(Sáng kiến kinh nghiệm) DAO ĐỘNG của CON lắc lò XO KHI độ CỨNG lò XO BIẾN THIÊN

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT QUẢNG XƯƠNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP BÀI TẬP DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LÒ XO KHI ĐỘ CỨNG LÒ XO BIẾN THIÊN Người thực hiện: Nguyễn Đức Lộc Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật lí THANH HĨA NĂM 2018 MỤC LỤC Mở đầu………………………….………………………………… ……… 1.1 Lí chọn đề tài………………………….……………………………… 1.2 Mục đích nghiên cứu………………………………….….……………… 1.3 Đối tượng nghiên cứu…………………………………………….….… 1.4 Phương pháp nghiên cứu………………………………………… … ….4 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm…………………… … …4 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm………………………………….…….……4 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm………………… ….……………4 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm……… ……4 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Cơ sở lí thuyết………………………………………… ………….….5 2.3.2 Khảo sát dao động lắc lò xo…………………… ………… 2.3.2.1 Khảo sát dao động vật giữ cố định điểm lò xo 2.3.2.2 Khảo sát dao động vật thả điểm cố định…………………8 2.3.2.3 Các ví dụ điển hình……………………………………………… 2.3.2.3.1 Các ví dụ có lời giải……………………………………………8 2.3.2.3.2 Các tập tự giải 14 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, , với thân, đồng nghiệp nhà trương…………………… ………….………………19 Kết luận, kiến nghị……………………………… ……………………… 20 3.1 Kết luận ………………………………………………………………… 20 3.2 Kiến nghị …………………………….……………………………… … 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………… …………… …………………………20 MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Như biết năm thi THPT Quốc Gia gần năm xuất tốn khó lạ làm học sinh lúng túng việc đưa phương pháp giải, ngồi u cầu giải tốn phải thật nhanh không làm ảnh hưởng đến câu khác đặc biệt học sinh học mức độ trung bình trở lên gặp tốn kiểu khó phải giải làm Vài năm gần đề THPT QG có xuất tốn tìm biên độ dao động lắc lò xo giữ điểm cố định lò xo, vấn đề vấn đề nên có nhiều thầy giáo khơng đề cập đến có thầy đề cập đến, đưa phương pháp giải kiểu tự luận: dài, phức tạp khó nhớ khơng phù hợp với kiểu thi trắc nghiệm Qua thời gian nghiên cứu chất vấn đề thấy, tuân theo kiểu giải tự luận kiểu học trước để học sinh làm lại trường hợp gặp lại toán gặp khó khăn khơng phù hợp với với cách thi trắc nghiệm Vì tơi tìm phương pháp giải toán “Dao động lắc lò xo độ cứng lò xo bị biến thiên” Tôi xây dựng công thức tổng quát tảng kiến thức cũ mà học sinh có, từ học sinh vận dụng làm tốn cách dễ dàng cho dù đề có phức tạp nữa, yêu cầu đơn dản với học sinh phân biệt rõ đại lượng công thức tổng quát Qua vài năm áp dụng phương pháp này, áp dụng cho đối tượng học sinh học chương trình nâng cao chương trình chuẩn, tơi thấy tất học sinh tơi dạy phương pháp học sinh giải toán cách nhẹ nhàng tự tin học vật lý 1.2 Mục đích nghiên cứu - Làm quen với công tác nghiên cứu khoa học - Tìm cho phương pháp để tạo khơng khí hứng thú lơi nhiều học sinh tham gia giải tập lý, đồng thời giúp em đạt kết cao kỳ thi 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Lý thuyết lắc lò xo - Vận dung công thức tổng quát để giải số toán 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Giải tập vận dụng 1.5 Những điểm sáng kiến kinh nghiệm - Giải tốn khó nhanh xác - Cách giải phù hợp với cách kiểm tra đánh giá Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Trong việc giải tập giữ điểm cố định lò xo, đa số học sinh thường dùng phương pháp không rõ ràng, nên không rõ chất tượng vật lí Vì phương pháp tơi nghiên cứu cho học sinh thấy rõ chất vật lí áp dụng cơng thức tổng qt để giải nhanh tốn phức tạp Phương pháp nghiên cứu áp dụng cho học sinh học học trung bình, cần hướng dẫn học sinh cách sử dụng công thức Việc khai thác có hiệu phương pháp, góp phần nâng cao chất lượng nắm kiến thức khả vận dụng để đạt kết tốt kỳ thi 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm - Trước thực trạng học sinh Quảng Xương nói chung học sinh tơi dạy trực tiếp nói riêng năm trước, gặp tốn lắc lị xo giữ cố định điểm lị xo học sinh thường hay chọn đại đáp án dạng tốn khó - Một thực trạng nữa: vấn đề khó nên có nhiều thầy không muốn dạy phần dẫn đến học sinh không làm gặp toán khiểu 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề - Trước tiên trang bị cho học sinh kiến thức độ cứng lò xo thay đổi chiều dài lò xo - Trang bị cho học sinh lượng dao động lắc lò xo - Hình thành cho học sinh phương pháp giải tổng quát 2.3.1 Cơ sở lý thuyết Độ cứng lò xo thay đổi theo chiều dài lò xo Xét lị xo có chiều dài l0 độ cứng k0, cắt lị xo thành hai phần có chiều dài tương ứng l1 l2 độ cứng k1 k2 Ta ln có: k0l0=k1l1=k2l2  l0  k1  k0 l1  =>  k  l0 k  l  Vậy độ cứng lò xo tỉ lệ nghịch với chiều dài 2.3.2 Khảo sát dao động lắc lò xo 2.3.2.1 Khảo sát dao động vật giữ cố định điểm lò xo Chọn chiều dương ox trùng với chiều dãn lò xo Gọi O vị trí cân vật lúc ban đầu O’ vị trí cân vật giữ cố định điểm lò xo Vị trí O’ nằm bên trái bên phải điểm O phụ thuộc vào thời điểm giữ cố định điểm lò xo vật li độ âm hay dương Nếu giữ cố định điểm lị xo lúc vật li độ dương O’ lệch bên phải O, li độ âm O’ lệch bên trái điểm O Giả sử vật dao động điều hòa với biên độ A quanh vị trí cân O, vật đến li độ x, vận tốc v lò xo có chiều dài  , động lắc lò xo lúc là: W  kA 2 Wt  k.x2 Wd  m.v2 Ta có: W  Wt  Wd  k.A 2 Ngay lúc giữ cố định lò xo điểm D( hình vẽ) vật m dao động với biên độ A’ quanh vị trí cân O’ C x D C   O O’ x Phần lị xo tham gia vào dao động lúc  'có độ cứng k’ Phần khơng tham gia vào dao động nữa( bị nhốt)  '' có độ cứng k’’ Theo lập luận phần sở lí thuyết thì:    k'   ' k   k''   k   ''  Đặt n   lúc '  k'  nk   n  k''  n  k Ngay lúc lắc lị xo dao động có lượng, động W'  k'A '2 Wt '  k'.x'2 với x’=x-OO’ Wd  m.v2 động không đổi so với trước giữ cố định điểm D  W'  Wt ' Wd  k'A '2 Vậy phần giảm phần thế giảm( phần bị nhốt) => W'  Wt  Wt '' ( W’’t phần bị nhốt) W''t   ''  '' Wt  kx    W'  Wt  Wt ''   A ' 1  '' k'A '2  kA  kx 2  k  '' 2  '' (A  x )  A '  (A  x ) k'  n  Vậy công thức cần nhớ để xác định biên độ dao động vật sau giữ cố định điểm D lò xo A '  '' (A  x ) n  Độ lệch vị trí cân cũ OO'  x0   '' x  Xét trường hợp thường gặp đề thi đại học + Giữ cố định điểm D vật qua vị trí cân thì: x=0 A' A n Trường hợp vị trí cân không đổi + Giữ cố định điểm D vật đến biên x= x   A  A '  + Nếu điểm D điểm lị xo  '   ''  A n  => n=2 2.3.2.2 Khảo sát dao động vật thả điểm cố định C x D C x   O O’ Sau giữ cố định điểm D vật dao động điều hịa với biên độ A’ quanh vị trí cân O’ Trong trình vật dao động với biên độ A’, vật đến vị trí trùng với vị trí vật lúc giữ cố định lị xo D thả điểm giữ lị xo vật sau dao động với biên độ ban đầu Trong trường hợp khác biên độ sau thả điểm cố định khác biên độ A Độ lệch hai vị trí cân OO'   '' x  x0  Nếu x>0 O’ lệch phía bên phải O, x