Hướng dẫn học sinh lớp 12 phương pháp giải nhanh bài tập tán sắc ánh sáng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT LÊ LỢI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP DAO ĐỘNG CƠ TẮT DẦN Người thực hiện: Lê Văn Hiểu Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THPT Lê Lợi SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lý THANH HÓA NĂM 2017 Trang MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SKKN NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG 2.3 CÁC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HOẶC GIẢI PHÁP 2.3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.3 CÁCH THỰC HIỆN A CƠ SỞ LÝ THUYẾT B CÁC DẠNG BÀI TẬP MẪU: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CHẬM CON LẮC LÒ XO DAO ĐỘNG THO PHƯƠNG NGANG KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CHẬM CON LẮC ĐƠN KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CHẬM CON LẮC LÒ XO 12 VẬT KHÔNG DỪNG Ở VỊ TRÍ CÂN BẰNG C CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG 16 2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 20 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21 3.1 KẾT LUẬN 21 3.2 KIẾN NGHỊ 21 MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý môn khoa học thực nghiệm, khoa học tư nhiên, gây nhiều hứng thú cho học sinh học tập nghiên cứu Nhưng gây không khó khăn học sinh chưa hiểu kỹ sâu vấn đề Đặc biêt khối lớp 12, liên quan trực tiếp đến em thi học sinh giỏi cấp, ôn thi THPT quốc gia Xuất phát từ thực tiễn dạy học nhiều năm trường THPT, đặc biệt liên quan trực tiếp đến việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi dạy ôn thi đại học, thân thấy việc phân loại giải tập học sinh gặp nhiều khó khăn, tập “ loại dao động cỏ ”.Trong đặc biệt toán liên quan đến khảo sát dao động tắt dần lắc lò xo, lắc đơn Những năm gần xu đề tuyển sinh đại học cao đẳng hay khó nhằm phân loại đối tượng học sinh, đánh giá đối tượng dạy học nay.Việc trăn trở từ số toán thi HSG tỉnh, kể thi GVG tỉnh GVG trường năm gần thường khai thác sâu tập dao động tắt dần Nếu học sinh không rèn luyện nhiều, không giải trước dạng toán dạng không đủ thời gian để giải tập thời gian thi Từ yêu cầu mà thân mạnh dạn nêu lên kinh nghiệm: “Hướng dẫn học sinh phân loại phương pháp giải toán dao động tắt dần" Trong khuôn khổ đề tài đưa số toán thuộc chương trình vật lý 12 để em tiếp cận kiến thức áp dụng giải toán cách dể dàng để em yêu thích môn học có kết tốt kỳ thi 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Giúp học sinh phân tích tình huống, chủ động lựa chọn công thức hợp lí áp dụng vào tập Rèn luyện kỹ vận dụng lý thuyết vào giải tập 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài áp dụng cho học sinh khối lớp 12 trường THPT ôn thi THPT quốc gia Ôn thi học sinh giỏi 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp rút kết luận chung cho vấn đề, từ áp dụng vào thực tế toán 1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SKKN Đề tài xây dựng công thức tổng quát khảo sát dao động tắt dần chậm cho hai đối tượng: Con lắc lò xo lắc đơn a Đưa đại lương x0 = để khảo sát dao động khoảng chu kỳ giúp việc tính toán có độ xác cao tài liệu giới thiệu NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM - Từ kiến thức cung cấp sách giáo khoa vật lý 12 tài liệu tham khảo dao động tắt dần chưa hệ thống đầy đủ chưa có độ xác cao áp dụng vào giải 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Trong trình giảng dạy lớp, dạy bồi dưỡng ôn thi Đại học trường THPT Lê Lợi nhận thấy số em học sinh học phần dao động tắt dần thường em vận dụng tài liệu mạng Internet cách thụ động, máy móc Vì gặp toán tìm tốc độ cực đại, thời gian, đường dao động tắt dần em thường mò mẫm để tìm công thức mà minh xem hợp lí mà quên việc tìm nguyên nhân để phân loại toán dao động tắt dần Trong phần tập sách giáo khoa ít, công thức định lượng gần không đề thi Đại học lại thường gặp Bài toán loại thường sử dụng nhiều kiên thức thời gian để giải câu đề thi lại ngắn 2.3 CÁC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HOẶC GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ - Đề tài giới thiệu, phân loại dạng toán dao động tắt dần phương pháp giải tương ứng giúp học sinh dễ dàng nhận biết dạng tập a - Đề tài đưa đại lương x = để khảo sát dao động khoảng chu kỳ giúp việc tính toán có độ xác cao tài liệu giới thiệu 2.3.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Dựa vào công trình nghiên cứu tâm lý lứa tuổi nhà khoa học - Dựa vào lý luận chung cho cấp học - Tôi sử dụng đề tài từ năm 2012 – 2015 với tổng số học sinh 270 em 2.3.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN - Dựa lý thuyết dao động tắt dần lắc lò xo lắc đơn - Dựa kiến thức công lực ma sát, năng, định luật bảo toàn lượng… - Cho học sinh làm bài, chấm bài, trả nhận xét cho em - Tính điểm xác định tỷ lệ phần trăm qua kiểm tra năm 2.3.3 CÁCH THỰC HIỆN A CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Lập luận dao động tắt dần - Khi vật bắt đầu dao động vật W ( W = KA2 ) - Do trình dao động có lực cản tác dụng lên vật tức sinh công âm ⇒ vật giảm dần ⇒A giảm dần theo thời gian Như dao động tắt dần nguyên nhân lực cản môi trường, lực cản môi trường lớn dao động tắt dần nhanh Dao động tắt dần chậm - Dao động có lực cản bé gọi dao động tắt dần chậm - Đặc điểm dao động tắt dần chậm + Biên độ A giảm dần theo thời gian A = + Đường biểu diễn gần với dạng Sin + Tần số góc tần số dao động riêng (ωo ) Vị trí vật dừng lại dao động tắt dần  v=0 - Vật dừng lại khi:   Fkeove < Fms - Vị trí xa VTCB nhất: F ms = F keove ⇒ k x = µ mg ⇒ x = ⇒ vị trí vật dừng lại khoảng: -x0 ≤ x ≤ x0 µ mg k Công lực ma sát lực cản môi trường: - Công lực ma sát: A = Fms S cos α = µ N.S.cos180 = − µ.N S - Công lực cản môi trường: A = Fc S cos α = Fc S.cos180 = − Fc S Thế lắc lò so: Wt = k x x : độ biến dạng lò xo Wt = mgh = mgl (1 − cos α ) * Nếu α ≤ 100 Wt = mgl (1 − cos α ) ≈ mglα α Trong góc lệch dây treo phương thẳng đứng Thế lắc đơn: Định luật bảo toàn lượng: Trong hệ kín lượng bảo toàn B CÁC DẠNG BÀI TẬP MẪU: Khảo sát dao động tắt dần chậm lắc lò xo dao động theo phương ngang, vật dừng lại vị trí cân vị trí biên Các dạng toán: - Công thức tính độ giảm biên độ sau chu kì '2 kA = kA + µmg ( A + A' ) 2 ⇒ k ( A2 − A'2 ) = µmg ( A + A' ) ∆A µmg ⇒ a = ∆A'= ’ -A’ k Xét nửa chu kỳ : x0 o Vậy chu kỳ độ giảm biên độ: ∆A = 2a = µ mg k ⇒ Biên độ dao động giảm sau chu kỳ.: ΔA = μg ω2 A x - Số dao động vật thực dừng: N = A A Aω = , ∆A µ g kA Hay N = ∆A = 4µmg - Thời gian dao động dừng lại: t = N T = Aω 2π πω A = (s) 4µ g ω 2µ g ∆A (%) A '2 k − k ∆W A A A − A ' = ∆A = = - Độ giảm lượng chu kì: (%) W A A2 kA - Độ giảm biên độ sau chu kì ( Lấy gần A + A' = 2A) -Vật dao động với vận tốc cực đại nửa chu kỳ qu vị trí x0 Mặt khác để đạt vận tốc lớn hợp lực : phục hồi lực cản phải cân nhau: ⇒ kx0 = µmg ⇒ x0 = µmg k Áp dụng định luật bảo toàn lượng vật đạt vận tốc cực đại lần đầu tiên: 2 kA = kx0 + mv0 + µmg ( A − x0 ) 2 ⇒ mv02 = k ( A2 − x02 ) − 2µmg ( A − x0 ) µmg Mặt khác x0 = → µmg = kx0 k ⇒ mv = k ( A2 − x02 ) − 2kx0 ( A − x0 ) ⇒ v = ω( A − x0 ) - Tính quãng đường vật lúc dừng: TH vật dừng VTCB 2 2 Cơ ban đầu W0 = mω A = kA (J) Dao động tắt dần biến thành công lực ma sát : Ams = - Fms S = - N.µ.S = - µmg.S Đến vật dừng lại toàn W0 biến thành Ams 2 ω A kA -W0 = Ams ⇒ S = W0 = 2 = (m) µ mg µg µ mg TH vật dừng vị trí biên (An) Vị trí vật dừng lại: x = An = x0 = µmg k Áp dụng định luật bảo toàn lượng W = Wtn + Ams kA = KAn2 + µ P.S 2 k ( A2 − An2 ) => S = µ P Nhận xét: + Vì a = 2x0 nên để nhận biết vật dừng lại VTCB ta làm sau: - Lập thương số A/x0 = 2A/a = n - Nếu ban đầu vật biên: n = 2n* + 1: vật dừng vị trí biên n = 2n*: vật dừng vị trí cân - Nếu ban đầu vật VTCB: n = 2n* + 1: vật dừng vị trí cân n = 2n*: vật dừng vị trí biên Bài tập1: Một lắc lò xo dao động mặt phẳng nằm ngang có m = 200g; k = 20N/m hệ số ma sát μ = 0,01 Ban đầu nén vật khoảng 10 cm so với vị trí lò xo không bị nén giản thả Hãy tính: a Độ giảm biên độ sau chu kì b Số dao động vật thực dừng c Thời gian dao động dừng lại d Độ giảm lượng chu kì e Quãng đường mà vật lúc dừng lại f Vận tốc cực đại vật trình dao động Bài giải: a Độ giảm biên độ sau chu kỳ dao động 2µ.m.g 2.0,1.0, 2.10 = = 0,002(m) = 0,2(cm) k 20 b Lập thương số A/x0 = 2A/a = 2.10/0,2 = 100 ⇒ Vật dừng vị trí biên x0 Số dao động vật thực dừng A A 10 N= = = = 25 (dao động) ∆A 2.a 2.2 c Thời gian dao động dừng lại 2π m 0, t = N T = N = N 2π = 25.2.3,14 = 15, 7( s) ω k 20 d Độ giảm lượng chu kì: a= - Độ giảm biên độ sau chu kì ∆A 2.a 2.0, (%) = (%) = (%) = 4(%) A A 10 - Độ giảm lượng chu kì: '2 k − k − '2 ∆W A A ∆A = = A A =2 = 2.4% = (%) W A A2 kA e Quãng đường mà vật lúc dừng lại: 2 ω A kA 20.0,12 W0 S= =2 = = = 5(m) µ mg µg µ mg 0, 01.0, 2.10 f Vận tốc cực đại vật trình dao động: k 20 Vmax = ( A − x0 ).ω0 = ( A − x0 ) = (10 − 0,1) = 99(cm / s) m 0.2 Bài tập2: Một lắc lò xo dao động mặt phẳng nằm ngang có m = 100g; k = 10N/m; hệ số ma sát μ = 0,1 kéo vật dọc theo trục lò xo đoạn Ao = cm thả nhẹ Tìm vị trí vật dừng lại, thời gian quãng đường vật từ lúc thả tay đến lúc dừng lại Cho g = 10 m/s2 Bài giải: - Độ giảm biên độ sau chu kỳ dao động; a x0 = = µ.m.g 0,1.0, 2.10 = = 0, 01(m) = 1(cm) k 20 chu kỳ dao động; A n = A0 − n.x0 - Biên độ vật sau n - Do An ≥ ⇔ A0 − n.x0 ≥ ⇒n≤ 2A0 18 x0 = = - Biên độ a A4 = A0 − (n − 1) = − (9 − 1).1 = 1(cm) Ta nhận thấy vị trí vật có biên độ A = 1(cm) F( keove ) = k A4 = 10.0, 01 = 0,1( N ) F(masat) = µ m.g = 0,1.0,1.10 = 0,1( N ) Như vậy: F( keove ) = F(masat) v = ⇒ vật dừng lại hẳn vị trí có biên độ A4 = 1(cm) Thời gian từ lúc thả tay đến lúc vật dừng lại: t = ( n − 1) T π = (n − 1) m 0,1 = 4.3,14 = 1, 256( s) k 10 Quãng đường vật Áp dụng định luật bảo toàn lượng kA0 = KA42 + µ P.S 2 1 k ( A02 − A42 ) 10.(92 − 12 ).10−4 2 => S = = = 0, 4( m) µ P 0,1.0,1.10 W( P0 ) = W( P4 ) + Ams Khảo sát dao động tắt dần chậm lắc đơn lắc lò xo dao động theo phương thẳng đứng Vật dừng lại vị trí cân Các dạng toán: +Trường hợp lắc đơn: - Công thức tính độ giảm biên độ sau chu kì Xét nửa chu kỳ : 1 mgα 02 = mgα 12 + F cS = mgα 12 + F cl (α + α ) 2 mg (α 02 − α 12) = F cl (α + α ) 2 F c.l F c = ⇒ a = ∆α ' = mg mω ⇒ Vậy chu kỳ độ giảm biên độ: ∆α = 2∆α ' = 4F c 4F c = mg mω Biên độ dao động giảm sau chu kỳ: ∆α = 4F c 4F c = mg mω 2 α α 0.mω = , ∆α 4F c α 2π α 0.mω π t = N T = = ( s) ∆α ω 2F c - Số dao động vật thực dừng: N = - Thời gian dao động dừng lại: - Độ giảm biên độ sau chu kì ∆A (%) A - Độ giảm lượng chu kì: 1 mgα 02 − mgα 12 ∆W ∆α α − α 12 = = =2 (%) W α0 α0 mgα 02 - Tính quãng đường vật lúc dừng: PP: Cơ ban đầu W0 = mglα 02 (J) Dao động tắt dần biến thành công lực cản : Ac = - Fc S Đến vật dừng lại toàn W0 biến thành Ac mglα 02 -W0 = Ac ⇒ S = W0 = ( m) Fc Fc +Trường hợp lắc lò xo: Tương tự trường hợp lắc đơn, ta thay đại lương góc đại lượng dài - Công thức tính độ giảm biên độ sau chu kì Xét nửa chu kỳ : '2 kA = kA + Fc ( A + A ') 2 ⇒ a = ∆A ' = Fc k Vậy chu kỳ độ giảm biên độ: ∆A = 2a = Fc k A A.k A.mω = = - Số dao động vật thực dừng: N = , ∆A Fc 4F c - Thời gian dao động dừng lại: A.mω 2π π mω A t = N T = = (s) Fc ω Fc - Tính quãng đường vật lúc dừng: mglα 02 W -W0 = Ac ⇒ S = = ( m) Fc Fc Bài tập áp dụng Bài tập1: Một lắc đơn có chiều dài l = (m), vật khối lượng m = 100 g Kéo lắc lệch khỏi vị trí cân góc α = 0,1(rad) thả cho dao động trình dao độn lắc chịu tác dụng lực cản có đọ lớn không đổi Fc = 10-3mg tiếp tuyến với quỹ đạo lắc Sau nửa chu kỳ lắc có biên độ góc α Lấy g = π = 10(m / s ) Hãy tính: a Độ giảm biên độ sau chu kì b Số dao động vật thực dừng c Thời gian dao động dừng lại d Độ giảm lượng chu kì e Quãng đường mà vật lúc dừng lại Bài giải: chu kỳ dao động F c 4.10−3.mg = 4.10-3 (rad) ∆α = = mg mg a Độ giảm biên độ sau b Số dao động vật thực dừng N= 0,1 α0 = = 25 ∆α 4.10 −3 c Thời gian dao động dừng lại t = N T = N 2π l = N 2π = 25.2π = 50( s ) ω g 10 d Độ giảm lượng chu kì 1 mgα 02 − mgα 12 ∆W ∆α 4.10−3 α 02 − α 12 = = =2 = = (%) W 0,1 α0 α 02 mgα 02 e Quãng đường mà vật lúc dừng lại 1 mglα 02 mglα 02 1.(0,1) S= = = =2 = 5(m) −3 −3 mg 10 10 Fc Fc W0 10 Bài tập2: Một lắc lò xo thẳng đứng gồm lò xo nhẹ có độ cứng k = 100N/m, đầu cố định, đầu gắn vật nặng khối lượng m = 0,5kg Ban đầu kéo vật theo phương thẳng đứng khỏi VTCB 5cm buông nhẹ cho dao động Trong trình dao động vật chịu tác dụng lực cản có độ lớn 1/100 trọng lực tác dụng lên vật Coi biên độ vật giảm chu kỳ, lấy g=10 m/s2 Hãy tính: a Số lần vât qua VTCB kể từ thả vật đến dừng bao nhiêu? b Thời gian dao động vật? Bài giải: Độ giảm biên độ sau chu kỳ dao động (mỗi lần vật qua VTCB) kA kA' kA' = + Fc ( A + A' ) = + 0,01mg ( A + A' ) 2 ⇔ kA kA' − = Fc ( A + A' ) = 0,01mg ( A + A' ) 2 k k ( A − A' ) = ( A + A' )( A − A' ) = 0,01mg ( A + A' ) 2 0,02mg 0,02.0,5.10 ⇔ ∆A = A – A’ = = = 10 −3 m = 1mm k 100 Vậy số lần vật qua VTCB N = A/∆A = 50 b Thời gian dao động vật: N N 2π N m 50 0,5 t = T = = 2π = 2π = 11,1( s) ⇔ 2 ω k 100 Khảo sát dao động tắt dần chậm lắc lò xo dao động theo phương ngang, vật không dừng lại vị trí cân Các dạng toán: 11 - Xác định vị trí vật dừng lại PP: Độ giảm biên độ sau chu kỳ dao động: 2µ.m.g k a µ.m.g ⇒ Độ giảm biên độ 1/4 chu kỳ: x0 = = k A n = A0 − n.x Biên độ vật sau n chu kỳ dao động: a= Do An ≥ ⇔ A0 − n.x ≥ A ⇒ n ≤ ( n ∈ N*) x0 Vị trí vật dừng lại cách vị trí cân khoảng: x = A n = A0 − n.x - Xác định quãng đường vật từ lúc thả tay đến lúc dừng lại Áp dụng định luật bảo toàn lượng W = W( tn ) + Ams 1 kA02 = kx + µ P.S 2 k ( A02 − x ) ⇒S= µ P - Xác định quãng đường vật từ lúc thả tay đến vị trí Quãng đường vật sau S1 = A0 − a chu kỳ: S = A0 − 3a S n = A0 − (2n − 1).a ⇒ Quãng đường vật sau n chu kỳ: S = S1 + S + + S n = n.2 A0 − a[1 + + + + (2n − 1)] = n A − n a = n(2 A0 − n.a ) Bài tập áp dụng Bài tập1: Một lắc lò xo có m = 100g; k = 10N/m dao động tắt dần mặt phẳng nằm ngang có μ = 0,1 Kéo vật tới vị trí lò xo giản đoạn A = 9,5cm thả nhẹ ( g=10 m/s 2) Tìm vị trí vật dừng lại thời gian quãng đường vật từ lúc thả tay đến lúc vật dừng lại Bài giải: 12 + Độ giản biên độ sau x0 = a = µ.m.g k chu kỳ dao động 0,1.0,12.10 = = 0, 01( m) = 1(cm) 10 + Biên độ vật sau n A n = A0 − n.x0 chu kỳ A + Do An ≥ A0 − n.x0 ≥ => n ≤ x = 9,5 n ∈ N* ⇒ n = Vị trí vật dừng lại: x = A0 − n.x0 = 9,5 − 9.1 = 0,5(cm) 1 Vì n = chu kỳ, nên sau N = (2 + )chu kỳ vật đến dừng li độ 4 x = - 0,5cm b Quãng đường vật từ lúc thả tay đến lúc dừng lại: Áp dụng định luật bảo toàn lượng 1 W = W( tn ) + Ams kA02 = kx + µ P.S 2 1 k ( A02 − x ) 10.(0, 0952 − 0, 0052 ) 2 ⇒S= = = 0,45 (m) µ P 0,1.0,1.10 13 Bài tập2: Một lắc lò xo nằm ngang có độ cứng K = 40( N / m) , vật nhỏ khối lượng m = 100( g ) Ban đầu giữ vật cho lò xo bị nén 10(cm) thả nhẹ cho hệ số ma sát trượt vật mặt bàn µ = 0,1 Lấy g = 10( m / s ) Tính tốc độ vật lúc gia tốc đổi chiều lần thứ Bài giải: + Lúc có ma sát, VTCB x • • • vật lò xo biến dạng đoạn : µ mg ∆l = x0 = = 0, 0025(m) = 2,5(mm) K C1 O C2 + Ta thấy có hai VTCB vật phụ thuộc vào chiều chuyển động vật, vật sang phải lúc lò xo nén 2,5mm VTCB bên trái O(vị trí C1), lúc vật sang trái mà lò xo giãn 2,5mm VTCB bên phải O( vị trí C2) + Áp dụng đinh luật bảo toàn lượng, ta tính độ giảm toạ độ cực đại sau lần qua O ( sau chu kỳ) số bằng: 2 µ mg a= = 0, 005(m) = 5(mm) K + Gia tốc vật đổi chiều lần thứ ứng với vật qua VTCB C2 theo chiều sang trái lần thứ Quãng đường vật được: S = S1 + S2 + ( A4 - x0 ) = (2 A0 − a) + (2 A0 − 3a) + (2 A0 − 5a) + ( A0 − 3a − x0 ) = 7A0 + 12a = x0 = 7.0,1 + 12.0,005 + 0,0025 = 0,7625 (m) +Áp dụng định luật bảo toàn lượng ta : KA2 K (∆l ) mv42 −( + ) = µ mgS 2 KA2 K ( x0 )2 − − µ mgS 2 ⇒ v4 = = 1, 65(m / s ) m Bài tập3: Một vật trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng góc α = so với mặt phẳng ngang yHệ số ma sát µ vật mặt phẳng nghiêng tăng tỉ lệ với khoảng cách x tính từ đỉnh mặt phẳng nghiêng: µ = bx Vật dừng lại trước đến chân mặt phẳng nghiêng Khoảng thời gian t kể từ lúc vật bắt đầu chuyển động lúc dừng lại là? O• uuu r Bài giải: •' nghiêng, 0x song song + Chọn hệ tọa độ xoy có gốc đỉnh củaF mặt phẳng O ms với mặt phẳng nghiêng uur N 14 α u r P x r uu r ur uuu + Các lực tác dụng lên vật: P ; Fms N Áp u dụng định luật cho vật: r uu u r u u r II Niuton r P + Fms + N = ma + Chiếu lên hai trục 0x; 0y ta được: 0x: mg.sin α - Fms = ma (1) 0y: mg.cos α - N = ⇒ N = mgcos α ⇒ Fms = µ N = µ mgcos α = bx.mgcos α + Thay Fms vào (1) ta mx'' = mg.sin α - bx.mgcos α ⇒ x'' = - gb.cos α ( x - tan α ) b tan α , ta có: b (x - x0) = -gb.cos α (x - x0) + Đặt x0 = + Ta thấy xác định vị trí cân vật (a = 0) Đổi biến số X = x - x , tức gốc tọa độ đến vị trí cân x = x0 hay X = ⇒ Ta phương trình: X'' = -gb.cos α X ⇔ X'' + ω X = Với ω = gb.cos α + Như chuyển động vật mặt phẳng nghiêng dao động điều hòa với tần số góc ω = bg cosα 2π 2π = ⇒ Chu kỳ: T = ω bg cosα + Theo vật dừng lại trước đến chân mặt phẳng nghiêng Điều chứng tỏ thời gian vật trượt từ đỉnh mặt phẳng nghiêng đến chân mặt phẳng nghiêng nửa chu kỳ, ta có: T π t = = bg.cosα C CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Một lắc lò xo dao động mặt phẳng nằm ngang có: K = 2N/m; m = 80g; μ = 0,1 Từ vị trí lò xo không bị biến dạng kéo vật theo trục lò xo để lò xo giản đoạn 10cm thả nhẹ cho g = 10m/s Tìm tốc độ lớn vật trình dao động A 15 cm/s; B 20 cm/s; C 25 cm/s; D 30 cm/s Câu 1: Một lắc lò xo dao động mặt phẳng nằm ngang có m = 200g; k = 20N/m hệ số ma sát μ = 0,1 ban đầu nén vật khoảng 10cm so với vị trí lò xo không bị, nén giản thả Quãng đường mà vật lúc dừng lại A 40 cm; B 45 cm; C 50 cm; D 55 cm Câu 3: Một lắc lò xo dao động tắt dần mạt phẳng nằm ngang với thông số sau: m=0,1Kg, vmax=1m/s, μ=0.05.tính độ lớn vận tốc vật vật 10cm A: 0,95cm/s B:0,3cm/s C:0.95m/s D:0.3m/s 15 Câu 4: Một lò xo nằm ngang, k=40N/m, chiều dài tự nhiên=50cm, đầu B cố định, đầu O gắn vật có m=0,5kg Vật dao động mặt phẳng nằm ngang hệ số ma sát =0,1 Ban đầu vật vị trí lò xo có độ dài tự nhiên kéo vật khỏi vị trí cân 5cm thả tự do, chọn câu đúng: A.điểm dừng lại cuối vật O B.khoảng cách ngắn vật B 45cm C điểm dừng cuối cách O xa 1,25cm D.khoảng cách vật B biến thiên tuần hoàn tăng dần Câu 5: Một lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,2 kg lò xo có độ cứng k =20 N/m Vật nhỏ đặt giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò xo Hệ số ma sát trượt giá đỡ vật nhỏ 0,01 Từ vị trí lò xo không bị biến dạng, truyền cho vật vận tốc ban đầu 1m/s thấy lắc dao động tắt dần giới hạn đàn hồi lò xo Lấy g = 10 m/s Độ lớn lực đàn hồi cực đại lò xo trình dao động A 1,98 N B N C 1,5 N D 2,98 N Câu 6: Một lắc lò xo đặt nằm ngang gồm vật có khối lượng m=100(g) gắn vào lò xo có độ cứng k=10(N/m) Hệ số ma sát vật sàn 0,1 Đưa vật đến vị trí lò xo bị nén đoạn thả Vật đạt vận tốc cực đại lần thứ O1 vmax1=60(cm/s) Quãng đường vật đến lúc dừng lại là: A.24,5cm B 24cm C.21cm D.25cm Câu 7: Con lắc lò xo nằm ngang có k = 100N/m, vật m = 400g Kéo vật khỏi VTCB đoạn 4cm thả nhẹ cho vật dao động Biết hệ số ma sát vật sàn μ = 5.10 -3 Xem chu kỳ dao động không thay đổi, lấy g = 10m/s2 Quãng đường vật 1,5 chu kỳ là: A 24cm B 23,64cm C 20,4cm D 23,28cm Câu 8: Một lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có độ cứng k = 40N/m cầu nhỏ A có khối lượng 100g đứng yên, lò xo không biến dạng Dùng cầu B giống hệt cầu A bắn vào cầu A dọc theo trục lò xo với vận tốc có độ lớn 1m/s; va chạm hai cầu đàn hồi xuyên tâm Hệ số ma sát A mặt phẳng đỡ µ = 0,1; lấy g = 10m/s2 Sau va chạm cầu A có biên độ lớn là: A 5cm B 4,756cm C 4,525 cm D 3,759 cm Câu 9: Con lắc đơn dao động môi trường không khí.Kéo lắc lệch phương thẳng đứng góc 0,1 rad thả nhẹ biết lực không khí tác dụng lên lắc không đổi 0,001 lần trọng lượng vật.coi biên độ giảm chu kỳ.số lần lắc qua vị trí cân băng đến lúc dừng lại là: A: 25 B: 50 C: 100 D: 200 Câu 10: Một lắc lò xo nằm ngang gồm vật nhỏ khối lượng 200 gam, lò xo có độ cứng 10 N/m, hệ số ma sát trượt vật mặt phẳng ngang 0,1 Ban đầu vật giữ vị trí lò xo giãn 10 cm, thả nhẹ để lắc dao động tắt dần, lấy g = 10m/s2 Trong khoảng thời gian kể từ lúc thả tốc độ vật bắt đầu giảm độ giảm lắc là: A mJ B 20 mJ C 50 mJ D 48 mJ Câu 11: Một lắc lò xo có độ cứng k = 10N/m, khối lượng vật nặng m = 100g, dao động mặt phẳng ngang, thả nhẹ từ vị trí lò xo giãn 6cm 16 so với vị trí cân Hệ số ma sát trượt lắc mặt bàn μ = 0,2 Thời gian chuyển động thẳng vật m từ lúc ban đầu đến vị trí lò xo không biến dạng là: A π (s) 25 B π (s) 20 C π (s) 15 D π (s) 30 Hướng dẫn giải: Bài 1: + Tốc độ cực đại dao động tắt dần vật qua vị trí cân lần đầu Fms − Fdh = ⇔ µ m.g = k x0 µ m.g 0,1.0, 08.10 => x0 = = = 0, 04(m) = 4(cm) k Áp dụng công thức Vmax = ( A − x0 ) k = (10 − 4) = 30(cm / s) m 0.08 Bài 2: - Độ giảm biên độ sau a x0 = = ĐA: D chu kỳ dao động; µ.m.g 0,1.0, 2.10 = = 0, 01(m) = 1(cm) k 20 chu kỳ dao động; A n = A0 − n.x0 - Biên độ vật sau n - Do An ≥ ⇔ A0 − n.x0 ≥ ⇒n≤ 2A0 20 x0 = = 10 - Thay n = 10 => A5 = 10 − 1.10 = ⇒ Vật dừng lại vị trí O Áp dụng định luật bảo toàn lượng W( P0 ) = W(O) + Am ⇔ kA0 = + Fms S = µ.m.g s 2 kA0 20.0,12 ⇒S= = = 0.5(m) = 50(cm) µ m.g 0,1.0, 2.10 ĐA: C Bài 3: Theo định luật bảo toàn lượng, ta có: mv max mv mv = + AFms = + µmgS 2 2 => v2 = v max - 2µgS − 2µgS = − 2.0,05.9,8.0.1 = 0,902 = 0,9497 m/s => v = v max => v ≈ 0,95m/s ĐA: C Bài 4: C vật dừng lại vị trí thỏa mãn lực đàn hồi không thằng lực ma sát µ mg kx ≤ µ mg => x ≤ = xmax = 1, 25cm k 17 Bài 5: Lực đàn hồi cực đại lò xo vị trí biên lần đầu Ta có Wđ sau - Wđ = A cản 1 µ.mgA + kA2 = mv 2 A=0,09 m => Fmax = kA = 1,98 N ĐA: A v 60 Bài 6: Áp dụng: ωx = v → x = = = (cm) ω 10 1 Áp dụng định luật bảo toàn lượng: kA2 = mv2 + μmgx 2 v + 2µgx 0,6 + 2.0,1.10.0,06 →A= = = 6,928203 (cm) ω2 10 Quãng đường vật đến lúc dừng lại là: −2 kA2 ω A2 10 (6,928203.10 ) S= = = = 0,24 m = 24 cm ĐA: B 2µ mg 2µ g 2.0,1.10 Bài 7: Sau nửa chu kì A giảm µ mg ∆A = = 0, 04cm ⇒ S = + 2.3,96 + 2.3, 92 + 3,88 = 23, 64(cm) k Bài 8: Theo ĐL bảo toàn động lượng vận tốc cầu A sau va chạm v = 1m/s Theo ĐL bảo toàn lượng ta có: kA mv kA2 mv + AFms = ⇒ + µmgA = 2 2 => 20A2 + 0,1A – 0,05 = => 200A2 + A – 0,5 = => A = 401 − = 0,04756 m = 4,756 cm 400 ĐA: B Bài 9: Gọi ∆α độ giảm biên độ góc sau lần qua VTCB (∆α< 0,1) α α2 Cơ ban đầu W0 = mgl(1-cosα) = 2mglsin2 ≈ mgl Độ giảm sau lần qua VTCB: ∆W = mgl mgl [α − (α − ∆α ) ] = [2α ∆α − ( ∆α ) ] (1) 2 Công lực cản thời gian trên: Acản = Fc s = 0,001mg(2α - ∆α)l Từ (1) (2), theo ĐL bảo toàn lượng: ∆W = Ac (2) mgl [2α ∆α − ( ∆α ) ] = 0,001mg(2α - ∆α)l => (∆α)2 – 0,202∆α + 0,0004 = 0=> ∆α = 0,101 ± 0,099 Loại nghiệm 0,2 ta có ∆α= 0,002 Số lần vật qua VTCB N = α 0,1 = = 50 ∆α 0,002 ĐA: B Bài 10: Vật đạt vận tốc cực đại Fđh = Fms => kx = µmg => x = µmg /k = (cm) Do dó độ giảm : ∆Wt = k ( A − x ) = 0,048 J = 48 mJ ĐA: D Bài 11: Vị trí cân lắc lò xo cách vị trí lò xo không biến dạng x; 18 kx = μmg => x = μmg/k = (cm) Chu kì dao động T = 2π m = 0,2π (s) k Thời gia chuyển động thẳng vật m từ lúc ban đầu đến vị trí lò xo không biến dạng là: t = T/4 + T/12 = π (s) 15 (vật chuyển động từ biên A đên li độ x = - A/2) ĐA: C 2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM VỚI HIỆU QUẢ GIÁO DỤC, VỚI BẢN THÂN, ĐỒNG NGHIỆP VÀ NHÀ TRƯỜNG Trong trình giảng dạy thấy kết học sinh giỏi tăng lên rõ rệt học sinh yếu, giảm so với năm chưa đưa ý tưởng vào áp dụng Tỉ lệ kết học sinh chưa áp dụng sáng kiến Học sinh Học sinh Học sinh Số học Năm học Lớp Tổng Học sinh số học sinh 2010 -2011 2011 - 2012 2012 - 2013 12 12 12 90 90 90 yếu 2 Trung bình 3,3% 35 2,2% 35 2.2% 34 38,9% 38,9% 34% Khá 50 49 51 Giỏi 55,6% 54,4% 56,%7 3 2,2% 3,3% 3,3% sinh đạt từ điểm ĐH trở lên 25 29 31 Tỉ lệ kết học sinh áp dụng sáng kiến Năm học 2013 - 2014 2014 - 2015 2015 - 2016 Lớp Tổng số học sinh 12 12 12 90 90 90 Học sinh yếu 0 0 0 Học sinh Trung bình 30 27 26 33,3% 30% 28% Học sinh Khá 54 55 56 60% 61,1% 60% Học sinh Giỏi 8 6,67% 8,9% 8,9% Số học sinh từ điểm ĐH trở lên 36 37 44 Qua kết tổng hợp ta thấy sau áp dụng sáng kiến vào công tác dạy học học sinh nâng chất lượng giáo giục đại trà giáo dục mũi nhon lên cách đáng kể đặc biệt kết học sinh đạt điểm kì thi đại học cao đẳng đạt kết dáng khích lệ Rất mong ủng hộ phổ biến phương pháp ngành để góp phần vào nâng cao chất lượng giáo dục, đáp ứng phần vào phát triển nguồn nhân lực nước nhà KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 KẾT LUẬN Từ trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh ôn thi Đại học, Cao đẳng rút vài kinh nghiệm nhỏ việc dạy tập nâng cao chất lượng: + Học sinh nắm bắt kiến thức dễ dàng, nhẹ nhàng từ hứng thú học tập theo giảng lý thuyết chăm 19 + Phải cho học sinh nắm vững phương pháp cách nhận biết dạng tập thuộc chương, phần + Phải cho học sinh nắm phương pháp giải tập theo dạng, chủ đề + Học sinh phát huy tính tích cực, kỹ rèn luyện so sánh tư trừu tượng + Chất lượng học sinh tăng lên rõ rệt đảm bảo xác 100% học sinh hiểu vận dụng sau học Phương pháp phải nghiên cứu sâu để khai thác mạnh nó, đồng thời khắc phục nhược điểm nó, cụ thể: - Ưu điểm: Tôi trình bày đề tài sáng kiến kinh nghiệm - Nhược điểm: Đề tài áp dụng cho đối tượng học sinh ôn thi Đại học, cao đẳng cần có khéo léo giáo viên để dẫn dắt học sinh tìm phương pháp giải nhanh 3.2 KIẾN NGHỊ Trong đề tài đề cập số tập mong muốn đề tài bổ sung thêm nhiều tập để đưa vào áp dụng rộng rãi Tôi xin chân thành cảm ơn! Thọ Xuân, ngày 25 tháng năm 2017 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG CƠ QUAN Tôi xin cam đoan SKKN viết không chép nội dung người khác Lê Văn Hiểu 20 DANH SÁCH TÀI LIỆU THAM KHẢO Kiến thức bản, nâng cao vật lý 12 – Tác giả: Vũ Thanh Khiết Bài tập vật lí 12 – Cơ (Lương Duyên Bình – Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang - Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh) Bài tập vật lí 12 – Nâng cao( Lê Trọng Tương – Lương Tất Đạt – Lê Chân Hùng – Phậm Đình Thiết – Bùi Trọng Tuân) Từ điển vật lí ( Dương Trọng Bái – Vũ Thanh Khiết) Phương pháp giải 450 toán Căn – Nâng cao – Trắc nghiêm – Tác giả: Vũ Đình Đoàn 21 DANH MỤC CÁC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP SỞ GD&ĐT TRỞ LÊN Họ tên: Lê Văn Hiểu Chức vụ đơn vị công tác: Giáo viên trường THPT Lê Lợi TT Tên đề tài SKKN Cấp đánh giá xếp loại (Phòng, Sở, Tỉnh ) Hướng dẫn học sinh trường THPT Lê Lợi phương pháp vận dụng định luật bảo toàn để giải toán tĩnh điên Hướng dẫn học sinh lớp 10 Trường THPT Lê Lợi vận dụng định luật bảo toàn để giải toán va chạm Hướng dẫn học sinh vận dụng định luật bảo toàn điện tích vận dụng định luật bảo toàn lượng giải tập tụ điên 22 Năm đánh giá xếp loại Cấp Sở Kết đánh giá xếp loại C Cấp Sở B 2012 Cấp Sở C 2015 2011 ... kết học sinh giỏi tăng lên rõ rệt học sinh yếu, giảm so với năm chưa đưa ý tưởng vào áp dụng Tỉ lệ kết học sinh chưa áp dụng sáng kiến Học sinh Học sinh Học sinh Số học Năm học Lớp Tổng Học sinh. .. lệ kết học sinh áp dụng sáng kiến Năm học 2013 - 2014 2014 - 2015 2015 - 2016 Lớp Tổng số học sinh 12 12 12 90 90 90 Học sinh yếu 0 0 0 Học sinh Trung bình 30 27 26 33,3% 30% 28% Học sinh Khá... cho học sinh nắm vững phương pháp cách nhận biết dạng tập thuộc chương, phần + Phải cho học sinh nắm phương pháp giải tập theo dạng, chủ đề + Học sinh phát huy tính tích cực, kỹ rèn luyện so sánh