Phân loại và cách giải bài tập dạng đồ thị chương sóng cơ – vật lí 12

Khảo sát hiện tượng sóng dừng: + Xét quá trình hình thành sóng dừng trên sợi dây có chiều dài l, một phần tử M trên dây cách đầu cố định B một khoảng MB d , giả sử tại thời điểm bắt đầu

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 32.3 Các sáng kiến kinh nghiệm hoặc các giải pháp đã sử dụng để giải

quyết vấn đề

3

- Dạng 1: Quy tắc xác định độ lệch pha giữa hai phần tử sóng từ đồ thị li độ - thời gian. 4

- Dạng 2: Quy tắc xác định độ lệch pha giữa hai phần tử sóng trong không gian Quãng đường mà

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục,

với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường

- Chương sóng cơ là một trong những chương khó, trừu tượng, nhiều dạng bài

tập, đặc biệt là bài tập dạng đồ thị Bài tập chương sóng cơ là một trong những

dạng bài tập trọng tâm, cơ bản của chương trình vật lý khối 12, nó chiếm mộtphần trong các đề thi Trung học phổ thông Quốc gia Câu hỏi ở chương nàytrong đề thi thường có đầy đủ cả 4 mức độ mức độ: nhận biết, thông hiểu, vậndụng và vận dụng cao Để đạt được điểm 8,9,10 trong các đề thi đại học thì họcsinh phải giải quyết tốt cả phần bài tập nâng cao Tuy nhiên khi gặp các câudạng đồ thị trong chương nà học sinh thường có tâm lí lo sợ và thấy khó chưa cóđịnh hướng là bài Chính vì vậy mà trong quá trình ôn thi đại học cho học sinhkhối 12 tôi đã phân loại và đưa ra cách giải cách giải các bài tập dạng đồ thịtrong chương sóng cơ giúp các em làm quen và tự tin khi gặp các dạng bài tậpnày

1.2 Mục đích nghiên cứu.

- Phân loại được các dạng bài tập bài tập trong chương sóng cơ, hiểu đượcđặc trưng riêng của từng dạng, hệ thống hóa được kiến thức đã học, đưa raphương pháp giải chung tổng quát cho từng dạng, với những dạng bài tập quenthuộc thì có thể đưa ra công thức tắt để HS vận dụng làm trắc nghiệm đượcnhanh hơn từ đó tạo điều kiện thuận lợi hơn trong việc học tập, ôn thiTHPTQG

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

- Trong nội dung giới hạn của đề tài, tôi nghiên cứu về việc phân bài tậpdạng đồ thị phần Sóng cơ thành từng dạng, từ đó đưa ra phương pháp giải vàcông thức rút gọn cuối cùng cho từng dạng bài cụ thể

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết

- Nghiên cứu chương trình vật lý trung học phổ thông, bao gồm sách giáokhoa vật lý 12, sách bài tập, một số sách tham khảo vật lý 12 về chương sóng cơ

- Nghiên cứu và giải đề thi THPT QG của các năm và đề thi minh hoạcủa Bộ GD&ĐT, đề thi thử THPTQG của các trường trên cả nước

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm.

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.

a Đồ thị sóng cơ và quá trình truyền sóng cơ

Một cách tương tự như dao động điều hòa, sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong không gian Phương trình dao động của một phần tử môi trường cách nguồn sóng một đoạn x được xác định bởi biểu thức:

2 cos

O

t u

o Các phần tử môi trường ở sau đỉnh sẽ có xu hướng chuyển động đi lên.

b Khảo sát hiện tượng sóng dừng:

+ Xét quá trình hình thành sóng dừng trên sợi

dây có chiều dài l, một phần tử M trên dây

cách đầu cố định B một khoảng MB d , giả sử

tại thời điểm bắt đầu quan sát sóng tại nguồn O

Bụng sóng Nút sóng

Kết quả quan sát thấy:

o Trên dây có những vị trí dao động với biên độ cực đại gọi là điểm bụng

o Trên dây những điểm dao động với biên độ cực tiểu gọi là điểm nút

o Hai bụng (hai cực đại) liên tiếp hoặc hai nút (hai cực tiểu) liên tiếp nhauthì cách nhau 2

t O

M N

u

t O

M N

1

t

Đang ở vị trí biên dương

Đi qua ở vị trí Cân bằng theo chiều dương

Chung gốc thời gian

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

- Trước khi dạy cách phân loại và phương pháp giải bài tập này đa số học sinh

gặp những câu dạng đồ thị của chương sóng cơ đề có tâm lý lo sợ, nghĩ rằng rất

khó và bỏ qua, Chỉ có một số rất ít học sinh học giỏi làm nhưng thường mất rất

nhiều thời gian nên học sinh không đủ thời gian để làm bài khi thời gian làm bài

thi rất ngắn

- Kết quả kiểm tra chương sóng cơ trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm, tỉ

lệ học sinh đạt được như sau:

PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI.

Dạng 1: Quy tắc xác định độ lệch pha giữa hai phần tử sóng từ đồ thị

li độ - thời gian.

+ Một sóng cơ lan truyền trong môi trường đàn hồi Xét hai

phần tử sóng M và N có đồ thị li độ – thời gian được cho

như hình vẽ Ta tiến hành xác định độ lệch pha dao động

của hai phần tử này theo các cách cơ bản sau:

Cách 1: Chung một gốc thời gian.

Cho rằng dựa vào đồ thị, tại thời điểm t1 ta xác định được chính xác pha dao

động M t1, N t 1của hai phần tử sóng M và N, khi đó ta có    M  N t Độ

O

N t M

Vị trí giao điểm

+ Một số trường hợp việc xác định pha của hai dao động tại cùng một thời điểm

là khó khăn Nếu ta xác định được pha dao động M t1của M tại thời điểm t1,

pha dao động N t 2của N tại thời điểm t2 t1

→ Độ lệch pha giữa hai dao động M và N là    Mt1 Nt2 t2  t1

Cách 2: Giao điểm của hai đồ thị.

+ Với x0 là giao điểm giữa hai đồ

thị thì độ lệch pha giữa hai dao

động được xác định tương ứng với

góc quét   trên đường tròn

Ví dụ 1: Sóng ngang có tần số f truyền trên một sợi dây đàn

hồi rất dài, với tốc độ 3 m/s, biên độ 4 cm Xét hai điểm M và

N nằm trên cùng một phương truyền sóng, cách nhau một

khoảng x Đồ thị biểu diễn li độ sóng của M và N cùng theo

thời gian t như hình vẽ Biết t 1 0, 05s Tại thời điểm t2,

khoảng cách giữa hai phần tử chất lỏng tại M và N có giá trị

gần giá trị nào nhất sau đây?

Hướng dẫn

t  T 

→

1 15

Ví dụ 2: Sóng ngang có tần số f truyền trên một sợi dây đàn

hồi rất dài, với tốc độ 3 m/s Xét hai điểm M và N nằm trên cùng một phương truyền sóng, cách nhau một khoảng x Đồ thị biểu diễn li độ sóng của M và N cùng theo thời gian t

như hình vẽ Khoảng cách giữa hai phần tử chất lỏng tại M

và N vào thời điểm t 2, 25s là:

Hướng dẫn

+ Tại thời điểm t 0, 25s M đi qua vị trí u 2 cm cân bằng theo chiều âm, N đi

qua vị trí u 2 m cm theo dương Biểu diễn các vị trí tương ứng trên đường tròn Ta thu được:

x O

u  cm → M đi qua vị trí u  M 2 cm theo chiều dương →  u 6 cm

Khoảng cách giữa M và N khi đó d  u2 x2 3 5cm

→ Đáp án C

Dạng 2: Quy tắc xác định độ lệch pha giữa hai phần tử sóng trong không

gian Quãng đường mà sóng truyền đi được trong khoảng thời gian t

+ Xét sự lan truyền của sóng trên dây đàn hồi từ nguồn O

đến hai điểm M và N với đồ thị được cho như hình vẽ Khi

đó độ lệch pha dao động giữa hai điểm M và N được xác

+ Một số bài toán liên quan đến quãng đường mà sóng truyền đi được trong

khoảng thời gian   t t2 t1 Ta sẽ tiến hành xác định từ đồ thị

→ Giả sử hình ảnh sợi dây tại hai thời điểm t1 và t2(

t  t T) được cho như hình vẽ Ta xét hai điểm A và B

Độ lệch pha giữa hai điểm này  2 1

x O

  2

2

3

Ví dụ 1: (Quốc gia – 2017) Trên một sợi dây dài đang có sóng

ngang hình sin truyền qua theochiều dương của trục Ox Tại

thời điểm t0, một đoạn của sợi dây có hình dạng như hình bên.

Hai phần tử dây tại M và Q dao động lệch pha nhau

Ví dụ 2: Sóng truyền trên một sợi dây đàn hồi theo

ngược chiều dương trục Ox Tại một thời điểm nào

đó thì hình dạng sợi dây được cho như hình vẽ Các

điểm O, M, N nằm trên dây Chọn đáp án đúng

A ON = 30 cm, N đang đi lên.

B ON = 28 cm, N đang đi lên.

C ON = 30 cm, N đang đi xuống.

D ON  cm, N đang đi xuống.28

Hướng dẫn

Từ đồ thị, ta có   4.12 48  cm

+ Điểm N ở trước đỉnh sóng sẽ có xu hướng đi xuống Tại thời điểm này M đang

ở biên dương, N đi qua vị trí 2

a

u 

theo chiều âm

→ Độ lệch pha giữa hai điểm N và M là

Ví dụ 3: Một sóng ngang hình sin truyền trên một sợi dây dài Hình

vẽ bên là hình dạng của một đoạn dây tại một thời điểm t xác định

Khi M đi qua vị trí có li độ u  M 3 mm thì điểm N cách vị trí cân

Ví dụ 4: Một sóng ngang hình sin truyền trên một sợi dây

dài Hình vẽ bên là hình dạng của một đoạn dây tại một thời

điểm xác định Trong quá trình lan truyền sóng, khoảng

cách lớn nhất giữa hai phần tử M và N có giá trị gần nhất

với giá trị nào sau đây?

Ví dụ 5: Một sóng cơ lan truyền theo chiều dương trên một sợi

dây đàn hồi với chu kì T, hình ảnh sợi dây tại thời điểm t(nét liền)

và t t(nét đứt) được cho như hình vẽ Giá trị Δt làt là

→ Đáp án C

Ví dụ 6: Một sóng cơ học tại thời điểm t 0 có đồ thị là

đường liền nét Sau thời gian t, nó có đồ thị là đường đứt nét

Cho biết vận tốc truyền sóng là 4 m/s, sóng truyền từ phải qua

trái Giá trị của t là

T

t 

Bước sóng của sóng   4m →

4 1 4

T v

Ví dụ 7: Một sóng hình sin lan truyền trên một sợi dây theo

chiều của trục Ox Hình vẽ mô tả dạng của sợi dây tại thời

+ Về cơ bản khi giải toán về sóng dừng có hai vấn đề chính ta cần nắm vững:

o Các vị trí dao động với biên độ đặc biệt.

o Pha dao động của các phần tử dây.

 6

M

Ví dụ 1: Hình ảnh dưới đây mô tả sóng dừng trên

một sợi dây MN Gọi H là một điểm trên dây nằm

giữa hai nút M, P Gọi K là một điểm trên dây nằm

giữa hai nút Q và N Kết luận nào sau đây là

đúng?

A H và K dao động lệch pha nhau 5



B H và K dao động ngược pha nhau

C H và K dao động lệch pha nhau 2



D H và K dao động cùng nhau

Hướng dẫn

+ Hai điểm H và K đối xứng với nhau qua một bó sóng nên sẽ dao động cùng

pha với nhau → Đáp án D

Ví dụ 2: Sóng dừng trên một sợi dây với biên độ điểm

bụng là 4 cm Hình vẽ biểu diễn hình dạng của sợi dây

ở thời điểm t1 (nét liền) và t2 (nét đứt) Ở thời điểm

N

x 

cm

(3) (4)

cm Tại thời điểm t2 ta có v N   a2N  u N2

→ Theo giả thuyết của bài toán v M v N ↔ 2   a2N  u2N → u  N 2cm

nó cách gốc tọa độ O một đoạn x Ở hình vẽ, đường mô tả hình dạng của sợi dây

tại thời điểm t1 là đường (1) Tại các thời điểm 2 1

3 8

T

t  t

, 3 1

7 8

T

t  t

, 4 1

3 2

T

t  t

.Hình dạng của sợi dây lần lượt là các đường

80 40

4



Ví dụ 4: Sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi OB mô tả

như hình dưới Điểm O trùng với gốc tọa độ trục tung

Lúc t 0 hình ảnh của sợi dây là (1), sau thời gian nhỏ

nhất t và 3 t kể từ lúc t 0 thì hình ảnh của sợi

dây lầt lượt là (2) và (3) Tốc độ truyền sóng là 20 m/s và

biên độ của bụng sóng là 4 cm Sau thời gian

T v



s →   100  rad/s

+ Xét một điểm N trên dây là bụng sóng, ta

biểu diễn dao động của phần tử này tương ứng

trên đường tròn Tại t 0, u  M 4 → N đang ở

vị trí biên, sau khoảng thời gian t và 3 t thì

u  a

cm → a M u0  2 2cm

+ Khoảng thời gian

1 30

t

 

s tương ứng với góc quét

4 2 3

Câu 1: Một sóng hình sin đang truyền trên một sợi dây

theo chiều dương của trục Ox Hình vẽ mô tả hình dạng

của sợi dây tại thời điểm t1 và t2  t1 0,1s Tại thời điểm

3,5

N P

Câu 3: Trên một sợi dây dài có một sóng ngang, hình

sin truyền qua Hình dạng của một đoạn dây tại hai thời

điểm t1 và t2có dạng như hình vẽ bên Trục Ou biểu

diễn li độ của các phần tử M và N ở các thời điểm Biết

Câu 4: Trên một sợi dây đàn hồi có ba điểm M, N và P, N là trung điểm của

đoạn MP Trên dây có một sóng lan truyền từ M đến P

với chu kỳ T ( T 0,5s) Hình vẽ bên mô tả dạng sợi dây

tại thời điểm t1 (đường 1) và t2  t1 0,5s(đường 2); M, N

và P là vị trí cân bằng của chúng trên dây Lấy

Tại thời điểm 0 1

1 9

t  t

s, vận tốc dao động của phần tử dây tại N là

A 3,53 cm/s B 4,98 cm/s

C –4,98 cm/s D –3,53 cm/s

Câu 5: Trên sợi dây OQ căng ngang, hai đầu cố định đang có sóng dừng với tần

số f xác định Hình vẽ mô tả hình dạng sợi dây tại thời

điểm t1 (đường 1),

1 2

6

t t f

Câu 6: Trên một sợi dây OB căng ngang, hai đầu cố định, đang có sóng dừng

với tần số f xác định Gọi M, N và P là là ba điểm trên

17

dây có vị trí cân bằng cách B lần lượt là 4 cm, 6 cm và 38 cm Hình vẽ mô tả

hình dạng của sợi dây ở thời điểm t1 (nét đứt) và thời điểm 2 1

11 12

t t

f

 

(nét liền)

Tại thời điểm t1, li độ của phần tử dây ở N bằng biên độ của phần tử dây ở M và

tốc độ của phần tử dây ở M là 60 cm/s Tại thời điểm t2, vận tốc của phần tử dây

sóng dừng như hình vẽ Sóng tới tại B có biên độ A 2

cm, thời điểm ban đầu hình ảnh sợi dây là đường (1),

sau đó các khoảng thời gian là 0,005 s và 0,015 s thì

hình ảnh sợi dây lần lượt là (2) và (3) Biết x M là vị trí

phần tử M của sợi dây lúc sợi dây duỗi thẳng Khoảng cách xa nhất giữa M tới

phần tử sợi dây có cùng biên độ với M là

Câu 8: Trên một sợi dây đàn hồi với hai đầu dây là O và

B cố định đang có sóng dừng với chu kỳ T thỏa mãn hệ

thức: 0,5 s < T < 0,61 s Biên độ dao động của bụng

sóng là 3 2cm Tại thời điểm t1 và thời điểm t2 = t1 + 2

s hình ảnh của sợi dây đều có dạng như hình vẽ Cho tốc

độ truyền sóng trên dây là 0,15 m/s Khoảng cách cực đại

giữa 2 phần tử bụng sóng liên tiếp trong quá trình hình

thành sóng dừng gần giá trị nào nhất

Câu 9: Một sóng hình sin đang lan truyền trên một sợi

dây theo chiều dương của trục Ox Đường (1) mô tả hình

dạng của sợi dây tại thời điểm t 1 và đường (2) mô tả hình

dạng của sợi dây tại thời điểm t 2 = t 1 + 0,1 s Vận tốc của

phần tử tại Q trên dây ở thời điểm t 3 = t 2 + 0,8 s là:

Câu 10: Một sợi dây đàn hồi đủ dài đang có sóng ngang hình sin truyền qua

theo chiều dương của trục Ox, với tần số sóng f = 1 Hz Ở thời điểm t, một đoạn

của sợi dây và vị trí của ba điểm M, P, Q trên đoạn dây này như hình vẽ Giả sử

ở thời điểm t + Δt làt, ba điểm M, P, Q thẳng hàng Giá trị nhỏ nhất của Δt làt gần

nhất với kết quả nào sau đây?

Với những việc làm như trên bản thân tôi khi giảng dạy phần này đã thuđược kết quả tốt như: Phần đông học sinh nắm được tổng quan các dạng bài tậpsóng cơ thường gặp và hiểu được các dạng bài tập đặc trưng của chúng, để từ đóvận dụng kiến thức này vào thi cử và đạt được kết quả cao nhất

3.2 Kiến nghị.

- Đối với Sở GD:

+ Tăng cường bổ sung cơ sở vật chất, đồ dùng thí nghiệm cho các nhàtrường để học sinh yêu thích học môn vật lí nhiều hơn

- Đối với tổ chuyên môn:

+ Tăng cường vận dụng đổi mới phương pháp dạy học vào giảng dạy.+ Tăng cường việc học tập, nghiên cứu, trao đổi, thảo luận các vấn đề hay

và khó trong các buổi họp tổ chuyên môn

- Đối với học sinh: Khuyến khích học sinh cùng tham gia tìm tòi vào việctháo gỡ các khúc mắc trong quá trình học tập và ôn thi THPTQG

Trên đây là những kinh nghiệm trong giảng dạy mà tôi đúc kết được vàđồng thời có sử dụng một số tài liệu của các đồng nghiệp Rất mong sự đóng

góp ý kiến của Quý thầy cô và bạn bè đồng nghiệp để sáng kiến kinh nghiệmnày có ích trong việc truyền thụ tri thức cho học sinh

Tôi xin chân thành cảm ơn!

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG

ĐƠN VỊ

Thanh Hóa, ngày 08 tháng 6 năm 2020

CAM KẾT KHÔNG COPY

(Tác giả ký và ghi rõ họ tên)

Tào Thị Hạnh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao – NXBGD

2 Sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản – NXBGD

3 Tham khảo một số tài liệu trên mạng internet

- Nguồn: http://dethi.violet.vn

DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP

LOẠI TỪ C TRỞ LÊN

Họ và tên tác giả: Tào Thị Hạnh

Chức vụ và đơn vị công tác: Tổ trưởng chuyên môn tổ Vật lý-Công nghệ, trườngTHPT Hàm Rồng

Cấp đánh giá xếp loại (Phòng, Sở, Tỉnh )

Kết quả đánh giá xếp loại (A, B, hoặc C)

Năm học đánh giá xếp loại

1 Giúp học sinh giải nhanh một

số bài toán Vật lí 12

Sở GD

2 Phương pháp giải bài tập về

dòng điện xoay chiều Vật lí

12

Sở GD

3 Một số kinh nghiệm làm cho

học sinh yêu thích môn Vật lý