SKKN PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN

SKKN PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN Sáng kiến kinh nghiệm vật lý 12 Sáng kiến kinh nghiệm Vật Lý

PHỤ LỤC I - MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài 1.1 Cơ sở lí luận 2 1.1.1 Vai trò tập vật lý giảng dạy vật lý 1.1.2 Phân loại tập vật lí 1.2 Cơ sở thực tiễn Mục đích, phạm vi kế hoạch nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu 2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2.4 Kế hoạch, phương pháp nghiên cứu II - NỘI DUNG Thực trạng vấn đề sở 1.1 Khảo sát 1.2 Đánh giá Các giải pháp thực 2.1 Các công thức áp dụng đề tài 2.2 Phân loại tập phương pháp giải tập chu kì dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên 2.2.1 Xác định thời gian đồng hồ lắc (được xem lắc đơn) chạy sai ngày đêm thay đổi nhiệt độ, độ cao, độ sâu vị trí trái đất 2.2.2 Khảo sát dao động nhỏ lắc đơn có thêm lực phụ F không đổi tác dụng 2.3 Bài tập áp dụng 2.3.1 Nhóm tập thuộc loại 2.3.2 Nhóm tập thuộc loại 2.3.3 Bài tập tổng hợp Kết III - KẾT LUẬN Kết luận Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO I - MỞ ĐẦU -1- 6 6 7 10 13 13 15 18 21 22 22 23 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI - Vật lý mơn học khó trừu tượng, sở tốn học Bài tập vật lý đa dạng phong phú Trong phân phối chương trình số tiết tâp lại so với nhu cầu cần củng cố nâng cao kiến thức cho học sinh Chính thế, người giáo viên phải làm để tìm phương pháp tốt nhằm tạo cho học sinh niềm say mê u thích mơn học Giúp học sinh việc phân loại dạng tập hướng dẫn cách giải cần thiết Việc làm có lợi cho học sinh thời gian ngắn nắm dạng tập, nắm phương pháp giải từ phát triển hướng tìm tịi lời giải cho dạng tương tự - Trong yêu cầu đổi giáo dục việc đánh giá học sinh phương pháp trắc nghiệm khách quan nắm dạng phương pháp giải giúp cho học sinh nhanh chóng trả - Trong chương trình Vật lý lớp 12, chương “Dao động học”có nhiều dạng tập phức tạp khó Nhóm toán chu kỳ lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên như: nhiệt độ, độ cao, độ sâu, lực điện trường, lực quán tính nhóm tập phức tạp khó chương, học sinh khá, giỏi thường lúng túng việc tìm cách giải dạng toán Xuất phát từ thực trạng trên, qua kinh nghiệm giảng dạy, chọn đề tài: “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BÊN NGỒI” 1.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1.1 Vai trị tập vật lý việc giảng dạy vật lý Việc giảng dạy tập vật lý nhà trường không giúp học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức quy định chương trình mà cịn giúp em vận dụng kiến thức để giải nhiệm vụ học tập vấn đề mà thực tiễn đặt Muốn đạt điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào sống ngày Kỹ vận dụng kiến thức tập thực tiễn đời sống thước mức độ sâu sắc vững vàng kiến thức mà học sinh thu nhận Bài tập vật lý với chức phương pháp dạy học có vị trí đặc biệt dạy học vật lý trường phổ thông Trước hết, vật lý môn khoa học giúp học sinh nắm dược qui luật vận động giới vật chất tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ qui luật ấy, biết phân tích vận dụng qui luật vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp người giáo viên có trình bày tài liệu cách mạch lạc, hợp lơgích, phát biểu định luật xác, làm thí nghiệm u cầu, qui tắc có kết xác điều kiện cần chưa đủ để học sinh hiểu nắm sâu sắc kiến thức Chỉ -2- thông qua việc giải tập vật lý hình thức hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức học để giải tình cụ thể kiến thức trở nên sâu sắc hồn thiện Trong qúa trình giải tình cụ thể tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng thao tác tư phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa , trừu tượng hóa… để giải vấn đề, tư học sinh có điều kiện để phát triển Vì nói tập vật lý phương tiện tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả độc lập suy nghĩ hành động, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn sống học sinh Bài tập vật lý hội để giáo viên đề cập đến kiến thức mà học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh Đặc biệt, để giải tập vật lý hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh việc nhớ lại kiến thức cách tổng hợp, xác nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học học sinh cần phải rèn luyện cho tính phản ứng nhanh tình cụ thể, bên cạnh học sinh phải giải thật nhiều dạng tập khác để có kiến thức tổng hợp, xác khoa học 1.1.2 Phân loại tập vật lý a) Bài tập vật lý định tính hay tập câu hỏi lý thuyết - Là tập mà học sinh khơng cần phải tính tốn (Hay có phép toán đơn giản) mà vận dụng định luật, định lý, qui luật để giải tích tượng thơng qua lập luận có cứ, có lơgich - Nội dung câu hỏi phong phú, đòi hỏi phải vận dụng nhiều kiến thức vật lý - Thơng thường để giải tốn cần tiến hành theo bước: * Phân tích câu hỏi * Phân tích tượng vật lý có đề cập đến câu hỏi để từ xác định định luật, khái niệm vật lý hay qui tắc vật lý để giải câu hỏi * Tổng hợp điều kiện cho với kiến thức tương ứng để trả lời câu hỏi b) Bài tập vật lý định lượng Đó loại tập vật lý mà muốn giải ta phải thực loạt phép tính Dựa vào mục đích dạy học ta phân loại tập dạng thành loại: * Bài tập tập dượt: Là tập đơn giản sử dụng nghiên cứu khái niệm hay qui tắc vật lý dó để học sinh vật dụng kiến thức vừa tiếp thu -3- * Bài tập tổng hợp: Là tập phức tạp mà muốn giải học sinh vận dụng nhiều kiến thức nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thuộc nhiều lĩnh vực Đặc biệt, câu hỏi loại nêu dạng trắc nghiệm khách quan yêu cầu học sinh phải nhớ kết cuối dược chứng minh trước để giải cách nhanh chóng Vì u cầu học sinh phải hiểu cách sâu sắc để vận dụng kiến thức mức độ cao c) Bài tập đồ thị Đó tập mà kiện đề cho dạng đồ thị hay q trình giải ta phải sử dụng dồ thị ta phân loại dạng câu hỏi thành loại: * Đọc khai thác đồ thị cho: Bài tập loại có tác dụng rèn luyện cho học sinh kỹ đọc đồ thị, biết cách đoán nhận thay đổi trạng thái vật thể, hệ vật lý, tượng hay q trình vật lý Biết cách khai thác từ đồ thị để giải vấn đề cụ thể * Vẽ đồ thị theo liệu cho: tập rèn luyện cho học sinh kỹ vẽ đồ thị, biết cách chọn hệ tọa độ tỉ lệ xích thích hợp để vẽ đồ thị xác d) Bài tập thí nghiệm Là loại tập cần phải tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng cho lời giải lý thuyết, để tìm số liệu, kiện dùng việc giải tập.Tác dụng cụ thể loại tập Giáo dục, giáo dưỡng giáo dục kỹ thuật tổng hợp Đây loại tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú đặc biệt địi hỏi học sinh nhiều tính sáng tạo 1.2 CƠ SỞ THỰC TIỄN Chúng ta biết Bộ mơn Vật lí bao gồm hệ thống lí thuyết tập đa dạng phong phú Theo phân phối chương trìnhVật lý lớp 12 tập có liên quan đến dao động lắc đơn phức tạp khó, số tiết tập lại so với nhu cầu cần nắm kiến thức cho học sinh Qua năm đứng lớp nhận thấy học sinh thường lúng túng việc tìm cách giải dạng tập liên quan đến thay đổi chu kì lắc đơn Và yêu cầu đổi đánh giá học sinh phương pháp trắc nghiệm khách quan học sinh nắm dạng phương pháp giải giúp em nhanh chóng trả Trong việc giải tập có liên quan chu kì lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên ngoài, đa số học sinh thường dùng không khái quát hết dạng tập nên khó khăn để đưa phương pháp giải xác Điều thiếu sót lớn người dạy người học vật lý Trong chương trình vật lí phổ thơng, học sinh giới thiệu sơ lược dao động lắc đơn thay đổi chu kì lắc chịu ảnh hưởng -4- yếu tố bên ngồi sách giáo khoa đề cập đến, nên gặp tập dạng học sinh gặp nhiều khó khăn Vì vậy, đề tài “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BÊN NGỒI”, tơi muốn chia sẻ đến q đồng nghiệp kinh nghiệm nhỏ mình, mong chia sẻ hữu ích cho việc giảng dạy quý thầy MỤC ĐÍCH, PHẠM VI VÀ KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 2.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Đề tài nhằm giúp học sinh khá, giỏi khắc sâu kiến thức lí thuyết , có hệ thống tập phương pháp giải chúng, giúp em nắm cách giải từ chủ động vận dụng phương pháp làm tập có liên quan Từ học sinh có thêm kỹ cách giải tập Vật lí, nhanh chóng giải tốn trắc nghiệm dao động điều hòa lắc đơn phong phú đa dạng - Nhằm xây dựng chuyên đề sâu, chi tiết làm tài liệu tham khảo cho đồng nghiệp ôn thi Đại học- Cao đẳng luyện thi học sinh giỏi cấp tỉnh 2.2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nhóm tập chu kỳ dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên ngoài, chương “ Dao động học”- Vật lý 12 Nâng cao Các tập chu kỳ dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên chương II- vật lý 12 NC tài liệu tham khảo dành cho học sinh ôn thi đại học, ôn thi học sinh giỏi lớp 12 cấp tỉnh 2.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu số vấn đề lý luận tập vật lý - Phân loại tập đề phương pháp giải cho loại - Lựa chọn hệ thống tập vận dụng 2.4 KẾ HOẠCH, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu lý thuyết  Giải tập vận dụng  Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài  Đưa số công thức, ý kiến chưa ghi sách giáo khoa suy giải số tập điển hình  Kiểm tra tiếp thu học sinh đề ôn luyện -5-  Đánh giá, đưa điều chỉnh, bổ sung cho phù hợp II - NỘI DUNG THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TẠI CƠ SỞ 1.1 Khảo sát - Kết kiểm tra trước học phương pháp ứng dụng đường tròn lượng giác (đề kiểm tra chung) LỚP- SS Giỏi Trung bình Yếu 12A2 - 31 10 16 12D2 - 31 19 Tổng % 8,1 % 25,8 % 56,5 % 9,6 % 1.2 Đánh giá Do em chưa nắm phương pháp để giải tập vật lí liên quan đến thay đổi chu kì lắc đơn nên thời gian làm cịn lâu số tập không kết cuối Dẫn đến điểm kiểm tra khảo sát cịn thấp em chưa có phương pháp chung để giải dạng tập CÁC GIẢI PHÁP ĐÃ THỰC HIỆN: Trước đưa giải pháp phương pháp cụ thể xin trình bày số cơng thức áp dụng đề tài 2.1 Các công thức áp dụng đề tài 2.1.1 Chu kỳ dao động lắc đơn: T  2 l : Chiều dài lắc (m) g: Gia tốc trọng trường (m/s2) 2.1.2 Công thức nở dài: l  l0 (1  t ) l0 : Chiều dài dây treo (kim loại) 0oC (m) l : Chiều dài dây treo (kim loại) toC (m)  : Hệ số nở dài dây treo kim loại (K-1) 2.1.3 Gia tốc trọng trường - Gia tốc trọng trường mực nước biển: g  GM R2 -6- l g G = 6,67.10-11N.m2/kg2: Hằng số hấp dẫn M: Khối lượng trái đất R: Bán kính trái đất - Gia tốc trọng trường độ cao h so với mực nước biển: gh  GM R ) => g h  g ( ( R  h) Rh - Gia tốc trọng trường độ sâu d so với mực nước biển: GM ' R d ) => g d  g ( (R  d ) R ur ur 2.1.4 Lực điện trường: F  qE gd  q: Điện tích điện trường (C) ur E : Cường độ điện trường (V/m) ur ur + q > F hướng với E ur ur + q < F ngược hướng với E + Độ lớn: F  q E  qU d 2.1.5 Lực quán tính: Fqt  ma m: khối lượng vật (kg) a : Gia tốc hệ quy chiếu (m/s2) uur r + Fqt ngược hướng với a + Độ lớn: Fqt = ma 2.1.6 Các công thức gần Nếu x, x1, x2 số dương nhỏ Ta có: (1 x) n 1 nx ; 1 x  n 1 nx ; (1  x1 )(1  x ) 1  x1  x 2.2 PHÂN LOẠI BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BÊN NGOÀI 2.2.1 Xác định thời gian đồng hồ lắc (được xem lắc đơn) chạy sai ngày đêm thay đổi nhiệt độ, độ cao, độ sâu vị trí trái đất *Định hướng phương pháp chung - Gọi T1 chu kỳ chạy đúng; T2 chu kỳ chạy sai - Trong thời gian T1 (s) đồng hồ chạy sai│T2 - T1 │(s) -7- 1(s) đồng hồ chạy sai T2  T1 T1 (s) - Vậy ngày đêm ∆t = 86400(s) đồng hồ chạy sai: θ = ∆t T2  T1 T1 = 86400 T2  (s) T1 Các bước giải T2 - B1: Từ cơng thức có liên quan đến u cầu tập, thiết lập tỉ số T - B2: Biện luận T2 + Nếu T > => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại T2 + Nếu T < => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên - B3: Xác định thời gian đồng hồ lắc chạy nhanh hay chậm ngày đêm công thức: θ = ∆t T2  T1 T1 = 86400 T2  (s) T1 2.2.1.1 Xác định thời gian đồng hồ chạy sai thay đổi nhiệt độ (Các yếu tố khác không đổi) Ở nhiệt độ t1 đồng hồ chạy đúng, nhiệt độ thay đổi đến giá trị t đồng hồ chạy sai - Áp dụng công thức mục II: Ta có: l1  l0 (1  t1 ) => T1  2 l (1  t1 ) l1  2 g g l2  l0 (1  t2 ) => T2  2 l (1   t2 ) l2  2 g g 1 T2   t2   (1   t2 ) (1  t2 )  T1  t1 T Vì ( t1 ), ( t2 ) t1 => T  => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại T + Nếu t2 < t1 => T  => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên -8- - Trong ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400 T2  = 43200  t  t1 (s) T1 2.2.1.2 Xác định thời gian đồng hồ chạy sai độ cao h độ sâu d so với mực nước biển (coi nhiệt độ không đổi) * Ở mực nước biển đồng hồ chạy đúng, đưa đồng hồ lên độ cao h đồng hồ chạy sai �T2 g �  T h �T gh    - Ta có: �1 T1 R R � g  g ( ) h � Rh � T h - Lập luận: T 1  R  => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 T2 h  = 86400 (s) T1 R * Ở mực nước biển đồng hồ chạy đúng, đưa đồng hồ xuống độ sâu h đồng hồ chạy sai �T2 g �  T �T gd   - Ta có: �1 T1 Rd � g  g ( ) d � � R Vì R d 1   (1  ) d Rd R 1 R T 1d d  , áp dụng cơng thức gần ta có: �1  T1 2R R T 1d - Lập luận: T 1  R  => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 T2 d  = 43200 (s) T1 R 2.2.1.3 Xác định thời gian đồng hồ chạy sai độ cao (hoặc độ sâu) nhiệt độ thay đổi a) Tại mặt đất nhiệt độ t1 đồng hồ chạy Khi đưa đồng hồ lên độ cao h nhiệt độ t2 đồng hồ chạy sai T - 2 T1 1  g (1  t2 ) h  (1  )(1   t2 ) (1  t1 ) g h (1  t1 ) R T h  Áp dụng công thức gần ta có: T �1  R  (t2  t1 ) T - Nếu t2 > t1 => T  => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại -9- T - Nếu t2 < t1 => T  => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên - Trong ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400 T2 h   = 86400  (t2  t1 ) (s) T1 R b) Tại mặt đất nhiệt độ t1 đồng hồ chạy Khi đưa đồng hồ xuống giếng sâu d nhiệt độ t2 Trong ngày đêm đồng hồ chạy sai: Tương tự ta chứng minh ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400 T2 d  = 43200  (t  t1 )  (s) T1 R 2.2.2.4 Xác định thời gian đồng hồ chạy sai thay đổi vị trí trái đất (nhiệt độ khơng đổi) l g1 - Tại nơi có gia tốc trọng trường g1 đồng hồ chạy với: T1 2 - Tại nơi có gia tốc trọng trường g2 đồng hồ chạy sai với: T2 2 T l g2 g - Ta có T 1  g 1 T + Nếu g2 > g1 => T  => T2 < T1 đồng hồ chạy nhanh lên T + Nếu g2 < g1 => T  => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại - Trong ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 43200 g g = 43200  (s) g1 g1 * Nếu vị trí nhiệt độ thay đổi ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 43200  (t2  t1 )  g g1 2.2.2 Khảo sát dao động nhỏ lắc đơn có thêm lực phụ F khơng đổi tác dụng (ngồi trọng lực lực căng dây treo) * Định hướng phương pháp chung - Coi lắc chịu tác dụng trọng lực hiệu dụng (trọng lực biểu kiến): P'  P  F => gia tốc trọng trường hiệu dụng: g '  g  F m - Vị trí cân lắc vị trí dây treo có phương trùng với phương P' -10- - Chu kỳ dao động nhỏ lắc: T '  2 l g' Vậy để xác định chu kỳ T’ cần xác định gia tốc trọng trường hiệu dụng g’ 2.2.2.1 Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực điện trường - Khi điện trường chu kỳ dao động lắc là: T  2 l g ur - Khi đặt lắc vào điện trường có véc tơ cường độ điện trường E chịu ur ur ur tác dụng Trọng lực P lực điện trường F  qE , hợp hai lực ký hiệu uu r ur ur P '  P  F , gọi trọng lực hiệu dụng hay trọng lực biểu kiến Ta xét số trường hợp thường gặp: ur a) Trường hợp 1: E hướng thẳng đứng xuống ur Khi để xác định chiều F ta cần biết dấu q ur ur ur * Nếu q > 0: F hướng với E => F hướng thẳng đứng xuống Ta có: P’ = P + F => g’ = g + qE m Chu kỳ dao động lắc điện trường: T '  2 l  2 g' l qE F hướng thẳng đứng lên Ta có: P’ = P - F => g’ = g - qE m Chu kỳ dao động lắc điện trường: T '  2 l  2 g' l qE >T g m l  2 g' l q E >T g m T'  => T g g  T '  T qE qE g g m m ur b) Trường hợp 2: E hướng thẳng đứng lên Tương tự ta chứng minh được: * Nếu q > chu kỳ dao động lắc là: -11- T '  2 * Nếu q < chu kỳ dao động lắc là: T '  2 l  2 g' l q E < T g m ur c) Trường hợp 3: E có phương ngang ur => F có phương ngang ur ur F vng góc với P => vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc  (hình vẽ) - Từ hình vẽ ta có: tan   F qE  P mg  �q E � - Về độ lớn: P '  P  F  g '  g  � � �mg � 2 2 u r F q> 0u r r u P P' - Chu kỳ dao động lắc điện trường là: T '  2 l  2 g' u r E l �q E � < T g � � �mg � 2.2.2.2 Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực quán tính r Khi lắc đơn đặt hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc a (hệ quy chiếu phi qn tính) ngồi trọng lực lực căng dây treo lắc ur r chịu tác dụng lực quán tính F  ma Trọng lực hiệu dụng P'  P  F Gia tốc trọng trường hiệu dụng: ur ur ur F ur r g '  g   g  a Xét số trường hợp thường m gặp: a) Trường hợp 1: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng lên r với gia tốc a ur r - Thang máy chuyển động nhanh dần đều: a ngược hướng với g => g’ = g + a Chu kỳ dao động lắc thang máy: T '  2 Ta có: T'  T l l  2 T g' ga g g  T '  T (T chu kỳ dao động lắc thang máy đứng ga ga yên hay chuyển động thẳng đều) r ur - Thang máy chuyển động chậm dần đều: a hướng với g => g’ = g - a T '  2 l l T'  2 T ;  g' g a T g g  T '  T g a g a b) Trường hợp 2: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng xuống r với gia tốc a -12- ur r - Thang máy chuyển động nhanh dần đều: a hướng với g => g’ = g – a T '  2 l l T'  2 T ;  g' g a T g g  T '  T g a g a ur r - Thang máy chuyển động chậm dần đều: a ngược hướng với g => g’ = g + a T '  2 l l T'  2 T ;  g' ga T g g  T '  T ga ga c) Trường hợp 3: Con lắc đơn treo xe chuyển động theo phương ngang với r r ur gia tốc a => F có phương ngang ngược hướng với a - Tại vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc  F a  Ta có tan   P g  - Về độ lớn: P '2  P  F  g '  g  a - Chu kỳ dao động lắc: T '  2 l  2 g' l g  a2 Cách khác: Ta có P '  T '  2 P g  g '  => cos cos r a u r F m r u r u P P' l l cos   2 g' g => T'  cos  T '  T cos T 2.3 BÀI TẬP ÁP DỤNG 2.3.1 Nhóm tập thuộc loại Bài 1: Một lắc đơn chạy vào mùa hè nhiệt độ 32 0C Khi nhiệt độ vào mùa đơng 170C chạy nhanh hay chậm? Nhanh hay chậm giây 12 giờ, biết hệ số nở dài dây treo λ = 2.10-5K-1, ℓ0 = 1m Hướng dẫn: Áp dụng kết mục III, ý 2.1 T - Ta có: T 1   (t  t1 ) T - Do t2 < t1 => T  => T2 < T1 nên chu kỳ giảm lắc chạy nhanh - Thời gian lắc chạy nhanh t = 12h = 12 3600(s) là: -13- θ = t T2   = 12.3600 t2  t1 (s) = 7,3 (s) T1 Bài 2: Một đồng hồ lắc (xem lắc đơn) chạy mặt đất Biết bán kính Trái đất R = 6400 km a) Khi đưa đồng hồ lên độ cao h =1,6 km so với mặt đất ngày đêm chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? b) Khi đưa đồng hồ xuống giếng sâu d = 800m so với mặt đất ngày đêm chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? Hướng dẫn: Áp dụng kết mục III, ý 3.1 T h a) - Ta có: T 1  R  => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 T T2 h  = 86400 = 21,6(s) T1 R 1d b) – Ta có: T 1  R  => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 T2 d  = 43200 = 5,4(s) T1 R Bài 3: Một lắc đồng hồ chạy mặt đất có gia tốc g = 9,86 m/s vàọ nhiệt độ t1 = 300C Đưa đồng hồ lên độ cao 640m so với mặt đất ta thấy đồng hồ chạy Giải thích tượng tính nhiệt độ độ cao đó, biết hệ số nở dài dây treo lắc λ = 2.10-5K-1, bán kính trái đất R = 6400 km Hướng dẫn: - Giải thích tượng : Khi đưa lắc đơn lên cao gia tốc giảm g0  GM GM gh  ( R  h) R Mặt khác lên cao nhiệt độ giảm nên chiều dài dây treo giảm theo Từ T  2 l khơng thay đổi g - Tính nhiệt độ độ cao h = 640 m Ta có: - Chu kỳ khơng thay đổi nên: T0 = Th -14- 2.3.2 Nhóm tập thuộc loại Bài 1: Một lắc đơn có chiều dài ℓ = 1m, khối lượng m = 50g tích điện q = -2.10-5C dao động nơi có g = 9,86m/s Đặt lắc vào điện trường E có độ lớn E = 25V/cm Tính chu kỳ dao động lắc khi: a) E có phương thẳng đứng, chiều từ xuống b) E có phương thẳng đứng, chiều từ lên c) E có phương nằm ngang Hướng dẫn: Áp dụng kết mục III, ý 2.2 ur ur ur a) q < 0: F ngược hướng với E => F hướng thẳng đứng lên Ta có: P’ = P - F => g’ = g - qE m Chu kỳ dao động lắc điện trường: T '  2 l  2 g' l q E = 2,11(s) (Lưu ý: Đổi E = 25V/cm = 25.102V/m) g m b) Tương tự, ta có: T '  2 l  2 g' l q E = 1,9(s) g m c) Khi E có phương nằm ngang Khi chu kỳ dao động lắc đặt điện trường là: ur Bài 2: Một lắc đơn có m = 5g, đặt điện trường E có phương ngang độ lớn E = 2.106 V/m Khi vật chưa tích điện dao động với chu kỳ T, vật -15- tích điện tích q dao động với chu kỳ T' Lấy g = 10 m/s 2, xác định độ lớn điện tích q biết T '  3T 10 Hướng dẫn: Từ giả thiết ta có: ur Khi E có phương ngang ta có: Bài 3: Một lắc đơn có m = g sợi dây mảnh có chiều dài ℓ kích thích dao động điều hịa Trong khoảng thời gian Δt lắc thực 40 dao động, tăng chiều dài lắc thêm 7,9 cm khoảng thời gian lắc thực 39 dao động Lấy g = 10m/s2 a) Ký hiệu chiều dài lắc ℓ' Tính ℓ, ℓ' b) Để lắc có chiều dài ℓ' có chu kỳ với lắc có chiều dài ℓ, người ta truyền cho vật điện tích q = +0,5.10 -8C cho dao động điều hịa ur điện trường E có đường sức hướng thẳng đứng Xác định chiều độ lớn véc tơ cường độ điện trường Hướng dẫn: a) Xét khoảng thời gian Δt ta có : Ta lại có ℓ' = ℓ + 7,9 => ℓ = 152,1cm ℓ' = 160cm b) Khi chu kỳ lắc khơng đổi ur Do E hướng thẳng đứng nên g’ = g ± ur qE qE , mà g’>g nên: g’ = g + m m Phương trình chứng tỏ F hướng thẳng đứng xuống q > nên ur E hướng thẳng đứng xuống -16- ur Vậy véc tơ cường độ điện trường E có phương thẳng đứng hướng xuống độ lớn: Bài 4: Một lắc đơn treo vào trần thang máy nơi có gia tốc g = 9,8 m/s2 Khi thang máy đứng yên lắc dao động với chu kỳ T = 2(s) Tìm chu kỳ dao động lắc khi: a) Thang máy lên nhanh dần với gia tốc a = 1,14 m/s2 b) Thang máy lên c) Thang máy lên chậm dần với gia tốc a = 0,86 m/s2 Hướng dẫn: Áp dụng kết mục III, ý 3.2 a) Khi thang máy lên nhanh dần đều: g' = g + a = 9,8 + 1,14 = 11 (m/s2) Chu kỳ dao động lắc đơn là: b) Khi thang máy lên a = T' = T = 2s c) Khi thang máy lên chậm dần đều: g' = g - a = 9,8 - 0,86 = (m/s2) Chu kỳ dao động lắc đơn là: Bài 5: Con lắc đơn gồm dây mảnh dài ℓ = m, có gắn cầu nhỏ m = 50 g treo vào trần toa xe chuyển động nhanh dần đường nằm ngang với gia tốc a = m/s2 Lấy g =10 m/s2 a) Xác định vị trí cân lắc b) Tính chu kỳ dao động lắc Hướng dẫn: Áp dụng kết mục III, ý 3.2 a) Khi lắc cân hợp với phương thẳng đứng góc α xác định bởi: tan   F a  =>   0,29 (rad) P g b) Ta có: P '2  P  F  g '  g  a = 109 Chu kỳ dao động lắc là: -17- 2.3.3 Bài tập tổng hợp Bài : Người ta đưa lắc từ mặt đất lên độ cao h = 10km Phải giảm độ dài để chu kì dao động khơng thay đổi Cho bán kính trái đất R = 6400km bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ Đ/s: Giảm 0,3% chiều dài ban đầu lắc Bài 2: Một lắc Phu cô treo thánh Ixac( XanhPêtecbua) conlắc đơn có chiều dài 98m Gia tốc rơi tự XanhPêtecbua 9,819m/s2 a) Tính chu kì dao động lắc b) Nếu treo lắc Hà Nội, chu kì bao nhiêu? Biết gia tốc rơi tự Hà Nội 9,793m/s2 bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ c) Nếu muốn lắc treo Hà Nội mà dao động với chu kì XanhPêtecbua phải thay đổi độ dài n? Đ/s: a) T1 = 19,84s; b) T2 = 19,87s; c) Giảm lượng l  l  l '  0, 26m  26cm Bài 3: Con lắc đơn dao động bé mặt đất có nhiệt độ 30 0C Đưa lên độ cao h = 0,64km chu kì dao động bé khơng thay đổi Biết hệ số nở dài dây treo   2.10 5 K 1 Hãy tính nhiệt độ độ cao Cho bán kính trái đất R = 6400km Đ/s: 200C Bài 4: Con lắc toán học dài 1m 200C dao động nhỏ nơi g =  (SI) a) Tính chu kì dao động b) Tăng nhiệt độ lên 400C, chu kì lắc tăng hay giảm bao nhiêu? Biết hệ số nở dài dây treo lắc   2.105 K 1 Đ/s: a) 2s; b) Tăng 4.10-4s Bài 5: Một lắc đồng có chu kì dao động T = 1s nơi có gia tốc trọng trường g =  (m/s2), nhiệt độ t1 = 200C -18- a) Tìm chiều dài dây treo lắc 200C b) Tính chu kì dao động lắc nơi nhiệt độ 30 0C Cho hệ số nở dài dây treo lắc   4.105 K 1 Đ/s: a) l1 = 0,25m = 25cm; b) T2 = 1,0002s Bài 6: Người ta đưa đông hồ lắc từ Trái Đất lên Mặt Trăng mà không điều chỉnh lại Theo đồng hồ Mặt Trăng thời gian Trái Đất tự quay vòng bao nhiêu? Biết gia tốc rơi tự Mặt Trăng 1/6 gia tốc rơi tự Trái Đất bỏ qua ảnh hưởng nhiệt độ Đ/s: t2 = 9h48ph Bài 7: Một lắc đơn gồm sợi dây có chiều dài l = 1m cầu nhỏ có khối lượng m = 100g, treo nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8m/s2 Tính chu kì dao động nhỏ ccủa cầu Cho cầu mang điện q = 2,5.10 -4C tạo điện trường có cường độ điện trường E = 1000V/m Hãy xác định phương dây treo lắc cân chu kì lắc trường hợp: ur a) Véc tơ E hướng thẳng đứng xuống ur b) Véc tơ E có phương nằm ngang Đ/s: 1) T0 = 2s; 2a) T1 = 1,8s; 2b) T2 = 1,97s Bài 8: Một lắc đơn gồm cầu nhỏ, khối lượng 10g treo sợi dây dài 1m nơi mà g = 10m/s2 Cho   10 a) Tính chu kì dao động T0 lắc b) Tích điện cho cầu điện tích q = 10 -5C cho dao động điện trường có phương thẳng đứng thấy chu kì dao động T = T0 Xác định chiều độ lớn cường độ điện trường? ur Đ/s: E thẳng đứng, hướng xuống, độ lớn 1,25.104V/m Bài 9: Một lắc dao động với biên độ nhỏ có chu kì T nơi có g = 10m/s2 Treo lắc trần xe cho xe chuyển động nhanh dần mặt đường nằm ngang dây treo hợp với phương thẳng đứng góc nhỏ   90 a) Tìm gia tốc a xe b) Cho lắc dao động với biên độ nhỏ, tính chu kì T lắc theo T0 Đ/s: a) a = 1,57m/s2; b) T = T0 cos Bài 10: Một lắc đơn có chu kì dao động nhỏ T = 1,5s nơi có gia tốc trọng trường g = 9,80m/s2 Treo lắc thang máy Hãy tính chu kì lắc trường hợp sau: a) Thang máy lên nhanh dần với gia tốc a = 1m/s2 -19- b) Thang máy lên chậm dần với gia tốc a = 1m/s2 c) Thang máy chuyển động thẳng Đ/s: a) 1,43s; b) 1,58s; c) 1,5s Bài 11: Một lắc tốn học có chiều dài 17,32cm thực dao động điều hồ ơtơ chuyển động mặt phẳng nghiêng góc   300 Xác định VTCB tương đối lắc Tìm chu kì dao động lắc hai trường hợp: a) Ơtơ chuyển động xuống dốc với gia tốc a = 5m/s2 b) Ơtơ chuyển động lên dốc với gia tốc a = 2m/s2 Lấy g = 10m/s2,   10 ĐS: a) T= 0,8886 s; b) T= 1,405 s Bài 12: Một lắc đồng hồ, dây treo có hệ số nở dài   2.105 ( K 1 ) Bán kính Trái đất 6400km a) Khi đưa xuống giếng mỏ, đồng hồ chạy nhanh hay chậm? Tại ? b) Biết giếng sâu 800m thật đồng hồ chạy Tính chênh lệch nhiệt độ giếng mặt đất Đ/s: a) chạy chậm chu kì tăng; b) t  6, 250 C Bài 13: Một lắc đồng hồ gồm cầu sắt sợi dây kim loại mảnh có hệ số nở dài   2.105 ( K 1 ) Đồng hồ chạy 200C với chu kì T = 2s a) Khi giảm nhiệt độ xuống đến 0C đồng hồ chạy nhanh hay chậm sau ngày đêm? b) Vẫn giữ nhiệt độ 00C, người ta dùng nam châm để tạo lực hút thẳng đứng Phải đặt nam châm nào, độ lớn để đồng hồ chạy trở lại Cho khối lượng cầu m = 50g, lấy g = 10m/s2 Đ/s: a) T = 17,28s; b) 10-4N Bài 14: Một lắc đồng hồ chạy 200C nơi có gia tốc trọng trường 10m/s2 Biết dây treo có hệ số nở dài   4.105 ( K 1 ) , vật nặng tích điện q = 10-6C a) Nếu lắc đặt điện trường có cường độ E = 50V/m thẳng đứng hướng xuống sau ngày đêm đồng hồ chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? Biết vật có khối lượng m = 100g b) Để đồng hồ chạy trở lại cần phải tăng hay giảm nhiệt độ bao nhiêu? Đ/s: a) 2,16s; b) 21,250 C Bài 15: Tại nơi ngang với mực nước biển, nhiệt độ 10 0C, đồng hồ lắc ngày đêm chạy nhanh 6,48s Coi lắc đồng hồ lắc đơn Thanh treo lắc có hệ số nở dài   4.105 ( K 1 ) a) Tại vị trí nói trên, nhiệt độ đồng hồ chạy giờ? -20- b) Đưa đồng hồ lên đỉnh núi, nhiệt độ 0C, ta thấy đồng hồ chạy Tính độ cao đỉnh núi so với mực nước biển Coi Trái đất hình cầu, có bán kính R = 6400km Đ/s: a) 13,750; b) 992m Kết Đề tài tác giả sử dụng để hướng dẫn học sinh lớp 12 ôn thi Đại học, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh kết đạt là: - Đa số học sinh nắm phương pháp giải biết vận dụng tốt phương pháp vào việc giải tập chu kỳ dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên - Kỹ giải tập trắc nghiệm khách quan học sinh cải thiện đáng kể, đảm bảo độ xác nhanh - Phát huy rèn luyện khả vận dụng kiến thức, tính tư sáng tạo học sinh việc giải tập vật lý hay khó LỚP- SS Giỏi Trung bình Yếu 12A2 - 31 12 13 12D2 - 31 11 15 Tổng % 25,8 % 38,7 % 33,9 % 1,6 % Kết kiểm tra sau ứng dụng phương pháp giải tập chu kì dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên -21- III - KẾT LUẬN Kết luận - Đề tài hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu số vấn đề lý luận tập vật lý, phân loại tập, đề phương pháp giải đồng thời lựa chọn hệ thống tập vận dụng chu kỳ dao động lắc đơn phụ thuộc vào yếu tố bên - Việc phân loại, đề phương pháp giải lựa chọn hệ thống tập thích hợp dựa sở khoa học chặt chẽ góp phần nâng cao chất lượng giải tập, nắm vững kiến thức học sinh - Đặc biệt cần ý tới việc phát huy khả sáng tạo, tìm tịi, tích cực tự lực học sinh, khơng phải áp đặt cách suy nghĩ giáo viên học sinh giải tập nêu - Đề tài dừng lại việc nghiên cứu chuyên đề nhỏ chương trình Vật lý 12 Để góp phần nâng cao chất lượng giải tập, rèn luyện tư Vật lý học sinh, đề tài tiếp tục phát triển cho chuyên đề khác chương trình Vật lý phổ thơng Kiến nghị - Về phía nhà trường cần có kế hoạch lâu dài việc khuyến khích giáo viên tham gia viết đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu cho chương, phần mơn học, từ nâng cao chất lượng dạy học cho môn (đặc biệt chất lượng giải tập môn tự nhiên) - Về phía sở GD ĐT cần quan tâm đầu tư việc xây dựng chuyên đề, đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu mơn, có kế hoạch phổ biến rộng rãi đề tài để giáo viên toàn tỉnh tham khảo, áp dụng trao đổi kinh nghiệm trình dạy học -22- Hải Hà, ngày 29 tháng năm 2020 Thủ trưởng đơn vị xác nhận, đề nghị Người viết (ký, ghi rõ họ tên) (ký, đóng dấu) Bế Tiến Thành TÀI LIỆU THAM KHẢO An Văn Chiêu – Vũ Đào Chỉnh – Phó Đức Hoan – Nguyễn Đức Thâm Phạm Hữu Tịng Phương pháp giải tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giáo dục, 2000 Nguyễn Văn Đồng- An Văn Chiêu- Nguyễn Trọng Di- Lưu Văn Tạo Phương pháp giảng dạy Vật lý trường phổ thông, tập I NXB Giáo dục, 1979 Bùi Quang Hân Giải toán Vật lý 12, tập I NXB Giáo dục, 2006 Vũ Thanh Khiết Bài tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giáo dục, 2002 Mỵ Giang Sơn Những tập Vật lý hay khó, tập I NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2001 Phạm Hữu Tòng Phương pháp dạy tập Vật lý, NXB Giáo dục, 1989 -23- ... P' - Chu kỳ dao động lắc điện trường là: T '  2 l  2 g' u r E l �q E � < T g � � �mg � 2.2 .2.2 Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực quán tính r Khi lắc đơn đặt hệ quy chiếu chuyển... ban đầu lắc Bài 2: Một lắc Phu cô treo thánh Ixac( XanhPêtecbua) conlắc đơn có chiều dài 98m Gia tốc rơi tự XanhPêtecbua 9,819m/s2 a) Tính chu kì dao động lắc b) Nếu treo lắc Hà Nội, chu kì bao... Tính chu kì dao động b) Tăng nhiệt độ lên 400C, chu kì lắc tăng hay giảm bao nhiêu? Biết hệ số nở dài dây treo lắc   2.1 05 K 1 Đ/s: a) 2s; b) Tăng 4.10-4s Bài 5: Một lắc đồng có chu kì dao