Một số vấn đề khó trong sách giáo khoa vật lý THPT theo chương trình mới

GV: Lê Văn Long 1. Hiện nay chúng ta đang thực hiện giảng dạy theo sách giáo khoa (SGK) được biên soạn theo chương trình mới. Có rất nhiều điều mới và khó trong nội dung cũng như yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học để nâng cao chất lượng đào tạo, đáp ứng được những tiến bộ của khoa học kỹ thuật trên thế giới. Điều này đòi hỏi giáo viên cần phải dụng công, đầu từ suy nghĩ mới có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ đào tạo của mình. Bài viết trao đổi những suy nghĩ về một số vấn đề khó trong SGK vật lý THPT theo chương trình mới. 2. Sai lầm của học sinh khi gặp những vấn đề khó 2.1. Tốc độ trung bình và vận tốc trung bình: Đây là hai khái niệm được trình bày trong SGK vật lý 10 mà học sinh thường không phân biệt được.  Tốc độ trung bình: tb Δs v = Δt . Trong đó: Δs là quảng đường đi được trong khoảng thời gian Δt .  Vận tốc trung bình: tb Δx v = Δt . Trong đó: Δx là độ dời trong khoảng thời gian Δt . Với các định nghĩa như trên thì tốc độ trung bình tb v 0  , còn vận tốc trung bình tb v thì có thể dương, âm hoặc bằng 0. Cần lưu ý: SGK vật lý 10 nâng cao và cơ bản đều dùng chung ký hiệu tb v để chỉ hai khái niệm khác nhau là vận tốc trung bình và tốc độ trung bình. Điều này gây nhầm lẫn cho người đọc, đặc biệt trong các trường hợp phải ra đề thi chung cho cả hai chương trình (ví dụ: thi tốt nghiệp phổ thông và thi đại học, cao đẳng) thì sự đúng sai là khó phân biệt. Vì vậy, ở đây tôi tạm dùng hai ký hiệu khác nhau là tb v và tb v để phân biệt chúng.  Ví dụ 1: Một con lắc lò xo dao động điều hòa với phương trình   x = Acos ωt + φ . Biết vận tốc cực đại v max = 50cm/s, gia tốc cực đại a max = 250cm/s 2 . Chọn t = 0 khi x = 5cm và vật chuyển động theo chiều âm của trục Ox. a. Xác định A, ω , φ . b. Tìm tốc độ trung bình trong   7π s 30 đầu tiên. c. Tìm vận tốc trung bình trong   7π s 30 đầu tiên. Giải a. Ta có:     max 2 max ω = 5 rad/s v = ωA a = ω A A = 10 cm            M Ộ T S Ố V Ấ N Đ Ề KHÓ TRONG SÁCH GIÁO KHOA V Ậ T LÝ TRUNG H Ọ C PH Ổ THÔNG THEO CH ƯƠ NG TRÌNH M Ớ I Tại 1 x = 5cm cosφ = π t = 0: φ = 2 v < 0 3 sinφ > 0           . Vậy   π x = 10cos 5t + cm 3       . b. Tính quảng đường vật đi được trong khoảng thời gian Δt - Góc quét: 7 π 7π π Δα = ω.Δt = 5. = = π + 30 6 6 . - Quảng đường ứng với góc quét Δα :   A ΔS = 2A + = 25 cm . 2 - Tốc độ trung bình:   tb 25.30 v = = 31,12 m/s . 7 π c. Vận tốc trung bình:   2 0 tb x - x 0 - 5 v = = = -6,82 cm/s 7π Δt 30       . 2.2. Giao thoa sóng cơ  Điều kiện giao thoa sóng cơ: Để có các vân giao thoa ổn định thì phải có sự chồng chập của hai sóng kết hợp. Hai sóng kết hợp được phát ra từ hai nguồn kết hợp. Đó là hai nguồn: - Dao động cùng phương, cùng tần số. - Có hiệu số pha không đổi theo thời gian. Trong SGK ta chỉ xét sự giao thoa của hai nguồn đồng bộ (hai nguồn kết hợp, cùng pha) gây ra. Từ đó, suy ra điều kiện về hiệu đường đi để điểm M thuộc vân giao thoa:  Cực đại: d 2 – d 1 = k (k = 0, ±1, ±2,…).  Cực tiểu: d 2 – d 1 = (k + 1/2) (k = 0, ±1, ±2,…). Tuy vậy, trong nhiều để tuyển sinh đại học, cao đẳng gần đây người ta lại đề cập đến sự giao thoa của hai nguồn kết hợp ngược pha nhau. Vì vậy, học sinh rất lúng túng. Tuy nhiên, khi tổng hợp hai dao động cùng phương cho trường hợp này ta được kết quả thú vị: Điều kiện cực đại đối với hai nguồn cùng pha trở thành điều kiện cực tiểu đối với hai nguồn ngược pha và ngược lại. Đặc biệt cần lưu ý, sóng trên mặt chất lỏng là sóng ngang, còn sóng trong lòng chất lỏng lại là sóng dọc.  Ví dụ 2 (Đề thi Đại học 2008): Tại hai điểm A và B trong một môi trường truyền sóng có hai nguồn kết hợp dao động cùng phương với phương trình A u = Asin ωt và   B u = Asin ωt + π . Biết vận tốc và biên độ sóng là không đổi trong quá trình truyền sóng. Phần tử vật chất tại trung điểm của AB dao động với biên độ A. A/2 B. 2A C. 0 D. A Giải Tại trung điểm của AB: d 2 = d 1 . Mặt khác, hai nguồn ngược pha nên điều kiện cực tiểu giao thoa là d 2 – d 1 = k (k = 0). Vậy A TH = 0. 0 α M 2 M 0 5 x (cm) 10  Ví dụ 3 (Đề tuyển sinh đại học 2009): Ở bề mặt một chất lỏng có hai nguồn phát sóng kết hợp s 1 và s 2 cách nhau 20cm. Hai nguồn này dao động theo phương thẳng đứng có phương trình lần lượt là     1 u = 5cos 40 πt mm và     2 u = 5cos 40 πt + π mm . Tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng là v = 80cm/s. Số điểm dao động với biên độ cực đại trên s 1 s 2 là A. 8 B. 9 C. 10 D.11 Giải Ta có:  = v. T = 4 (cm). Do hai nguồn ngược pha nên số điểm dao động với biên độ cực đại thỏa mãn: - - 0,5 k - 0,5 λ λ l l    -5 - 0,5 k 5 - 0,5 -5,5 k 4,5 k =       0, ±1,±2,±3,±4,-5: Có 10 giá trị k nên có 10 điểm dao động với biên độ cực đại trên s 1 s 2 .  Ví dụ 4: Hai nguồn phát sóng đồng bộ s 1 , s 2 nằm sâu trong một bể nước cùng dao động với biên độ A. Hai điểm M và N nằm trong bể nước có cùng hiệu khoảng cách đến s 1 , s 2 bằng số nguyên lần bước sóng. Điểm M nằm trên đoạn s 1 s 2 còn điểm N nằm ngoài đoạn s 1 s 2 . Chọn câu đúng? A. Các phần tử nước ở M và N đều đứng yên. B. Các phần tử nước ở M và N đều dao động với biên độ 2A. C. Phần tử nước ở M dao động với biên độ 2A, còn phần tử nước ở N dao động với biên độ khác 2A. D. Phần tử nước ở N dao động với biên độ 2A, còn phần tử nước ở M dao động với biên độ khác 2A. Giải Vì s 1 , s 2 nằm sâu trong bể nước nên sóng đó là sóng dọc. Sóng truyền từ s 1 tới N và từ s 2 tới N là các dao động khác phương, không thỏa mãn điều kiện dao thoa nên biên độ tại N khác 2A. Sóng truyền từ s 1 tới M và từ s 2 tới M là các dao động cùng phương, thỏa mãn điều kiện giao thoa, có hiệu đường đi bằng một số nguyên lần bước sóng. Vậy phần tử nước tại M dao động với biên độ 2A.  Nhận xét: SGK và các tài liệu bồi dưỡng trước đây chỉ xét trường hợp duy nhất đó là sóng trên mặt nước – sóng ngang. Tại điểm bất kì trên mặt nước các sóng truyền tới đều dao động cùng phương – phương thẳng đứng, nên đều thỏa mãn điều kiện giao thoa. Tuy nhiên, đây là bài toán xét các nguồn kết hợp nằm sâu trong bể nước, vì vậy, sóng do chúng tạo ra là sóng dọc, chỉ các điểm nằm trên đọa thẳng nối hai nguồn mới có sự tổng hợp hai dao động cùng phương, còn các điểm khác đều dao động khác phương, không thỏa mãn điều kiện giao thoa. 3. SGK theo chương trình mới có rất nhiều ý tưởng mới, thú vị. Tuy nhiên vẫn còn những khiếm khuyết, sai sót. Những khiếm khuyết này gây ra rất nhiều khó khăn cho việc dạy của giáo viên, việc học của học sinh và đặc biệt cho những người ra để thi. Vì vậy, những giáo viên trực tiếp hay gián tiếp khai thác SGk truyền đạt tới học sinh cần dành thời gian, sức lực, tâm huyết nghề nghiệp, tìm hiểu sâu hơn nữa, khai thác tốt SGK để nâng cao chất lượng dạy học, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của xã hội. . một số vấn đề khó trong SGK vật lý THPT theo chương trình mới. 2. Sai lầm của học sinh khi gặp những vấn đề khó 2.1. Tốc độ trung bình và vận tốc trung bình: Đây là hai khái niệm được trình. chúng ta đang thực hiện giảng dạy theo sách giáo khoa (SGK) được biên soạn theo chương trình mới. Có rất nhiều điều mới và khó trong nội dung cũng như yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học để nâng. A A = 10 cm            M Ộ T S Ố V Ấ N Đ Ề KHÓ TRONG SÁCH GIÁO KHOA V Ậ T LÝ TRUNG H Ọ C PH Ổ THÔNG THEO CH ƯƠ NG TRÌNH M Ớ I Tại 1 x = 5cm cosφ = π t = 0: φ = 2 v <