Phát triển tư duy học sinh khá, giỏi qua bài toán con lắc đơn và con lắc lò xo ở vật lý 10

“Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1.1 Lý khách quan: Trong bối cảnh nay, chất lượng giáo dục vấn đề toàn xã hội quan tâm Giáo dục Việt nam nỗ lực đổi nhằm phát huy tính tích cực, chủ động học tập học sinh, tạo nên hệ có khả hiểu biết sâu sắc lí luận từ vận dụng linh hoạt lí luận vào thực tế Để đạt mục tiêu cấp T.H.P.T, Vật lí môn học đóng vai trò quan trọng Ngoài việc cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thông bản, có hệ thống ngành, rèn luyện cho học sinh kỹ như: Kỹ quan sát, kỹ dự đoán, kỹ phân tích, tổng hợp, kỹ ứng dụng… Tuy nhiên, thực tế tồn hạn chế dạy học nhà trường, dừng lại chỗ cho học sinh thuộc công thức để làm số tập dạng phổ biến sách đề thi Tất yếu xảy em hoàn toàn bế tắc gặp đề thi mang tính mở 1.1.2 Lý chủ quan Trong chương trình vật lí 10- Ban Khoa học tự nhiên, “Bài toán lắc đơn lắc lò xo” phần khó Nhưng phần có nhiều tập hay giúp học sinh khá, giỏi đào sâu suy nghĩ phát triển tư logic, vận dụng vào tập liên quan đến kiến thức học Vật lí lớp 11, lớp 12, phần chiếm đại đa số câu hỏi phần dao động học đề thi tốt nghiệp THPT Quốc gia đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh Mấu chốt để giải toán “Con lắc đơn lắc lò xo” phải hiểu chất để phân tích đề vận dụng kiến thức liên quan Tuy nhiên, hai toán lại chưa sách tập Vật lí lớp 10 phổ thông hay nâng cao đề cập đầy đủ mà dừng lại mức độ đơn giản làm học sinh học xong không đọng lại để đến lớp 11, 12 gặp lại thấy lãng phí nhiều thời gian để học lại… Nhận thức tầm quan trọng phần kiến thức này, xuất phát từ thực tế học, thi môn Vật lí, qua trình giảng dạy, luyện thi đại học, bồi dưỡng đội tuyển học sinh giỏi môn Vật lí trường THPT Bỉm Sơn, đúc kết vài kinh nghiệm để dạy toán lắc đơn lắc lò xo đạt hiệu cao mạnh dạn trình bày sáng kiến kinh nghiệm việc: “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Nhằm giúp em học sinh số đồng nghiệp có thêm tài liệu tham khảo để học phục vụ công tác giảng dạy.Với ý thức cầu thị, mong muốn nhận góp ý chân thành từ đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nhằm tranh thủ thời gian học Vật lí lớp 10, tiết kiệm thời gian học Vật lí 11, 12 cho học sinh vấn đề cần thiết liên quan để kết thi học sinh giỏi cấp tỉnh, thi tốt nghiệp T.H.P.T Quốc gia đạt kết cao 1.3 ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Bài toán lắc lò xo lắc đơn Vật lí lớp 10 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp khối A, khối A1 gồm 10C7; 12A4; 12A2 năm học 2012-2013; học sinh lớp 10C ;12A9 năm học 20132014, học sinh lớp số 5, số khóa 2012-2015 trường THPT Bỉm sơn Thị xã Bỉm Sơn 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp quan sát sư phạm, phương pháp nêu vấn đề giảng dạy, phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI - Xây dựng hệ thống kiến thức lý thuyết đầy đủ, gọn gàng, sâu sắc - Các tập mang tính phổ biến, tổng quát xếp từ dễ đến khó - Trong trình giảng dạy nên luôn coi trọng việc phát triển tư cho học sinh từ vấn đề đơn giản đến vấn đề phức tạp để tập kĩ khái quát, phân tích, tổng hợp vấn đề - Chỉ liên hệ ứng dụng lí thuyết vào thực tế sống 2.2 THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI * Đặc điểm tình hình nhà trường: Trường THPT Bỉm Sơn trường có bề dày kinh nghiệm, thành tích công tác giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp tỉnh, quốc gia ôn thi đại học với mạnh môn tự nhiên Trường có đội ngũ giáo viên giỏi, nhiệt tình, tâm huyết với công tác chuyên môn, em học sinh đa phần ngoan, chịu khó, thông minh với khả tư tốt * Thực trạng vấn đề: “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” trường THPT Bỉm Sơn là: - Về kiến thức: Học sinh chưa nắm vững chất định luật bảo toàn, nguyên nhân gây chuyển động tròn, lực đàn hồi, lắc lò xo, cách vận dụng chúng vào toán thường gặp mức độ vận dụng thấp vận dụng cao mà dừng lại mức độ thuộc vẹt, thông hiểu số câu dễ đơn giản - Về kỹ năng: Học sinh chưa biết cách phân tích toán để vận dụng kiến thức nhằm giải triệt để vấn đề - Trong đơn vị lớp có nhiều đối tượng học sinh với khả nhận thức, tư khác nên cho học sinh thảo luận để phát huy tối đa tính tích cực, chủ động học tập em nhằm phát triển tư cho em - Thực tế, kết khảo sát chất lượng vật lí 12 đầu năm lớp khối A trường T.H.P.T Bỉm sơn năm 2012 lắc đơn lắc lò xo Lớp Số kiểm tra Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém SL % SL % SL % SL % SL % 12A2 42 0 10 23,8 20 47,7 19 9,5 12A4 44 2,3 13 29,5 18 38,7 10 22,7 6,8 12A7 45 8,9 18 40 20 44,4 6,7 0 Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” 2.3 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 2.3.1 Trình bày sở lí thuyết vấn đề nghiên cứu 2.3.1.1.Cấu tạo lắc đơn lắc lò xo * Con lắc đơn: Gồm vật nặng có kích thước không đáng kể khối lượng m, treo vào đầu sợ dây nhẹ không dãn chiều lài l, đầu sợi dây treo vào điểm cố định Vậy khối lượng lắc khối lượng vật, chiều dài lắc chiều dài sợi dây * Con lắc lò xo: Gồm vật nặng có kích thước không đáng kể khối lượng m gắn vào đầu lò xo nhẹ có độ cứng k, đầu lò xo gắn vào điểm cố định - Lưu ý: Thường xét bỏ qua ma sát 2.3.1.2 Nội dụng định luật bảo toàn sử dụng * Hệ kín: hệ vật mà có vật hệ tương tác lẫn mà không tương tác với vật hệ Trong vận dụng hệ xem kín thỏa mãn điều kiện sau: - Chỉ có nội lực - Có ngoại lực ngoại lực cặp lực cân - Có ngoại lực ngoại lực bé so với nội lực - Có ngoại lực thời gian ngoại lực tác dụng ngắn * Định luật bảo toàn động lượng - Nội dung: Trong hệ kín tổng động lượng bảo toàn - Biểu thức: uuuuu r ∑p truoc uuuu r = ∑ psau -Lưu ý: Trong trường hợp hệ kín theo phương động lượng bảo toàn theo phương * Định luật bảo toàn - Nội dung: Trong hệ kín không ma sát bảo toàn - Biểu thức: ∑ WdA + ∑ WtA = ∑ WdB + ∑ WtB (với A, B điểm quỹ đạo chuyển động) - Lưu ý: Thường gặp có hai loại thế hấp dẫn ( mgz) k ∆l ) Trong toán có hai loại dùng công thức tổng ( kx ) đần hồi( 2.3.1.3 Lực hướng tâm - Về chất lực hình chiếu hệ lực gây chuyển động tròn Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” - Biểu thức : Fht = ma = mv = mω R R 3.2 Các tập theo thứ tự từ tổng quát đến cụ thể, từ đến ứng dụng nâng cao Bài 1: Bài toán lắc đơn tổng quát Bài toán: Con lắc đơn khối lượng m, chiều dài l treo nơi có gia tốc rơi tự g Bỏ qua ma sát Kéo lắc đến vị trí dây treo lệch so với phương thẳng đứng góc α buông nhẹ không tốc độ đầu a) Tính vận tốc vật, lực căng sợi dây, gia tốc vật vị trí dây treo tạo với phương thẳng đứng góc α Chỉ kết cách biện luận giá trị cực trị giá trị b) Khi chuyển động đến vị trí cân vật va chạm với vật m’đang đứng yên mép bàn nằm ngang vật thẳng đứng với điểm treo Mô tả chuyển động hai vật sau va chạm Xét hai trường hợp: va chạm mềm va chạm trực diện đàn hồi c) Tại vị trí dây treo tạo với phương thẳng đứng góc α dây treo vật bị đứt Mô tả chuyển động vật lúc d) Phía thẳng điểm treo cách vị trí vật vị trí cân đoạn l có đóng đinh Mô tả chuyển động vật, tính góc lệch cực đại lúc e) Tại vị trí dây treo tạo với phương thẳng đứng góc α vật va chạm với cản Mô tả chuyển động vật sau va chạm xét hai trường hợp - Bức tường nghiêng góc α cho sợi dây là mặt phẳng cản - Bức tường cản thẳng đứng Treo lắc trần toa xe Xác định vị trí cân vật, lực căng sợi dây vị trí cân Xét hai trường hợp - Xe chuyển động với gia tốc a đường nằm ngang - Xe trượt với hệ số ma sát μ mặt phẳng nghiêng góc α so với phương ngang Treo lắc trần thang máy chuyển động thẳng đứng Khi thang máy đứng yên góc lệch cực đại lắc α Chỉ thay đổi góc lệch cực đại thang máy lên nhanh dần với gia tốc a trường hợp thang máy lên vật vị trí biên, vị trí cân bằng, vị trí dây lệch góc α Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Kéo lắc đến vị trí dây treo nằm ngang buông nhẹ không tốc độ đầu Mô tả chuyển động vật sau Giả thiết điểm treo cách sàn đoạn l1< l, va chạm vật với sàn hoàn toàn đàn hồi Hướng dẫn: Giáo viên cần hướng dẫn để học sinh phân tích toán nhằm nhận kiến thức liên quan Từ vận dụng kiến thức vào việc giải toán với mức độ từ vận dụng thấp đến mức độ vận dụng cao Từ việc xây dựng kết tổng quát cho câu đơn giản đến việc mô tả định hướng suy nghĩ nhận tượng cho câu phức tạp, khó Giải tóm tắt: a) + Xét hệ gồm lắc trái đất hệ kín, mốc tính vị trí cân +Bảo toán cho điểm A điểm B mvB2 mv ⇔ mgl (1 − cosα ) = mgl (1 − cosα ) + B (1) 2 ⇔ vB = gl (cosα − cosα ) mghA = mghB + + Vật chuyển động tròn nên hình chiếu hợp lực theo phương bán kính đóng vai trò lực hướng tâm mvB2 −mg cos α + TB = (2) Từ (1) (2) ta TB = mg (3cos α − cos α ) (3) l + Gia tốc vật a = an2 + at2 Với an = v2 ; at = − g sin α ( 4) l + Biện luận - Ở (1) (3) có α thay đổi nên chúng đạt giá trị lớn vị trí cân giá trị nhỏ vị trí biên tức vmax = gl (1 − cosα ); Tmax = mg (3 − cos α ) ; vmin = 0; Tmin = mg cos α Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” - Từ (4) thay (2) vào a = ( g sin α ) [ gl (cosα − cosα )] + l 2 = g 3cos α − 8cosα cosα + (1 + cos α 02 ) Thay số hàm bậc cosα Biện luận tam thức bậc hai để giá trị lớn nhỏ a b) Đặt m=m1; m’=m2 + Vận tốc vật đến vị trí cân v1 = gl (1 − cosα ) • Va chạm mềm + Bảo toàn động lượng cho hệ hai vật trước sau va chạm m1v1 = (m1 + m2 )v0 Rút v0 = m1v1 m1 + m2 + Hệ thống trở thành lắc đơn có khối lượng (m 1+ m2) có vận tốc vị trí cân v0 Chúng dao động điều hòa với biên độ góc α0’ xác định v0 = gl (1 − cosα '0 ) • Va chạm trực diện đàn hồi + Bảo toàn động lượng m1v1 = m1v1' + m2v2' (1) + Bảo toàn m1v12 m1v1'2 m2 v2'2 = + (2) 2 ( m − m )v 2m v ' ' 1 + Từ (1) (2) v1 = m + m ; v1 = m + m 2 + Sau va chạm m1 vật lắc đơn có vận tốc qua VTCB v1’, m2 tham gia chuyển động ném ngang với tốc độ ban đầu v2’ từ độ cao bàn c) + Tại vị trí dây tạo với phương thẳng đứng góc α vận tốc vật v = gl (cosα − cosα ) Khi dây đứt có khả sau phụ thuộc vào giá trị góc α - Khi α = α0 vật rơi tự - Khi α = 00 vật tham gia chuyển động ném ngang - Khi 0< α < α0 vật tham gia chuyển động ném xiên góc α so với phương ngang với tốc độ ban đầu v d) + Khi phía điểm treo có đinh quĩ đạo chuyển động vật từ biên với góc lệch cực đại α chiều dài l điểm treo I vị trí cân sau sang bên với lắc đơn chiều dài l điểm treo I1 với chiều cao góc lệch cực đại α0’ xác định hmax = l (1 − cosα ) = l1 (1 − cosα 0' ) Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Sau quay VTCB biên với điểm treo I chiều dài l, góc lệch cự đại α0 e) + Vật cản nghiêng góc α so với phương thẳng đứng, sợi dây là mặt vật cản vật va vào bật ngược trở lại chuyển động theo quĩ đạo cũ + Vật cản thẳng đứng Lúc vật đập vào vật cản bắn theo phương đối xứng với vận tốc đập vào qua phương thẳng đứng Phân tích vận tốc hai thành phần v1 = v cos 2α tham gia bảo toàn tiếp theo, thành phần v2 = v sin 2α tạo động chuyển thành nhiệt va chạm tức v1 = gl (cosα − cosα 0' ) Rút α0’ + Xét hệ quy chiếu gắn với xe Tại VTCB vậturchịu tác dụng đồng thời lực ur uur r trọng lực, lực căng, lực quán tính thỏa mãn P + T + Fqt = • Khi xe chuyển động với gia tốc a mặt phẳng nằm ngang từ hình vẽ ta tính VTCB dây treo lệch góc β so với phương thẳng đứng xác định tan β = a , g lực căng VTCB T = (mg ) + ( ma ) • Khi xe trượt xuống mặt phẳng nghiêng góc α với hệ số ma sát µ a = g (sin α − µ cosα ) Từ hình vẽ tính VTCB dây treo tạo với phương thẳng đứng góc β , lực căng VTCB xác định T = (mg ) + ( ma ) + 2m2 ga cos(900 + α ) = (mg ) + ( ma) − 2m ga sin α Góc xác định cosβ = (mg ) + T − (ma ) 2mgT Treo lắc lên trần thang máy chuyển động lên nhanh dần với gia tốc a + Thang máy chuyển động vật vị trí biên góc lệch cực đại không đổi α0’= α0 + Thang máy chuyển động vật vị trí cân không đổi tức mvm2 ax = mgl (1 − cosα ) = mg 'l (1 − cosα 0' ) với g ' = g + a Rút α0’ + Thang máy chuyển động vật vị trí dây lệch góc α độ biến thiên độ biến thiên tức mg ' l (1 − cosα '0 ) − mgl (1 − cosα ) = mg ' l (1 − cosα ) − mgl (1 − cosα ) cosα '0 = cosα − g (cosα − cosα ) Rút α0’ g' Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” + Vận tốc vật trước chạm sàn Bảo toàn cho hai điểm A, B l mv mgl = mg + ⇔ v = gl 2 + Va chạm đàn hồi nên sau vật bật ngược trở lại với tốc độ v nên vật tham gia chuyển động ném xiên góc α so với mặt phẳng ngang với tan α = Vận dụng: Lớp 11: - Bài toán hai cầu nhiễm điện dấu treo vào hai sợi dây nhẹ, không dãn, cách điện vào điểm chương điện tích điện trường - Bài toán dây dẫn mang dòng điện đặt từ trường treo hai sợi dây nhẹ, không dãn, cách điện chương từ trường - Bài toán kim loại quay từ trường với tốc độ góc không đổi ω chương cảm ứng điện từ Lớp 12: - Bài toán lắc đơn với góc lệch cực đại bé 100 chương dao động học Bài 2: Bài toán lắc lò xo tổng quát Bài toán: Con lắc lò xo khối lượng m độ cứng Đặt lắc nằm ngang k m a) Khi vật vị trí cân truyền cho vật vận tốc v hướng dọc theo trục lò xo Xác định độ nén cực đại lò xo Nếu v0 tạo cách cho vật khối lượng m’(m’>m) chuyển động với vận tốc v đến va chạm với m v0 bao nhiêu? Xét hai trường hợp - Va chạm mềm - Va chạm trực diện đàn hồi b) Đưa vật đến vị trí lò xo dãn đoạn A thả nhẹ không tốc độ đầu Khi vật đến vị trí lò xo dãn đoạn A/2 giữ chặt điểm lò xo Xác định độ dãn cực đại lò xo lúc c) Cho giá gắn lắc quay tròn mặt phẳng nằm ngang với tốc độ góc không đổi ω Xác định độ biến dạng lò xo vật vị trí cân giả thiết lò xo có chiều dài tự nhiên l0 Con lắc lò xo đặt thẳng đứng a) Xác định độ biến dạng lò xo vật vị trí cân b) Từ vị trí cân đưa vật đến vị trí cách vị trí cân đoạn A buông nhẹ Xác định Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn k m “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” - Chiều dài cực đại cực tiểu lò xo trình vật dao động giả thiết chiều dài tự nhiên lò xo l0 - Lấy mốc thời gian buông vật Tính quãng đường vật Wđ = Wt lần thứ - Lực đàn hồi tác dụng lên vật vật cách vị trí cân đoạn x, lực đàn hồi cực đại, cực tiểu - Treo lắc lên trần thang máy Xác định biên độ dao động vật thang máy lên: thẳng đều, nhanh dần với gia tốc a, chậm dần với gia tốc a Vận dụng : Vào hầu hết toán lắc lò xo lớp 12 phục vụ thi học sinh giỏi cấp tỉnh thi T.H.P.T Quốc gia môn Vật lí Hướng dẫn: Giáo viên cần hướng dẫn để học sinh phân tích toán nhằm nhận kiến thức liên quan Từ vận dụng kiến thức vào việc giải toán với mức độ từ vận dụng thấp đến mức độ vận dụng cao Từ việc xây dựng kết tổng quát cho câu đơn giản đến việc mô tả định hướng suy nghĩ đến quen biết cho câu phức tạp, khó nhằm giúp học sinh tiết kiệm thời gian học chương dao động học phần Vật lí 12 Giải tóm tắt: Con lắc lò xo nằm ngang a) + Hệ gồm lắc trái đất hệ kín + Chọn mốc tính VTCB + Bảo toàn cho điểm biên điểm cân mv02 m = kA ⇔ A = v0 A độ nén cực đại lò xo VTCB lò 2 k xo không biến dạng + Nếu kích thích va chạm với m’ = m1; m = m2 mv - Va chạm mềm: v0 = m + m 2m v - Va chạm trực diện đàn hồi: v0 = v '2 = m + m b) + Do độ dãn lò xo phân bố nên lò xo dãn đoạn A/2 nửa lò xo dãn đoạn A/4 + Do độ cứng lò xo tỉ lệ nghịch với chiều dài tự nhiên lò xo nên nửa lò xo có độ cứng 2k Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 10 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” + Giữ điểm lò xo tức giữ lại phần đàn hồi lò xo + Biểu thức bảo toàn lúc A kA − (2k )( ) = (2k ) A '2 ⇔ A ' = A Do VTCB lò xo không 2 2 biến dạng nên A’ độ dãn cực đại lò xo c) + Chọn hệ qui chiếu gắn quay vật chịu tác dụng đồng thời 4ur lực trọng lực, lực quán tính, lực đàn hồi, phản lực thỏa mãn ur uur uuu r r P + Q + Fqt + Fdh = + Chiếu theo phương mω (l0 + ∆l ) − k ∆l = ⇔ ∆l = trục lò xo ta mω l0 k − mω 2 Con lắc lò xo thẳng đứng a) + Ở VTCB lò xo chịu tác dụng đồng thời hai lực trọng lực ur uuu r r lực đàn hồi ( lò xo dãn) thỏa mãn P + Fdh = ⇔ mg − k ∆l = ⇔ ∆l = mg k b) + Từ VTCB đưa lò xo xuống đoạn A thả nhẹ vị trí biên dao động điều hòa + Chiều dài cực đại cực tiểu lò xo lmax = l0 ± ∆l + A ; lmin = l0 ± ∆l − A ( Cộng ∆l VTCB lò xo dãn, trừ ∆l VTCB lò xo nén) + Lấy chiều dương chiều từ xuống Khi Wđ = Wt tức x = ± Mốc thời gian ta thả vật nên W đ = Wt lần thứ x = thứ Quãng đường vật S = A + A A lần A + Lực đàn hồi tác dụng lên vật vật cách VTCB đoạn có tọa độ x Fdh = k l − l0 = k (∆l + x ) +Treo lắc lên trần thang máy không phụ thuộc gia tốc trọng trường biểu kín nên biên độ dao động không phụ thuộc vào chuyển động thang máy Bài 3: Ứng dụng nâng cao Ví dụ 1: Quả cầu nhỏ ( xem chất điểm) có khối lượng m = 500 gam treo vào điểm cố định dây treo mảnh, nhẹ, có chiều dài L = 1,0 m Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 11 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Kéo cầu tới vị trí dây treo tạo với phương thẳng đứng góc α buông nhẹ Lấy g = 10m/s2 Bỏ qua ma sát a) Cho α = 900 Hãy xác định lực căng dây, vận tốc gia tốc cầu qua vị trí mà dây treo tạo với phương thẳng đứng góc β = 300 b) Khi cầu qua vị trí cân bằng, dây treo vướng đinh điểm I cách khoảng b = 0,7m Xác định góc α để cầu thực chuyển động tròn mặt phẳng thẳng đứng quanh I Giải tóm tắt a) + Bảo toàn với gốc VTCB: mv mgL - mgL(1-cos β ) = 2 ⇔ v = gL cos β = 10 ≈ 4,16(m / s) I I1 + Áp dụng định luật II Niu tơn: T-mgcos β = mv m ⇒ T = mg cos β + gl cos β = 3mg cos β = 13 N l l + Gia tốc tiếp tuyến : at =gsin β = 5m/s2 + Gia tốc pháp tuyến: an = v2 = g cos β = 10 3m / s l + Gia tốc toàn phần: a = at + an = 18m / s uruu r + Hướng (a;an ) = ϕ với tan ϕ = at = 0, 29 an b) + Gọi v1 vận tốc cầu vị trí cao quỹ đạo tròn tâm I,bán kính R mv12 α ) ⇒ v12 = gl (1 − cosα ) − gR (1) mgl(1- cos - mg2R = + Điều kiện để cầu quay quanh I mặt phẳng thẳng đứng là: 5R mv12 = 0, 25 − mg ≥ (2) Suy : cos α ≤ − T= 2l R Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn ⇔ α ≥ 75,50 12 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Ví dụ 2: Một vòng nhẫn nhỏ luồn qua sợi mảnh, trơn, không dãn, dài L Hai đầu sợi buộc vào hai điểm cố định A, B cách AB = l < L AB tạo với phương ngang góc α (hình vẽ ) Từ A thả cho vòng nhẫn bắt đầu trượt xuống dọc sợi B Cho gia tốc trọng trường g Tính tốc độ lớn vòng nhẫn A α Hình vd2 Giải tóm tắt + Do cấu tạo hệ nên tồn vị trí thấp B vị trí cân bền vòng nhẫn Tại có     P + T1 + T2 = với T1 = T2 = T α A  T1 Chiếu lên phương ngang ta M H β γ  T2 T1sinβ = T2sinγ ⇔ β = γ  P O OM phân giác góc AOB sinβ AH.AM AM l l = = = ⇔ sinβ = cosα (*) cosα AO.AH AO L L + Mặt khác h = OH = OB.cosβ − lsinα = (L − OA)cosβ − lsinα = Lcosβ − OH − lsinα ⇒ 2h = Lcosβ − lsinα ⇒ h = l Lcosβ − lsinα L 1-sinβ2 − sinα = (**) 2 L l lsinα = + Thay (*) vào (**) ta h = −  cosα  − 2 L  L2 − l cos α − l sin α + Định luật bảo toàn ta tính vận tốc nhẫn O v = 2gh = g L2 − l 2cos 2α − glsinα Ví dụ 3: Một vật có khối lượng m rơi tự từ độ cao H xuống đĩa cân lò xo Vật thực dao động Lò xo có độ cứng k Xác định biên độ dao động m vật Xét hai trường hợp a) Bỏ qua khối lượng đĩa cân H b) Khối lượng đĩa cân M Giải tóm tắt k a) Bỏ qua khối lượng đĩa cân + Con lắc khối lượng m Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 13 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” mg k − mg x0 = ; v0 = gH k + Ở VTCB lò xo nén ∆l = + Điểm kích thích + Điểm xét x = A; v = + Bảo toàn cho điểm kích thích điểm xét 2 mg 2kH kA = kx0 + mv0 Rút A = 1+ 2 k mg b) Đĩa cân có khối lượng M + Con lắc có khối lượng (M+m) (m + M ) g k m gH − mg mv x0 = ; v0 = = k m+M m+M + Ở VTCB lò xo nén ∆l = + Điểm kích thích + Điểm xét x = A; v = + Bảo toàn cho điểm kích thích điểm xét 2 mg 2kH kA = kx0 + mv0 Rút A = 1+ 2 k (m + M ) g Ví dụ 4: Con lắc lò xo thẳng đứng gồm vật có khối lượng m lò xo có độ cứng k Dùng ván giữ vật vị trí lò xo không biến dạng, sau cho ván chuyển động xuống với gia tốc không đổi a0= 2g/5 Sau tính từ ván chuyển động vật không ép lên giá đỡ ,,,,,,,, Giải tóm tắt + Xét hệ qui chiếu gắn với ván + ur uur uuu r ur r P + Fqt + Fdh + Q = ma ⇔ mg − ma0 − k ∆l1 − Q = ma K m G + Để vật bắt đầu không ép lên ván a = Q = Rút m( g − a0 ) 3mg = k 5k 3m ≈ 0,17( s) + Mặt khác ∆l1 = a0t Kết hợp với rút t = k ∆l1 = IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Thông qua tiến hành nghiên cứu lớp 12 khối A hai năm liên tục với đề tài “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Tôi thu số kết đa số em hiểu chất vấn đề vận dụng linh hoạt kiến thức hai toán vào đề thi học sinh giỏi Vật lí lớp 10, thi tốt nghiệp THPT Quốc gia, học sinh giỏi cấp Để chứng minh xin đưa minh chứng sau: Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 14 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Kết khảo sát chất lượng vật lí 12 đầu năm ba lớp khối A trường T.H.P.T Bỉm Sơn năm 2011 phần lắc đơn lắc lò xo Lớp Số kiểm tra Giỏi Trung bình Khá Yếu Kém SL % SL % SL % SL % SL % 12A2 42 0 10 23,8 20 47,7 19 9,5 12A4 44 2,3 13 29,5 18 38,7 10 22,7 6,8 12A7 45 8,9 18 40 20 44,4 6,7 0 Kết khảo sát chất lượng vật lí 12 đầu năm ba lớp khối A trường T.H.P.T Bỉm Sơn năm 2012 phần lắc đơn lắc lò xo Lớp Số kiểm tra Giỏi Khá Trung bình Yếu Kém SL % SL % SL % SL % SL % 12A4 40 10 12 30 19 47,5 12,5 0 12A8 45 13,3 17 37,8 16 35,6 13,3 0 12A9 48 16,7 21 43,8 17 35,4 4,1 0 Đối chứng kết kiểm tra kì hai năm học liên tiếp với chất lượng lớp gần tương đương thực hai cách dạy khác Năm 2011 dạy theo cách giải toán SGK, năm 2012 dạy theo cách hai toán tổng quát từ lớp 10 thấy kết có chiều hướng tốt thể tỉ lệ học sinh đạt điểm khá, giỏi tăng mạnh, tỉ lệ yếu giảm không đáng kể Điều khẳng định tính phù hợp sáng kiến kinh nghiệm việc làm tài liệu tham khảo cho Thầy Cô giảng dạy em học sinh giỏi Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 15 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT: 3.1 Kết luận: Thông qua tìm hiểu phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Trong số năm, đặc biệt phạm vi rộng hai năm học 2011 - 2012 2012 - 2013 tự nhận thấy - Đối với giáo viên, sáng kiến kinh nghiệm tài liệu quan trọng công tác giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi lớp 10 lớp 12 phần học góp phần giải gần hết câu hỏi chốt đề thi phần học từ lớp 10 - Đối với học sinh khá, giỏi, sáng kiến kinh nghiệm giúp cho em kỹ tư duy, suy luận lôgíc để chủ động, tự tin vào thân việc giải tập hay tượng vật lý khác mà em gặp sống Từ kết nghiên cứu, thân rút học kinh nghiệm sau: - Đối với giáo viên, dạy lớp học sinh có lực phải không ngừng tìm tòi, sáng tạo để nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ sư phạm cho thân, phải ý việc phát triển tư cho học sinh thông qua giảng lí thuyết, thông qua giải tập từ đơn giản đến phức tạp Từ tập cho em cách phân tích, tổng hợp, xử lí thông tin để hiểu sâu hơn, ham mê môn học ứng dụng môn học vào sống Tất nhiên cần lựa chọn đối tượng để áp dụng cho hợp lí, tránh ôm đồm - Đối với học sinh muốn trở thành học sinh giỏi thật khả thân cần phải ý giảng tưởng đơn giản Thầy cô Bởi cách giúp em nghe để làm, để phát triển, để học cách phân tích, xử lí tình khác, nghĩa học để làm mười 3.2 Đề xuất: Nhằm giúp đỡ Thầy cô nâng cao kinh nghiệm, tay nghề việc dạy học, giúp em học sinh biết cách tư lôgíc, phân tích, tổng hợp, xử lí thông tin Theo tôi, hàng năm phòng trung học phổ thông thuộc Sở giáo dục đào tạo cần lựa chọn cung cấp cho trường phổ thông số sáng kiến, viết có chất lượng, có khả vận dụng cao để Thầy cô có hội học hỏi thêm đồng nghiệp, có hội phát triển thêm sáng kiến để tự người tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với mình, phù hợp với đối tượng học sinh Đây hội để sáng kiến phát huy tính khả thi theo tên gọi nó, hội để Thầy cô giao lưu Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 16 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” với mặt kiến thức, phương pháp giảng dạy để đưa giáo dục tỉnh nhà lên tầm cao Trên số kinh nghiệm suy nghĩ thân tôi, khiếm khuyết Rất mong hội đồng khoa học, đồng nghiệp nghiên cứu, bổ sung góp ý để đề tài hoàn thiện hơn, để kinh nghiệm thực có ý nghĩa có tính khả thi Tôi xin chân thành cảm ơn! XÁC NHẬN CỦA Thanh Hóa, ngày 20 tháng 05 năm 2016 THỦ TRƯỞNG ĐƠN VI Tôi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Người viết sáng kiến Phạm Thị Hiền Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 17 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” Tài liệu tham khảo Sách giáo khoa Vật lý 10-NXB-GD-Năm 2008 252 toán học-Nguyễn Anh Thi-NXB-GD-Năm 2006 Tuyển tập đề thi Olympic 30-4 lần thứ VIII-Năm 2002-NXB-GD Tuyển tập đề thi Olympic 30-4 lần thứ XI-Năm 2003-NXB-GD Tuyển tập đề thi Olympic 30-4 lần thứ XV-Năm 2011-NXB-GD Tuyển tập đề thi Olympic 30-4 lần thứ XVI-Năm 2012-NXB-GD Giáo trình vật lý-Ngô Quốc Quýnh-NXB Đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội Giáo trình vật lí đại cương tập phần nhiệt- Nguyễn Xuân Chi- NXB Bách khoa Hà Nội Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 18 “Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10” MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận đề tài 2.2 Thực trạng đề tài 2.3 Giải pháp thực Kết luận đề xuất 16 3.1 Kết luận 16 3.2 Đề xuất 16 Giáo viên: Phạm Thị Hiền – Trường THPT Bỉm Sơn 19 ... Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nhằm tranh thủ thời gian học Vật lí lớp 10, tiết kiệm thời gian học Vật lí 11, 12 cho học sinh. .. Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10 - Chiều dài cực đại cực tiểu lò xo trình vật dao động giả thiết chiều dài tự nhiên lò xo l0 - Lấy mốc thời gian buông vật. .. Phát triển tư học sinh khá, giỏi qua toán lắc đơn lắc lò xo Vật lí 10 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT: 3.1 Kết luận: Thông qua tìm hiểu phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm Phát triển tư học