Phương pháp và hướng dẫn học sinh giải hiệu quả những bài toán cho biết đồ thị của phần dao động cơ, sóng cơ, điện xoay chiều

MỤC LỤC Mục 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4 Nội dung Mở đầu Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung SKKN Cơ sở lí luận Thực trạng vấn đề trước áp dụng SKKN Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Giải pháp 1: phần dao động Giải pháp 2: phần sóng Giải pháp 3: phần điện xoay chiều Giải pháp 4: phần dao động điện từ Hiệu SKKN Kết luận, kiến nghị Tài liệu tham khảo Danh mục đề tài SKKN đánh giá xếp loại Trang 2 2 2 3 10 13 15 16 17 18 1 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Thực tiễn giáo dục tổ chức kỳ thi THPT QG từ năm học 20142015 với mục tiêu từ kì thi để lấy kết xét tốt nghiệp đại học Vì mức độ đề phân loại rõ rệt Cùng với đổi mới, năm học 2016-2017 tổ chức thi theo tổ hợp mơn, em cần có kiến thức tổng hợp để giải nhanh dạng tập Thơng qua q trình giảng dạy ôn tập cho học sinh, cảm nhận phần lớn em chưa có kĩ để giải tốn vật lí đồ thị Chẳng hạn: + em vận dụng điểm đặc biệt đánh dấu đồ thị + không hiểu đồ thị sớm pha hay trễ pha Từ thực tiễn giáo dục thực tế việc học, với nội dung chất lượng kỳ thi THPT QG nay, xây dựng phương pháp hướng dẫn học sinh giải hiệu toán cho biết đồ thị phần dao động cơ, sóng cơ, điện xoay chiều dao động điện từ 1.2 Mục đích nghiên cứu Giúp học sinh có phương pháp kĩ giải nhanh toán biết đồ thị phụ thuộc đại lượng vật lí, sở vận dụng kiến thức toán học tọa độ kiến thức vật lí đặc trưng phần 1.3 Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp giải nhanh dạng toán đồ thị đề thi THPT QG mơn vật lí thơng qua việc biên soạn tập trắc nghiệm đồ thị phần dao động cơ, sóng cơ, điện xoay chiều dao động điện từ vật lí lớp 12 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết sau chuyên đề, để học sinh có hệ thống tập phần đồ thị đại lượng phụ thuộc vào đại lượng khác, đáp ứng nội dung thi THPT QG Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận Sau nghiên cứu đề thi THPT QG năm 2017 năm 2018, với đề ơn tập thơng qua q trình giảng dạy Tôi nhận thấy sau hướng dẫn học sinh kĩ sử dụng tọa độ đồ thị kết hợp với kiến thức vật lí học sinh vận dụng nhanh cho dạng tập có đồ thị 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Qua nghiên cứu nhóm học sinh, kết cho thấy việc áp dụng kiến thức vật lí giải tập thơng thường em làm Nhưng gặp tập có đồ thị em vận dụng đồ thị kiện cho đề Vì chất lượng học sinh làm tập có đồ đề thi khảo sát THPT QG thấp 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Từ thực trạng khảo sát kiến thức tập có đồ thị với nhóm học sinh khác Cùng với thực trạng nghiên cứu nguồn tài liệu khác nhau, cho thấy cần thiết giáo viên phải có kĩ hệ thống tập trắc nghiệm đồ thị cho phần dao động cơ, sóng cơ, dao động điện điện xoay chiều để giúp học sinh có kĩ rèn luyện tư kiến thức sau phần kiến thức học Tơi xin trình bày số giải pháp: 2.3.1 Giải pháp 1: phần dao động học * Phương pháp: Ghi nhớ đồ thị biểu diễn x (t), v(t), a(t) vẽ hệ tọa độ, ứng với = - v sớm pha x góc - a ngược pha so với x - a sớm pha v góc * Hướng dẫn: Bước 1: Tìm điểm đặc biệt đồ thị: biên độ, chu kì, pha ban đầu x, v, a a(t) A T/2 O -A A T x(t) Bước 2: Sử dụng trục thời gian li độ, vận tốc gia tốc ứng với trường hợp đặc biệt Bước 3: O - -A A/2 Dựa x vào đồ T/12 T/6 thị T/8 T/8 T/6 nhận biết T/4 dao động có trạng thái dao động sớm hay trễ so với trạng thái dao động dao động khoảng thời gian Từ xác định góc lệch pha dao động A A A  T + Chẳng hạn: dao động a sớm dao động v thời gian  a sớm pha v góc + trạng thái dao động muộn trạng thái dao động thời gian T 12 tức dao động trễ pha dao động góc  * Bài tập vận dụng: Câu Một chất điểm dao động điều hòa có đồ thị dao động hình vẽ Phương trình vận tốc vật là: A v = 64  cos(4  t +  ) cm/s  A B v = 64  cos(8  t +  ) cm/s 8A  C v =  cos(8  t + ) cm/s  D v =  cos(8  t - ) cm/s Hướng dẫn : Từ đồ thị, hướng dẫn em tìm A T Cụ thể : A = 8cm, T = 0,25s �  O 0,25 t(s) t 2 A 2 rad  8 ( ) T s  x  A cos(t   )  8cos(8 t  )(cm) Phương trình dao động li độ :  cm v   A cos(t    )  64 cos(8 t   )( ) s Phương trình vận tốc : Câu Một chất điểm tham gia đồng thời hai dao động điều hòa phương có đồ thị hình vẽ: Phương trình dao động tổng hợp chất điểm là: A x  cos(2t  2 )cm B  x  cos(2t  )cm C D x  cos(2t  2 )cm x  cos(2t  2 )cm Hướng dẫn: Từ đồ thị: ta có x1 dao động muộn x2 khoảng thời gian t = T/4+T/12 tức x1 trễ pha so với x2 góc     2   Và A1= A2 =2cm , Ta có giản đồ véc tơ x O Từ giản đồ véc tơ, ta có Câu Đồ thị hai dao động điều hòa tần số vẽ sau: x(cm) Phương trình dao động tổng hợp x1 chúng  x 5cos t (cm) A –2 –3 x2 t(s)   x cos t    2  (cm) B   x cos t    (cm) 2 C   x 5cos t    2  (cm) D Hướng dẫn: Từ đồ thị , ta có: x1 ngược pha với x2, A1 = 3cm, A2 = 2cm,  uu r uur A1 Ta có ngược hướng với A2 A1 > A2 nên A = A1 – A2 = 1cm 1     x  cos( t  )(cm) 2 Vậy Câu Cho hai dao động điều hoà với li độ x1 x2 có đồ thị hình vẽ Tổng tốc độ hai dao động thời điểm có giá trị lớn là: A 100π cm/s x (cm) B 280π cm/s x1 C 200π cm/s x2 t (10-1s) D 140π cm/s Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có:  uu r uur A x1 sớm pha x2 góc hay vng góc với A2 rad �   20 ( ) -1 s A1 = 8cm, A2 = 6cm, T=10 s Tổng tốc độ hai dao động thời điểm có giá trị lớn vmax   A   A12  A22  20 82  62  200 ( cm ) s Câu Một lắc lò xo dao động điều hòa mà lực đàn hồi chiều dài lò xo có mối liên hệ cho đồ thị hình vẽ Cho g Fđh(N) = 10 m/s2 Biên độ chu kỳ dao động lắc A A = cm; T = 0,56 s l(cm) B A = cm; T = 0,28 s 10 188 C A = cm; T = 0,56 s –2 D A = cm; T = 0,28 s Hướng dẫn: Dựa vào Chiều dài lo xo vị trí � l  2cm � T  2 l max  l  6cm đồ thị ta có: A = l  l l cb  max  12cm cân l g =0,28s Câu 6.( Đề THPT QG- 2018) Hai vật M1 M2 dao động điều hòa tần số Hình bên đồ thị biểu diễn phụ thuộc li độ x1 M1 vận tốc v2 M2 theo thời gian t Hai dao động M1 M2 lệch pha A  C 5 B D X1,v2 X1 t(s) O V2  2 Hướng dẫn: Từ đồ thị ta thấy v2 đạt cực đại trước x1 đạt cực đại Mỗi chu kì 12 ô nên: v2 nhanh pha x1 thời gian T/6 ứng với góc Hay v2 sớm pha x1 thời gian T/6 ứng với góc    Vì v2 vng pha nhanh pha x góc , nên x1 sớm pha x2 :    =  Chọn B 2.3.2 Giải pháp : phần sóng : * Phương pháp : - Xác định đại lượng đặc trưng, trạng thái chuyển động phần tử môi trường - Dựa vào tính tuần hồn li độ sóng theo không gian thời gian, thông qua đồ thị dao động - Dựa vào trạng thái chuyển động phần tử mơi trường, sóng truyền theo chiều từ trái qua phải ta có: theo phương truyền sóng, phần tử mơi trường trước đỉnh sóng gần chuyển động xuống, phần tử môi trường sau đỉnh gần chuyển động lên * Hướng dẫn: Bước 1: Tìm điểm đặc biệt đồ thị: chu kì, bước sóng Bước 2: Sử dụng cơng thức độ lệch pha   2x  Câu ( Đề THPT QG – 2017) Trên sợ dây dài, có sóng ngang hình sin truyền qua theo chiều dương trục Ox Tại thời điểm t0 đoạn sợi dây có hình dạng hình bên Hai phần tử M O dao động lệch pha A C  3 rad rad B  D 2 rad Hướng dẫn: Từ hình vẽ ta có rad x   Vậy độ lệch pha hai điểm O M   2x 3  rad  Câu Một sóng ngang hình sin truyền sợi dây dài Hình vẽ bên hình dạng đoạn dây thời điểm xác định Trong q trình lan truyền sóng, khoảng cách lớn hai phần tử M N có giá trị gần với giá trị sau đây? A 8,5 cm B 8,2 cm C 8,35 cm D 8,02 cm Hướng dẫn: Độ lệch pha dao động hai phần tử M N N d + Khoảng cách hai chất điểm d  x  u với ∆x không đổi, d lớn ∆u lớn M Ta có �2 � u max   u M  u N  max  A  A  2A.Acos � � �3 � Vậy d max  x  u 2max  82   3 �8, 2cm 2.3.3 Giải pháp 3: Phần điện xoay chiều: * Phương pháp - Ghi nhớ dạng đồ thị i, uR, uL, uC theo t, nhận xét độ lệch pha đại lượng: + uR pha với i + uL sớm pha i góc + uC trễ pha i góc + uL uC ngược pha i, uR, uL, uC U0C U0L U0R I0 O -I0 -U0R -U0L -U0C uR(t) uC(t) [Type a quote from the document or the summary of an interesting point You can t(s) position the text box i(t) anywhere in the document uL(t) Use the Drawing Tools tab to change the formatting of the pull quote text box.] 10 * Hướng dẫn: Bước 1: Tìm điểm đặc biệt đồ thị: cường độ dòng điện cực đại, điện áp cực đại, chu kì Bước 2: Từ đồ thị tìm độ lệch pha đại lượng Bước 3: - Vận dụng cơng thức định luật Ơm, tổng trở mạch điện xoay chiều, giản đồ véc tơ - Vận dụng hệ thức lượng tam giác vuông * Bài tập vận dụng: Câu Đồ thị biểu diễn phụ thuộc vào thời gian điện áp hai đầu mạch cường độ dòng điện chạy mạch hình vẽ Đoạn mạch: A.chỉ có điện trở R B có cuộn cảm L C có tụ điện C D có điện trở R, cuộn cảm L Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có u sớm pha i góc Mặt khác mạch có cuộn cảm L u sớm pha i góc chọn đáp án B Câu Cho mạch điện hình vẽ, cuộn dây cảm Điện áp xoay chiều ổn định hai đầu A B u = 100 cos( t   ) Khi K mở đóng, đồ thị cường độ dòng điện qua mạch theo thời gian tương ứng i m iđ biểu diễn hình bên Điện trở dây nối nhỏ Giá trị R bằng: A 100 B 50 C 100D 50 Hướng dẫn: Từ đồ thị ,ta có im sớm pha iđ góc với iđ Vì U khơng đổi nên ta có vng góc với , hay im vng pha Ta có: 11 Ta có giản đồ véc tơ tổng trở M O H M N Áp dụng hệ thức lượng tam giác vng, ta có:  R = 50  Câu Mạch điện AB gồm đoạn AM đoạn MB: Đoạn AM có điện trở 50  đoạn MB có cuộn dây Đặt vào mạch AB điện áp xoay chiều điện áp tức thời hai đoạn AM MB biến thiên đồ thị: Cảm kháng cuộn dây A 12,5 2 B 12,5 3 C 12,5 6 D 25 6 12 100 2(V ) , U = 100 (V), u dao động 02 T T muộn u2 khoảng thời gian 12 , tức u1 trễ pha u2 Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có: U01 = góc � U AM  U 01  100 2(V ) , U MB  U 02  100(V ) Ta có giản đồ véc tơ: O H M Theo giản đồ véc tơ, ta có: sin  U L sin   � U L  U MB �  50 3(V ) U MB Có I U AM 100 U 50   2( A) � Z L  L   12,5 6() R 50 I 2 2.3.4 Giải pháp 4: Phần dao động điện từ * Phương pháp: - Dựa vào phương trình dao động điện tích u q q  U cos(t   ) U0  C C với Phương trình điện áp tụ: Phương trình cường độ dòng điện cuộn dây: i  q,   q0 sin( t   )   I cos(t    ) , với i nhanh pha q u góc - Dựa vào đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện tích dòng điện mạch dao động theo thời gian (chọn 13 q, i * t Hướng dẫn: Bước 1: O T Tìm điểm đặc biệt đồ thị: biên độ, chu kì, góc pha ban đầu đại lượng Bước 2: Tìm mối liên hệ pha đại lượng Bước 3: Sử dụng cộng số phức máy tính casio * Bài tập vận dụng: Câu Hai mạch dđ LC lí tưởng có dao động điện từ tự với cường độ dòng điện tức thời hai mạch tương ứng i1 i biểu diễn hình vẽ Tại thời điểm t, điện tích tụ mạch có độ lớn 4.106  C  , tính khoảng thời gian ngắn sau 3.106  C  để điện tích tụ mạch thứ có độ lớn -4 -4 -4 A 2,5.10 s B 5.10 s C 1,25.10 s D 2.10-4 s Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có: chu kì dao động T1 = 10-3 s, T2 = 10-3 s �   2000 ( � q01  rad ) s I01 = 8.10-3 A, I02 = 6.10-3 A 4� 106 3� 106 (C ) � q02  (C )   , Từ đồ thị: i1 sớm pha i2 góc sớm pha q2 góc q1  4.106  C  điện Tại thời điểm t: - Điện tích tụ mạch có độ lớn: tích cực đại tụ q2 trễ ph a q1 góc Theo đồ thị: i1 sớm pha i2 góc � q1 sớm pha q2 góc nên q2 = 14 - Thời gian ngắn để điện tích tụ mạch có độ (điện tích cực đại) là: t  3.106  C lớn  T2 103   2,5.104 s 4 Câu Ba mạch dao động điện từ LC lí tưởng có dao động điện từ tự với cường độ dòng điện tức thời ba mạch i1, i2 i3 biểu diễn hình vẽ Tổng điện tích ba tụ điện ba mạch thời điểm có giá trị lớn 2, A  μC 24 C  μC B  μC D μC �   250 ( rad ) s Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có: T = 8.10-3s (mA), I02 = (mA), I03 = (mA), 1  Có 2(t )  t    250 � 103     �   3( t )  t  3  250 � 103    3  rad    �    rad  X 3   i  i1  i2  i3   4�  3�  7� � I o  7(mA) 4 Có Vậy q0  I0 � 103 28 6 28   � 10 (C )  ( C )  250   2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Sau trình bày nội dung sáng kiến kinh nghiệm với đồng nghiệp học sinh chất lượng giảng dạy nâng lên, học sinh có phương pháp giải nhanh với dạng tốn vật lí đồ thị Đồng thời qua ôn thi theo chủ đề, chất lượng làm đạt cao lần thi trước 15 Cụ thể sau: Lớp Dao động Sóng Điện xoay chiều Dao động điện từ 12 A1 Đạt 7/7 câu Đạt 2/2 câu Đạt 3/4 câu Đạt 2/2 câu 12 A2 Đạt 5/7 câu Đạt 2/2 câu Đạt 2/4 câu Đạt 2/2 câu 12 A3 Đạt 4/7 câu Đạt 2/2 câu Đạt 2/4 câu Đạt 1/2 câu Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Với việc tích cực biên soạn tập trắc nghiệm đồ thị giúp học sinh có kĩ tổng hợp xử lí số liệu đồ thị Tạo động lực để học sinh phấn đấu đạt điểm cao kỳ thi THPT QG 3.2 Kiến nghị Các thầy cô tiếp tục nghiên cứu phương pháp hướng dẫn học sinh giải dạng tốn vật lí đồ thị thơng qua đề ơn thi, để giúp em có kiến thức kĩ giải nhanh trắc nghiệm, đáp ứng mục tiêu thi THPT QG XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 20 tháng năm 2019 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết Nguyễn Thị Tâm 16 Tài liệu tham khảo Sách giáo khoa vật lí 12 Đề thi THPT Quốc gia năm 2016, 2017,2018 (đề thi thức Bộ giáo dục đào tạo) Một số đề ôn thi mạng Internet 17 DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Nguyễn Thị Tâm Chức vụ đơn vị công tác: Giáo viên – Trường THPT Thạch Thành TT Tên đề tài SKKN Giải nhanh tập phương pháp sử dụng véc tơ quay Phương pháp xác định số cực đại, cực tiểu giao thao sóng Phương pháp giải hiệu số dạng tập giao thoa ánh sáng Kĩ biên soạn câu hỏi trắc nghiệm mức độ nhận biết, thông hiểu đề thi Kết Cấp đánh đánh giá giá xếp loại xếp loại (Phòng, Sở, (A, B, Tỉnh ) C) Năm học đánh giá xếp loại Sở GD ĐT Thanh Hóa C 2008-2009 Sở GD ĐT Thanh Hóa C 2010-2011 Sở GD ĐT Thanh Hóa C 2013-2014 Sở GD ĐT Thanh Hóa C 2016-2017 THPT QG mơn vật lí 18 ... nghiệm đồ thị cho phần dao động cơ, sóng cơ, dao động điện điện xoay chiều để giúp học sinh có kĩ rèn luyện tư kiến thức sau phần kiến thức học Tơi xin trình bày số giải pháp: 2.3.1 Giải pháp 1: phần. .. động cơ, sóng cơ, điện xoay chiều dao động điện từ 1.2 Mục đích nghiên cứu Giúp học sinh có phương pháp kĩ giải nhanh toán biết đồ thị phụ thuộc đại lượng vật lí, sở vận dụng kiến thức toán học. .. hiểu đồ thị sớm pha hay trễ pha Từ thực tiễn giáo dục thực tế việc học, với nội dung chất lượng kỳ thi THPT QG nay, xây dựng phương pháp hướng dẫn học sinh giải hiệu toán cho biết đồ thị phần dao