Việc giảng dạy bài tập vật lý trong nhà trường không chỉ giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình mà còn giúp các em vận dụng những [r]
(1)PHẦN I MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài
- Vật lý môn học khó trừu tượng, sở toán 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”
2 Mục đích nghiên cứu
(2)- Nhằm xây dựng chuyên đề sâu, chi tiết làm tài liệu tham khảo cho đồng nghiệp ôn thi Đại học- Cao đẳng luyện thi hc sinh gii cp tnh
3 Đối tợng nghiªn cøu
Nhóm tập chu kỳ dao động lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên ngoài, chương “ Dao động học”- Vật lý 12 Nâng cao 4 NhiƯm vơ nghiªn cøu
- 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 dng
5 Phạm vi nghiên cứu
Cỏc bi 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
6 Phơng pháp nghiên cứu
Trong ti sử dụng phương pháp chủ yếu nghiên cứu lý luận tập Vật lý tài liệu tham khảo nâng cao khác có liên quan đến đề tài
PHẦN II NỘI DUNG
I- MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ LUẬN VỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 1.1 Vai trò 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
(3)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 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
1.2 Phân loại tập vật lý.
(4)- Là tập mà học sinh không cần phải tính tốn (Hay có phép tốn 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
- Thông thường để giải toán 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
1.2.2) 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
* 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 yêu cầu học sinh phải hiểu cách sâu sắc để vận dụng kiến thức mức độ cao
(5)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
1.2.4) 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
II- CÁC CƠNG THỨC ÁP DỤNG TRONG ĐỀ TÀI.
1 Chu kỳ dao động lắc đơn:
l T
g
l: Chiều dài lắc (m).
g: Gia tốc trọng trường (m/s2). 2 Công thức nở dài: l l0(1t)
0
l : 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). 3 Gia tốc trọng trường
- Gia tốc trọng trường mực nước biển: g=GM
(6)M: Khối lượng trái đất R: Bán kính trái đất
- Gia tốc trọng trường độ cao h so với mực nước biển: R+h¿2
¿
gh=
GM ¿
=> RR+h¿
2
gh=g¿
- Gia tốc trọng trường độ sâu d so với mực nước biển: R − d¿2
¿
gd=
GM'
¿
=> gd=g(
R − d R ) 4 Lực điện trường: F qE
q: Điện tích điện trường (C)
E
: Cường độ điện trường (V/m) + q > F hướng với E .
+ q < F ngược hướng với E .
+ Độ lớn:
q U F q E
d
5 Lực quán tính: F
qt=− ma
m: khối lượng vật (kg)
a : Gia tốc hệ quy chiếu (m/s2) + Fqt
ngược hướng với a
+ Độ lớn: Fqt = ma 6 Các công thức gần
Nếu x, x1, x2 số dương nhỏ Ta có: 1± x¿n≈1±nx
¿ ;
1
(1± x)n≈1∓nx ; (1+x1)(1− x2)≈1+x1− x2
(7)Loại 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 trên trái đất.
1.1 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) 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
T1−1| (s)
Các bước giải
- B1: Từ cơng thức có liên quan đến yêu cầu tập, thiết lập tỉ số
2
T T
- B2: Biện luận + Nếu
2
T
T > => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại.
+ Nếu
2
T
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
T1−1| (s)
2.1 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 t2 đồng hồ chạy sai
- Áp dụng công thức mục II:
1 0(1 1)
l l t =>
0
1
(1 )
2 l l t
T
g g
2 0(1 2)
l l t =>
0
2
(1 )
2 l l t
T g g Ta có: 1
2 2
2
1
1
(1 ) (1 ) T t t t T t
Vì (t1), (t2) << nên áp dụng cơng thức gần ta có:
T2 T1
≈1+1
2λ(t2−t1)
(8)+ Nếu t2 > t1 =>
2
1 T
T => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại.
+ Nếu t2 < t1 =>
2
1 T
T => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên.
- Trong ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400|T2
T1−1| = 43200 λ|t2− t1|
(s)
3.1 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
- Ta có:
2 1 ( ) h h T g T h T g T R R g g R h
- Lập luận: T2
T1
=1+h
R>1 => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại
- Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400|T2
T1−1| = 86400 h R (s) * Ở mực nước biển đồng hồ chạy đúng, đưa đồng hồ xuống độ sâu h đồng hồ chạy sai
- Ta có:
2 2 1 (1 ) ( ) d d T g
T R d
T g
d
T R d R
R d
g g R
R
Vì
d
R , áp dụng công thức gần ta có:
2 1 T d
T R
- Lập luận: T2
T1
≈1+1
d
R>1 => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại
- Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400|T2
T1−1| = 43200 d R (s) 4.1 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
-
1
2 2
2
1
(1 )
(1 )(1 ) (1 ) (1 )
h
T g t h
t t
T g t R
Áp dụng công thức gần ta có:
2
2
1
1 ( )
(9)- Nếu t2 > t1 =>
2
1 T
T => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại.
- Nếu t2 < t1 =>
2
1 T
T => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên.
- Trong ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400|
T2 T1
−1| = 86400 ( 1)
2 h
t t R
(s)
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
T1−1| = 43200 |λ(t2−t1)+
d R| (s)
5.1 Xác định thời gian đồng hồ chạy sai thay đổi vị trí trái đất (nhiệt độ khơng đổi)
- Tại nơi có gia tốc trọng trường g1 đồng hồ chạy với: T1=2π√ l
g1
- Tại nơi có gia tốc trọng trường g2 đồng hồ chạy sai với: T2=2π√ l
g2
- Ta có T2
T1
≈1−1
2
Δg g1
+ Nếu g2 > g1 => T2
T1
<1 => T2 < T1 đồng hồ chạy nhanh lên
+ Nếu g2 < g1 => T2
T1
>1 => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại
- Trong ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 43200|Δg
g1| =
43200|g2
g1−1| (s) * Nếu vị trí nhiệt độ thay đổi ngày đêm đồng hồ chạy sai:
θ = 1
43200 (t t ) g g
Loại 2: Khảo sát dao động nhỏ lắc đơn có thêm lực phụ
F khơng đổi tác dụng (ngồi trọng lực lực căng dây treo)
1.2 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
(10)- Chu kỳ dao động nhỏ lắc: ' ' l T g
Vậy để xác định chu kỳ T’ cần xác định gia tốc trọng trường hiệu dụng g’
2.2 Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực điện trường
- Khi điện trường chu kỳ dao động lắc là:
l T g
- Khi đặt lắc vào điện trường có véc tơ cường độ điện trường E nó
chịu tác dụng Trọng lực P lực điện trường F qE
, hợp hai lực ký hiệu P' P F
, gọi trọng lực hiệu dụng hay trọng lực biểu kiến Ta xét số trường hợp thường gặp:
a) Trường hợp 1: E hướng thẳng đứng xuống
Khi để xác định chiều F ta cần biết dấu q.
* Nếu q > 0: F hướng với E => F hướng thẳng đứng xuống dưới
Ta có: P’ = P + F => g’ = g +
q E m
Chu kỳ dao động lắc điện trường:
' 2
' l l T q E g g m < T => ' '
T g g
T T
q E q E
T
g g
m m
* Nếu q < 0: F ngược hướng với E => F hướng thẳng đứng lên trên
Ta có: P’ = P - F => g’ = g -
q E m
Chu kỳ dao động lắc điện trường:
' 2
' l l T q E g g m > T => ' '
T g g
T T
q E q E
T
g g
m m
b) Trường hợp 2: E hướng thẳng đứng lên trên.
Tương tự ta chứng minh được:
* Nếu q > chu kỳ dao động lắc là:
' 2
(11)* Nếu q < chu kỳ dao động lắc là:
' 2
' l l T q E g g m < T c) Trường hợp 3: E có phương ngang
=> F có phương ngang F
vng góc với P => vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng
một góc (hình vẽ).
- Từ hình vẽ ta có: tan
q E F
P mg
- Về độ lớn:
2
2 2
' ' q E
P P F g g
mg
- Chu kỳ dao động lắc điện trường là:
2
' 2
'
l l
T
g q E
g mg
< T.
3.2 Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực quán tính.
Khi lắc đơn đặt hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc
a (hệ quy chiếu phi qn tính) trọng lực lực căng dây treo con
lắc cịn chịu tác dụng lực qn tính Fma Trọng lực hiệu dụng P'=P+ F
Gia tốc trọng trường hiệu dụng: '
F
g g g a
m
Xét số trường hợp thường gặp:
a) Trường hợp 1: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng lên với gia tốc a
- Thang máy chuyển động nhanh dần đều: a ngược hướng với g => g’ = g + a
Chu kỳ dao động lắc thang máy: ' '
l l
T T
g g a
Ta có: ' '
T g g
T T
T g a g a (T chu kỳ dao động lắc thang máy
đứng yên hay chuyển động thẳng đều)
- Thang máy chuyển động chậm dần đều: a hướng với g
=> g’ = g - a
' 2
'
l l
T T
g g a
; '
'
T g g
T T
T g a g a
(12)b) Trường hợp 2: Con lắc treo thang máy chuyển động thẳng đứng xuống với gia tốc a
- Thang máy chuyển động nhanh dần đều: a hướng với g => g’ = g – a
' 2
'
l l
T T
g g a
; '
'
T g g
T T
T g a g a
- Thang máy chuyển động chậm dần đều: a ngược hướng với g
=> g’ = g + a
' 2
'
l l
T T
g g a
;
'
'
T g g
T T
T g a g a
c) Trường hợp 3: Con lắc đơn treo xe chuyển động theo phương ngang với gia tốc a => F có phương ngang ngược hướng với a.
- Tại vị trí cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc
Ta có
tan F a
P g
- Về độ lớn: P'2 P2F2 g' g2a2 - Chu kỳ dao động lắc:
2
' 2
'
l l
T
g g a
Cách khác: Ta có ' os ' os
P g
P g
c c
=>
cos
' 2
' l l T g g => '
os ' os
T
c T T c
T
IV- BÀI TẬP ÁP DỤNG
1 Nhóm tập thuộc loại 1
Bài 1.1: Một lắc đơn chạy vào mùa hè nhiệt độ 320C 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
- Ta có: T2
T1
≈1+1
2λ(t2−t1)
- Do t2 < t1 =>
2
1 T
T => T2 < T1 nên chu kỳ giảm lắc chạy nhanh hơn.
- Thời gian lắc chạy nhanh t= 12h = 12 3600(s) là:
(13)θ =
2
1 T t
T
= 12.36002 t2 t1
(s) = 7,3 (s)
Bài 2.1: 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
a) - Ta có: TT2
1
=1+h
R>1 => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400|T2
T1−1| = 86400
h R = 21,6(s)
b) – Ta có: TT2
1
≈1+1
2
d
R>1 => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại - Trong ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400|T2
T1−1| = 43200
d
R =
5,4(s)
Bài 3.1: Một lắc đồng hồ chạy mặt đất có gia tốc g = 9,86 m/s2 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 là R = 6400 km
Hướng dẫn: - Giải thích tượng :
Khi đưa lắc đơn lên cao gia tốc giảm
GM g
R
và
R+h¿2 ¿
gh=
GM ¿
Mặt khác lên cao nhiệt độ giảm nên chiều dài dây treo giảm theo Từ
l T
g
không thay đổi - Tính nhiệt độ độ cao h = 640 m Ta có:
(14)2 Nhóm tập thuộc loại 2
Bài 1.2: 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/s2 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 trên.
c) E có phương nằm ngang.
Hướng dẫn: Áp dụng kết mục III, ý 2.2
a) q < 0: F ngược hướng với E
=> F hướng thẳng đứng lên trên
Ta có: P’ = P - F => g’ = g -
q E m
Chu kỳ dao động lắc điện trường:
' 2
'
l l
T
q E g
g m
= 2,11(s) (Lưu ý: Đổi E = 25V/cm = 25.102V/m)
b) Tương tự, ta có:
' 2 '
l l T
q E g
g m
= 1,9(s) c) Khi E có phương nằm ngang.
Khi chu kỳ dao động lắc đặt điện trường là:
Bài 2.2: 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 tích điện tích q dao động với chu kỳ T' Lấy g = 10 m/s2, xác định độ lớn điện tích q biết
3 '
10 T T
(15)Khi E có phương ngang ta có:
Bài 3.2: Một lắc đơn có m = g sợi dây mảnh có chiều dài ℓ được 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 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 không đổi
Do E hướng thẳng đứng nên g’ = g ± q E
m , mà g’>g nên: g’ = g + q E
m
Phương trình chứng tỏ F hướng thẳng đứng xuống q >
nên E hướng thẳng đứng xuống
Vậy véc tơ cường độ điện trường E có phương thẳng đứng hướng xuống
dưới độ lớn:
Bài 4.2: 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
(16)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 5.2: 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
P g
=> 0,29 (rad)
b) Ta có: P'2 P2 F2 g' g2a2 = 109
Chu kỳ dao động lắc là:
3 Bài tập tổng hợp
Bài 1.3 : Ngời ta đa 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 hởng nhiệt độ
Đ/s: Giảm 0,3% chiều dài ban đầu cđa l¾c.
Bài 2.3: 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 hởng nhiệt độ.
c) Nếu muốn lắc treo Hà Nội mà dao động với chu kì nh XanhPêtecbua phải thay đổi độ dài nh n?
§/s: a) T1 = 19,84s; b) T2 = 19,87s;
(17)Bài 3.3: Con lắc đơn dao động bé mặt đất có nhiệt độ 300C Đa lên độ cao h =
0,64km chu kì dao động bé khơng thay đổi Biết hệ số nở dài dây treo
5
2.10 K
Hãy tính nhiệt độ độ cao Cho bán kính trái đất R = 6400km.
§/s: 200C
Bài 4.3: Con lắc toán học dài 1m 200C dao động nhỏ nơi g = 2(SI).
a) Tính chu kì dao động
b) Tăng nhiệt độ lên 400C, chu kì lắc tăng hay giảm bao nhiêu?
BiÕt hÖ sè në dài dây treo lắc 2.105K1
Đ/s: a) 2s; b) Tăng 4.10-4s.
Bi 5.3: Một lắc đồng có chu kì dao động T1 = 1s nơi có gia tốc trọng
tr-ờng g = 2(m/s2), nhiệt độ t
1 = 200C
a) Tìm chiều dài dây treo lắc ë 200C.
b) Tính chu kì dao động lắc nơi nhiệt độ 300C Cho h s
nở dài dây treo lắc 4.105K1.
Đ/s: a) l1 = 0,25m = 25cm; b) T2 = 1,0002s.
Bài 6.3: Ngời ta đa 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 đ-ợc vòng bao nhiêu? Biết gia tốc rơi tự Mặt Trăng 1/6 gia tốc rơi tự Trái Đất bỏ qua ảnh hởng nhiệt độ
§/s: t2 = 9h48ph.
Bài 7.3: Một lắc đơn gồm sợi dây có chiều dài l = 1m cầu nhỏ có khối lợng m = 100g, đợc treo nơi có gia tốc trọng trờng g = 9,8m/s2.
1 Tính chu kì dao động nhỏ ccủa cầu
2 Cho cầu mang điện q = 2,5.10-4C tạo điện trờng có cờng
độ điện trờng E = 1000V/m Hãy xác định phơng dây treo lắc cân chu kì lắc trờng hợp:
a) Véc tơ E hớng thẳng đứng xuống dới b) Véc tơ E
cã ph¬ng n»m ngang
§/s: 1) T0 = 2s; 2a) T1 = 1,8s; 2b) T2 = 1,97s.
Bài 8.3: Một lắc đơn gồm cầu nhỏ, khối lợng 10g đợc treo sợi dây dài 1m nơi mà g = 10m/s2 Cho 2 10.
a) Tính chu kì dao động T0 lắc
b) Tích điện cho cầu điện tích q = 10-5C cho dao động
trong điện trờng có phơng thẳng đứng thấy chu kì dao động T =
2
3T .Xác định chiều độ lớn cờng độ điện trờng?
§/s: E
thẳng đứng, hớng xuống, độ lớn 1,25.104V/m.
Bài 9.3: Một lắc dao động với biên độ nhỏ có chu kì T0 nơi có g =
10m/s2 Treo lắc trần xe cho xe chuyển động nhanh dần đều
trên mặt đờng nằm ngang dây treo hợp với phơng thẳng đứng góc nhỏ
0
0
.
a) T×m gia tèc a cđa xe
(18)§/s: a) a = 1,57m/s2; b) T = T
0. cos .
Bài 10.3: Một lắc đơn có chu kì dao động nhỏ T = 1,5s nơi có gia tốc trọng trờng g = 9,80m/s2 Treo lắc thang máy Hãy tính chu kì của
con lắc trờng hợp sau:
a) Thang mỏy lên nhanh dần với gia tốc a = 1m/s2.
b) Thang máy lên chậm dần với gia tốc a = 1m/s2.
c) Thang máy chuyển động thẳng
§/s: a) 1,43s; b) 1,58s; c) 1,5s.
Bài 11.3: Một lắc toán học có chiều dài 17,32cm thực dao động điều hồ ôtô chuyển động mặt phẳng nghiêng góc 300 Xác định VTCB tơng đối lắc Tìm chu kì dao động lắc hai tr-ờng 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, 2 10. ĐS: a) T = 0,8886 s; b) T = 1,405 s.’ ’
Bài 12.3: Một lắc đồng hồ, dây treo có hệ số nở dài 2.10 (5 K1) Bán kính Trái đất 6400km
a) Khi đa xuống giếng mỏ, đồng hồ chạy nhanh hay chậm? Tại ? b) Biết giếng sâu 800m thật đồng hồ chạy Tính chênh lệch nhiệt độ ging v mt t
Đ/s: a) chạy chậm chu kì tăng; b) t 6, 250C.
Bi 13.3: Một lắc đồng hồ gồm cầu sắt sợi dây kim loại mảnh có hệ số nở dài 2.10 (5 K1) Đồng hồ chạy 200C với chu kì T
= 2s
a) Khi giảm nhiệt độ xuống đến 00C đồng hồ chạy nhanh hay chậm sau
một ngày đêm?
b) Vẫn giữ nhiệt độ 00C, ngời ta dùng nam châm để tạo lực hút thẳng
đứng Phải đặt nam châm nh nào, độ lớn để đồng hồ chạy trở lại Cho khối lợng cầu m = 50g, lấy g = 10m/s2.
§/s: a) T = 17,28s; b) 10-4N.
Bài 14.3: Một lắc đồng hồ chạy 200C nơi có gia tốc trọng trờng
bằng 10m/s2 Biết dây treo có hệ số nở dài 4.10 (5 K1), vật nặng tích điện
q = 10-6C.
a) Nếu lắc đặt điện trờng có cờng độ E = 50V/m thẳng đứng hớng xuống dới sau ngày đêm đồng hồ chạy nhanh hay chậm bao nhiêu? Biết vật có khối lợng m = 100g
b) Để đồng hồ chạy trở lại cần phải tăng hay giảm nhiệt độ bao nhiêu?
§/s: a) 2,16s; b) 21,250 C.
Bài 15.3: Tại nơi ngang với mực nớc biển, nhiệt độ 100C, đồng
hồ lắc ngày đêm chạy nhanh 6,48s Coi lắc đồng hồ nh lắc đơn Thanh treo lắc có hệ số nở dài 4.10 (5 K1)
(19)b) Đa đồng hồ lên đỉnh núi, nhiệt độ 60C, ta thấy đồng hồ chạy
đúng Tính độ cao đỉnh núi so với mực nớc biển Coi Trái đất hình cầu, có bán kính R = 6400km
§/s: a) 13,750; b) 992m.
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
PHẦN III KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 1 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, 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
(20)- 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 mơn 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 tồn tỉnh tham khảo, áp dụng trao đổi kinh nghiệm trình dạy học
Điện Biên, ngày 19 tháng năm 2011
Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG THI ĐUA NGƯỜI VIẾT
(21)TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 An Văn Chiêu – Vũ Đào Chỉnh – Phó Đức Hoan – Nguyễn Đức Thâm -Phạm Hữu Tòng Phương pháp giải tập Vật lý sơ cấp, tập I NXB Giáo dục, 2000
2 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
3 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