Vận dụng định luật bảo toàn năng lượng giải bài toán dao động tắt dần trong chương trình vật lý 12

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT LÊ VĂN HƯU h SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN SKKN Người thực hiện: Chức vụ: Đơn vị công tác: SKKN thuộc lĩnh vực (môn): THANH HÓA, NĂM 2016 Dương Đình Tú Giáo viên THPT Lê Văn Hưu Vật lý MỤC LỤC Trang THANH HÓA, NĂM 2016 MỤC LỤC A MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .1 B NỘI DUNG ĐỀ TÀI .2 Cơ sở lý luận 2 Thực trạng vấn đề Phương pháp sử dụng để giải vấn đề C KẾT LUẬN 17 Kết luận .17 Kiến nghị đề xuất .17 A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Chương dao động học có vị trí vai trò quan trọng chương trình vật lí lớp 12, với đặc điểm chương trình phần có liên quan đến kiến thức lớp nhiều nhất, đặc biệt chương trình lớp 10 Do vậy, chương dao động học vài phần khó chương trình, thời gian gần hầu hết câu khó, câu có tính chất phân loại học sinh giỏi đề thi trung học phổ thông Quốc gia phần lớn thuộc phần dao động học Nhằm giúp học sinh giải tốt tập chương dao động học nói chung bào tập phần dao động tắt dần nói riêng, đồng thời giúp em chuẩn bị tốt cho kì thi cuối cấp kì thi trung học phổ thông quốc gia Trong trình giảng dạy, phân loại số tập dao động tắt dần bản, hay khó thường gặp, từ đưa số phương pháp giải cụ thể để giúp em có cách hiểu cụ thể, hiểu sâu chất vấn đề từ giải tốt tập dao động tắt dần Mục đích nghiên cứu Vận dụng kiến thức học lớp 10 kiến thức dao động tắt dần 12 để hướng dẫn học sinh giải tập phần dao động tắt dần chương trình vật lí lớp 12, góp phần phát huy tính tích cực chủ động cho học sinh trình học tập Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông hành, dạng tập phần dao động học tắt dần chương trình vật lí lớp 12, hệ thống hóa dạng tập phương pháp giải tập phần - Quá trình tiếp nhận kiến thức học sinh lớp 12 thông qua tiết dạy tập Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp tổng kết kinh nghiệm - Phương pháp thực nghiệm sư phạm B NỘI DUNG ĐỀ TÀI Cơ sở lý luận Vật lý môn khoa học giúp học sinh nắm qui luật vận động giới vật chất tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ qui luật Bài tập vật lý phương tiện để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả độc lập suy nghĩ hành động, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn sống học sinh Xuất phát từ quan điểm thân trình dạy học hướng dẫn cho học sinh học tập thông qua tập nhận thức Để hướng dẫn học sinh giải tập, dao động tắt dần chương dao động môn vật lí lớp 12; trước hết giáo viên phải hệ thống lại số kiến thức lớp 10 lý thuyết dao động tắt dần lớp 12 a Một số kiến thức lớp 10: - Độ lớn lực ma sát trượt: Fms = μN Trong μ hệ số ma sát trượt N áp lực vuông góc lên mặt tiếp xúc Nếu mặt tiếp xúc nằm ngang N = P = mg Nếu mặt tiếp xúc nằm nghiêng N = Pcosα - Công thức tính công học: Công A lực F không đổi đại lượng đo tích độ lớn lực với hình chiếu độrdời điểm đặt phương lực r r r A = F.s = F.s.cosα Trong α góc hợp F s - Định luật bảo toàn lượng: ● Cơ vật chịu tác dụng lực (trọng lực, lực đàn hồi,…) bảo toàn ● Nếu lực vật chịu tác dụng lực lực thế, vật không bảo toàn - Định lý động năng: Độ biến thiên đông tổng công ngoại lực tác dụng lên vật - Định lý biến thiên năng: Độ biến thiên tổng công lực lực b Lý thuyết dao động tắt dần lớp 12: - Định nghĩa: Là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian - Nguyên nhân: Do vật dao động môi trường chịu lực cản môi trường - Đặc điểm: + Cơ vật giảm dần chuyển hóa thành nhiệt + Tùy theo lực cản môi trường lớn hay nhỏ mà dao động tắt dần xảy nhanh hay chậm Trong nước Trong Trong dầu nhớt - Tác dụng: + Dao động tắt dần có lợi: Bộ phận giảm sóc xe ôtô, xe máy… kiểm tra, thay dầu nhớt + Dao động tắt dần có hại: Dao động lắc đồng hồ, phải lên dây cót thay pin - Các công thức dao động tắt dần: + Độ giảm biên độ sau nửa chu kì: ∆A' = A − A' 1 K ( A − A' ) = K ( A + A' )( A − A' ) = Fms ( A + A' ) = µmg ( A + A' ) 2 ∆A' = 2µmg K + Độ giảm biên độ sau chu kì: + Số dao động thực được: + Thời gian dao động vật: N= ∆A = µmg K A K A = ∆A µmg τ = N T = K A 2π µmg m πωA = K µg + Quãng đường vật dừng: KA = Fms S = µmg S + Vị trí vật có vận tốc cực đại: x0 = KA S= µmg Fc = Fhp => μ.m.g = K.x0 => µmg K + Vận tốc cực đại dao động đạt vị trí x0 : 1 KA = mv + Kx02 − µmg ( A − x0 ) 2 ⇒ mv = KA − Kx02 − µmg ( A − x0 ) ⇒ mv = KA − Kx 02 − Kx0 ( A − x0 ) = K ( A − x0 ) ⇒v = ( A − x0 ) K = ( A − x0 )ω m Thực trạng vấn đề Trong trình dạy học môn vật lý phổ thông đặc biệt giảng dạy phần dao động học chương trình vật lý 12, thấy đa phần học sinh gặp khó khăn việc giải tập dao động tắt dần tập cần phải vận dụng kiến thức học lớp 10 Những tập dạng đòi hỏi học sinh phải nắm bắt tượng xảy vận dụng kiến thức phần học để giải toán Phương pháp sử dụng để giải vấn đề Trong trình giảng dạy, phân loại số tập dao động tắt dần bản, hay khó thường gặp, từ đưa số phương pháp giải cụ thể để giúp em có cách hiểu cụ thể, hiểu sâu chất vấn đề từ giải tốt tập dao động tắt dần Bài tập ví dụ: Ví dụ 1: Một lắc lò xo dao động tắt dần sau chu kì biên độ giảm 2,5 % Tính phần lượng mà lắc sau dao động toàn phần Hướng dẫn giải: kA * Năng lượng sau chu kì: W’ = kA '2 * Năng lượng ban đầu: W =  A' Do A’ = 0,95A, theo ta có  ÷ = 0,975 ≈ 0,95 = 95 % A Vậy lượng sau chu kì % Ví dụ 2: Một lắc lò xo có độ cứng k = 10 N/m, vật nặng có khối lượng m = 100 g dao động mặt phẳng nằm ngang, hệ số ma sát vật mặt phẳng nằm ngang µ = 0,1 Kéo vật khỏi vị trí cân cm buông Tính tốc độ lớn vật trình dao động Hướng dẫn giải: Dao động vật dao động tắt dần, vật có tốc độ lớn qua vị trí cân tạm thời lần thứ Cách 1: Áp dụng định luật bảo toàn lượng: 1 kA = mv + kx + µmg(A − x) 2 1 Suy ra: mv = k(A − x ) - µmg(A − x) 2 ⇔ v2 = k(A − x ) - µmg(A − x) (1) m Tại vị trí mà tốc độ v lớn nhất, ta có x0 = dv = Lấy đạo hàm (1) ta suy dt µmg = 0,01 m = cm k Thay x = x0 vào (1) ta vmax = 40 cm/s Cách 2: Ta xác định vị trí cân tạm thời lần O’ cách vị trí cân (lò xo không biến dạng) O x = O’O, vật có tốc độ lớn qua vị trí cân tạm thời lần thứ µmg Tại O’ ta có kx0 = µ mg ⇔ x0 = = 0,01 m = cm k Áp dụng định luật bảo toàn lượng: 1 kA = mv max + kx + µmg(A − x ) 2 Từ thay số ta vmax = 40 cm/s Ví dụ 3: Một lắc lò xo có thông số: m = 0,3 kg; k = 300 N/m Vật dao động mặt phẳng nằm ngang, hệ số ma sát vật mặt phẳng nằm ngang µ = 0,1, lấy g = 10 m/s2 a Kéo vật khỏi vị trí cân theo phương ngang đoạn x = cm buông Tính độ giảm biên độ dao động sau chu kì b Tính số dao động mà vật thực dừng hẳn c Tính tổng công thực lực ma sát trình dao động lắc Hướng dẫn giải: a - Ở chu kì dầu tiên: W1 = - Ở chu kì thứ hai: W2 = kA12 kA22 Độ giảm sau chu kì: ∆ W = W1- W2 = 1 k(A12 - A22) = k( A12 A2)(A1 + A2) Với ∆ A = A1 – A2 độ giảm biên độ sau chu kì, xem A + A2 ≈ 2A1 ta có ∆W = ∆W k.2A1 ∆ A ⇔ ∆ A = kA (*) Mặt khác ∆ W = A ms = 4A1 µ mg Thay vào (*) ta được: ∆A= 4A1µmg 4µmg 4.0,1.0,3.10 = = = 4.10−3 m kA1 k 300 b Số chu kì ( số dao động) vật thực trình dao động N= A 4.10−2 = = 10 ( dao động) ∆A 4.10−3 c Tổng công thực lực ma sát trình dao động ∑A ms 1 = − kA 02 = - 300.0, 042 = - 0,24 J 2 Ví dụ 4: Một lắc đơn có chu kì T = s, vật nặng có khối lượng m = kg Con lắc đưa tới góc lệch α = 40 Con lắc dao động tắt dần chậm với lực cản có độ lớn không đổi Sau 16 phut 40 giây lắc dừng hẳn Tính độ lớn lực cản Hướng dẫn giải: Dao động lắc tắt dần chậm, xem lắc dao động điều hòa chu kì biên dộ giảm dần tời 1 mω S02 = mglα 02 2 1 - Ở chu kì thứ hai: W2 = mω S12 = mglα12 2 - Ở chu kì đầu tiên: W1 = - Năng lượng giảm sau chu kì: W1 – W2 = mgl(α 02 − α12 ) = mgl(α − α1 )(α + α1 ) Xem α + α1 ≈ 2α Đặt ∆ α = α − α1 (Độ giảm biên độ sau chu kì) Suy ra: ∆W= mglα ∆α - Mặt khác độ lớn công lực cản: A c = Fc.4S0 = Fc.4l α Áp dụng định luật bảo toàn lượng ∆ W = A c ⇔ mgl α ∆α = Fc 4lα ⇔ Fc = mg∆α (*) - Theo số đao động lắc thực thời gian t N = t 16.60 + 40 = = 50 T Từ suy ra: ∆α = α0 mgα ≈ 1,05 (N) Thay số vào (*) ta Fc = N 4N Ví dụ 5: Một lắc đơn kéo khỏi vị trí cân góc α = 0,1 rad buông không vận tốc ban đầu Trong trình dao động lực cản tác dụng lên lắc không đổi có giá trị Fc = trọng lượng vật Tìm số 1000 lần lắc qua vị trí cân dến dừng hẳn Hướng dẫn giải: Bài sử dụng cách giải trước đó, chu kì lắc qua vị trí cân lần Tuy nhiên, số lần lắc qua vị trí cân số lẻ nên ta trình bày theo cách sau: - Giả sử thời điểm lắc vị trí biên ứng với biên độ góc α1 , sau qua vị trí cân sang vị trí biên đối diện biên độ góc lại α + Độ giảm lượng tương ứng ∆ W = W1 – W2 = mgl( α12 − α 22 ) + Công lực cản có độ lớn A c = Fcl( α1 + α ) Áp dụng định luật bảo toàn lượng ta có ∆ W = A c ⇔ mgl( α12 − α 22 ) = Fcl( α1 + α ) ⇔ mg( α1 − α ) = 2Fc - Vậy độ giảm biên độ qua vị trí cân lần là: ∆α = α1 − α = 2Fc 2.mg.10−3 = 0, 002 rad = mg mg α0 0,1 - Suy số lần lắc qua vị trí cân N = ∆α = 0, 002 = 50 lần Ví dụ 6: Một lắc lò xo nằm ngang dao động tắt dần Người ta đo độ giảm tương đối biên độ chu kì % Hãy tính độ giảm tương đối đàn hồi tương ứng Hướng dẫn giải: - Gọi biên độ chu kì A1, biên độ chu kì thứ A3 Theo ta có: A1 − A A = 8% = 0, 08 ⇔ − = 0,08 A1 A1 A Hay ⇔ A = − 0, 08 = 0,72 - Gọi tương ứng chu kì Wt1, chu kì thứ Wt3 Ta có Wt1 = 1 kA12, Wt3 = kA32 2 A  W W ∆W Wt1 − Wt3 = = - t3 ⇔ t3 = −  ÷ Suy ra: Wt1 Wt1 Wt1 Wt1  A1  ∆W t Vậy: W = − 0,92 = 1,54 = 15,4 % t1 Ví dụ 7: Con lắc lò xo nằm ngang gồm vật nhỏ khối lượng m = 100 g, lò xo có độ cứng 10 N/m dao động mặt phẳng nằm ngang có hệ số ma sát µ = 0,2 Lấy g = 10 m/s Đua vật tới vị trí lò xo bị nén 10 cm thả nhẹ Ngay sau thả vật chuyển động theo chiều dương Tốc độ cực đại vật trình chuyển động theo chiều âm lần bao nhiêu? Hướng dẫn giải: M O O’ N x Giả sử ban đầu lắc M sau chuyển động theo chiều dương tới N đổi chiều chuyển động, vật nặng tới O’ (O’ vị trí cân mới, vị trí hợp lực tác dụng lên vật 0, O vị trí lò xo không biến dạng) thí đạt tốc độ cực đại u r ur r r r - Xác định vị trí O’: P + N + Fdh + Fms = ⇔ k.OO' = µmg ⇔ OO' = µmg = 0,02 m = cm k - Áp dụng định luật bảo toàn lượng cho hai vị trí M N: 1 k.OM2 = k.ON2 + µ mg( ON + OM) ⇔ ON = 0,06 m = cm 2 - Áp dụng định luật bảo toàn lượng cho hai vị trí N O’: Ta có: 1 k.ON2 = k.OO’2 + m vO'2 + µ mg.O’N 2 Thay số vào ta được: vO ' = 0,4 m/s Ví dụ 8: Một lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng m = 100 g, lò xo nhẹ có độ cứng k = 100 N/m dao động tắt dần chậm mặt phẳng ngang Biết biên độ giảm a = mm sau chu kì Lấy g = 10 m/s Tính hệ số ma sát giũa vật mặt phẳng ngang Hướng dẫn giải: -A0 ● O ● A ▪ ●0 A1 x Xét 1/2 chu kì đầu tiên, giả sử vật từ vị trí biên -A đến vị trí biên A1 (hình bên) Áp dụng định luật bảo toàn lượng cho hai vị trí –A A1 ta có: 1 kA 02 = KA12 + A ms với Ams = μmg (A0 + A1) 2 1 Suy ra: k(A 02 - A12 ) = μmg(A + A1 ) ⇔ k(A - A1 ) = μmg 2 a ka 100.10−3 ⇔ ⇒ ka = μmg μ = = Chú ý A0 – A1 = = 0,05 4mg 4.0,1.10 Ví dụ 9: Một lắc lò xo dao động mặt phẳng nằm ngang gồm vật nặng có khối lượng m = 100 g, lò xo nhẹ có độ cứng k = 10 N/m, hệ số ma sát vật mặt phẳng ngang μ = 0,1 Ban đầu vật kéo khỏi vị trí cân đoạn A0 = cm buông nhẹ Tính thời gian từ lúc bắt đầu cho dao động dừng hẳn Hướng dẫn giải: Cách 1: - Nhận xét: Do vật chuyển động mặt phẳng có ma sát nên vị trí cân tạm thời trình dao động vị trí cân ban đầu (ứng với trạng thái xo không biến dạng), toán có phức tạp chút - Theo kết 8, độ giảm biên độ sau nửa chu kỳ: a = 2μmg = k 2.0,1.0,1.10 = 0,02 m = cm 10 - Biên độ dao động sau nửa chu kì thứ n An = A0 – na Ta có: An ≥ suy A - na ≥ ⇔ n ≤ A0 = = a 4,5 - Do n nguyên nên ta chọn n = , li độ vật A = A0 – 4a = – = cm vị trí vật dừng lại, lúc ta có: Fms = kA4 T m - Thời gian vật dao động τ = n , với T = 2π = 0,2 π (s) Vậy k τ = 0,4π (s) Cách 2: - Độ giảm biên độ sau chu kì: ΔA = 4μmg k - Số chu dừng hẳn là: A kA 10.0,09 N = ΔA = 4μmg = 4.0,1.0,1.10 = 2,25 - Chú ý rằng: + Nếu N nguyên ta có kết τ = NT + Nếu N không nguyên, ta phải tính cách Ví dụ 10: Một lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng m = 200 g, lò xo nhẹ có độ cứng k = 20 N/m Con lắc dao động mặt phẳng ngang với hệ số ma sát μ = 0,1 Ban đầu kéo vật khỏi vị trí cân cho lò xo bị nén khoảng 10 cm so với vị trí lò xo không biến dạng buông nhẹ Tính quãn đường mà vật dừng lại Hướng dẫn giải: - Tương tự trên: + Độ giảm biên độ sau nửa chu kỳ: a = 2μmg 2.0,1.0, 2.10 = = 0,02 m = k 20 cm + Biên độ dao động sau nửa chu kì thứ n An = A0 – na Ta có: An ≥ suy A - na ≥ ⇔ n ≤ A0 10 = = a - Vậy sau lần dao động nửa chu kì, vật dừng lại vị trí cân (lò xo không biến dạng), nên quãng đường vật dừng lại xác định sau + sau 1/2 chu kì đầu : A1 = A0 – a suy ra: s1 = 2A0 – a + sau 1/2 chu kì thứ 2: A2 = A1- a = A0 – 2a suy ra: s2 = A1 + A2 = 2A0 – 3a + sau 1/2 chu kì thứ n: An = An-1 – a = A0 – na, suy sn = An-1 + An = 2A0 – (2n 1)a n Quãng đường tổng cộng S = ∑s i=1 = i = n.2A - a [ + + + (2n - 1) ] = n.2A0 – a.n2 n(2A0 – na) Thay số ta S = 50 cm - Chú ý: vật dừng lại vị trí cân nên ta áp dụng kA 02 20.0,12 = định luật bảo toàn sau: kA = A ms = μmgs ⇔ s = = 2μmg 2.0,1.0,2.10 0,5 m = 50 cm Ví dụ 11: Một lắc lò xo có khối lượng vật nặng m = 100 g, lò xo có độ cứng k = 10 N/m, dao động tắt dần chậm mặt phẳng nằm ngang có hệ số ma sát trượt μ = 0,1 Kéo vật tới vị trí lò xo giãn đoạn A = 9,5 cm buông nhẹ Lấy g = 10 m/s2 Vị trí mà vật dừng lại quãng đường vật từ lúc ban đầu 10 dừng bao nhiêu? Hướng dẫn giải: + Theo độ giảm biên độ sau nửa chu kì: a= 2μmg 2.0,1.0,1.10 = = 0,02 m = cm k 10 + Biên độ dao động quãng đường sau nửa chu kì là: Nửa chu kì thứ nhất: A1 = A0 – a = 7,5 cm; s1 = 2A0 – a = 17 cm Nửa chu kì thứ 2: A2 = A0 – 2a = 5,5 cm; s2 = 2A0 – 3a = 13 cm Nửa chu kì thứ 3: A3 = A0 – 3a = 3,5 cm; s3 = 2A0 – 5a = cm Nửa chu kì thứ 4: A4 = A0 – 4a = 1,5 cm; s4 = 2A0 – 7a = cm Nửa chu kì thứ 5: A5 = A0 – 5a = - 0,5 cm; không xảy + Vậy sau thực nửa chu kì dao động, lúc vật có li độ x = A = 1,5 cm, dễ thấy lúc lực đàn hồi vẫn lớn lực ma sát (kA = 0,15 〉 μmg = 0,1), nên vật vẫn tiếp tục chuyển động vị trí cân (vật dừng lại kx = μmg , vị trí cân tạm thời nửa chu kì này) + Ta xác định vị trí vật dừng lại: áp dụng định luật bảo toàn năng: 1 kA 24 = kx + μmg(A - x) , thay số ta x – 2x + 0,75 = phương trình 2 có nghiệm: * x1 = 1,5 cm (loại - vị trí cân tạm thời) * x2 = 0,5 cm Vậy: * Vật dừng lại vị trí có toạ độ x = 0,5 cm ( gốc toạ độ VTCB lúc ban đầu - lò xo không biến dạng; chọn làm mốc năng) * Tổng quãng đường vật S = ∑s i + (A4 – 0,5) = 45 cm i=1 Ví dụ 12: Vật nặng có khối lượng m nằm mặt phẳng nhẵn nằm ngang, nối với lò xo có độ cứng k, lò xo gắn vào A k F m tường đứng điểm A hình 2a Từ thời điểm đó, vật nặng bắt đầu chịu tác dụng H lực không đổi F hướng theo trục lò xo hình vẽ ình 2a a Hãy tìm quãng đường mà vật nặng thời gian vật hết quãng đường kể từ bắt đầu tác dụng lực vật dừng lại lần thứ b Nếu lò xo không không gắn vào điểm A k F M m mà nối với vật khối lượng M hình H ình 2b 11 2b, hệ số ma sát M mặt ngang µ Hãy xác định độ lớn lực F để sau vật m dao động điều hòa Hướng dẫn giải: + Theo cách thông thường: a Chọn trục tọa độ hướng dọc theo trục lò xo, gốc tọa độ trùng vào vị trí cân vật sau có lực F tác dụng hình Khi đó, vị trí ban đầu vật có tọa độ x0 Tại vị trí cân bằng, lò xo k F m x O H ình F k bị biến dạng lượng x0 và: F = −kx0 ⇒ x0 = − Tại tọa độ x độ biến dạng lò xo (x–x0), nên hợp lực tác dụng lên vật là: − k ( x − x0 ) + F = ma Thay biểu thức x0 vào, ta nhận được: F  − k  x +  + F = ma ⇒ − kx = ma ⇒ k  x"+ω x = Trong ω = k m Nghiệm phương trình là: x = A cos(ωt + ϕ ) Vật dao động điều hòa với chu kỳ T = 2π m Thời gian kể từ tác dụng k lực F lên vật đến vật dừng lại lần thứ (tại ly độ cực đại phía bên phải) rõ ràng nửa chu kỳ dao động, thời gian là: t =  x = A cos ϕ = − F ,  k Khi t=0 thì:  v = −ω A sin ϕ = T m =π k A = F ,  k ⇒  ϕ = π Kết luận: Vật dao động với biên độ F/k, thời gian từ vật chịu tác dụng lực F đến vật dừng lại lần thứ T/2 quãng đường lần biên độ dao động Do đó, quãng đường vật thời gian là: S = A = 2F k b Theo câu a biên độ dao động A = F k Để sau tác dụng lực, vật m dao động điều hòa trình chuyển động m, M phải nằm yên Lực đàn hồi tác dụng lên M đạt độ lớn cực đại độ biến dạng lò xo đạt cực đại vật m xa M (khi lò xo giãn nhiều bằng: 12 x0 + A = A ) Để vật M không bị trượt lực đàn hồi cực đại không vượt độ lớn ma sát nghỉ cực đại: k A < µMg ⇒ k Từ suy điều kiện độ lớn lực F: F < F < µMg k µMg Nhận xét: Trong câu a) chuyển động vật nhỏ toán hoàn toàn tương tự lắc lò xo thẳng đứng chịu tác uur uu r dụng “trọng lực hiệu dụng” P ' = F Kết vật dao động điều hoà xung quanh vị trí cân xác định ∆l = F / k (nói cách khác ta có thể hình dung quay mặt phẳng dao động lắc 900, tính chất chuyển động lắc hoàn toàn không thay đổi) - Giải câu a) theo phương pháp suy luận tương tự: + Bây toán hiểu đơn giản từ vị trí cân bằng, đưa lắc vị trí mà lò xo có chiều dài tự nhiên thả Kết lắc dao động điều hoà xung quanh vị trí cân O với biên độ A = ∆l = F m , chu kì T = 2π k k + Quãng đường mà vật nặng vật dừng lại F k + Thời gian vật hết quãng đường s kể từ bắt đầu tác dụng lực vật dừng lại lần thứ khoảng thời gian hai lần vật qua vị lần thứ khoảng cách hai vị trí biên s = A = T m trí biên ∆t = = π k uu r Cách giải cho trường hợp F không đổi suốt trình dao động mà áp dụng giai đoạn nhỏ, miễn giai đoạn đó, tượng vật lý xảy tương tự Ta xét toán sau Ví dụ 13: Một lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,02 kg lò xo có độ cứng k = 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 0,1 Ban đầu giữ vật vị trí lò xo bị nén 10 cm buông nhẹ để lắc dao động tắt dần Lấy g = 10 m/s Tốc độ lớn vật nhỏ đạt trình dao động bao nhiêu? 13 Hướng dẫn giải: C - Do trình chuyển động lắc giảm dần chuyển thành công sinh để thắng công lực ma sát nên vận tốc lắc lớn (tương ứng với động cực đại) trình chuyển động xảy nửa chu kì - Gọi ∆l : độ biến dạng xo lắc vị trí cân động Ta có v o k ∆l = µ mg ⇒ ∆l = µ mg / k - Trong nửa chu kỳ lắc chịu tác dụng lực ma sát có phương, chiều độ lớn Fms = µ mg không đổi Nếu so sánh với lắc lò xo thẳng đứng ta thấy nửa chu kỳ lắc chịu tác dụng “trọng lực hiệu dụng” F = µ mg Như lắc chuyển động giống dao động tử điều hòa xung quanh vị trí cân động với biên độ A = ( 10 − ∆l ) cm , tần số góc ω = k m Vận tốc lớn lắc qua vị trí cân động vmax = Aω = ( 10 − ∆l ) k ( cm / s ) = 40 cm / s m Cần ý nửa chu kỳ lắc “dao động điều hoà” xung quanh VTCB O’ đối xứng với VTCB O vị trí lò xo có chiều dài tự nhiên Ví dụ14: Một lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 100 g lò xo nhẹ có độ cứng 10N/m Vật nhỏ đặt giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò xo Hệ số ma sát trượt giá đỡ vật nhỏ 0,1 Ban đầu giữ vật vị trí lò xo bị dãn cm buông nhẹ để lắc dao động tắt dần Lấy g = 10 m / s Xác định thời gian chuyển động vật từ thời điểm ban đầu đến thời điểm vật qua vị trí lò xo không biến dạng lần thứ Hướng dẫn giải: - Xét nửa chu kỳ đầu tiên, chuyển động vật giống vật dao động điều hòa xung quang vị trí cân O tương ứng với độ dãn lò xo: µ mg ∆l = = 1cm Biên độ dao động A = − 1= cm , k 14 P tần số góc ω = k =10 ( rad / s ) m - Chọn trục Ox hình vẽ, gốc O vị trí cân Gốc thời gian lúc lắc bắt đầu dao động Phương trình dao động vật x = 2cos10t cm - Khi lò xo không biến dạng lần thứ nhất, vật có li độ x = − ∆l = −1cm theo chiều âm Dựa vào mối liên hệ dao động điều hòa chuyển động tròn ta tìm thời gian kể từ lúc vật bắt đầu chuyển động đến vật qua vị trí lò xo không biến dạng lần thứ bằng: α 2π / π ∆t = = = ( s) ω 10 15 Ví dụ15 Một lắc lò xo gồm lò xo nhẹ có độ cứng k = 25N/m vật nặng khối lượng m = 1,0kg Ban đầu vật nặng đặt mặt bàn nằm ngang, lò xo giữ nằm ngang trạng thái không bị biến dạng Sau đó, người ta kéo đầu C lò xo chuyển động thẳng với vận tốc có độ lớn v o = 20cm/s hướng dọc theo trục lò xo (hình vẽ) Cho biết hệ số ma sát nghỉ cực đại hệ số ma sát trượt vật mặt bàn µ = 0,10 a.Tính độ dãn cực đại lò xo b.Tìm thời gian kể từ bắt đầu kéo đến lúc lò xo dãn cực đại lần đầu Hướng dẫn giải v C a Thời điểm vật bắt đầu trượt bàn, lò xo o dãn : Δlo = µ.m.g/k = 4,0cm Xét hệ quy chiếu gắn với C – hệ quy chiếu quán tính, ván chuyển động với tốc độ vo Khi vật bắt đầu trượt, vận tốc vật 20cm/s So sánh hệ với lắc lò xo thẳng đứng : Fms lực có độ lớn phương chiều không đổi đóng vai trọng lực P => Cơ hệ dao động điều hòa với tần số góc : ω = k / m Biên độ dao động lắc : A = vo/ω = vo m / k = 4,0cm Lò xo dãn cực đại vật đến vị trí biên: Δlmax = Δlo + A = 8,0cm b Thời gian từ lúc kéo đến lúc vật bắt đầu trượt : Δto = Δlo/vo = 0,20s Từ lúc bắt đầu trượt (vị trí cân bằng) đến lò xo dãn cực đại lần đầu (vị trí biên) thời gian T/4 Tổng thời gian từ lúc kéo đến lò xo dãn cực đại lần đầu : 15 Δt = Δto + T/4 = 0,20 + 2π / 25 /4 ≈ 0,52s Thực nghiệm sư phạm 4.1 Mục đích nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm: Thực nghiệm sư phạm (TNSP) nhằm mục đích kiểm tra tính đắn đề tài nêu, tức là: Việc xây dựng hệ thống tập, phương pháp giải tập phần dao động học tiến trình tổ chức hướng dẫn học sinh giải tập phần dựa số phương pháp đưa có tác dụng giúp học sinh nắm vững kiến thức, nâng cao kĩ giải tập, tạo hứng thú, phát triển óc sáng tạo, tính tích cực, tự lực học sinh trình giải tập 4.2 Đối tượng phương thức thực nghiệm sư phạm: 4.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm: Tôi tổ chức tiến hành TNSP lớp: 12C2, 12C7 trường 4.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm: Thực nghiệm tiến hành lớp 12C2 (có 37 học sinh) lớp C7 (có 41 học sinh) Ở lớp đối chứng, lớp 12C3 (41 học sinh), giảng dạy thông thường Trình độ nhóm học môn vật lí tương đương 4.3 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sư phạm: Để có đánh giá với góp ý giáo viên tổ Vật lí - KTCN trường THPT Lê Văn Hưu, tiến hành soạn thảo tổ chức cho học sinh làm kiểm tra với thời gian 15 phút sau kết thúc học Bài kiểm tra lần có tác dụng kiểm định lại khó khăn, sai lầm học sinh mà đề tài tìm hiểu trước đó, đồng thời để đánh giá lực tư vật lí, tính sáng tạo học sinh Cụ thể thông qua điểm kiểm tra học kì kiểm tra sau tiết dạy thực nghiệm thu kết sau: Bảng 4.1 Kết khảo sát trước thực đề tài Nhóm Sô Giỏi Khá TB Yếu - Kém SL % SL % SL % SL % HS Đối chứng 41 30 74 15 (12 C3) Thực nghiệm 78 58 75 10 13 (12 C2;12C7) Bảng 4.2 Kết khảo sát sau thực đề tài Nhóm Sô HS Giỏi SL % Khá SL % TB SL % Yếu - Kém SL % 16 Đối chứng (12 C3) Thực nghiệm (12 C2;12C7) 41 29 71 11 78 13 16 57 73 Qua số liệu cho ta thấy em học sinh giỏi tăng lên nhiều sau học tập phương pháp trên, điều cho thấy học sinh chịu khó tư duy, suy nghĩ học tập theo phương pháp tốt C KẾT LUẬN Kết luận Trên số tập thí dụ phương pháp giải tập dao động tắt dần Kinh nghiệm cho thấy việc giải toán học nói chung, toán dao động tắt dần nói riêng nhiều phải vận dụng kiến thức tổng hợp, phân tích tượng vật lí xảy toán, từ áp dụng định luật vật lí - sử dụng nhiều phần áp dụng định luật bảo toàn, áp dụng vào biến thiên đại lượng vật lí tìm mối quan hệ chúng, viết phương trình diễn tả mối liên hệ Trong trình giảng dạy cho học sinh, lưu ý với học sinh với môn vật lí nêu không hiểu chất tượng vật lí, trình xảy toán,… Tất điều làm cho toán trở nên khó Nhưng em biết cách học có hệ thống, tư chặt chẽ theo “kiểu vật lí” em giải toán vật lí dễ dàng hơn, dẫn đến em ham mê môn Vật lí Tóm lại, sở nắm vững kiến thức cũ, tiếp thu kiến thức em có đủ khả tiếp thu kiến thức chương trình, tránh trường hợp số học sinh hiểu tiếp thu cách máy móc dẫn đến dế hiểu nhầm đặc biệt tập trắc nghiệm lí thuyết Khi làm tập trắc nghiệm trước tiên yêu cầu em phải đọc kĩ phần dẫn (dữ kiện cho), yêu cầu chọn phương án hay phương án sai, từ hình dung câu trả lời phải có yếu tố nào, tính chất tính toán để tìm đáp số đọc nhanh phương án trả lời cho để định phương án phải chọn Cũng cần ý em làm kiểm tra thi học sinh nên chọn phương án trả lời mà thấy hợp lí hay so với suy nghĩ hay kết mà tìm Kết có nhiều học sinh đạt kết cao kì thi học sinh giỏi Vật lí kì thi trung học phổ thông Quốc gia Kiến nghị đề xuất Môn vật lí môn khoa học có nhiều vận dụng thực tiễn Việc tổ chức dạy học vật lí cần giúp học sinh chủ động, tích cực tiếp thu tri thức, vận dụng linh hoạt vào thực hành đời sống Tuy nhiên câu hỏi, 17 tập SGK vật lí đề thi nặng tính toán Theo tài liệu đề thi vật lí cấp cần có nhiều câu hỏi việc vận dụng kiến thức để giải thích tượng, giải vấn đề thực tiễn Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài, với mong muốn phát triển lực tư duy, rèn luyện kĩ giải tập cho học sinh việc học môn vật lí, nhằm nâng cao chất lượng môn nói riêng, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục nói chung Tuy nhiên, khả có hạn với kinh nghiệm ban đầu thu thập được, đề tài tránh khỏi sai sót Rất mong đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn đồng nghiệp Trên vài kinh nghiệm trình giảng dạy, xin cam đoan không chép lại viết ai, mong góp ý trao đổi với bạn đồng nghiệp Xin cảm ơn! XÁC NHẬN CỦATHỦ Thanh Hóa, ngày 17 tháng năm 2016 TRƯỞNG ĐƠN VỊ CAM KẾT KHÔNG COPY Người viết Trịnh Mai Hiên 18 ... tập dao động tắt dần Mục đích nghiên cứu Vận dụng kiến thức học lớp 10 kiến thức dao động tắt dần 12 để hướng dẫn học sinh giải tập phần dao động tắt dần chương trình vật lí lớp 12, góp phần... đề Trong trình dạy học môn vật lý phổ thông đặc biệt giảng dạy phần dao động học chương trình vật lý 12, thấy đa phần học sinh gặp khó khăn việc giải tập dao động tắt dần tập cần phải vận dụng. .. từ giải tốt tập dao động tắt dần Bài tập ví dụ: Ví dụ 1: Một lắc lò xo dao động tắt dần sau chu kì biên độ giảm 2,5 % Tính phần lượng mà lắc sau dao động toàn phần Hướng dẫn giải: kA * Năng lượng