương tự ñể xác ñịnh số cực tiểu. Nhưng ở ñây ta cần chú ý thêm rằng: Nếu lấy cả dấu “=” thì trong nhiều trường hợp, hai nguồn sẽ trùng với hai cực ñại (biên ñộ bằng 2A). ðiều này là không thể, vì các nguồn dao ñộng hoàn toàn phụ thuộc vào ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên chúng mà không phụ thuộc gì vào sự chồng chập của các sóng. Trong ñiều kiện nào thì biên ñộ dao ñộng của các nguồn vẫn là A chứ không thể là 2A. Vậy trong các bất phương trình trên ñây, ta không nên lấy giá trị “=”; tốt nhất khi ra ñề toán, ta nên tính toán trước ñể không cho cực ñại trùng vào vị trí các nguồn sóng S 1 và S 2 . 4. Về sóng dừng trên một sợi dây: Thực chất ñiều kiện ñể có sóng dừng mà sách giáo khoa ñã ñưa ra cũng chỉ mới là sự thừa nhận mà chưa có chứng minh. Ngoài ra cũng chưa giải thích ñược tại sao biên ñộ dao ñộng tại các bụng sóng lớn hơn nhiều so với biên ñộ tại nguồn chứ không phải là chỉ có 2 lần; ñồng thời nếu chỉ có một sóng tới và một sóng phản xạ thì luôn luôn phải có giao thoa chứ không phải có những ñiều kiện ràng buộc. Ta sẽ giải quyết vấn ñề này như sau: Xét tại một thời ñiểm sóng ổn ñịnh thì phương trình tại nguồn M là: .cos tAu M ω = Khi sóng truyền ñến N thì bị phản xạ (cũng theo quy luật như ñã trình bày ở phần 2). Sóng ñến N sẽ có phương trình: .cos −= v l tAu N ω Sóng ph ả n x ạ ra kh ỏ i N có ph ươ ng trình: .cos −−= ′ v l tAu N ω Sóng ph ả n x ạ ra kh ỏ i N và ñ i ñế n M, trên ñườ ng ph ả n x ạ s ẽ giao thoa v ớ i sóng t ớ i và t ạ o ra biên ñộ c ự c ñạ i là 2A. Sóng ph ả n x ạ ñ i ñế n M có ph ươ ng trình: . 2 cos −= ′ v l tAu M ω Nh ớ r ằ ng sóng này không chi ph ố i ñượ c dao ñộ ng c ủ a ngu ồ n M, vì ngu ồ n này dao ñộ ng c ưỡ ng b ứ c theo tác d ụ ng c ủ a ngo ạ i l ự c. Do ñ ó ñế n M, sóng l ạ i b ị ph ả n x ạ m ộ t l ầ n n ữ a và quay tr ở l ạ i N (v ớ i quan ni ệ m nh ư ñầ u M b ị bu ộ c ch ặ t). N ế u sóng ph ả n x ạ ra kh ỏ i M t ă ng c ườ ng thêm cho sóng d ừ ng ñ ã có thì sóng d ừ ng trên dây t ă ng c ườ ng và không b ị phá v ỡ . ðể sóng này có th ể c ộ ng h ưở ng v ớ i sóng phát ra t ừ M thì hai sóng này ph ả i cùng pha v ớ i nhau, ngh ĩ a là: .2 2 2 2 πωπωωϕ k v l k v l tt =⇒= −−=∆ . 2 .2 λ π π klk v lf =⇒= ð ó chính là ñ i ề u ki ệ n ñể có sóng d ừ ng trên dây. N ế u m ộ t l ầ n th ỏ a mãn ñ i ề u ki ệ n trên thì t ấ t c ả các l ầ n sau s ẽ l ặ p l ạ i và làm cho biên ñộ t ạ i b ụ ng t ă ng d ầ n, m ỗ i l ầ n sóng phát ra t ừ M, ñế n N và ph ả n x ạ tr ở l ạ i thì biên ñộ sóng d ừ ng t ă ng thêm ñượ c 2A. Cho ñế n khi n ă ng l ượ ng ngu ồ n c ấ p vào cho dây ñ úng b ằ ng n ă ng l ượ ng m ấ t mát do s ứ c c ả n c ủ a môi tr ườ ng thì biên ñộ sóng d ừ ng trên dây s ẽ ổ n ñị nh. Nh ư v ậ y biên ñộ dao ñộ ng t ạ i b ụ ng sóng th ự c t ế l ớ n h ơ n nhi ề u so v ớ i biên ñộ dao ñộ ng t ạ i ngu ồ n M. V ớ i các sóng ph ả n x ạ nhi ề u l ầ n ñể t ạ o thành hình ả nh sóng d ừ ng trên dây thì ñầ u dây M là nút sóng. Khi sóng d ừ ng ổ n ñị nh thì ñầ u dây M ch ỉ dao ñộ ng v ớ i biên ñộ A ñể bù vào ph ầ n n ă ng l ượ ng m ấ t mát do môi tr ườ ng xung quanh. Hoàn toàn t ươ ng t ự khi ñầ u dây th ứ hai t ự do, ta rút ra ñ i ề u ki ệ n ñể có sóng d ừ ng: M N l Hình 4 3 . 2 )12( λ += kl Nh ư v ậ y, n ế u sóng âm mà ch ỉ có m ộ t sóng t ớ i và m ộ t sóng ph ả n x ạ thì luôn luôn có giao thoa v ớ i biên ñộ c ự c ñạ i là 2 A (gi ố ng nh ư hai sóng k ế t h ợ p trên m ặ t n ướ c), nh ư ng n ế u có sóng ph ả n x ạ nhi ề u l ầ n trên m ộ t ñườ ng th ẳ ng thì ñ i ề u ki ệ n giao thoa l ạ i tuân theo quy lu ậ t nh ư sóng d ừ ng trên s ợ i dây. 5. Về hiệu ứng ðôple: Vi ệ c ghi nh ớ các công th ứ c cho t ấ t c ả các tr ườ ng h ợ p trong hi ệ u ứ ng ð ôple ñố i v ớ i h ọ c sinh là m ộ t vi ệ c t ươ ng ñố i khó kh ă n. Vì v ậ y, chúng ta nên có ph ươ ng án t ổ ng quát hóa các công th ứ c ñ ó ñể giúp h ọ c sinh d ễ nh ớ và d ễ v ậ n d ụ ng. G ọ i V , v và u l ầ n l ượ t là v ậ n t ố c truy ề n sóng âm, v ậ n t ố c chuy ể n ñộ ng c ủ a ngu ồ n phát và v ậ n t ố c chuy ể n ñộ ng c ủ a máy thu. Gi ả s ử ngu ồ n phát và máy thu chuy ể n ñộ ng trên cùng m ộ t ñườ ng th ẳ ng, ta chia ra các tr ườ ng h ợ p: a) Nguồn phát ñứng yên, máy thu chuyển ñộng: Công th ứ c ñể xác ñị nh t ầ n s ố bi ể u ki ế n mà máy thu nh ậ n ñượ c là: )1(' f V uV f + = b) Máy thu ñứng yên, nguồn phát chuyển ñộng: T ầ n s ố bi ể u ki ế n mà máy thu nh ậ n ñượ c tính theo công th ứ c: )2(' f v V V f − = c) Cả máy thu và nguồn phát ñều chuyển ñộng: K ế t h ợ p c ả hai công th ứ c trong hai tr ườ ng h ợ p trên, ta nh ậ n ñượ c công th ứ c t ổ ng quát: )3(' f v V uV f − + = Trong công th ứ c này thì u và v s ẽ nh ậ n giá d ươ ng n ế u máy phát và máy thu ti ế n l ạ i g ầ n nhau và nh ậ n giá tr ị âm n ế u chúng chuy ể n ñộ ng ra xa nhau. Nh ư v ậ y t ầ n s ố bi ể u ki ế n s ẽ t ă ng n ế u ngu ồ n và máy thu chuy ể n ñộ ng l ạ i g ầ n nhau và ng ượ c l ạ i: t ầ n s ố bi ể u ki ế n s ẽ gi ả m khi ngu ồ n và máy thu chuy ể n ñộ ng ra xa nhau. Trong tr ườ ng h ợ p máy phát và mát thu chuy ể n ñộ ng v ớ i v ậ n t ố c nh ỏ h ơ n nhi ề u so v ớ i v ậ n t ố c truy ề n âm thì: * Công th ứ c (1) có th ể bi ế n ñổ i: )'1(1' f V u f V uV f += + = * Công th ứ c (2) có th ể bi ế n ñổ i: )'2(11' 1 f V v f V v f vV V f +≈ −= − = − Nếu thay các ký hiệu u và v bằng vận tốc tương ñối v tñ giữa nguồn phát và máy thu thì có thể nhập chung hai công thức này làm một: )'3(1' f V v f tñ += Trong ñó v tñ >0 nếu nguồn và máy thu chuyển ñộng lại gần nhau và v tñ <0 nếu chúng chuyển ñộng ra xa nhau. 6. Thành lập phương trình dao ñộng trong mạch dao ñộng LC: Trong sách giáo khoa cũ (sách cải cách giáo dục), việc lập luận ñể xây dựng phương trình g ặp phải một số sai lầm nên gây ra nhiều tranh luận trong ñội ngũ giáo viên vật lí. Trong sách giáo khoa mới thành lập phương trình ñúng và ñơn giản nhưng khó hiểu, ñặc biệt là việc giải thích cho học sinh. Hiện nay ñã có một số giải pháp ñược ñưa ra ñể khắc phục vấn ñề 4 này. Ở ñây xin nêu một phương án tổng quát ñể thành lập phương trình dao ñộng của ñiện tích trong mạch LC: * Trước khi thành lập phương trình, cần chú ý các kiến thức ở lớp 11: ðịnh luật Ôm cho ñoạn mạch chứa nguồn phát và ñoạn mạch chứa máy thu (chọn chiều dòng ñiện trùng với chiều tính hiệu ñiện thế) tương ứng là: ErRIU ErRIU ++= − + = )( ;)( (xem hình 5) Ngoài ra bi ể u th ứ c c ủ a ñị nh lu ậ t c ả m ứ ng ñ i ệ n t ừ : "' LqLiE − = − = là biểu thức luôn luôn ñúng. * ðể thành lập phương trình dao ñộng, ta vẽ một mạch LC như hình 6; giả thiết dấu của ñiện tích trên tụ và một chiều dòng ñiện bất kì (giả sử như hình vẽ). Chọn chiều dương của mạch trùng với chiều của dòng ñiện. Bây giờ căn cứ vào hình vẽ ñể xác ñịnh dấu của các ñại lượng như sau: - Theo chiều dòng ñiện và dấu ñiện tích trên tụ như hình vẽ thì rõ ràng là dòng ñiện ñang giảm (ñiện tích ñang phóng tới bản dương, tức là từ nơi ñiện thế thấp ñến nới ñiện thế cao), nên 0' > − = LiE . Nh ư th ế su ấ t ñ i ệ n ñộ ng t ự c ả m ñ óng vai trò là ngu ồ n phát ch ứ không ph ả i là máy thu. T ừ ñ ó ta vi ế t ñượ c bi ể u th ứ c hi ệ u ñ i ệ n th ế hai ñầ u cu ộ n dây: ".')'()( LqLiLiEErRiu AB ==−−=−≈−+= - Hi ệ u ñ i ệ n th ế hai ñầ u t ụ ñươ ng nhiên là: . C q u BA = - Bây gi ờ ta áp d ụ ng ñị nh lu ậ t Ôm cho m ạ ch kín: .0"0"0 2 =+⇒=+⇒=+ qq C q Lquu BAAB ω ð ây chính là ph ươ ng trình ta mong ñợ i. V ớ i d ấ u c ủ a ñ i ệ n tích trên t ụ và chi ề u dòng ñ i ệ n b ấ t kì khác, ta c ũ ng xây d ự ng m ộ t cách t ươ ng t ự . Ta c ố g ắ ng hi ể u và nh ớ cách l ậ p ph ươ ng trình cho m ộ t tr ườ ng h ợ p thì s ẽ h ướ ng d ẫ n cho h ọ c sinh thành l ậ p ñượ c các tr ườ ng h ợ p khác. Tuy nhiên có th ể thành l ậ p ph ươ ng trình b ằ ng ph ươ ng pháp n ă ng l ượ ng, nh ư ng sách GK (nâng cao) xây d ự ng theo con ñườ ng ñ i ệ n ñộ ng l ự c thì ta c ũ ng nên c ố g ắ ng nh ư v ậ y. 7. Về các công thức biểu diễn hiệu ứng tương ñối tính của chiều dài, thời gian và khối lượng: Vi ệ c ghi nh ớ các công th ứ c này c ũ ng là m ộ t khó kh ă n ñố i v ớ i h ọ c sinh. Vì v ậ y, ta nên ñặ t m ộ t h ệ s ố 111 2 >= − γ c v thì s ẽ có s ự chuy ể n ñổ i công th ứ c: − = −= − ∆ =∆ 2 0 2 0 2 0 1 1 1 c v m m c v ll c v t t ⇔ = = ∆=∆ 0 0 0 mm l l tt γ γ γ L C Hình 6 _ + i + A B E A B E r _ + R I ðoạn mạch chứa nguồn phát A B E r + _ R I ðoạn mạch chứa máy thu Hình 5 5 Do hệ số 1 > γ nên nhìn vào các công thức ñơn giản ở vế phải, học sinh sẽ xác ñịnh ngay ñược trong hệ quy chiếu chuyển ñộng thì thời gian bị trôi chậm lại; chiều dài thì bị co ngắn và khối lượng thì tăng lên. 8. Về thí nghiệm giao thoa sóng nước: Bộ thí nghiệm giao thoa sóng nước ñã ñược trang bị là tương ñối hoàn hảo, có tính khả thi. Tuy nhiên việc tạo ra hình ảnh giao thoa như thế nào và chỉ cho học sinh thấy ñược các cực ñại và cực tiểu trên hình ảnh thu ñược lại là vấn ñề cần chú ý. Trước hết, ñể hình ảnh rõ nét, dễ nhận thấy hình ảnh các cực ñại và cực ñại tiểu là những ñược hypebol, ta nên dùng tần số lớn (bước sóng càng nhỏ thì càng rõ). Ngoài ra khoảng cách giữa hai nguồn không nên ñể xa. Khoảng cách thực tế giữa hai nguồn của bộ thí nghiệm ñược trang bị là xa quá. Ta chỉ việc uốn ñể cho hai quả cầu gần nhau hơn. Nhìn vào hình 7 ta thấy ngay rằng quan sát các cực ñại và cực tiểu khi hai nguồn gần nhau là rõ hơn nhiều so với trường hợp xa nhau. 9. Về thí nghiệm tán sắc ánh sáng: ðể hình ảnh quang phổ nhận ñược trên màn có sự phân bố các màu mộ cách rõ ràng (các màu không chồng lên nhau) thì chùm sáng trắng ñưa vào lăng kính phải ñủ hẹp. Muốn vậy thì ánh sáng từ nguồn phải cho qua khe hẹp rồi mới cho vào lăng kính. Tuy nhiên khi ñó ñộ sáng của quang phổ sẽ giảm ñi, nhưng ñó là ñiều kiện bắt buộc. Trong băng video làm mẫu mà các trường ñã ghi khi tập huấn thay sách là chưa ñúng với tinh thần ñó. Có thể quan sát hình 8 ñể thấy rõ hiện tướng này: Khi khe sáng rộng thì ta thu ñược giải sáng trắng có viền ñỏ phía trên và viền tím phía dưới chứ không thu ñược giải màu phân bố liên tục nữa. Hình 7 Giải màu phân bố liên tục Giải sáng trắng có rìa ñỏ và rìa tím Hình 8 6 10. Thí nghiệm về dòng ñiện xoay chiều ba pha: Trong bộ thí nghiệm của Bộ ñã trang bị cho các trường, mạch ñiện xoay chiều 3 pha mắc hình sao ñược bố trí như hình 9. Tải của 3 pha ñược thể hiện bằng 3 ñèn LED. Như vậy khi ñưa ñiện áp 3 pha vào các ñiểm A, B, C thì ba ñèn lần lượt sáng cho dù có cắm dây trung tính vào ñiểm O hay không. Nếu chỉ có như vậy thì ñã biểu diễn ñược dòng ñiện 3 pha khi mắc hình sao. Tuy nhiên, ở ñây người ta còn bố trí thêm một ñèn thứ tư nằm trong dây trung tính. Mục ñích của người thiết kế là nếu nối dây trung tính vào ñiểm D thì ñèn LED thứ tư không sáng, chứng tỏ là khi tải ñối xứng, tổng 3 dòng trong 3 dây pha bằng không. Rất tiếc là trong thực tế lại không xảy ra như vậy mà ñèn thứ tư vẫn sáng nhấp nháy! Chứng tỏ dòng ñiện trong dây trung tính khác không. Nhiều người cho rằng sở dĩ tổng ba dòng trong ba dây pha khác không là do mạch không ñối xứng, các cuộn dây cuốn không ñồng ñều nên sinh ra các suất ñiện ñộng không bằng nhau, do các bóng ñèn không giống nhau hoàn toàn… Thật ra không phải như vậy. Ta cứ xét trường hợp lý tưởng là tất cả các cuộn dây máy phát ñều giống nhau nên phát ra ba suất ñiện ñộng ñối xứng và nếu tải là các ñiện trở thuần giống nhau chẳng hạn thì sẽ tạo thành dòng ñiện như hình 10. Nhưng thực tế, do tác giả muốn các ñèn sáng lên một cách rõ ràng nên ñã thay 3 ñiện trở thuần (bóng ñèn dây tóc chẳng hạn) bằng 3 ñèn LED. Mà ñèn LED lại là ñiôt nên chỉ cho dòng ñiện chạy qua theo một chiều, nên kết quả ñược dòng ñiện chạy qua các ñiôt như hình 11. Ngoài ra do các ñiôt là không lý tưởng và cũng chưa biết các dòng ñiện tạo ra có ñúng dạng hình sin hay không, nên dòng ñiện trong dây trung tính càng không thể bằng không, và bóng ñền thứ tư tất nhiên sẽ nhấp nháy. A B C O D Hình 9 Hình 10 Hình 11 . 1 MỘT SỐ VẤN ðỀ CẦN LƯU Ý TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 12 1. Về khái niệm mômen ñộng lượng của vật rắn quay quanh một trục: Trong SGK chỉ ñưa ra ñịnh nghĩa L=I ω . )1( 12 λ kdd =− Ngoài ra: )2( 2121 SSdd =+ T ừ (1) và (2) rút ra: . 2 2 2 21 2 212 SS k dSSkd +=⇒+= λ λ Lâu nay, ta v ẫ n th ườ ng l ậ p lu ậ n: 212 0 SSd ≤≤ Nên suy ra: )3( 2 2 0 2121 21 21 λλ λ SS k SS SS SS k ≤≤−⇒≤+≤. một số sai lầm nên gây ra nhiều tranh luận trong ñội ngũ giáo viên vật lí. Trong sách giáo khoa mới thành lập phương trình ñúng và ñơn giản nhưng khó hiểu, ñặc biệt là việc giải thích cho học