Thiết kế website hỗ trợ học sinh tự ôn tập củng cố kiến thức chương dao động cơ vật lý 12 chương trình chuẩn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA SƯ PHẠM HUỲNH VĂN CO MSSV: DLY081437 LỚP DH9L KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ THIẾT KẾ WEBSITE HỖ TRỢ HỌC SINH TỰ ÔN TẬP, CỦNG CỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “DAO ĐỘNG CƠ” VẬT LÝ 12 - CHƯƠNG TRÌNH CƠ CHUẨN GVHD: ThS NGUYỄN PHẠM NGỌC THIỆN Long xuyên - 2012 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học An Giang, Ban chủ nhiệm Khoa Sư Phạm, Hội đồng Khoa học Đào tạo Khoa Sư Phạm quan tâm tạo điều kiện thuận lợi cho em tham gia nghiên cứu khoa học Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy, cô Trường Đại Học An Giang, đặc biệt thầy, cô tổ môn Vật Lý không ngừng động viên ủng hộ em suốt thời gian qua Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Phạm Ngọc Thiện tạo điều kiện thuận lợi, tận tình hướng dẫn, dạy em suốt thời gian qua Sự nhiệt tình nguồn động lực giúp em hồn thành khóa luận thời hạn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp DH9L người thân động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài Chân thành cảm ơn! MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Giả thuyết khoa học Khách thể, đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Ý nghĩa lí luận, thực tiễn khóa luận PHẦN NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I: CỞ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Cơ sở lý luận hoạt động tự học 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Vai trò 1.1.3 Ý nghĩa việc tự học học sinh THPT 1.2 Cơ sở lý luận hoạt động ôn tập, củng cố 1.2.1 Khái niệm ơn tập mục đích ơn tập 1.2.2 Vai trò vị trí ơn tập q trình nhận thức 12 1.2.3 Nội dung cần ôn tập, củng cố dạy học Vật lí 13 1.2.4 Các phương pháp ôn tập lên lớp 14 1.2.5 Mối quan hệ ôn tập, củng cố kiểm tra, đánh giá 16 1.3 Các phương tiện hỗ trợ cho hoạt động ôn tập, củng cố cho HS THPT sử dụng 18 1.3.1 Sách (giáo khoa, tập, tư liệu khác) 18 1.3.2 Các tư liệu, tập, kiểm tra (trắc nghiệm tự luận) mạng Internet 20 1.4 Các hình thức ôn tập 23 1.4.1 Ơn tập thơng qua việc trả lời câu hỏi ôn tập 23 1.4.2 Ơn tập thơng qua việc xây dựng dàn ý tóm tắt học 24 1.4.3 Ơn tập thơng qua việc xây dựng sơ đồ (graph) 24 1.4.4 Ơn tập thơng qua việc làm tập luyện tập 26 1.4.5 Ôn tập thông qua diễn đàn thảo luận 27 1.4.6 Ôn tập lớp hướng dẫn trực tiếp giáo viên 28 1.4.7 Ơn tập ngồi lên lớp 28 1.5 Kết luận chương I 29 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG TRANG WEB HỖ TRỢ HỌC SINH TỰ ÔN TẬP CỦNG CỐ VÀ KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ KIẾN THỨC 31 2.1 Các khái niệm 31 2.1.1 Các khái niệm liên quan đến Website 31 2.1.2 Một số ưu điểm Web dạy học đại 34 2.1.3 Các khả hỗ trợ Web ôn tập củng cố 35 2.2 Giới thiệu phần mềm Microsoft FrontPage cách thiết kế trang web Microsoft FrontPage 39 2.2.1 Giới thiệu phần mềm Microsoft FrontPage 39 2.2.2 Cách thiết kế trang web Microsoft FrontPage 39 2.3 Sơ đồ đặc điểm cấu trúc nội dung chương “Dao động cơ” – Vật lý lớp 12 44 2.3.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức chương “Dao động cơ” 45 2.3.2 Đặc điểm nội dung chương “Dao động cơ” 46 2.3.3 Nội dung kiến thức, kỹ học sinh cần có sau học xong chương “Dao động cơ” vật lý lớp 12 47 2.3.4 Các sai lầm phổ biến học sinh học phần “Dao động cơ” 52 2.3.5 Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng ôn tập, củng cố 52 2.4 Thiết kế Website 54 2.4.1 Thiết kế giao diện trang web 54 2.4.2 Xây dựng module 1: Các khái niệm 56 2.4.3 Xây dựng module 2: Sơ đồ tư cấu trúc chương 57 2.4.4 Xây dựng module 3: Các dạng tập ví dụ 58 2.4.5 Xây dựng module 4: Bài tập dạng 60 2.4.6 Xây dựng module 5: Video ôn tập 63 2.4.7 Xây dựng module 6: Thí nghiệm mơ 65 2.4.8 Xây dựng module 7: Bài tập tự ôn tập 67 2.4.9 Xây dựng module 1: Website hỗ trợ 68 2.4.10 Thiết kế nội dung trang web 70 2.5 Kết luận chương II 80 CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 82 3.1 Mục Đích 82 3.2 Phương Pháp 82 3.3 Cách tiến hành 82 3.4 Nội dung thực nghiệm 82 3.5 Kết Quả 84 3.5.1 Đánh giá vai trị ơn tập, củng cố từ phía GV từ phía HS 84 3.5.2 Đánh giá Website 89 PHẦN KẾT LUẬN 91 Kết luận 91 Kiến nghị định hướng phát triển đề tài 91 Phụ lục 93 PHẦN I PHẦN MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Cơng nghệ thơng tin truyền thông (CNTT-TT) phát triển với tốc độ nhanh Theo PGS TS Phạm Xuân Quế: Trong thập kỷ tới Internet đa phương tiện, truyền thông băng rộng CD-Rom, DVD mang đến biến đổi to lớn có tính cách mạng quy mơ tồn cầu nhiều lĩnh vực, có Giáo dục Tại hội nghị lần thứ hai BCH TW Đảng cộng sản Việt Nam khóa VIII nêu lên được: Thành tựu bật CNTT-TT Giáo dục dạy học thơng qua chương trình chạy Website Nó cung cấp kho tàng kiến thức khổng lồ nhân loại tạo hội học tập cho nhiều người có trình độ khác nhau, tạo bình đẳng, dân chủ học tập Các ứng dụng CNTT-TT đặc biệt Internet - Website học tập góp phần rèn luyện khả tự học Đây thực trở thành cầu nối giáo viên nhà trường, giáo viên học sinh, gia đình nhà trường, giáo viên giáo viên, học sinh học sinh Công tác quản lý giáo dục thay đổi, tài liệu tham khảo, giáo án, sáng kiến kinh nghiệm, tập tham khảo, đề thi, hình thức luyện thi đại học liên tục đưa lên mạng Internet để giáo viên học sinh tham khảo, nghiên cứu lúc nơi Tuy Website dành cho học sinh học tập có hoạt động tự ơn tập củng cố xây dựng sở lí luận dạy học Vật lí đại cịn chưa nghiên cứu Chính việc thiết kế trang Web Vật lí giúp việc tự ôn tập củng cố theo quan điểm lí luận dạy học đại cần thiết Trong phạm vi hạn hẹp khóa luận này, tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Thiết kế Website hỗ trợ học sinh tự ôn tập, củng cố kiến thức chương “Dao động cơ” Vật lý 12 – chương trình chuẩn” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu lí luận dạy học Vật lí hoạt động ôn tập, củng cố công nghệ xây dựng trang Web tự học nhằm thiết kế trang Web hỗ trợ học sinh tự ôn tập, củng cố kiến thức chương “Dao động cơ” - Vật lý lớp 12 chương trình Giả thuyết khoa học Nếu trang web xây dựng thành cơng, cơng cụ hữu ích hỗ trợ cho học sinh việc tham khảo khai thác nguồn tài liệu phong phú từ website nhằm mục đích ơn tập củng cố, từ hiệu học tập nâng cao Khách thể, đối tượng nghiên cứu 4.1 Khách thể nghiên cứu: Hoạt động tự ôn tập củng cố học sinh với hỗ trợ trang Web 4.2 Đối tượng nghiên cứu: - Hệ thống kiến thức, kĩ học sinh cần nắm vững học xong phần kiến thức “Dao động cơ”- Vật lý lớp 12 - Hoạt động tự ôn tập củng cố học sinh lớp 12 phần kiến thức “Dao động cơ”- Vật lý lớp 12 - Các chức trang Web hỗ trợ học sinh tự ôn tập củng cố kiến thức, kĩ phần kiến thức chương “Dao động cơ” - Vật lý lớp 12 Phạm vi nghiên cứu Dựa sở lí luận thực tiễn việc tự ôn tập, củng cố học sinh để thiết kế trang Web hỗ trợ học sinh tự ôn tập củng cố kiến thức chương “Dao động cơ” - Vật lý lớp 12 nhằm giúp học sinh ôn tập kiến thức rèn luyện kĩ năng, kích thích hứng thú học tập nâng cao hiệu việc tự ôn tập củng cố Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận việc tự ôn tập, củng cố - Nghiên cứu nội dung chương trình, chuẩn kiến thức chuẩn kĩ phần kiến thức chương “Dao động cơ” - Vật lý lớp 12 - Nghiên cứu thiết kế trang Web hỗ trợ việc tự ôn tập, củng cố kiến thức học sinh - Thực nghiệm sư phạm đánh giá tính khả thi hiệu trang Web xây dựng Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận - Phương pháp điều tra, quan sát thực tiễn - Phương pháp thống kê tốn học Những đóng góp đề tài - Làm rõ sở lí luận thực tiễn việc ôn tập củng cố học sinh học xong phần kiến thức chương “Dao động cơ” - Vật lý lớp 12 - Trên sở lí luận sở thực tiễn đề xuất nội dung, hình thức phương pháp cần hướng dẫn cho học sinh tự ôn tập kiến thức chương: “Dao động cơ” - Vật lý lớp 12 - Trang Web xây dựng góp phần giúp học sinh tự ơn tập, củng cố kiến thức, kĩ sở lí luận dạy học đại Đồng thời bước đầu góp phần đổi phương pháp dạy học Ý nghĩa lí luận thực tiễn khóa luận - Về mặt lí luận, khóa luận góp phần hệ thống hố lí luận việc ơn tập củng cố kiến thức theo quan điểm lí luận dạy học đại vận dụng lí luận vào cơng nghệ thơng tin việc xây dựng trang Web nội dung ôn tập, củng cố kiến thức - Về mặt thực tiễn, trang Web xây dựng tài liệu tham khảo tốt cho học sinh tự ôn tập kiểm tra kiến thức cho giáo viên việc đổi phương pháp dạy học phần: “Dao động cơ” - Vật lý lớp 12 PHẦN II PHẦN NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I: CỞ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG ÔN TẬP, CỦNG CỐ CỦA HỌC SINH CÁC TRƯỜNG THPT 1.1 Cơ sở lý luận hoạt động tự học 1.1.1 Định nghĩa Theo GS – TSKH Thái Duy Tuyên: “Tự học hoạt động độc lập chiếm lĩnh kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, tự động não, suy nghĩ, sử dụng lực trí tuệ (quan sát, so sánh, phân tích, tổng hợp…) phẩm chất động cơ, tình cảm để chiếm lĩnh tri thức lĩnh vực hiểu biết hay kinh nghiệm lịch sử, xã hội nhân loại, biến thành sở hữu thân người học” Tác giả Nguyễn Kỳ Tạp chí Nghiên cứu giáo dục số 7/1998 bàn khái niệm tự học: “Tự học người học tích cực chủ động, tự tìm tri thức kinh nghiệm hành động mình, tự thể Tự học tự đặt vào tình học, vào vị trí nghiên cứu, xử lí tình huống, giải vấn đề, thử nghiệm giải pháp… Tự học thuộc q trình cá nhân hóa việc học” Trong phát biểu hội thảo Nâng cao chất lượng dạy học tổ chức vào tháng 11 năm 2005 Đại học Huế, GS Trần Phương cho rằng: “Học lúc chủ yếu tự học, tức biến kiến thức khoa học tích lũy từ nhiều hệ nhân loại thành kiến thức mình, tự cải tạo tư rèn luyện cho kĩ thực hành tri thức ấy” Từ quan niệm nhận thấy rằng, khái niệm tự học cùng, gắn bó chặt chẽ với khái niệm tự thân Tri thức, kinh nghiệm, kĩ cá nhân hình thành bền vững phát huy hiệu thơng qua hoạt động tự thân Để có được, đạt tới hồn thiện học sinh phải tự thân tiếp nhận tri thức từ nhiều nguồn, tự thân rèn luyện kĩ Đề cho phương trình dao động lắc có dạng α = α cos(ωt + ϕ ) để tìm S0 ta dùng cơng thức liên hệ S0 α S0 = l α , thay giá trị l vừa tìm α vào ta tìm S0 Ta lập phương trình x, v thay t= vào dễ dàng xác định x, v Hướng dẫn giải : Giải: g g 9,86 ⇒l = = ≈ 0, 25(m) = 25(cm) l 4π ϖ Biên độ dài lắc S0 = l.α = 25.0, 05 = 1, 25(cm) a Ta có: ω = b Từ giả thiết ta có phương trình theo li độ dài lắc: π⎞ π⎞ ⎛ ⎛ s = l.α = 0, 25.0, 05cos ⎜ 2π t − ⎟ = 1, 25cos ⎜ 2π t − ⎟ (cm) ⎝ 6⎠ ⎝ 6⎠ Từ phương trình vận tốc: π⎞ π⎞ ⎛ ⎛ v = s ' = −2π 1, 25sin ⎜ 2π t − ⎟ = −2,5π sin ⎜ 2π t − ⎟ (cm / s) 6⎠ 6⎠ ⎝ ⎝ ⎧ ⎛ π⎞ (cm) ⎪ s = 1, 25cos ⎜ − ⎟ = 1, 25 ⎪ ⎝ 6⎠ Tại t = ⎨ ⎪v = −2,5π sin ⎛ − π ⎞ = 1, 25π (cm / s ) ⎜ ⎟ ⎪⎩ ⎝ 6⎠ Biện luận kiểm tra: Khi giải tập lắc đơn ta cần ý tới đơn vị chiều dài sợi dây, thông thường người ta thường cho đơn vị cm, mà gia tốc trọng trường có đơn vị (m/s2) Khi thay vào biểu thức ω = g ta cần đổi đơn vị chiều dài dây đơn vị l m, tránh nhầm lẫn Vì dao động lắc đơn với góc bé dao động điều hịa, cách lập phương trình vận tốc, gia tốc lắc lơn tương tự phương trình vận tốc, gia tốc dao động điều hòa Các dạng tập lắc đơn: 2.1 Viết phương trình dao động lắc đơn: - Phương trình dao động lắc đơn: s = S0cos(ωt + ϕ) (1) Bước Tìm giá trị ω , S0 , ϕ dựa vào kiện đề 133 +ω= g ; S0 = l + cosϕ = v2 a2 ⎛v⎞ + ; s2 + ⎜ ⎟ = ω2 ω4 ⎝ω ⎠ s ; (lấy nghiệm "-" v > 0; lấy nghiệm "+" v < 0); S0 với s = αl (α tính rad); Bước 2: Thay giá trị tìm vào biểu thức (1) Phương trình dao động lắc đơn viết dạng li độ góc: α = α0cos(ωt + ϕ); với s = αl; S0 = α0l (α α0 tính rad) Chú ý: Sau giải số toán dạng ta rút số kết luận dùng để giải nhanh số câu trắc nghiệm dạng viết phương trình dao động: + Nếu kéo vật cách vị trí cân khoảng thả nhẹ khoảng cách biên độ dao động Nếu chọn gốc thời gian lúc thả vật thì: ϕ = kéo vật theo chiều dương; ϕ = π kéo vật theo chiều âm + Nếu từ vị trí cân truyền cho vật vận tốc để dao động điều hịa vận tốc vận tốc cực đại, đó: S0 = lúc truyền vận tốc cho vật thì: ϕ = chiều dương; ϕ = π π vmax ω Chọn gốc thời gian chiều truyền vận tốc chiều với chiều truyền vận tốc ngược chiều dương Bài tập vận dụng Bài Một lắc đơn dao động điều hòa với chu kì T = s Lấy g = 10 m/s2, π2 = 10 Viết phương trình dao động lắc theo li độ dài Biết thời điểm ban đầu vật có li độ góc α = 0,05 rad vận tốc v = - 15,7 cm/s Hướng dẫn giải Tóm tắt: T= s, g = 10m/s2, π2 = 10 t = 0, α = 0,05 rad, v = - 15,7 cm/s Viết phương trình dao động lắc Phân tích 134 Để lập phương trình dao động ta phải tìm giá trị ω, S0, ϕ thay vào phương trình tổng quát s = S0cos(ωt + ϕ) s 2π v2 , S0 = (αl ) + ,cosϕ = Tìm ω cơng thức ω = T ω S0 Giải: Phương trình dao động tổng quát : : s = S0cos(ωt + ϕ) 2π = π; Ta có: ω = T g g ⇒ l = = m = 100 cm; ω l ω= S0 = (αl ) + cosϕ = Vậy: s = cos(πt + π αl S0 = v2 ω2 = cm; π π = cos(± ); v < nên ϕ = 4 ) (cm) Biện luận kiểm tra: ϕ lúc có hai giá trị đó, cần ý loại nghiệm ϕ khơng phù hợp với đề 2.2 Chu kỳ tần số dao động lắc đơn Ta có: ω = ⎧ 2π l = 2π ⎪T = ω g g ⎪ ⇒⎨ l ω g ⎪ ⎪ f = 2π = 2π l ⎩ Bài tập vận dụng: Bài Một lắc đơn có chu kỳ T = 2s Nếu tăng chiều dài l lắc thêm 20,5cm chu kỳ dao động lắc 2,2s Tìm chiều dài l gia tốc trọng trường g Hướng dẫn giải: Tóm tắt: l T = 2s l+0,205 m T’= 2,2s Tính l, g Phân tích: 135 Dựa vào cơng thức tính chu kỳ lắc đơn T = 2π l ta thấy chu kỳ g dao động lắc tăng chiều dài lắc phải tăng ngược lại Ở đề yêu cầu tìm chiều dài l dây trước tăng Ta lập cơng thức tính chu kỳ T với chiều dài l(m) , cơng thức tính chu kỳ T’ với chiều dài dây l+0,205 (m) Do gia tốc trọng trường g điểm, ta lập tỉ số T/T’ từ tìm l Thay l vào cơng thức tính T hay T’ ta tìm g Giải: Gọi T T’ chu kỳ dao động lắc trước sau tăng chiều dài Ta có: ⎧ ⎪T = 2π ⎪ ⎨ ⎪T ' = 2π ⎪ ⎩ ⎧ l ⎪T = 2π g ⎪ ⇔⎨ l' ⎪T ' = 2π l + 0, 205 ⎪ g g ⎩ l g (1) (2) Lấy (2) chia (1) ta được: T' l + 0, 205 2, = = = 1,1 T l l + 0, 205 ⇔ = 1, 21 l ⇔ l = 0,976(m) Thay l vào cơng thức tính T ta có l 4π 2l T = 2π ⇒ g = = 9, 632(m / s ) g T Kiểm tra biện luận: Ngoài việc tăng chiều dài lắc, người ta giảm chiều dài lắc, chu kỳ T’ giảm Phương pháp giải tương tự cách lập tỉ số T/T’ 2.3 Tính tốc độ lực căng dây lắc đơn Khi xét đến tốc độ lực căng dây lắc đơn xét trường hợp góc lệch lắc lớn mà khơng phải nhỏ 100 Lúc 136 lắc đơn dao động dao động tuần hồn khơng phải dao động điều hòa 2.3.1 Tốc độ lắc đơn Xét vị trí (góc lệch α), áp dụng định luật bảo tồn lượng ta được: Wđ+Wt=Wtmax ⇔ mv + mgh = mghmax 2 mv + mg (l − l cos α ) = mg (l − l cos α ) ⇔ v = gl (cos α − cos α ) ⇔ 2.3.2 Lực căng dây (T ) ur ur L r Từ phương trình: P + T = ma , chiếu vào phương T ta quỹ đạo hình trịn, gia tốc a đóng vai trị gia tốc hướng tâm a = aht = TL − P cos α = maht v2 Ta được: l m.2 gl (cos α − cos α ) mv = mg cos α + l l ⇔ TL = mg (3cos α − cos α ) ⇔ TL = P cos α + Vậy ta có cơng thức tính tốc độ lực căng dây lắc đơn sau: ⎧v = gl (cos α − cos α ) ⎨ ⎩TL = mg (3cos α − cos α ) Nhận xét: Khi lắc qua vị trí cân (α = 0) tốc độ lực căng ⎧v = gl (1 − cos α ) dây đạt giá trị lớn nhất: ⎨ max ⎩TL max = mg (3 − cos α ) Khi lắc qua vị trí biên (α = α0) tốc độ lực căng dây ⎧v = gl (cos α − cos α ) = đạt giá trị nhỏ nhất: ⎨ ⎩TL = mg (3cos α − cos α ) = mg cos α Bài tập vận dụng Bài Một lắc đơn có chiều dài dây treo 100cm, kéo lắc lệch khỏi VTCB góc α0 với cosα0 = 0,892 truyền cho vận tốc v =30cm/s Lấy g = 10m/s2 a Tính vmax 137 b Vật có khối lượng m = 100g Hãy tính lực căng dây dây treo hợp với phương thẳng đứng góc α với cosα = 0,9 Hướng dẫn giải Tóm tắt: l =100 cm, cosα0 = 0,892 v =30cm/s, g = 10 m/s2 a Tính vmax b m = 100g, cos α = 0,9 Tính TL Phân tích: Đối với vận tốc v thay giá trị vào công thức v= gl (cos α − cos α ) Thay giá trị vào công thức TL = mg(3cos α -2cos α ) để tính lực căng Giải a Áp dụng cơng thức tính tốc độ lắc đơn ta có: v= gl (cos α − cos α ) ⇒ vmax = gl (cos α − cos α ) = 2.10.0,1(1 − 0,892) = 1,5(m / s) = 150(cm / s ) b Theo cơng thức tính lực căng dây treo ta có: TL = mg(3cos α -2cos α ) = 0,1.10.(3.0,9 – 2.0,892) = 0,916 N Biện luận kiểm tra: Kiểm tra thứ nguyên hai biểu thức: +v= gl (cos α − cos α ) , [m/s] = [m / s ].m = [m / s ] = [m / s] + TL = mg(3cos α -2cos α ) [N] = [kg][m/s2] = [N] 138 2.4 Năng lượng lắc đơn 2.4.1 Động lắc đơn Wđ = mv 2.4.2 Thế lắc (Chọn gốc VTCB lắc có li độ góc α) : Wt = mgl(1- cos α ) 2.4.3 Cơ lắc W= 2 = Wtmax = mgl(1- cos α ) = mv + mgl(1- cos α ) = Wđmax = mvmax 2 const Chú ý: Các cơng thức tính động năng, cơng thức tính xác với giá trị góc lệch α Khi α nhỏ (α < 100) có cơng thức tính gần giá trị lắc sau: ⎛α ⎞ α ≈⎜ ⎟ = Vì: α < 10 ⇒ sin α ≈ α ⇔ sin ⎝2⎠ α ⎛α ⎞ α ≈ ⎜ ⎟ = 2 ⎝2⎠ Động lắc đơn: Wđ = mv 2 Khi đó: − cos α = 2sin α 2 Thế lắc đơn: Wt = mgl (1 − cos α ) = mgl Do s = lα ⇒ α = s α mgl ⎛ s ⎞ = nên ta có Wt = mgl ⎜ ⎟ l 2 ⎝l⎠ Cơ lắc đơn:W=Wtmax= mgl α 02 2 α2 g = m s = mω s 2 l = mω A2 - Đơn vị tính : W, Wđ, Wt (J); α, α0 (rad); m (kg); l(m) IV.Năng lượng dao động điều hòa: Động - Là lượng sinh chuyển động vật, tính theo cơng thức Wđ = mv 139 Thế 2.1 Thế lắc lò xo (Thế đàn hồi) - Là lượng sinh đàn hồi lị xo, tính theo cơng thức Wt = kx 2.2 Thế lắc đơn (Thế trọng trường) - Là lượng sinh trọng lực vật năng, tính theo cơng Wt = mgh = mgl (1 − cos α ) thức Khi góc lệch α nhỏ dùng cơng thức gần Wt = mgl (1 − cos α ) = mgl.2sin s l Thay s = lα ⇒ α = ⇒ Wt = mgl α ≈ mgl α2 s2 g = m s = mω s 2 l l Vậy với lắc đơn ta có cơng thức tính gần năng: Wt = mω s 2 Cơ dao động điều hòa Cơ = Động + Thế W=Wđ + Wt = 2 mv + kx ,(với lắc lò xo) 2 W= Wđ + Wt = 1 mv + mω s = mv + mglα ,(với lắc đơn) 2 2 Đặc biệt: 1 ⎧ 2 ⎪⎪W = Wdmax = mvmax = m(ω A) = mω A = kA ⎨ 1 ⎪W = W kxmax = kA2 = mω A2 t max = ⎪⎩ 2 ,(với lắc lò xo) 140 ⎧ ⎪W = Wd max = mvmax = m.2 gl (1 − cos α ) = mgl (1 − cos α ) , (với lắc đơn 2 ⎨ ⎪⎩W = Wt max = mghmax = mgl (1 − cos α ) góc lệch lớn) 1 ⎧ 2 ⎪⎪W = Wd max = mvmax = mglα = mω A , (với lắc đơn góc lệch ⎨ 1 2 ⎪W = W mglα = mω A t max = mghmax = ⎪⎩ 2 nhỏ) Bài tập vận dụng Bài Một vật nhỏ dao động điều hịa theo phương trình: π x = 10cos(4πt - ) cm Xác định vị trí vận tốc vật động lần Hướng dẫn giải: Tóm tắt: Pt: x = 10cos(4πt - π ) Khi Wđ = 3Wt Tính x v? Phân tích: Áp dụng định luật bảo tồn ta tính x v: Để tính x ta thay biểu thức Wđ = 3Wt vào biểu thức Wđ + Wt = W x=± ta Tương tự ta tính v : v=± A A =± ωA Giải: Vị trí vật có động lần là: Áp dụng định luật bảo tồn ta có Ta có: W = Wt + Wđ = Wt + 3Wt = 4Wt kA = kx 2 A ⇔x=± = ±5(cm) ⇔ Vận tốc thời điểm là: 141 W= ⇔ Wđ+Wđ = Wđ 3 mω A2 = mv 2 ⇔v=± ωA =± 4π 10 = ±108,8(cm) Kiểm tra biện luận: Đối với tập tự luận ta trình bày cách trên, cịn tập trắc nghiệm ta sử dụng công thức bảng trường hợp đặt biệt, tiết kiệm thời gian Ngoài vận tốc v ta cịn sử dụng cơng thức độc lập với thời gian để tính kết v = ±ω A2 − x = ± 108,8 cm/s V Tổng hợp dao động điều hòa: Tổng hợp dao động điều hòa uur A1 Xét chất điểm tham gia đồng thời hai dao động điều hịa phương, tần số có phương ϕ1 trình x1 = A1 cos(ωt + ϕ1 ) ; x2 = A2 cos(ωt + ϕ2 ) Khi dao động tổng hợp x = x1 + x2 có biểu ϕ2 thức x = A cos(ωt + ϕ ) Trong đó: uur A2 A= A12 + A22 + A1 A2 cos(ϕ2 − ϕ1 ) A sin ϕ1 + A2 sin ϕ tan ϕ = A1 cos ϕ1 + A2 cos ϕ ϕ Hình 13 Đặc điểm: - Biên độ dao động tổng hợp A thỏa mãn : A2 − A1 ≤ A ≤ A2 + A1 - Độ lệch pha φ thỏa mãn: ϕ1 ≤ ϕ ≤ ϕ2 142 ur A Tổng hợp dao động máy tính casio fx-570 ES Để tổng hợp hai dao động điều hồ có phương, tần số biên độ khác pha khác nhau, ta thường dùng giản đồ vectơ Frexnen uur Trong đó, Vectơ A1 biểu diễn cho dao động x1 = A1 cos (ωt + ϕ1 ) uur Vectơ A biểu diễn cho dao động x2 = A2 cos (ωt + ϕ ) ur Và Vectơ A vectơ tổng hợp hai dao động x1 x2 Phương trình dao động tổng hợp: x = x1 + x2 = A cos (ωt + ϕ ) Với: biên độ A = A12 + A22 + A A2 cos (ϕ2 − ϕ1 ) ⎛ A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ ⎞ ⎟ ⎝ A1 cos ϕ1 + A2 cos ϕ ⎠ góc pha ϕ = arctan ⎜ Ta thấy, việc xác định biên độ A góc pha ϕ dao động tổng hợp theo phương pháp Frexnen phức tạp dễ nhầm lẫn thao tác “nhập máy” em học sinh; chí cịn phiền phức với giáo viên Để đơn giản hóa giải nhanh dạng tập ta thực thao tác máy tính casio fx-570Es với phương pháp sau: 3.1 Cơ sở phương pháp: Dựa vào phương pháp biểu diễn số phức đại lượng sin Như ta biết, dao động điều hoà x = A cos (ωt + ϕ ) biểu ur diễn vectơ A có độ dài tỉ lệ với giá trị biên độ A tạo với trục hồnh góc góc pha ban đầu ϕ Mặt khác, đại lượng sin biểu diễn số phức dạng mũ A ∠ϕ Như vậy, việc tổng hợp dao động điều hoà phương, tần số phương pháp Frexmen đồng nghĩa với việc cộng số phức biểu diễn dao động 143 3.2 Các thao tác máy tính casio fx-570Es Để thực phép tính số phức ta phải chọn Mode máy tính dạng Complex, cách nhấn phím MODE phía hình xuất chữ CMPLX Các cài đặt đơn vị đo góc (Deg, Rad, Gra) có tác dụng với số phức Nếu hình hiển thị kí hiệu D ta phải nhập góc số phức có đơn vị đo góc độ Để nhập ký hiệu góc “ ∠ ” số phức ta ấn SHIFT ( −) π⎞ ⎛ Ví dụ: dao động x = 8cos ⎜ ωt + ⎟ biểu diễn với số phức ∠60 , ta ⎝ nhập máy sau: SHIFT ( − ) ⎠ hình hiển thị ∠60 Lưu ý: Khi thực phép tính số phức dạng mũ kết phép tính hiển thị mặc định dạng đại số a + bi Vì vậy, ta phải chuyển kết lại dạng số mũ A ∠ϕ để biết biên độ góc pha dao động Bằng cách: Ấn SHIFT (r∠ϕ ) = ⇒ ( A∠ϕ ) = hiển thị biên độ A dao động góc ϕ Bài tập vận dụng Hai dao động điều hoà phương, tần số có biên độ A 1= cm , A2 = cm pha ban đầu ϕ1 = π , ϕ2 = 5π Hãy tính biên độ pha ban đầu dao động tổng hợp Hướng dẫn giải: a Giải phương pháp Frexnen Biên độ dao động tổng hợp: 144 A = A12 + A22 + A1 A2 cos (ϕ − ϕ ) ⎛ 3⎞ = ⎜⎜ ⎟⎟ + ⎝ ⎠ = ( 3) + ⎛ 5π π ⎞ − ⎟ cos ⎜ ⎝ 2⎠ 21 (cm) Pha ban đầu dao động tổng hợp: tan ϕ = A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ A1 cos ϕ1 + A2 cos ϕ π 5π sin + sin = = π 5π cos + cos 2 ⇒ ϕ ≈ 1310 b.Giải phương pháp số phức (Dùng máy tính CASIO fx – 570ES) Số phức dao động tổng hợp có dạng: A ∠ϕ = A1∠ϕ1 + A2 ∠ϕ2 = π ∠ + 2 3∠ 5π (không nhập a) Tiến hành nhập máy: Chọn MODE 2 SHIFT ( − ) + SHIFT ( − ) = Sẽ hiển thị giá trị phức − + i Tiếp theo ta đổi số phức sang số thực Bấm SHIFT (r ∠ϕ ) = ⇒ ban đầu ϕ Vậy A = 21 ∠130,89 với A biên độ,góc pha 21 ; ϕ = 1310 145 VI Một số loại dao động: Dao động tự do: Là dao động mà chu kỳ dao động vật phụ thuộc vào đặc tính hệ Dao động tắt dần 2.1 Khái niệm: Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian 2.2 Đặc điểm: Dao động tắt dần xảy có ma sát lực cản môi trường lớn Ma sát lớn dao động tắt dần nhanh Biên độ dao động giảm nên lượng dao động giảm theo Dao động trì Nếu cung cấp thêm lượng cho vật dao động tắt dần (bằng cách tác dụng ngoại lực chiều với chiều chuyển động vật dao động phần chu kì) để bù lại phần lượng tiêu hao ma sát mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng nó, vật dao động mải mải với chu kì chu kì dao động riêng nó, dao động gọi dao động trì Ngoại lực tác dụng lên vật dao động thường điều khiển dao động Dao động cưỡng bức: 4.1 Khái niệm: Dao động cưỡng dao động mà hệ chịu thêm tác dụng ngoại lực biến thiên tuần hoàn có biểu thức F=F0sin(ωt) 4.3 Đặc điểm - Ban đầu tác dụng ngoại lực hệ dao động với tần số dao động riêng f0 vật 146 - Sau dao động hệ ổn định (thời gian từ lúc tác dụng lực đến hệ có dao động ổn định gọi giai đoạn chuyển tiếp) dao động hệ dao động điều hồ có tần số tần số ngoại lực - Biên độ dao động hệ phụ thuộc vào biên độ dao động ngoại lực (tỉ lệ với biên độ ngoại lực) mối quan hệ tần số dao động riêng vật f0 tần số f dao động ngoại lực (hay |f – f0|) Đồ thị dao động hình vẽ: Hình 14 Hiện tượng cộng hưởng: Nếu tần số ngoại lực (f) với tần số riêng (f0) vật biên độ dao động cưỡng đạt giá trị cực đại, tượng gọi tượng cộng hưởng 147 ... tập củng cố học sinh lớp 12 phần kiến thức ? ?Dao động cơ? ??- Vật lý lớp 12 - Các chức trang Web hỗ trợ học sinh tự ôn tập củng cố kiến thức, kĩ phần kiến thức chương ? ?Dao động cơ? ?? - Vật lý lớp 12. .. thực tiễn việc tự ôn tập, củng cố học sinh để thiết kế trang Web hỗ trợ học sinh tự ôn tập củng cố kiến thức chương ? ?Dao động cơ? ?? - Vật lý lớp 12 nhằm giúp học sinh ôn tập kiến thức rèn luyện... nhằm thiết kế trang Web hỗ trợ học sinh tự ôn tập, củng cố kiến thức chương ? ?Dao động cơ? ?? - Vật lý lớp 12 chương trình Giả thuyết khoa học Nếu trang web xây dựng thành cơng, cơng cụ hữu ích hỗ trợ