skkn giải bài toán sóng cơ và giao thoa ánh sáng bằng máy tính casio 750VN PLUS

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc MÔ TẢ SÁNG KIẾN Mã số (do Thường trực HĐ ghi): …………………………………… Tên sáng kiến: Giải tốn sóng giao thoa ánh sáng máy tính Casio 750VN PLUS (Nguyễn Nhật Trường, Nguyễn Ngọc Điệp, @THPT Lê Hồi Đơn) Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Vật lý lớp 12 – Chương Sóng học chương Sóng ánh sáng Mơ tả chất sáng kiến: 3.1 Tình trạng giải pháp biết: Trong việc giải số tốn chương sóng ánh sáng sóng học có số dạng tốn có hay số đại lượng phụ thuộc vào số nguyên Nếu đề cho đại lượng thuộc đoạn giá trị đó, ta giải bất phương trình để tìm nghiệm Tuy nhiên, giải theo phương pháp truyền thống nhiều thời gian 3.2 Nội dung giải pháp đề nghị công nhận sáng kiến: * Mục đích giải pháp: Sử dụng chức TALBE máy tính CASIO 570VN PLUS giải số tốn sóng học giao thoa ánh sáng * Điểm khác biệt, điểm giải pháp so với giải pháp áp dụng: Dùng chức TALBE máy tính CASIO 570VN PLUS để tìm nghiệm hay số đại lượng (có giá trị giới hạn đoạn đó) phụ thuộc vào số nguyên * Nội dung giải pháp: PHẦN GIAO THOA ÁNH SÁNG Trang Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng I-âng, ánh sáng có bước sóng 0,4 µm    0,75 µm; a = mm; D = m Tại điểm M cách vân trắng trung tâm 1,2mm có xạ cho vân sáng A 0,64 µm; 0,4 µm; 0,58 µm B 0,6 µm; 0,48 µm; 0,4 µm C 0,6 µm; 0,48 µm; 0,75 µm D 0,4 µm; 0,6 µm; 0,58 µm Hướng dẫn D ax Tại M vân sáng, ta có: x  k a �   Dk  4mm x1.2mm (m) 2m x k Chuyển máy mode 4x1.2 Bấm: ALPHA ) = Nhập máy tính Hiện hình máy tính F(X)  4x1.2 2X Bấm tiếp: = = = = Kết máy tính X F(X) 2.4 1.2 0.8 0.6 0.48 0.4 0.3428 Từ kết máy tính ta thấy, có xạ cho vân sáng điểm M cách vân trắng trung tâm 1,2 mm Đó xạ có bước sóng 0,6 µm; 0,48 µm 0,4 µm Chọn đáp án B Bài 2: Chiếu đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng λ = 0,75 μm λ2 = 0,5 μm vào hai khe I-âng cách 0,8 mm Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến 1,2m Trên hứng vân giao thoa rộng 10 mm (hai mép đối xứng qua vân sáng trung tâm) có vân sáng có màu giống màu vân sáng trung tâm? A vân sáng B vân sáng Hướng dẫn Trang C vân sáng D vân sáng Khoảng vân xạ 1 : i1 = 1D  1,125 mm a Khoảng vân xạ 2 : i2 = 2D  0, 75 mm a Nhập máy tính Kết máy tính Chuyển máy mode Bấm: 1.125ALPHA), bấm tiếp = 0.75ALPHA) Hiện hình f(X) = 1.125X; g(X) = 0.75X Bấm tiếp: = = = = X F(X) G(X) 0 1.125 0.75 2.25 1.5 3.375 2.25 4.5 5.625 3.75 6.75 4.5 7.875 5.25 9 Từ kết máy tính ta thấy hứng giao thoa có bề rộng 10 mm (hai mép đối xứng qua vân sáng trung tâm) có vị trí vân trùng là: mm; 2,25 mm; 4,5 mm Vậy có vân sáng màu với vân trung tâm Chọn đáp án B Bài 3: Trong thí nghiệm giao thoa dùng khe I-âng có khoảng cách từ ảnh đến hai khe D = 2,5 m, khoảng cách hai khe a = 2,5 mm Chiếu đồng thời hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,48 μm λ2 = 0,64 μm vân sáng màu với vân trung tâm gần cách vân trung tâm A 1,92 mm B 1,64 mm C 1,72 mm Hướng dẫn Khoảng vân xạ 1 : i1 = 1D  0, 48 mm a Khoảng vân xạ 2 : i2 = 2D  0, 64 mm a Nhập máy tính Chuyển máy mode Trang D 0,64 mm Kết máy tính Bấm: 0.48ALPHA), bấm tiếp 0.64ALPHA) Hiện hình f(X) = 0.48X; g(X) = 0.64X Bấm tiếp: = = = = X F(X) G(X) 0 0.48 0.64 0.96 1.28 1.44 1.92 1.92 2.56 2.4 3.2 2.88 3.84 3.36 4.48 Từ kết máy tính ta thấy vân sáng trung tâm hai xạ trùng nhau; vị trí vân sáng bậc xạ 1 có giá trị 1,92 mm vị trí vân sáng bậc xạ 2 có giá trị 1,92 mm Vậy vân sáng màu với vân trung tâm gần cách vân trung tâm 1,92 mm Chọn đáp án A Bài 4: Trong thí nghiệm giao thoa dùng khe I-âng, chiếu vào hai khe đồng thời hai xạ: xạ đỏ có bước sóng λ1 = 640 nm xạ lục có bước sóng λ2 = 560 nm Giữa vân trung tâm vân sáng màu kề có A vân đỏ vân lục C vân đỏ vân lục B vân đỏ vân lục D vân đỏ vân lục Hướng dẫn Vì a, D thí nghiệm khơng thay đổi nên ta đặt tỉ số Khoảng vân xạ 1 : i1 = 1D  0, 64mm a Khoảng vân xạ 2 : i2 = 2D  0,56mm a Nhập máy tính Kết máy tính D  1000 mm a Chuyển máy mode Bấm: 0.64ALPHA), bấm tiếp 0.56ALPHA) Hiện hình f(X) = 0.64X; g(X) = 0.56X Bấm tiếp: = = 11 = = X F(X) G(X) 0 Trang 4 10 11 12 10 11 0.64 1.28 1.92 2.56 3.2 3.84 4.48 5.12 5.76 6.4 7.04 0.56 1.12 1.68 2.24 2.8 3.36 3.92 4.48 5.04 5.6 6.16 Từ kết máy tính ta thấy vân sáng trung tâm hai xạ trùng nhau; vị trí vân sáng bậc xạ 1 có giá trị 4,48 mm vị trí vân sáng bậc xạ 2 có giá trị 4,48 mm Vậy vân sáng màu với vân trung tâm gần vân sáng bậc xạ 1 trùng với vân sáng bậc xạ 2 Nên vân trung tâm vân sáng màu kề có vân sáng xạ 1 vân sáng bậc 1, 2, 3, 4, 5, (6 vân sáng) có vân sáng xạ 2 vân sáng bậc 1, 2, 3, 4, 5, 6, (7 vân sáng) Chọn đáp án C PHẦN SÓNG CƠ HỌC Bài 1: Trên mặt nước, hai nguồn phát sóng A, B giống cách 12 cm dao động vng góc với mặt nước tạo sóng có bước sóng 1,6 cm Điểm C mặt nước cách hai nguồn cách trung điểm O đoạn AB khoảng cm Trên đoạn CO, điểm gần O dao động ngược pha với nguồn cách O đoạn A cm B cm C 7,2 cm D cm Hướng dẫn - Giả sử A = B = - Xét điểm M nằm đường trung trực AB: M  2 d  - Với d khoảng cách từ nguồn A (hoặc B) đến M, ta có 6cm  d  10cm - Độ lệch pha M nguồn A: M/A  2 Trang d  (1) - Để M A dao động ngược pha thì:  = (2k + 1) - Từ (1) (2)  d  (2k  1) với k = 0, 1, 2, 3, … (2)  1, 6cm  (2k  1) 2 Chuyển máy mode Bấm: (2ALPHA )  1) x Nhập máy tính 1.6 = Hiện hình máy tính F(X)  (2X  1)x 1.6 Bấm tiếp: = = = = X Kết máy tính F(X) 5.6 7.2 8.8 10.4 Từ kết máy tính ta thấy, có giá trị F(X) = 7.2 8.8, tức có giá trị d = 7,2 cm 8,8 cm thỏa mãn điều kiện đề Vậy đoạn CO, điểm gần O dao động ngược pha với nguồn cách O đoạn 7,2 cm Chọn đáp án C Bài 2: Gắn cầu nhỏ vào thép đàn hồi Khi thép dao động với tần số 16 Hz, mặt nước có nguồn sóng tâm O Trên nửa đường thẳng qua O, người ta thấy hai điểm M, N cách cm dao động pha Biết tốc độ lan truyền sóng 0,4 m/s  v  0,6 m/s Tốc độ truyền sóng mặt nước A 42 cm/s B 48cm/s C 56 cm/s D 60 cm/s Hướng dẫn d  - Độ lệch pha M N:   2  2 df v - Để M N dao động pha thì:  = 2k Trang (1) với k = 0, 1, 2, 3, … (2) - Từ (1) (2)  v  df 0, 06m x16Hz  k k Nhập máy tính Chuyển máy mode 0.06 x16 Bấm: = ALPHA ) Hiện hình máy tính F(X)  0.06 x16 X Bấm tiếp: = = = = Kết máy tính X 5 F(X) 0.96 0.48 0.32 0.24 0.192 Từ kết máy tính ta thấy, ứng với giá trị F(X) = 0.48, độ truyền sóng v = 0,48 m/s = 48 cm/s thỏa mãn điều kiện đề Chọn đáp án B Bài 3: Một ống sáo có chiều dài 0,6 m đóng kín đầu Biết tốc độ truyền âm khơng khí 300 m/s Hai tần số âm thấp mà ống sáo phát A 150 Hz 450 Hz B 250 Hz 725 Hz C 125 Hz 375 Hz D 250Hz 750 Hz Hướng dẫn - Ống sáo đóng kín đầu, đầu lại hở, có sóng dừng thì: � � � �v � �v � �300m / s l � k  �  �k  �  f  �k  �  �k  � � �2 � �2f � �2l � �2.0, 6m Nhập máy tính Chuyển máy mode 300 Bấm: (ALPHA )  )x = 2x0.6 Hiện hình máy tính F(X)  (X  )x 300 2x0.6 Bấm tiếp: = = = = Kết máy tính Trang X F(X) 125 375 625 Từ kết máy tính ta thấy, giá trị nhỏ F(X) = 125 375, tức giá trị thấp tần số f = 125 Hz 375 Hz Chọn đáp án C 3.3 Khả áp dụng giải pháp: Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng sóng học chức TABLE máy tính CASIO 570VN PLUS áp dụng cho học sinh khá, giỏi mà cho học sinh yếu, Qua phương pháp này, em tiết kiệm thời gian giải dạng tập phần 3.4 Hiệu quả, lợi ích thu dự kiến thu áp dụng giải pháp Qua tiến hành khảo sát với tập lớp 12A (nhóm đối chứng) lớp 12A4 (nhóm thực nghiệm), nhận thấy học sinh giải toán nhanh hơn, hiệu - Kết khảo sát: Số liệu Lớp Số kiểm tra 12A3 12A4 37 35 SL % SL % Trung bình SL % 8.1 22.9 10 14 27 40 16 11 Giỏi Khá 43.2 31.4 Yếu Kém SL % SL % 16.3 5.7 5.4 Tài liệu kèm theo - Bài tập vận dụng (01 bản) Bình Thạnh, ngày 20 tháng 03 năm 2018 Trang Tài liệu kèm theo: BÀI TẬP VẬN DỤNG PHẦN GIAO THOA ÁNH SÁNG Bài 1: Trong giao thoa với ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,4 m đến 0,76 m Tìm bước sóng xạ khác cho vân sáng trùng với vân sáng bậc ánh sáng màu đỏ có d = 0,75 m A 0,6 m; 0,5 m 0,43 m B 0,62 m; 0,5 m 0,45 m C 0,6 m; 0,55 m 0,45 m D 0,65 m; 0,55 m 0,42 m Hướng dẫn - Khi vân sáng bậc ánh sáng màu đỏ trùng với vân sáng xạ khác k 4.0, 75 d k1d = k2   = k  k 2 (µm) Chuyển máy mode 4x0.75 Nhập máy tính Bấm: ALPHA ) = Hiện hình máy tính F(X)  4x0.75 X Bấm tiếp: = = = = Kết máy tính X F(X) 1.5 0.75 0.6 0.5 0.4285 0.375 Từ kết máy tính ta thấy, có giá trị F(X) (tức bước sóng ) từ 0,4μm đến 0,76μm 0,75µm; 0,6µm; 0,5µm 0,4285µm Đồng nghĩa có xạ khác cho vân sáng trùng với vân sáng bậc ánh sáng màu đỏ có d = 0,75m Đó xạ có bước sóng 0,6m, 0,5m 0,43m Chọn đáp án A Trang Bài 2: Hai khe Young cách mm chiếu ánh sáng trắng có bước sóng 0,4 m ≤  ≤ 0,76 m; khoảng cách từ hai khe đến 1m Tại điểm M cách vân trung tâm mm có xạ cho vân tối có bước sóng A 0,44 m 0,57 m B 0,57 m 0,6 m C 0,4 m 0,44 m D 0,6 m 0,76 m Hướng dẫn D ax ax 1mm x 2mm x  (k  ) �    (m) Tại M vân tối, ta có: a D(k  0,5) 1m x( k  0,5) D(k  ) Chuyển máy mode 1x2 Bấm: 1(ALPHA )  0.5) = Nhập máy tính 1x2 Kết máy tính Hiện hình máy tính F(X)  1(X  0.5) Bấm tiếp: = = = = X F(X) 1 1.3333 2 0.8 3 0.5714 4 0.4444 5 0.3636 Từ kết máy tính ta thấy, có giá trị F(X) (tức bước sóng ) từ 0,4μm đến 0,76μm 0,5714 µm 0,4444 µm Đồng nghĩa có xạ cho vân sáng điểm M cách vân trung tâm mm Đó xạ có bước sóng 0,5714 µm 0,4444 µm Chọn đáp án A Bài 4: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Iâng Khoảng cách hai khe a = 1mm, khoảng cách từ hai khe đến D = 2m Nguồn sáng S phát đồng thời hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1 = 0,4 m 2 với 0,5 m  2  0,65 m Tại điểm M cách vân sáng (trung tâm) 5,6 mm vị trí vân sáng màu với vân sáng Bước sóng 2 có giá trị A 0,56 m B 0,6 m C 0,52 m Trang 10 D 0,62 m Hướng dẫn Tại M vị trí vân sáng màu với vân vân sáng Ta có: x  k1 1D  k1 = a Vậy M vị trí vân sáng màu với vân vân sáng gần với vân sáng Vậy M, vân sáng bậc xạ 1 trung với vân sáng xạ 2 k11 7.0,  k11 = k22  2 = k = k 2 (µm) Chuyển máy mode 7x0.4 Bấm: ALPHA ) = Nhập máy tính Hiện hình máy tính F(X)  7x0.4 X Bấm tiếp: = = = = Kết máy tính X 6 F(X) 2.8 1.4 0.9333 0.7 0.56 0.4666 Từ kết máy tính ta thấy, có xạ 2 = 0,56µm (với 0,5m  2  0,65m) cho vân sáng vị trí M cách vân trung tâm 5,6 mm Chọn đáp án A Bài 9: Một sợi dây AB đàn hồi dài 60 cm, tốc độ truyền sóng dây m/s, treo lơ lửng cần rung Cần dao động theo phương ngang với tần số f thay đổi từ 40 Hz đến 60 Hz Trong q trình thay đổi tần số, có giá trị tần số tạo sóng dừng dây: A B 15 C Hướng dẫn - Dây AB có sóng dừng với đầu nút, đầu bụng, ta có Trang 11 D � � � �v � �v � �8m / s l � k  �  �k  �  f  �k  �  �k  � � �2 � �2f � �2l � �2.0, 6m Nhập máy tính Chuyển máy mode Bấm: (ALPHA )  )x = 2x0.6 Hiện hình máy tính F(X)  (X  )x 2x0.6 Bấm tiếp: = = = = Kết máy tính X F(X) 36.666 43.333 50 56.666 63.333 Từ kết máy tính ta thấy, có giá trị F(X) = 43.333; 50 56.666, tức có giá trị tần số 43,333 Hz; 50 Hz 56,666 Hz nằm khoảng từ 40 Hz đến 60 Hz Vậy có giá trị tần số tạo sóng dừng dây Chọn đáp án A Trang 12 ... theo - Bài tập vận dụng (01 bản) Bình Thạnh, ngày 20 tháng 03 năm 2018 Trang Tài liệu kèm theo: BÀI TẬP VẬN DỤNG PHẦN GIAO THOA ÁNH SÁNG Bài 1: Trong giao thoa với ánh sáng trắng có bước sóng từ... pháp giải tập giao thoa ánh sáng sóng học chức TABLE máy tính CASIO 570VN PLUS khơng áp dụng cho học sinh khá, giỏi mà cho học sinh yếu, Qua phương pháp này, em tiết kiệm thời gian giải dạng tập... vân sáng bậc xạ 2 Nên vân trung tâm vân sáng màu kề có vân sáng xạ 1 vân sáng bậc 1, 2, 3, 4, 5, (6 vân sáng) có vân sáng xạ 2 vân sáng bậc 1, 2, 3, 4, 5, 6, (7 vân sáng) Chọn đáp án C PHẦN SÓNG