bai tap vat ly 12 co ban 32083 tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh v...
1 TRÇn thuý h»ng ĐÀO THỊ THU THUỶ ThiÕt kÕ bμi gi¶ng Nhμ xuÊt b¶n Hμ Néi www.VNMATH.com 2 Lời nói đầu Thiết kế bi giảng Vật lí 12 đợc viết theo chơng trình sách giáo khoa (SGK) mới ban hnh năm 2008 2009. Sách giới thiệu một cách thiết kế bi giảng Vật lí 12 theo tinh thần đổi mới phơng pháp dạy học, nhằm phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh (HS). Về nội dung : Sách bám sát nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 theo chơng trình chuẩn. ở mỗi tiết, sách chỉ rõ mục tiêu về kiến thức, kĩ năng, các công việc chuẩn bị của giáo viên (GV) v học sinh, các phơng tiện hỗ trợ giảng dạy cần thiết, nhằm đảm bảo chất lợng từng bi, từng tiết lên lớp. Ngoi ra sách có mở rộng, bổ sung thêm một số nội dung liên quan tới bi học bằng nhiều hoạt động nhằm cung cấp thêm t liệu để các thầy, cô giáo tham khảo vận dụng tuỳ theo đối tợng học sinh từng địa phơng. Về phơng pháp dạy học : Sách đợc triển khai theo hớng tích cực hoá hoạt động của học sinh, lấy cơ sở của mỗi hoạt động l những việc lm của học sinh dới sự hớng dẫn, phù hợp với đặc trng môn học nh : thí nghiệm, thảo luận, thực hnh, nhằm phát huy tính độc lập, tự giác của học sinh. Đặc biệt, sách rất chú trọng khâu thực hnh trong từng bi học, đồng thời cũng chỉ rõ từng hoạt động cụ thể của giáo viên v học sinh trong một tiến trình dạy học, coi đây l hai hoạt động cùng nhau trong đó cả học sinh v giáo viên l chủ thể. Trong cuốn sách, để thuận tiện, chúng tôi có sử dụng một số kí hiệu với ý nghĩa nh sau : : hoạt động trình diễn của GV (để xác lập yếu tố nội dung kiến thức no đó). O : biểu đạt yêu cầu của GV với HS (để HS tự lực hnh động xác lập yếu tố nội dung kiến thức no đó). Chúng tôi hi vọng cuốn sách ny sẽ l một công cụ thiết thực, góp phần hỗ trợ các thầy, cô giáo giảng dạy môn Vật lí 12 trong việc nâng cao hiệu quả bi giảng của mình. Tác giả Chơng I. dao động cơ www.VNMATH.com 3 Bi 1 dao động điều ho (Tiết 1) I Mục tiêu 1. Về kiến thức Hiểu thế nào là một Dao động cơ. Biết xác định vị trí cân bằng của một chuyển động. Phát biểu đợc định nghĩa dao động điều hoà. Viết đợc phơng trình của dao động điều hoà và giải thích ý nghĩa các đại lợng có trong phơng trình đó nh : li độ, biên độ dao động, pha của dao động, pha ban đầu. Nêu đợc mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển động tròn đều. 2. Về kĩ năng Quan sát hình vẽ (hoặc thí nghiệm) để rút ra nhận xét. II Chuẩn bị Giáo viên Một số hình vẽ miêu tả sự dao động của hình chiếu P trên đờng kính P 1 P 2 (nếu có điều kiện thì chuẩn bị thí nghiệm ảo mô tả quá trình dao động đó hoặc thí nghiệm nh hình 1.4 SGK). Một số vật dụng minh hoạ cho khái niệm dao động cơ nh : dây đàn, màng trống, con lắc đơn, đồng hồ quả lắc, . Học sinh Ôn lại kiến thức về chuyển động tròn đều nh : chu kì, tần số và mối liên hệ giữa tốc độ góc với chu kì hoặc tần số. III Thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1 . Tìm hiểu khái niệm dao động cơ, dao động tuàn hoàn Đặt các câu hỏi giúp HS hệ thống lại kiến thức đã học từ chơng Âm học, www.VNMATH.com 4 HS nhớ lại những kiến thức đã học trong chơng trình Vật lí THCS, thảo luận, làm lại các nghiệm, phát biểu chung : Ví dụ : dây đàn rung khi gảy, quả lắc đồng hồ, . Đặc điểm chung : đều chuyển động quanh một điểm. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Thảo luận nhóm, đại diện trả lời. Dao động tuần hoàn : con lắc đồng hồ. Dao động không tuần hoàn : con lắc đơn. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Vật lí lớp 7 THCS (Yêu cầu HS với những dụng cụ đã chuẩn bị hãy minh họa) : O. Nêu ví dụ về vật dao động ? Đặc điểm chung của các CHỦ ĐIỂM THẾ GIỚI THỰC VẬT phamngocthao2003 Bài 1: Con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng m = 100g lò xo có k = 100N/m,lấy 10 dao động điều hoà với chu kỳ là? Bài 2: Một vật thực đồng thời hai dao động điều hòa phương, tần số có phương trình: x1 = 2cos(4t + ) (cm); x2 = 2cos 4t (cm) Dao động tổng hợp vật có phương trình? Bài 3: Khi treo vật m vào lò xo lò xo giãn l 25cm Từ vị trí cân (VTCB) O kéo vật xuống theo phương thẳng đứng đoạn 20 cm buông nhẹ để vật dao động điều hòa Chọn gốc tọa độ gốc thời gian lúc vật qua VTCB theo chiều dương hướng xuống Lấy g (m/s ) Phương trình chuyển động vật có dạng sau đây? Bài 4: Một hệ dao động chịu tác dụng ngoại lực tuần hoàn Fn = F0sin10πt xảy tượng cộng hưởng Tần số dao động riêng hệ phải ? Bài 5: Tại nơi có gia tốc trọng trường 9,8 m/s2, lắc đơn dao động điều hoà với chu kì 2/7 Chiều dài lắc đơn là? Bài 6: Một lắc đơn gồm bi nhỏ khối lượng m, treo vào sợi dây không giãn, khối lượng dây không đáng kể Khi lắc đơn dao động điều hòa với chu kì s bi chuyển động cung tròn dài cm Thời gian để bi cm kể từ vị trí cân ? Bài 7: Hai dao động điều hòa phương, tần số, có Bài 12: Một lắc lò xo có khối lượng vật nhỏ 50 g Con lắc dao động điều hòa theo trục cố định nằm ngang với phương trình x = Acost Cứ sau khoảng thời gian 0,05 s động vật lại Lấy 2 =10 Lò xo lắc có độ cứng bằng? Bài 13: Dao động tổng hợp hai dao động điều hòa 5 phương, tần số có phương trình li độ x = 3cos(πt ) (cm) Biết dao động thứ có phương trình li độ x1 = 5cos(πt + ) (cm) Dao động thứ hai có phương trình li độ Bài 14: Một sợi dây AB dài ℓ = 20cm, đầu B cố định, đầu A dao động với phương trình u = acos40πt (cm) Biết tốc độ truyền sóng v = 100 cm/s Tính số bụng số nút sóng có dây Bài 15: Một sợi dây AB dài ℓ = 21cm , đầu B tự do, đầu A dao động với phương trình u = acos200πt (cm) biết khoảng cách từ B đến nút thứ cm Tính số bụng số nút sóng có dây Bài 16: Một dây dài 80cm phát âm có tần số 100Hz, quan sát thấy có nút (gồm hai nút đầu dây) Vận tốc truyền sóng dây là? Bài 17: Một sóng âm truyền không khí Mức cường độ âm điểm M điểm N 40 dB 80 dB Cường độ âm N lớn cường độ âm M Bài 18: Một sóng âm truyền thép với tốc độ 5000 m/s Nếu độ lệch pha sóng âm hai điểm gần 2 phương trình x1 = Acos(t + ) x2=Acos(t ) 3 hai dao động A pha B lệch pha cách 1m phương truyền sóng dụng lên vật A.50 N.B N C 0,5 ND N B/Tần số dao động tổng hợp hai dao động là? C/Độ lớn vận tốc vật vị trí cân là? Bài 9: Một lắc lò xo nằm ngang gồm bi có khối lượng m lò xo nhẹ có độ cứng k=45 (N/m) Kích thích cho vật dao động điều hòa với biên độ cm gia tốc cực đại vật dao động 18 m/s2 Bỏ qua lực cản Khối lượng m bằng? Bài 10: Một lắc đơn có chiều dài 0,3m treo vào trần toa xe lửa Con lắc bị kích động bánh xe toa gặp chổ nối đoạn ray Biết khoảng cách hai mối nối ray 12,5 m gia tốc trọng trường 9,8 m/s2 Biên độ lắc đơn lớn đoàn tàu chuyển động thẳng với tốc độ xấp xĩ? Bài 11: Một lắc gồm vật m = 0,5 kg treo vào lò xo có k = 20 N/m, dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ cm Tại vị trí có li độ x = cm, vận tốc lắc có độ lớn là? m/s S1S2 = 9,6 cm Vận tốc truyền sóng nước 1,2 m/s Có bao C lệch pha /2 D ngược pha Bài 8: Vật có khối lượng m = 100 g thực dao động tổng hợp hai dao động điều hoà phương, tần số, với phương trình x1 = 5cos(10t + ) (cm) x2 = 10cos(10t - /3) (cm).A/Giá trị cực đại lực tổng hợp tác tần số sóng ? Bài 19: Một nguồn âm xem nguồn điểm , phát âm môi trường đẳng hướng không hấp thụ âm Ngưỡng nghe âm I =10-12 W/m2.Tại điểm A ta đo mức cường độ âm L = 70dB.Cường độ âm I A có giá trị là? Bài 20: Âm thoa điện gồm hai nhánh dao động có tần số 100 Hz, chạm vào mặt nước hai điểm S , S Khoảng cách nhiêu gợn sóng khoảng S1 S2 ? A 17 B 14 C 15D Bài 21: Cường độ âm điểm môi trường truyền âm 10-5w/m2 biết cường độ âm chuẩn I0 = 10-12W/m2 Mức cường độ âm điểm bằng? 10 4 Bài 22: Đặt hai đầu tụ điện C (F) hiệu điện xoay chiều tần số 100Hz, dung kháng tụ điện Bài 23: Đặt vào hai đầu tụ điện C 10 4 (F) hiệu điện xoay chiều u = 141cos(100 t ) www.MATHVN.com GV TRƯƠNG ĐÌNH HÙNG Trang ĐT: 0908.346.838 TĨM TẮT CƠNG THỨC VÀ LÝ THUYẾT VẬT LÝ 12-LUYỆN THI ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN Chuyển động quay đều: Tốc độ góc trung bình ωtb vật rắn : ωtb = Δϕ Δt z Δϕ hay ω = ϕ ' (t ) Δt →0 Δt Tốc độ góc tức thời ω: ω = lim Vận tốc góc ω = số Toạ độ góc ϕ = ϕ + ωt P0 φ Vận tốc dài điểm cách tâm quay khoảng r : Chuyển động quay biến đổi đều: Δω Gia tốc góc trung bình γtb: γ tb = Δt Gia tốc góc tức thời γ: γ = lim Δt →0 v = ω×r Δω hay γ = ω ' (t ) Δt Gia tốc góc: γ = số Vận tốc góc: ω = ω0 + γt Toạ độ góc: ϕ = ϕ0 + ω0t + γt 2 2 Công thức độc lập với thời gian: ω − ω0 = 2γ (ϕ − ϕ0 ) P A Hình Hình a = an2 + at2 = r 2γ + r 2ω = r γ + ω a γ r Vectơ gia tốc a hợp với kính góc α với: tan α = t = an ω Momem: M = F ×d a Momen lực trục quay cố đònh: F lực tác dụng; d cánh tay đòn (đường thẳng hạ từ tâm quay vuông góc với phương lực b Momen quán tính trục: I = ∑ mi ri2 (kg.m2) Với : m khối lượng, r khoảng cách từ vật đến trục quay O r vr r a α at r M r an O Liên hệ vận tốc dài, gia tốc điểm vật rắn với vận tốc góc, gia tốc góc: v2 at = rγ ; an = = ω r ; r TRUNG TÂM LUYỆN THI ĐẠI HỌC ĐẠI r O r r F Δ Δ L Δ R Hình VIỆT ( NGUYÊN LÀ TTLT ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM ) WWW.MATHVN.COM www.MATHVN.com GV TRƯƠNG ĐÌNH HÙNG Trang ĐT: 0908.346.838 * Momen quán tính có tiết diện nhỏ so với chiều dài với trục qua trung điểm: I = mL2 12 * Momen quán tính vành tròn bán kính R trục quay qua tâm: I = mR2 * Momen quán tính đóa đặc dẹt trục quay qua tâm: I = mR2 * Momen quán tính cầu đặc trục quay qua tâm: Δ 2 I = mR R b Momen động lượng trục: Hình Δ R Hình L = Iω (kg.m/s) c Mômen quán tính vật trục Δ song song cách trục qua tâm G đoạn d I Δ = I G + md Hai dạng phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố đònh: dL M = Iγ M = dt Đònh lụât bảo toàn động lượng: Nếu M = L = số Áp dụng cho hệ vật : L1 + L2 = số Áp dụng cho vật có momen quán tính thay đổi: I1ω1 = I 2ω2 Động vật rắn quay quanh trục cố định Động Wđ vật rắn quay quanh trục cố định : Wđ = Iω đó: I momen qn tính vật rắn trục quay ω tốc độ góc vật rắn chuyển động quay quanh trục Động Wđ vật rắn quay quanh trục cố định viết dạng : Wđ = L2 2I : L momen động lượng vật rắn trục quay I momen qn tính vật rắn trục quay Động vật rắn có đơn vị jun, kí hiệu J Định lí biến thiên động vật rắn quay quanh trục cố định Độ biến thiên động vật tổng cơng ngoại lực tác dụng vào vật 1 ΔWđ = Iω22 − Iω12 = A 2 : I momen qn tính vật rắn trục quay ω1 tốc độ góc lúc đầu vật rắn ω tốc độ góc lúc sau vật rắn A tổng cơng ngoại lực tác dụng vào vật rắn ΔWđ độ biến thiên động vật rắn Động vật rắn chuyển động song phẳng: TRUNG TÂM LUYỆN THI ĐẠI HỌC ĐẠI VIỆT ( NGUYÊN LÀ TTLT ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM ) WWW.MATHVN.COM www.MATHVN.com GV TRƯƠNG ĐÌNH HÙNG Wđ = Trang ĐT: 0908.346.838 2 Iω + mvC m khối lượng vật, vC vận tốc khối tâm 2 DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ - CON LẮC LÒ XO I Dao động điều hòa: Dao động điều hoà dao động mà trạng thái dao động mô tả đònh luật dạng sin( cosin) thời gian Phương trình dao động (phương trình li độ) x = A cos( ω t + ϕ ) : A, ω ,φ số A [m] biên độ ; ω [rad/s] tần số góc ϕ [rad] pha ban đầu ωt + ϕ [rad] pha dao động O → Fđh → N → F x → Giá trị đại số li độ: x CĐ = A ; x CT = − A P Độ lớn: |x|max =A (vị trí biên) ; |x|min =0 (vị trí cân bằng) Vận tốc: v = −ω A sin( ω t + ϕ ) (m) Giá trị đại số vận tốc: v CĐ = ω A VTCB theo chiều dương ; v CT = −ω A VTCB theo chiều âm Độ lớn vân tốc : v max = ω A (vị trí cân ) ; v = ( hai biên ) l0 Chú ý: vật theo chiều dương v>0, theo chiều âm v v = ±ω A2 − x ; A = → Fđh O → P (+) a v2 + ω4 ω2 Tần số góc – chu kỳ – tần số: k t 2π m ω= = 2π ; T = ; T= ; t thời gian thực N lần dao động m N ω k f = ω = 2π 2π k ; m f = T t m1 ⎫ = 2π 2 ⎪ N1 k ⎪ CÔNG THỨC VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH CHUẨN CHƯƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC Phương trình dao động: x = Acos(ωt + φ) a 2π v max k g g Tần số góc ω = 2πf = = = max = = = T A A mΔl l Vận tốc tức thời: v = –ωAsin(ωt + φ) Gia tốc tức thời: a = –ω²x = –ω²Acos(ωt + φ) (luôn hướng VTCB) xmax = A; vmax = ωA; amax = ω²A Chiều dài quỹ đạo: L = 2A v2 a v2 Hệ thức độc lập thời gian: A² = x + = + ω ω ω Cơ năng: + Con lắc lò xo: 1 1 2 2 W = Wđ + Wt = mv + kx = mω A = kA 2 2 ±A n Nếu Wđ = nWt → x = v = ± v max n +1 n +1 + Con lắc đơn: W = Wtmax = mgl(1 – cos αo) = Wđmax = (1/2)mv²max x, v, a có chu kỳ T, tần số f; tần số góc ω động biến thiên tuần hoàn với tần số góc 2ω, tần số 2f, chu kỳ T/2 Cơ không biến thiên mà bảo toàn Δφ Δφ = T Khoảng thời gian quay góc Δφ pha tăng thêm Δφ: Δt = ω 2π Quãng đường chu kỳ 4A; nửa chu kỳ 2A; riêng quãng đường 1/4 chu kỳ A xuất phát VTCB vị trí biên Với thời gian Δt cho trước (0 < Δt < T/2) quãng đường cực đại cực tiểu Δφ Δφ Smax = 2Asin Smin = 2A(1 – cos ) 2 Trong góc quét Δϕ = ωΔt Nếu Δt > T/2 → Δt = n(T/2) + Δt (sao cho < Δt < T/2; n nguyên dương) S max = 2nA + S1max Smin = 2nA + S1min 11 TỔNG HỢP DAO ĐỘNG x1 = A1cos(ωt + φ1) x2 = A2cos(ωt + φ2) → x = x1 + x2 = Acos(ωt + φ) 2 Trong đó: A² = A1 + A + 2A1A 2cos(φ − φ1 ) → |A1 – A2| ≤ A ≤ A1 + A2 A1 sinφ + A sin φ tan φ = A1cosφ1 + A 2cosφ x1, x2 pha Δϕ = 2kπ → Amax = A1 + A2 x1, x2 ngược pha Δϕ = (2k + 1)π → Amin = |A1 – A2| 12 DAO ĐỘNG TỰ DO – TẮT DẦN – CƯỠNG BỨC – SỰ CỘNG HƯỞNG a Dao động tự do: dao động có ω, f, T phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo hệ mà không phụ thuộc vào yếu tố bên b Dao động trì: dao động tự mà người ta bổ sung lượng cho vật sau chu kì dao động Năng lượng bổ sung lượng cho không làm thay đổi chu kỳ, biên độ dao động ban đầu c Dao động tắt dần với biên độ đầu A o, hệ số ma sát μ Dao động tắt dần coi gần dao động tự với tần số riêng ωo biên độ giảm dần kAω A 2 = * Quãng đường dừng lại: S = 2μmg 2μg 4μmg 4FC = * Độ giảm biên độ sau chu kỳ dao động: ΔA = k k * Số dao động thực hiện: N = kAω A kA = = 4μmg 4μg 4FC AkTπωA kAT = = 4μmg 2μg 4FC d Dao động cưỡng tác dụng ngoại lực điều hòa F = F ocos (ωt + φ) Vật dao động ổn định với tần số ngoại lực → A phụ thuộc biên độ lực (đồng biến), lực cản hệ (A giảm lực cản tăng), độ chênh lệch tần số ngoại lực so với tần số dao động tự (f – f o nhỏ A lớn) Hiện tượng cộng hưởng tượng A tăng đột ngột f = fo (hay ω = ωo hay T = To) Một vật có chu kì riêng T treo vào trần xe ô tô, hay toa tàu, chuyển động đường điều kiện để vật có biên độ dao động cực đại (cộng hưởng) vận tốc chuyển động ô tô hay tàu hỏa v = d/T với d khoảng cách hai đầu nối ray tàu hỏa hay khoảng cách hai lần xảy biến cố làm kích thích dao động II CON LẮC LÒ XO k g 2π m = Tần số góc: ω = ; chu kỳ: T = = 2π mΔl ω k o 1 2 2 Cơ năng: W = mω A = kA 2 Δlo mg g = =>T = 2π Lò xo thẳng đứng: Δlo = kω g Chiều dài lò xo: lvtcb = lo + Δlo lmin = lo + Δlo – A lmax = lo + Δlo + A → lvtcb = (lmax + lmin)/2 A = (lmax – lmin)/2 Lực đàn hồi lắc lò xo thẳng đứng: Fđh = k(Δlo + x) → Fđhmax = k(Δlo + A) Fđhmin = k(Δlo – A) Δlo > A; Fđhmin = Δlo ≤ A Lực hồi phục |Fhp| = k|x| → hướng VTCB Khi hệ dao động theo phương ngang Fđh = Fhp Một lò xo có độ cứng k, chiều dài l cắt thành lò xo có độ cứng k 1, k2, chiều dài tương ứng l1, l2, kl = k1l1 = k2l2 Ghép lò xo: 1 * Nối tiếp = + k k1 k * Song song: k = k1 + k2 III CON LẮC ĐƠN 2π l g = 2π Tần số góc: ω = ; chu kỳ: T = = fω g l Điều kiện dao động điều hòa: bỏ qua lực cản biên độ góc nhỏ αo ≤ 10° Phương trình dao động: α = αocos (ωt + φ) Cơ năng: W = Wtmax = Wđmax = mgl(1 – cos αo) = (1/2)mv²max Vận tốc lực căng dây lắc đơn v² = 2gl (cos α – cos αo) Lực căng dây: TC = mg (3cos α – 2cos αo) vmax = 2gl(1 − cosα o) * Thời gian dao động đến lúc dừng lại: Δt = N.T = TCmax = mg (3 – 2cos αo) đạt VTCB TCmin = mg cos αo vị trí biên Con lắc đơn có chu kỳ thay đổi theo nhiệt độ, độ cao, độ sâu: ΔT λΔt o Δh (Với R bán kính Trái Đất, λ hệ số nở dài dây treo) = + T R Nếu ΔT > đồng hồ chạy chậm; ΔT < đồng hồ chạy nhanh; ΔT = đồng hồ chạy xác