SKKN phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập trắc nghiệm trong dao dộng điều hòa vật lí 12

PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lý do chọn đề tài. Phương pháp giáo dục học sinh cần phải phát triển một cách toàn diện mọi mặt của học sinh và trang bị cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn và từng điều kiện cụ thể. Do đó, cùng với việc trang bị cho các em học sinh kiến thức cơ bản trên cơ sở lý thuyết thì nên trang bị cho các em phương pháp nhận thức và vận dụng kiến thức đã học vào từng trường hợp cụ thể nhằm đạt được hiệu quả cao nhất. Bài tập vật lí là một phương tiện để ôn tập, củng cố kiến thức vật Lí một cách sinh động và khoa học. Khi giải bài tập vật lí, học sinh cần nhớ lại lí thuyết đã học. không chỉ lí thuyết, kiến thức của một bài hay một chương mà đôi khi cần phải sử dụng cả kiến thức tổng hợp của nhiều chương, nhiều bài, nhiều phần khác nhau. Trong chương trình vật lí 12, phần dao động cơ học con lắc lò xo là phần có nhiều dạng toán, vận dụng công thức khá đa dạng, thường học sinh rất lúng túng khi gặp các bài toán của phần này. Là giáo viên trực tiếp giảng dạy môn vật lí ở trường phổ thông, bằng kinh nghiệm thực tế tôi tổng kết hệ thống lại và đề xuất: “Phương pháp giải nhanh một số dạng bài tập trắc nghiệm trong dao dộng điều hòa vật lí 12” áp dụng cho lớp 12A1 Trường THPT Nguyễn Duy Thì nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy môn học. 2. Mục đích nghiên cứu. Hệ thống lại toàn bộ kiến thức lý thuyết về dao động điều hòa Tổng hợp các dạng bài toán về dao động điều hòa. 1 Phân tích các bài toán về “ Dao động điều hòa” từ đó rút ra cách giải bài toán một cách nhanh nhất ngắn gọn nhất. Giúp học sinh vượt qua khó khăn khi học nội dung “ Dao động điều hòa” Nghiên cứu phương pháp giảng dạy bài vật lý với quan điểm tiếp cận mới gúp cho học sinh có phương pháp phân tích và giải nhanh các dạng bài tập về dao động điều hòa con lắc lò xo giúp cho học sinh đạt được kết quả cao trong các kỳ thi bằng “Phương pháp trắc nghiệm khách quan” Làm tài liệu cho các em học sinh THPT và tài liệu cho giáo viên tham khảo. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu. Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông, các tài liệu liên quan. Nghiên cứu lý thuyết về nội dung dao động điều hòa Vận dung lý thuyết để giải một số bài toán về “ Dao động điều hòa” Kiểm tra, đánh giá phân tích kết quả thu được sau khi thực hiện đề tài từ đó có sự điều chỉnh, bổ sung có hiệu quả. 4. Đối tượng và khách thể nghiên cứu. Thực hiện dạy đề tài này trên lớp 12A1 trường THPT Nguyễn Duy Thì trong năm học 2014 - 2015 so sánh kết quả thu được với lớp 12A3 cùng đối tượng. 5. Phạm vi nghiên cứu. Trong giới hạn đề tài tôi chỉ đưa ra một số phương pháp, cách giải nhanh bài toán về dao động điều hòa. Đối tượng áp dụng : Áp dụng thực tế trên lớp 12A1 trong năm học 2014 – 2015 nếu kết quả thu được đáng tin cậy và có hiệu quả cao sẽ nhân rộng cho tất các các đối học sinh tượng khối 12 trường THPT Nguyễn Duy Thì - Gia Khánh - Bình Xuyên - Vĩnh Phúc 6. Phương pháp nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết về “dao động động điều hòa” vật lý 12 Đưa ra các dạng bài tập và cách giải phần dao động điều hòa Phân tích và giải các bài tập phần “ Dao động điều hòa” bằng nhiều cách từ đó chọn ra cách giải ngắn gọn nhanh nhất và cho kết quả chính xác. 2 7. Cấu trúc của SKKN - Phần I: Đặt vấn đề - Phần II: Nội dung Chương I: Thực trạng và giải pháp thực hiện đề tài Chương II: Bài tập vật lí phổ thông và vai trò của nó trong dạy học vật lí ở THPT Chương III: Lý thuyết về dao động điều hòa- con lắc lò xo Chương IV: Phân loại các dạng toán dao động điều hòa - con lắc lò xo - PHẦN III. Kết luận và kiến nghị 3 PHẦN II - NỘI DUNG CHƯƠNG I THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1. Đặt vấn đề: a. Đối với giáo viên Vận dụng các phương pháp dạy học tích cực hóa hoạt động học tập, tiếp cận với các kĩ thuận dạy học, dần đổi mới phương pháp dạy học áp dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng học sinh, nhất là các học sinh có học lực yếu. b. Đối với học sinh Các em học sinh THPT nhiều em còn yếu về các môn học tự nhiên, tư duy và kỹ năng môn học yếu chưa có kỹ năng vận dụng lý thuyết giải bài tập. Kết quả thu được sau khi học sinh học song phần này còn thấp qua các năm học. 2. Giải pháp thực hiện a. Hệ thống kiến thức lý thuyết cơ bản, và phương pháp giải các dạng đó. Với mỗi dạng lựa chọn một bài tập điển hình, kèm theo một hay các cách giải chúng, phân tích ưu nhược của từng cách từ đó học sinh biết vận dụng các bài tập tương tự và sẽ chủ động được cách giải. b. Cung cấp thêm các công thức toán học có liên quan để vận dụng giải toán phần Dao động điều hòa. 4 CHƯƠNG II. VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG THPT. 1. Vai trò của bài tập vật lí trong việc giảng dạy vật lí ở trường phổ thông . Bài tập vật lí có vai trò quan trọng trong quá trình dạy và học môn vật lí. Bài tập vật lí được sử dụng với các mục đích: - Bài tập vật lí giúp cho việc ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức mới. - Bài tập vật lí giúp rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn. - Giải bài tập vật lí là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh 5 - Giải bài tập vật lí góp phần phát triển tư duy, sáng tạo của học sinh trong bài tập, vẽ hình… - Giải bài tập vật lí trong nhà trường không chỉ giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra. Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày. Để giải được các bài tập vật lí dưới hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh ngoài việc nhớ, tái hiện lại các kiến thức một cách tổng hợp, chính xác ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thì học sinh cần phải rèn luyện cho mình tính phản ứng nhanh trong từng tình huống cụ thể, bên cạnh đó học sinh phải giải nhiều các dạng bài tập khác nhau để có được kiến thức tổng hợp, chính xác và khoa học . 2. Phân loại bài tập vật lí. a. Bài tập vật lý định tính hay bài tập câu hỏi lý thuyết. Bài tập vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải bài tập vật lí cũng rất đa dạng. Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước: B1: Tìm hiểu đề bài - Đọc câu hỏi và tóm tắt câu hỏi ( dữ kiện, cái phải tìm). - Mô tả lại tình huống trong câu hỏi, vẽ hình minh họa ( nếu cần). B2: Xác định mối liên hệ cơ bản của các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm. - Đối chiếu các dữ kiện xuất phát và cái phải tìm, xem và nghiên cứu bản chất vật lí trong câu hỏi để sử dụng các khái niệm, các công thức có liên quan… - Phân tích các hiện tượng vật lí diễn ra trong câu hỏi để từ đó xác định dữ kiện cần tìm B3: Rút ra dữ kiện cần tìm - Tổng hợp các điều kiện đã cho với các kiến thức tương ứng đã phân tích để trả lời câu hỏi. B4: Kiểm tra, đánh giá. - Kiểm tra đã tính toán và đổi đơn vị đã đúng chưa. 6 - Có thể giải bài toán bằng nhiều cách để kiểm tra có cùng kết quả đó chưa. b. Bài tập vật lý định lượng: - Bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiên cứu một khái niệm hay một qui tắc vật lí nào đó để học sinh vật dụng kiến thức vừa mới tiếp thu. - Bài tập phức tạp mà muốn giải nó học sinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều bài nhiều chương, nhiều cấp học và thuộc nhiều lĩnh vực … Đây là loại bài tập vật lí mà muốn giải quyết nó ta phải thực hiện một loạt các phép tính. Vì vậy yêu cầu học sinh phải hiểu bài một cách sâu sắc để vận dụng kiến thức ở mức độ cao . 7 CHƯƠNG III. LÝ THUYẾT VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 1. Dao động điều hòa. a. Dao động cơ, dao động tuần hoàn - Dao động cơ là chuyển động cơ học có giới hạn trong không gian được lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng nhất đinh. - Dao động tuần hoàn là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau vật lại trở lại vị trí cũ theo hướng cũ. b. Dao động điều hòa - Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian. 8 - Phương trình dao động: x = Acos(ωt + ϕ) (cm) Trong đó: A là biên độ dao động (A > 0); đơn vị m, cm; đó là li độ cực đại của vật. (ωt + ϕ) là pha của dao động tại thời điểm t; đơn vị rad ϕ là pha ban đầu của dao động; đơn vị rad. - Điểm P dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể được coi là hình chiếu của một điểm M chuyển động tròn đều trên đường kính là đoạn thẳng đó. c. Chu kỳ, tần số và tần số góc của dao động điều hoà - Chu kì (kí hiệu T) của dao động điều hòa là khoảng thời gian để thực hiện được một dao động toàn phần; đơn vị giây (s). - Tần số (kí hiệu f) của dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây; đơn vị héc (Hz). - ω trong phương trình x = Acos(ωt + ϕ) được gọi là tần số góc của dao động điều hòa; đơn vị rad/s. - Liên hệ giữa ω, T và f: ω = T π 2 = 2πf. d. Vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hoà - Vận tốc là đạo hàm bậc nhất của li độ theo thời gian: v = x' = - ωAsin(ωt + ϕ) = ωAsin(-ωt - ϕ) = ωAcos(ωt + ϕ + 2 π ) cm/s hay ( m/s) Vận tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng sớm pha hơn 2 π so với với li độ. Ở vị trí biên (x = ± A), v = 0. Ở vị trí cân bằng (x = 0), v = v max = ωA. - Gia tốc là đạo hàm bậc nhất của vận tốc (đạo hàm bậc 2 của li độ) theo thời gian: a = v' = x’’ = - ω 2 Acos(ωt + ϕ) = - ω 2 x cm/s 2 ( m/s 2 ) Gia tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng ngược pha với li độ (sớm pha 2 π so với vận tốc). Véc tơ gia tốc của vật dao động điều hòa luôn hướng về vị trí cân bằng và tỉ lệ với độ lớn của li độ. Ở vị trí biên (x = ± A), gia tốc có độ lớn cực đại : a max = ω 2 A. 9 Ở vị trí cân bằng (x = 0), gia tốc bằng 0. - Đồ thị của dao động điều hòa là một đường hình sin. 2. CON LẮC LÒ XO. * Cấu tạo con lắc lò xo - Con lắc lò xo gồm một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, một đầu gắn cố định, đầu kia gắn với vật nặng khối lượng m được đặt theo phương ngang hoặc treo thẳng đứng hoặc trên mặt phẳng nghiêng . - Con lắc lò xo là một hệ dao động điều hòa. - Phương trình dao động: x = Acos(ωt + ϕ). Với: ω = k m ; A = 2 2 0 0 v x   +  ÷ ω   ; ϕ xác định theo phương trình cosϕ = 0 x A (lấy nghiệm (-) nếu v 0 > 0; lấy nghiệm (+) nếu v 0 < 0). - Chu kì dao động của con lắc lò xo: T = 2π m k . - Lực gây ra dao động điều hòa luôn luôn hướng về vị trí cân bằng và được gọi là lực kéo về hay lực hồi phục. Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ và là lực gây ra gia tốc cho vật dao động điều hòa. Biểu thức tính lực kéo về: F = - kx. * Năng lượng của con lắc lò xo - Động năng : 2 2 2 2 d 1 1 W mv m A sin ( t ) 2 2 = = ω ω + ϕ - Thế năng: 2 2 2 t 1 1 W kx kA cos ( t ) 2 2 = = ω +ϕ - Động năng và thế năng của vật dao động điều hòa biến thiên điều hoà với tần số góc ω’ = 2ω, tần số f’ = 2f và chu kì T’ = T 2 . - Cơ năng: W = W t + W đ = 2 1 kA 2 = 2 1 mω 2 A 2 = hằng số. 10 [...]... năng của một vật dao động điều hòa A biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ bằng một nửa chu kỳ dao động của vật B tăng gấp đôi khi biên độ dao động của vật tăng gấp đôi C bằng động năng của vật khi vật tới vị trí cân bằng D biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ bằng chu kỳ dao động của vật Câu 4 : Một con lắc lò xo treo thẳng đứng Kích thích cho con lắc dao động điều hòa theo phương. .. A2 2 v ω Câu 11 : Một vật dao động điều hòa theo một trục cố định (mốc thế năng ở vị trí cân bằng) thì A động năng của vật cực đại khi gia tốc của vật có độ lớn cực đại B khi vật đi từ vị trí cân bằng ra biên, vận tốc và gia tốc của vật luôn cùng dấu C khi ở vị trí cân bằng, thế năng của vật bằng cơ năng D thế năng của vật cực đại khi vật ở vị trí biên Câu 12: Một vật dao động điều hòa có độ lớn vận... hướng tâm trong chuyển động tròn đều D Tốc độ cực đại của dao động điều hòa bằng tốc độ dài của chuyển động tròn đều Câu 27: Khi nói về dao động điều hòa, phát biểu nào sau đây đúng? A Dao động của con lắc lò xo luôn là dao động điều hòa B Cơ năng của vật dao động điều hòa không phụ thuộc vào biên độ dao động C Hợp lực tác dụng lên vật dao động điều hòa luôn hướng về vị trí cân bằng 36 ... 25,13 cm/s D 12, 56 cm/s Câu 26: Hình chiếu của một chất điểm chuyển động tròn đều lên một đường kính quỹ đạo có chuyển động là dao động điều hòa Phát biểu nào sau đây sai ? A Tần số góc của dao động điều hòa bằng tốc độ góc của chuyển động tròn đều B Biên độ của dao động điều hòa bằng bán kính của chuyển động tròn đều C Lực kéo về trong dao động điều hòa có độ lớn bằng độ lớn lực hướng tâm trong chuyển... của vật trong một chu kì dao động là A 20 cm/s B 10 cm/s C 0 D 15 cm/s Câu 13 : Một con lắc lò xo gồm lò xo nhẹ và vật nhỏ dao động điều hòa theo phương ngang với tần số góc 10 rad/s Biết rằng khi động năng và thế năng (mốc ở vị trí cân bằng của vật) bằng nhau thì vận tốc của vật có độ lớn bằng 0,6 m/s Biên độ dao động của con lắc là A 6 cm B 6 2 cm C 12 cm D 12 2 cm Câu 14:: Một con lắc lò xo gồm vật. .. trên vòng tròn - Khi vật quét một góc Δφ = 2π (một chu kỳ thì qua một vị trí bất kỳ 2 lần , một lần theo chiều dương , một lần theo chiều âm ) Ví dụ 2 : Vật dao động điều hòa với phương trình : x = 6cos(5πt + π/6)cm (1) a .Trong khoảng thời gian 2,5s vật qua vị trí x = 3cm mấy lần b .Trong khoảng thời gian 2s vật qua vị trí x = 4cm theo chiều dương mấy lần c .Trong khoảng thời gian 2,5s vật qua vị trí cân... quá 100 cm/s2 là T/3 Lấy π2 = 10 Tần số dao động của vật là A 4 Hz B 3 Hz C 1 Hz D 2 Hz Câu 18: Vật nhỏ của một con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương ngang, mốc thế năng tại vị trí cân bằng Khi gia tốc của vật có độ lớn bằng một nửa độ lớn gia tốc cực đại thì tỉ số giữa động năng và thế năng của vật là A 1/2 B 3 C 2 D 1/3 Câu 19 Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox với biên độ 10 cm, chu... trên cao đã thực hiện được trong một ngày là: n' =  86400 h  ≈ 864001 − ''  R   T d   Và mỗi ngày đồng hồ chạy chậm θ = 86400 h ≈ 13,5s Rd 25 8 MỘT SỐ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬN DỤNG TRONG ĐỀ TÀI Câu 1: Một vật dao động điều hoà với phương trình x = 8cos(2πt) cm Thời điểm thứ nhất vật đi qua vị trí cân bằng là: A.1/4 (s) B 1/2(s) C 1/6(s) D 1/3(s) Phân tích: Cách 1: Vật qua VTCB: x = 0 ⇒ 2πt =... Chukỳ: T = 2π ; ω= ω k m (con lắc lòxo) 12 + Liên hệ x, v, A A =x + 2 v2 2 ω2 2 Các loại bài toán cơ bản về dao động điều hòa : a Quãng đường đi được trong khoảng thời gian (t2 – t1) của chất điểm dao động điều hoà: - Quãng đường vật đi được trong 1 chu kỳ dao động( t2 – t1 =T) là: S = 4A - Quãng đường vật đi được trong 1/2 chu kỳ dao động ( t2 – t1 =T/2) là: S = 2A Khi vật xuất phát từ vị trí đặc biệt:... THỰC HÀNH : Câu 1 :Một vật nhỏ thực hiện dao động điều hòa theo phương trình x = 10sin ( 4πt + π / 2 ) ( cm ) với t tính bằng giây Động năng của vật đó biến thiên với chu kì bằng A 0,50 s B 1,50 s C 0,25 s D 1,00 s Câu 2: : Một con lắc lò xo gồm vật có khối lượng m và lò xo có độ cứng k, dao động điều hòa Nếu tăng độ cứng k lên 2 lần và giảm khối lượng m đi 8 lần thì tần số dao động của vật sẽ A tăng 4 . vật lí. a. Bài tập vật lý định tính hay bài tập câu hỏi lý thuyết. Bài tập vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải bài tập vật lí cũng rất đa dạng. Thông thường để giải các bài toán này cần. dụng giải toán phần Dao động điều hòa. 4 CHƯƠNG II. VAI TRÒ CỦA BÀI TẬP VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC Ở TRƯỜNG THPT. 1. Vai trò của bài tập vật lí trong việc giảng dạy vật lí ở trường phổ thông . Bài tập. Phúc 6. Phương pháp nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết về dao động động điều hòa vật lý 12 Đưa ra các dạng bài tập và cách giải phần dao động điều hòa Phân tích và giải các bài tập phần “ Dao