Hướng dẫn sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh một số bài tập vật lý THPT

A.MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài: Giải tập vật lý giúp cho học sinh (HS) ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức học Bài tập vật lý điểm khởi đầu để dẫn dắt kiến thức Bài tập vật lý giúp HS rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, khả vận dụng lý thuyết học để giải thích số tượng thực tế, làm tập Mức độ tiếp nhận kiến thức HS đánh giá thông qua kiểm tra, thông qua kỳ thi Kể từ năm học 2007 - 2008, Bộ GD&ĐT áp dụng hình thức thi trắc nghiệm môn Vật lý kỳ thi Tốt nghiệp THPT Tuyển sinh Đại học – Cao đẳng Vì vậy, việc ôn luyện, trả lời nhanh câu hỏi trắc nghiệm vật lý giáo viên giảng dạy học sinh đề cao Máy tính cầm tay (MTCT) dụng cụ học tập thiếu giúp HS tính toán phép tính toán học thời gian ngắn xác Khi giải tập vật lý cần tới trợ giúp MTCT để thu kết toán Bắt đầu từ năm học 2009 - 2010, Sở GD&ĐT tỉnh Thanh Hóa tổ chức kỳ thi cấp tỉnh “Thi chọn Học sinh giỏi giải toán máy tính cầm tay môn vật lý cấp THPT”, Bộ GD&ĐT tổ chức kỳ thi khu vực “Thi chọn học sinh giỏi giải toán máy tính cầm tay môn Vật lý cấp THPT” Tại trường THPT Quảng Xương 4, kiểm tra học kỳ môn Vật lý áp dụng hình thức kiểm tra trắc nghiệm 100 % lớp 12 II Mục đích nghiên cứu Trên sở phân tích bước giải toán vật lý, tính sử dụng số loại MTCT, nghiên cứu hoạt động giải tập vật lý với hỗ trợ MTCT nhằm giải tập nhanh xác III Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: hoạt động dạy GV hoạt động học HS việc giải tập vật lý với hỗ trợ MTCT - Phạm vi nghiên cứu : Một số tập tiêu biểu hướng dẫn HS giải tập với hỗ trợ MTCT - Nghiên cứu tính cách sử dụng loại máy tính cầm tay Casio Fx 570MS , Casio - Fx 570ES loại máy tính có tính tương đương IV Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tài liệu lý luận dạy giải tập vật lý, SGK SGV Vật lý cấp THPT - Tổ chức thực nghiệm hướng dẫn học sinh giải tập vật lý với hỗ trợ MTCT thông qua số tự chọn, ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi - Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng MTCT, tham khảo số đề thi MTCT mạng internet B.NỘI DUNG I Cơ sở lí luận Các loại máy tính cầm tay có bán thị trường có chức bản: tính toán, phép toán có nhớ, giải phương trình, giải hệ phương trình, đổi đơn vị… Đối với máy Casio Fx 570 MS, Casio Fx 570 ES có thêm số chức năng: đạo hàm – tích phân, lệnh Solve – Calc, số phức… Trong đề tài này, đặc biệt quan tâm tới chức năng: tính toán, lệnh solve – Calc, đạo hàm, tích phân, giải phương trình, giải hệ phương trình, tính toán số phức II Thực trạng việc sử dụng máy tính cầm tay Casio fx 570 ES để giải tập vật lý HS THPT Kết khảo sát việc sử dụng MTCT để tính toán tìm đáp số giải tập vật lý, kết sau: + 20% sử dụng tốt MTCT + 65% biết sử dụng MTCT + 15% sử dụng MTCT Vì vậy, việc hướng dẫn học sinh giải tập vật lý có hỗ trợ MTCT cần thiết; Giáo viên cần có đầu tư thời gian, công sức để có cách hướng dẫn HS cách hợp lý, giúp em tính toán đến kết tập cách nhanh Xuất phát từ lý nêu trên, chọn đề tài nghiên cứu: “Hướng dẫn sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập vật lý THPT giúp học sinh đạt kết cao kì thi học sinh giỏi kì thi THPT Quốc Gia” III Hướng dẫn học sinh giải số tập vật lý với hỗ trợ MTCT nhãn hiệu “Casio Fx 570 ES” (Kết toán xác tới chữ số thập phân) Bài Tại nơi Trái Đất, lắc đơn có chiều l1 dao động với chu kì T1; có chiều dài l2 dao động với chu kì T2; Biết lắc đơn có chiều dài (l1 + l2) dao động với chu kì T3 = 2,7 s; có chiều dài (l1 - l2) dao động với chu kì T4 = 0,8 s Hãy tính chu kì dao động T1 T2 lắc đơn có chiều dài tương ứng l1 l2? Tóm tắt cách giải - Biểu thức chu kì: T1 = 2.π → Kết l1 l l +l l −l ; T2 = 2.π ; T3 = 2.π ; T4 = 2.π g g g g l1 l2 l1 + l2 l1 − l2 = = = → T12 + T22 = T32 ; T12 − T22 = T42 T12 T22 T3 T42 → T1 = T32 + T42 T − T42 ; T2 = 2 ( ( 2.7 x + 0.8 x2 ) Tính T1: ÷ ) = 1.991230775 Tính T2: Sau tính T1 bấm REPLAY dịch chuyển trỏ sửa dấu (+) thành dấu (-) biểu thức vừa tính T T1 = 1,9912 (s) bấm = Hoặc ( ( 2.7 x - 0.8 x ) ÷ ) = 1.823458253 T2 =1,8235 (s) Bài Cho hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số: x1 = 3,7sin(10πt+ 0,32) (cm) ; x2 = 2,8cos(10πt - 0,48) (cm) Tìm phương trình dao động tổng hợp? Tóm tắt cách giải Phương trình dao động tổng hợp: Kết x = x1 + x2 = 3,7sin(10πt+ 0,32) + 2,8cos(10πt - 0,48) x = 3,7cos(10πt + 0,32 Tìm x: SHIFT MODE π ) + 2,8cos(10πt - 0,48) MODE 3.7 SHIFT (-) ( 0.32 - ( SHIFT x10x ÷ ) ) + 2.8 SHIFT (-) ( - 0.48 ) = 6.03271234 ∠ -0.92151105 Kết quả: x = 6,0327cos(10πt – 0,9215) (cm) x = 6,0327cos(10πt – 0,9215) (cm) Bài Một ống dây dẫn có điện trở R hệ số tự cảm L Đặt vào hai đầu ống hiệu điện chiều 12 V cường độ dòng điện ống 0,2435 A Đặt vào hai đầu ống hiệu điện xoay chiều tần số 50 Hz có giá trị hiệu dụng 100 V cường độ hiệu dụng dòng điện ống dây 1,1204 A Tính R, L? Tóm tắt cách giải - Mắc ống dây vào hiệu điện chiều, ta có: Kết U1 = RI1 → R = Tính R: 12 ÷ 0.2435 = 49.28131417 - Mắc ống dây vào hiệu điện xoay chiều, ta có: →Z = U2 ; ZL = Z − R2 I2 2 U  U  → L ω = ÷ − ÷ → L = 4.π f  I   I1  2 Tính L:  U   U    ÷ −  ÷   I   I1   ( ( 100 x ÷ 1.1204 x2 ) - ( 12 x ÷ 0.2435 x2 ) ) ÷ ( × SHIFT x10 x x2 × 50 R = 49,2813 ( Ω ) x2 ) = 0.23687046 L = 0,2369 (H) Bài Chiếu hai xạ λ1 = 0,555µm λ2 = 377nm vào catốt tế bào quang điện thấy hiệu điện hãm gấp lần Tìm giới hạn quang điện λ0 kim loại làm catốt? Tóm tắt cách giải Kết hc hc Áp dụng công thức Anhstanh: λ = λ + eU h ta có:  hc hc = + eU h1  3λ1λ  λ1 λ ↔ λ0 =  hc hc 4λ − λ1  = + eU h  λ λ = 0,6587 µm Tính λ : x 0.555 x 0.377 ÷ ( x 0.377 – 0.555 ) = 0.658662119 λ = = 0,6587 µm Bài Hai điện tích điểm q1 = 10-8 C, q2 = 10-8 C đặt A B cách cm chân không Phải đặt điện tích q3 = 10-6 C đâu để điện tích q3 nằm cân (không di chuyển)? Tóm tắt cách giải ur ur F 13 , F 23 lực điện q1, q2 tác dụng lên q3 chân không ur ur r ur ur q3 nằm cân khi: F 13 + F 23 = ⇔ F 13 = − F 23 → q3 đặt C nằm đoạn AB, F13 = F23 Ta có: F13 = k F13 = F23 → k | q1.q3 | | q q | F23 = k 23 , AC CB | q1.q3 | | q q | = k 23 → = 2 AC CB AC (9 − AC ) Tính AC: ( 1÷ ALPHA ) x2 ) ALPHA CALC ( Kết ÷ ( - ALPHA ) ) x2 SHIFT CALC = AC = 3,0000 cm Bài Hai điện tích q1 = q2 = 5.10-16C đặt cố định hai đỉnh B, C tam giác ABC cạnh a = cm Các điện tích đặt không khí có số điện môi ε = 1,000594 Xác định cường độ điện trường đỉnh A tam giác nói trên? Tóm tắt cách giải - Điện trường q1 (tại B) gây A có độ lớn: E1 = k Kết | q1 | εa - Điện trường q2 (tại C) gây A có độ lớn: E2 = k | q2 | εa → Điện trường q1 q2 gây A E = E1 + E Do q1 = q2 nên E1 = E2 → E = 2E1.cos300 = 2.k | q1 | cos300 εa E = 1,2171.10-3 (V/m) Tính E: × x10x × x10x - 16 × cos 30 ÷ ( ( x10x - ) x2 × 1.000594 ) = 1.21712525.10-3 Bài Cho mạch điện hình vẽ Hiệu điện hai đầu đoạn mạch không đổi U = 7V Các điện trở R1 = 3Ω, R2 = 6Ω, AB là dây dẫn điện dài 1,5m tiết diện không đổi S = 0,1mm 2, điện trở suất 4.10-7 Ωm, điện trở ampe kế dây nối không đáng kể a Tính điện trở dây dẫn AB? b Xác định vị trí C để dòng điện qua ampe kế có cường độ 1/3 A? Tóm tắt cách giải Kết RAB = 6,0000 Ω l S a Áp dụng: RAB = ρ = 6Ω b Giả sử RAC = x với < x < → RCB = – x Vì RA = nên UCD = → VC = VD → Chập C ≡ D Sơ đồ mạch điện: (R1 // RAC) nt (R2 // RCB) R R 6(6 − x) R R 3x AC CB Ta có: R1AC = R + R = + x ; R2CB = R + R = 12 − x AC CB → RN = R1AC + R2CB = →I= 3x 6(6 − x) 9(− x2 + x + 12) + = + x 12 − x (3 + x)(12 − x) U 7(x + 3)(12 − x) = R N 54x − 9x2 + 108 ⇒ U DB = 6(6 − x) 42(6 − x) (x + 3) I = 12 − x 54x − 9x2 + 108 U DB 7(x + 3)(12 − x) = R1 54x − 9x2 + 108 U 7(6 − x) (x + 3) I = DB = R2 54x − 9x2 + 108 I1 = Vậy: * Nếu cực dương ampe kế gắn vào D: I A = I1 − I = ⇒ { x1 = x2 = −18 63x − 126 = 54x − 9x + 108 (loại) (Sử dụng chức SOLVE) * Nếu cực dương ampe kế gắn vào C: I A = I − I1 = 126x − 63 = 54x − 9x2 + 108 ⇒ x1 = 1,2Ω, x2 = 25,8Ω > nên loại (Sử dụng chức SOLVE) Vậy: RAC = 1,2 Ω ; RCB = 4,8 Ω R AC mà R CB = AC = 0,3000 m AC 1,2 = = CB 4,8 Vậy điểm C cách A đoạn là: AC = AB 1,5 = = 0,3m 5 Bài Vật sáng AB đặt vuông góc với trục thấu kính hội tụ O có tiêu cự f = 12cm Qua thấu kính, vật AB cho ảnh thật A’B’ Khi dời AB đoạn 24cm lại gần thấu kính ảnh dời đoạn 3cm Xác định vị trí AB trước dời chỗ? Tóm tắt cách giải 1 1 Kết - Trước dịch chuyển: f = d + d' → 12 = d + d' (1) 1 1 1 1 1 - Sau dịch chuyển: f = d + d ' → 12 = d − 24 + d ' + (2) 2 1 d f 12d ' 1 Mà d1 = d − f = d −12 (3) 1 d −12 1 + = + 12 d Từ (1), (2) (3) có: d1 12d1 d1 − 24 +3 d −12 Giải phương trình dùng chức SOLVE MTCT d1 = 60,0000 cm được: d1 = -12 < loại d1 = 60 (cm) Bài Một vật chuyển động thẳng biến đổi theo phương trình chuyển động: x = + 2t + gt2 (x đo m, t đo s), g gia tốc trọng trường Hãy xác định: a Thời gian cần thiết để vật quãng đường 5m kể từ bắt đầu chuyển động? b Quãng đường vật sau phút giây? Tóm tắt cách giải a) Phương trình chuyển động vật: Kết x = + 2t + gt2 (x đo m, t đo s) Quãng đường vật chuyển động khoảng thời Tóm tắt cách giải gian t là: s = x - = 2t + gt2 Kết Thay s = 5m ta phương trình: gt2 + 2t - = (1) Giải phương trình (1): Tính t: MODE (3 lần) MODE CONST 35 = = -5 = = x = 0.619316336 y = - 0.823259579 (loại) t = 0,6193 (s) b) Đổi t = 1phút giây = 65 (s) Tính s: MODE x 65 + COSNT 35 x 65 ^ = 41,563.09625 s = 41563,0963 (m) Bài 10 Một khối khí lí tưởng thực trình giãn đẳng nhiệt từ áp suất p = atm, thể tích V1 = lít, đến thể tích V = 3,5 lít Hãy tính công mà khí thực trình? Tóm tắt cách giải Xét phần nhỏ trình, khí giãn lượng dV Kết áp suất coi không thay đổi, công mà khí thực trình dA = p.dV Công mà khí thực toàn trình A = ∫ dA = ∫ pdV p= p1V1 V ta suy A= V2 ∫ p1V1 V1 dV V V2 = dV V1 V p1V1 ∫ = 226,8122789 J - Đổi đơn vị từ atm Pa: ấn Shift Const 25 = - Tính công A: ấn Ans × × 10 ∧ - × ∫ dx Alpha ) x-1 , × 10 ∧ - = 226.8122789 A = 226, 8123 J ∧ - , 3.5 × 10 C KẾT QUẢ Cách hướng dẫn HS giải tập với hỗ trợ MTCT áp dụng từ năm 2010 việc giảng dạy lớp, ôn thi Cao Đẳng- Đại Học ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi Kết cho thấy: + 95% HS áp dụng để tìm kết số toán nhanh xác +Nhiều HS thi THPT Quốc Gia năm gần đạt điểm cao Trong đó, có HS đạt 27 điểm +Đội tuyển HS giỏi tham dự kỳ thi “Giải toán MTCT môn Vật lý lớp 12” cấp Tỉnh trường THPT Quảng Xương năm từ 2010 đến đạt nhiều giải cao Trong đó, năm liền có HS đạt giải Nhì kỳ thi “Giải toán MTCT môn Vật lý lớp 12” cấp tỉnh chọn thi cấp Quốc gia D.KẾT LUẬN Đề tài SKKN: “Hướng dẫn sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập vật lý THPT giúp học sinh đạt kết cao kì thi học sinh giỏi kì thi THPT Quốc Gia” đem lại hiệu cao việc giải tập vật lý THPT giúp HS trường THPT Quảng Xương đạt thành tích cao kì thi THPT Quốc Gia thi HSG giải toán máy tính cầm tay Casio Tuy nhiên, phạm vi SKKN nên giới thiệu 10 toán điển hình Trên sơ sở đó, đồng nghiệp vận dụng tương tự toán khác lệnh máy tính Casio fx 570 ES Tôi xin cam đoan: SKKN tự viết, không chép người nào, hình thức nào! Xác nhận Lãnh đạo nhà trường Quảng Xương, ngày 14 thảng năm 2016 Người viết SKKN Nguyễn Văn Nghĩa 10 11 ... có cách hướng dẫn HS cách hợp lý, giúp em tính toán đến kết tập cách nhanh Xuất phát từ lý nêu trên, chọn đề tài nghiên cứu: Hướng dẫn sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập vật lý THPT giúp... Hướng dẫn sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập vật lý THPT giúp học sinh đạt kết cao kì thi học sinh giỏi kì thi THPT Quốc Gia” đem lại hiệu cao việc giải tập vật lý THPT giúp HS trường THPT. .. phân, giải phương trình, giải hệ phương trình, tính toán số phức II Thực trạng việc sử dụng máy tính cầm tay Casio fx 570 ES để giải tập vật lý HS THPT Kết khảo sát việc sử dụng MTCT để tính toán