Sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa với chuyển động tròn đều để giải nhanh những bài tập về sóng cơ

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Với hình thức thi trắc nghiệm làm thi tổ hợp nay, buổi thi học sinh phải làm môn nên áp lực mức độ hoạt động tư căng thẳng Với mơn vật lý việc mở rộng kiến thức xuống lớp 10,11 lượng kiến thức em phải nhớ rộng, thời gian làm 50 phút cho 40 câu hỏi học sinh muốn đạt kết cao khơng phải học tốt, hiểu sâu rộng nội dung chương trình mà phải có tốc độ làm nhanh Trong môn vật lý lượng câu hỏi định lượng đề nhiều tốc độ giải toán định lớn đến điểm thi em Vì việc tìm phương pháp giải tốn nhanh, gọn, đơn giản, dễ hiểu, dễ vận dụng vào giải tập vật lý góp phần giúp học sinh đạt điểm số cao kì thi Chương “sóng cơ” chương trình vật lý 12 chương khó học sinh kiến thức chương học sinh muốn lĩnh hội cần vừa có tư tưởng tượng tốt vừa biết liên hệ với thực tế Sóng vừa có tính tuần hồn theo thời gian vừa có tính tuần hồn theo khơng gian giải tập chương học sinh lúng túng gặp nhiều khó khăn Sau nhiều năm giảng dạy để giải khó khăn học sinh dã mạnh dạn đưa đề tài: Sử dụng mối liên hệ dao động điều hòa với chuyển động tròn để giải nhanh tập sóng 1.2 Mục đích nghiên cứu - Đối với giáo viên: Tìm cho thân phương pháp dạy học thích hợp, hiệu để tạo hứng thú học tập cho học sinh để lôi nhiều học sinh tham gia giải tập vật lý, từ em nắm vững quy luật , tượng vật lý ngày u thích mơn vật lý - Đối với học sinh: giúp học sinh có phương pháp giải tốn hiệu quả, rút ngắn thời gian lĩnh hội kiến thức thời gian làm để đạt kết cao kì thi, đặc biệt kì thi trung học phổ thơng quốc gia tới 1.3 Đối tượng thời gian nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu - Học sinh lớp 12A4, 12A5, năm học 2017 – 2018 - Học sinh lớp ôn thi tuyển sinh năm học 2017 – 2018 1.3.2 Thời gian nghiên cứu - Thực kiểm tra tiết học kì I năm học 2017 – 2018 - Tiến hành kiểm tra trắc nghiệm lớp ôn thi tuyển sinh năm học 2017 – 2018 1.4 Phương pháp nghiên cứu Trong q trình thực đề tài tơi sử dụng phương pháp sau: - Phương pháp trao đổi, thảo luận: Giáo viên thực đề tài tiến hành trao đổi, thảo luận với giáo viên khác nhóm mơn từ rút kinh nghiệm để hồn thiện đề tài - Phương pháp đối chứng, thực nghiệm: Giáo viên thực đề tài tiến hành dạy thử nghiệm theo phương pháp nghiên cứu đề tài, sau đối chứng với dạy theo phương pháp thơng thường - Phương pháp điều tra: Giáo viên thực đề tài tập áp dụng để kiểm tra kết tiếp thu vận dụng phương pháp nêu đề tài NỘI DUNG SÁNG KIẾN 2.1 Cơ sở lí luận vấn đề: 2.1.1 Cơ sở vật lý - Dao động điều hòa xem hình chiếu chuyển động tròn đường kính chuyển động - Sóng dao động lan truyền môi trường vật chất, q trình truyền sóng có trạng thái dao động truyền phần tử vật chất dao động chỗ Nếu bỏ qua hao phí coi biên độ sóng khơng đổi - Sóng có tính tuần hồn theo thời gian không gian Từ điều ta thấy áp dụng mối liên hệ dao động điều hòa với chuyển động tròn vào giải liên quan đến sóng 2.1.2 Cơ sở lí luận Qua giảng dạy nhiều khóa học sinh, tơi nhận thấy tốn chương “ sóng học”, đặc biệt toán liên quan đến sóng cơ, q trình truyền sóng có nhiều điểm tương đồng với tập phần giải toán cách liên hệ dao động điều hòa với chuyển động tròn nên tơi hướng dẫn cho học sinh liên hệ loại tập chương với Việc sử dụng phương pháp hướng tới mục đích: giúp học sinh giải nhanh tốn sóng cách liên hệ với chuyển động tròn đều, toán mà học sinh học làm tập từ chương dao động ,nên trình lĩnh hội kiến thức chủ động, dễ dàng nhanh Trong đề tài, đưa mối liên hệ, tương đồng kiến thức hai chương cho học sinh, dạng tập phương pháp giải tương ứng, tập vận dụng phương pháp cuối tập tự luyện nhằm giúp em có kĩ giải tập Việc sử dụng liên hệ dao động điều hòa với chuyển động tròn giải tốn sóng cỏ tạo hiệu cao tiết kiệm thời gian q trình làm tập sóng cỏ Từ nâng cao chất lượng kiểm tra, tạo hứng thú học tập cho học sinh 2.1.3 Cơ sở thực tiễn Từ việc đọc tài liệu, thông qua tiết luyện tập dạy bồi dưỡng cho đối tượng học sinh Tơi nhận thấy tốn liên quan đến sóng q trình truyền sóng học sinh lúng túng gặp nhiều khó khăn Các em hay nhầm lẫn độ lệch pha sau: + Lệch pha điểm thời điểm khác + Lệch pha thời điểm hai thời điểm khác + Lệch pha hai điểm hai thời điểm khác 2.1.4 Cơ sở khoa học Giải tốt nội dung đề tài giúp đa số học sinh làm tập, giúp phận Thầy, Cô giáo việc đánh giá, nhìn nhận lực tiếp thu học sinh, sở để lựa chọn cách thực hoạt động giáo dục phù hợp với lực đối tượng học sinh 2.2 Thực trạng vấn đề: 2.1 Khó khăn - Tư duy, khả nhận thức nhiều học sinh hạn chế - Kiến thức cần phải nhận biết đa phần kiến thức trừu tượng nên việc tiếp cận tiếp thu kiến thức gặp nhiều khó khăn - Đa phần em lúng túng q trình làm bài, tơi nhận thấy học sinh thường biết làm tập đơn giản, thay số, tập yêu cầu phải có khả phân tích đề tư duy, suy luận nhiều hạn chế 2.2.2 Thuận lợi Khi học đến chương đa phần học sinh có kiến thức bản, có kĩ giải toán liên quan đến áp dụng đường tròn vào giải tốn dao động 2.3 Các biện pháp tiến hành để giải vấn đề Để hướng dẫn học sinh giải tập sóng theo phương pháp tơi đưa quy trình thực sau: - Nhắc lại cho học sinh mối liên hệ dao động điều hồ chuyển động tròn - Từ tính tuần hồn theo thời gian khơng gian sóng đưa mối liên hệ sóng với chuyển động tròn sau: + Khi vật vị trí biên dương tương ứng với sóng phần tử mơi trường vị trí cao + Khi vật vị trí biên âm tương ứng với sóng phần tử mơi trường vị trí thấp + Khi chất điểm chuyển động theo chiều dương tương ứng với sóng phần tử mơi trường lên + Khi chất điểm chuyển động theo chiều âm tương ứng với sóng phần tử mơi trường xuống - Đưa dạng toán áp dụng phương pháp giải cho dạng 2.3.1 Sóng có tính tuần hồn theo thời gian - Xét điểm phương truyền sóng, phần tử môi trường điểm xét dao động điều hòa với biên độ sóng a, chu kỳ T Khi liên hệ với chuyển động tròn thời gian góc bán kính điểm cần xét quét góc tương ứng - Bài tập áp dụng: biết li độ, trạng thái dao động phần tử chất lỏng thời điểm t, tìm trạng thái chuyển động phần tử chất lỏng thời điểm t’ - Bài tập ví dụ Bài tập : Cho sóng truyền dọc theo trục Ox với biên độ sóng a ( coi khơng đổi q trình truyền), tần số góc ω = 10π Xét điểm M phương truyền sóng thời điểm t vị trí cao nhất, xác định trạng thái chuyển động điểm M thời điểm a t’= t + b t’= t + Giải a Ta có t = Áp dụng mối liên hệ với dao động điều hòa ta có hình vẽ sau Từ hình vẽ ta thấy điểm M có li độ dương xuống b Ta có t = Áp dụng mối liên hệ với dao động điều hòa ta có hình vẽ sau Từ hình vẽ ta thấy điểm M có li độ âm xuống Bài tập : Cho sóng truyền dọc theo trục Ox với biên độ sóng a = 4cm ( coi khơng đổi q trình truyền), tần số góc ω = 10π Xét điểm M phương truyền sóng thời điểm t qua vị trí cân xuống, xác định li độ điểm M thời điểm a t’= t + b t’= t + Giải a Ta có t= Áp dụng mối liên hệ với dao động điều hòa ta có hình vẽ sau Vậy điểm M có li độ cm xuống b Ta có t = Áp dụng mối liên hệ với dao động điều hòa ta có hình vẽ sau : Vậy điểm M có li độ -4cm vị trí thấp 2.3.2 Sóng có tính tuần hồn theo khơng gian - Xét thời điểm t định, hai điểm M, N phương truyền sóng cách khoảng d lệch pha góc Sóng đến điểm trước điểm sớm pha - Bài tập áp dụng: xác định li độ, trạng thái dao động điểm N thời điểm t biết trạng thái dao động điểm M cách khoảng d Xác định chiều truyền sóng dựa vào độ lệch pha - Bài tập ví dụ Bài : Một sóng ngang có bước sóng truyền sợi dây dài từ điểm M đến điểm N, MN = 0.25 Tại thời điểm điểm điểm M có li độ âm chuyển động xuống điểm N có li độ chiều chuyển động nào? Giải Ta có MN = Do sóng truyền từ M đến N nên sóng N trễ pha sóng M góc Áp dụng mối liên hệ với chuyển động tròn ta có hình Từ hình vẽ ta nhận thấy điểm N có li độ dương lên Bài : Một sóng ngang có bước sóng truyền sợi dây dài từ điểm M đến điểm N, MN = 65,75 Tại thời điểm điểm điểm M có li độ dương chuyển động xuống điểm N có li độ chiều chuyển động nào? Giải Ta có MN = Do sóng truyền từ M đến N nên sóng N trễ pha sóng M góc Áp dụng mối liên hệ với chuyển động tròn ta có hình Ta thấy N có li độ âm xuống Bài : Một sóng ngang có bước sóng truyền sợi dây dài từ điểm N đến điểm M, MN = 0,75 Tại thời điểm điểm điểm M vị trí cao điểm N có li độ chiều chuyển động nào? Giải Ta có MN = Do sóng truyền từ N đến M nên sóng N sớm pha sóng M góc Ta có hình Từ hình vẽ ta nhận thấy điểm N có li âm xuống Bài Một sóng ngang có tần số 100Hz, truyền sợi dây nằm ngang với tốc độ 60 m/s, qua điểm M đến điểm N cách 7,95 m Tại thời điểm M có li độ âm chuyển động lên điểm N có li độ chiều chuyển động nào? Giải Ta có Độ lệch pha M N MN = 2226 Do sóng truyền từ M đến N nên sóng N trễ pha sóng M góc Từ hình vẽ ta thấy điểm N có li độ âm xuống Bài (ĐH 2012) Hai điểm M, N nằm hướng truyền sóng cách phần ba bước sóng Biên độ sóng khơng đổi q trình truyền sóng Tại thời điểm li độ dao động phần tử M cm li độ dao động phần tử N – cm Tính biên độ sóng ? Giải Độ lệch pha M N MN = 22 Sóng N sớm pha sóng M Ta có hình vẽ sau Biên độ sóng A= = Bài Một sóng lan truyền sợi dây đàn hồi dài, căng ngang, hai điểm M, N dây cách khoảng phần tư bước sóng Khi li độ sóng M cm li độ sóng N la – cm Hãy tính biên độ sóng? Giải Độ lệch pha M N MN = 22 Sóng N vng pha với sóng M Ta có hình vẽ sau Ta có cm Bài Một sóng lan truyền sợi dây đàn hồi dài, căng ngang, hai điểm M, N dây cách khoảng ba phần tư bước sóng Tại thời điểm t điểm M cao vị trí cân đoạn cm lên, điểm N cao vị trí cân cm xuống Hãy cho biết biên độ sóng chiều truyền sóng? Giải Độ lệch pha M N MN = 22 Sóng N vng pha với sóng M Ta có hình vẽ sau 10 Tương tự ta có A = 5cm Ta thấy điểm sóng điểm M sớm pha sóng N, sóng truyền từ M đến N Bài 8: Một sóng lan truyền từ M đến N với bước sóng 12 cm Coi biên độ sóng khơng đổi q trình truyền mm Biết vị trí cân M N cách cm Tại thời điểm t, phần tử vật chất M có li độ mm tăng phần tử vật chất N qua vị trí theo chiều nào? Giải Độ lệch pha M N MN = 22 Sóng M sớm pha sóng N Từ hình vẽ ta có N có li độ giảm 2.3.3 Sóng có tính tuần hồn theo khơng gian thời gian - Xét điểm M, N phương truyền sóng cách khoảng d thời t1 t2 khác độ lệch pha M N tổng độ lệch pha theo thời gian theo không gian - Bài tập áp dụng: biết trạng thái điểm M thời điểm t 1, xác định trạng thái N t2 Biết trạng thái điểm M thời điểm t 1, xác định thời gian để N có li độ uN - Bài tập ví dụ Bài Một sóng học lan truyền mặt thoáng chất lỏng nằm ngang với tần số 10 Hz, tốc độ truyền sóng 1,2 m/s Hai điểm M N thuộc mặt thoáng , phương truyền sóng , cách 26 cm (M nằm gần nguồn sóng ) Tại thời điểm t, điểm N hạ xuống thấp Khoảng thời gian ngắn sau điểm M hạ xuống thấp bao nhiêu? A 11/120s B 1/120s C 1/12s 11 D 1/ 60s Giải λ= Bước sóng Độ lệch pha M N Do sóng truyền từ M đến N nên sóng M sớm pha sóng N góc Từ hình vẽ ta thấy để M xuống đến vị trí thấp phải quay thêm góc Đáp án D Bài Sóng ngang có chu kỳ T, biên độ cm,bước sóng lan truyền mặt nước với bước sóng khơng đổi Xét phương truyền sóng, sóng truyền đến diểm M đén điểm N cách khoảng Nếu hời điểm t, điểm Mqua vị trí cân theo chiều dương sau thời gian ngắn điểm N hạ xuống thấp nhất? A B C D Giải Độ lệch pha M N MN = 22 Do sóng truyền từ M đến N nên sóng N trễ pha sóng M góc Ta có hình vẽ Ta thấy để điểm N xuống đến vị trí thấp phải quay góc Đáp án B 12 Bài Sóng lan truyền qua điểm M đến điểm N phương truyền sóng, cách phần ba bước sóng Tại thời điểm t = có u M = cm uN = cm.Gọi t1 t2 thời điểm để M N lên đến vị trí cao Giá trị t t2 A B C D Giải Độ lệch pha M N MN = 22 Sóng M sớm pha sóng N Ta có hình vẽ sau Thời gian vật M lên đến vị trí cao Thời gian vật M lên đến vị trí cao Đáp án B Bài Hai điểm M, N nằm phương truyền sóng cách khoảng phần ba bước sóng, sóng có biên độ A, chu kỳ T Sóng truyền từ N đến M Tại thời điểm t1, có uM = 1,5 cm, uN = -1,5cm Ở thời điểm t2 liền sau uM = A Hãy xác định biên độ sóng A t2 Giải Độ lệch pha M N MN = 22 Sóng N sớm pha sóng M Ta có hình vẽ sau 13 Từ hình vẽ ta có: Biên độ sóng A= = Thời gian để điểm M có li độ uM = A = Hiệu SKKN: Đề tài kiểm nghiệm năm học giảng dạy vật lý lớp 12 chương ‘sóng học’ , học sinh đồng tình đạt kết khả quan, nâng cao khả giải toán cho học sinh Các em hứng thú học tập em học sinh với mức học trung bình trở lên có kỹ giải tập Học sinh biết áp dụng tăng rõ rệt Cụ thể áp dụng sáng kiến kinh nghiệm cho lớp 12A4 12A5 ( năm học 2017-2018), so sánh đối chiếu với việc trước sau áp dụng phương pháp trình giải tốn liên quan đến sóng cơ, q trình lan truyền sóng Trước áp dụng : Điểm trở lên Lớp Số Tỷ lệ lượng 12A4 46 4.3 % 12A5 48 2.1% Sau áp dụng : Tổng số Lớp Tổng số 12A4 12A5 46 48 Điểm trở lên Số Tỷ lệ lượng 15 32,6 % 16,7% Điểm từ đến Số Tỷ lệ lượng 20 43.5 % 16 33.3% Điểm Điểm từ đến Số Tỷ lệ lượng 28 60,8 % 32 66,6% Điểm 14 Số lượng Tỷ lệ 24 31 52.2 % 64.6 % Số lượng Tỷ lệ 6.6 % 16.7 % III Kết luận Đề tài giải vấn đề sau: Đề tài hướng nhằm đơn giản đơn vị kiến làm cho học sinh tiếp thu kiến thức nhẹ nhàng hơn, dễ hiểu hơn, biến phức tạp thành đơn giản, chưa biết thành biết từ góp phần phát triển tư sáng tạo Đề tài dùng tiết luyện tập để nâng cao kết hoạt động giáo dục Đề tài giúp học sinh có nhìn hứng thú học sóng Các em khơng túng túng bỡ ngỡ gặp dạng tập Đề tài thử nghiệm trường phổ thơng, xong việc áp dụng phạm vi hẹp Do vậy, để đề tài kiểm nghiệm mang lại hiệu thiết thực cần thử nghiệm phạm vi rộng Với trình độ hạn chế, kiến thức rộng nên viết có sai sót Kính mong góp ý trao đổi chân tình q đồng nghiệp để đề tài hồn thiện có tác dụng hữu ích Xin chân thành cảm ơn Đề xuất kiến nghị: Với GV Với Trường Với cấp cao Tài liệu tham khảo - SGK vật lý 12 nâng cao - Giải toán vật lý 12 ( Bùi Quang Hân) 15 MỤC LỤC Trang I PHẦN MỞ ĐẦU: Lí chọn đề tài 01 II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 02 III Một số vấn đề sở lí luận đề tài 05 Thực trạng đề tài 05 Các biện pháp giải vấn đề 11 Kết thực nghiệm đề tài 12 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 13 Tài liệu tham khảo 14 16 17 ... sinh, dạng tập phương pháp giải tương ứng, tập vận dụng phương pháp cuối tập tự luyện nhằm giúp em có kĩ giải tập Việc sử dụng liên hệ dao động điều hòa với chuyển động tròn giải tốn sóng cỏ tạo... sinh mối liên hệ dao động điều hồ chuyển động tròn - Từ tính tuần hồn theo thời gian khơng gian sóng đưa mối liên hệ sóng với chuyển động tròn sau: + Khi vật vị trí biên dương tương ứng với sóng. .. có nhiều điểm tương đồng với tập phần giải tốn cách liên hệ dao động điều hòa với chuyển động tròn nên tơi hướng dẫn cho học sinh liên hệ loại tập chương với Việc sử dụng phương pháp hướng tới