os R
U c ϕ ∆ = P
P (2.43)
Trong đó: P là công suất truyền đi ở nơi cung cấp ; U là điện áp ở nơi cung cấp, cosϕ là hệ số công suất của mạch điện.
2.2. Vận dụng PPTT để giải bài tập các chương “dao động cơ, sóng cơ,
dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao.
2.2.1. Phân tích mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều. đều.
Trong mục 2.1.2.1, chúng tơi đã đưa ra hình 2.1 mơ tả mối liên hệ giữa dao động điều hịa và chuyển động trịn đều. Dựa trên cơ sở đó, có thể phân tích để làm sáng tỏ sự tương đương này.
Khi chất điểm dao động điều hòa thực hiện được một dao động tồn phần thì chất điểm chuyển động trịn đều quay được một vịng. Từ đó suy ra:
2
T π
ω
= (2.44)
Khi chất điểm dao động điều hòa chuyển động theo chiều dương thì tương ứng với chất điểm chuyển động tròn đều quay ở nửa dưới của đường trịn, và ngược lại.
Pha ban đầu φ chính bằng góc , với Mo biểu diễn vị trí của vật ở thời điểm ban đầu trên đường trịn.
Góc quay được và thời gian quay (cũng chính là thời gian của vật dao động điều hòa) tỉ lệ thuận với nhau:
(2.45)
Mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều này có
thể được vận dụng để giải rất nhiều loại bài tập thuộc chương “dao động
cơ”, như viết phương trình dao động; tìm thời gian, thời điểm; tìm quãng đường; tìm quãng đương dài nhất, ngắn nhất đi được trong một khoảng thời
gian cho trước hay tìm thời gian dài nhất, ngắn nhất để đi hết một quãng đường cho trước; tìm số lần đi qua một vị trí trong một khoảng thời gian
nhất định,…
2.2.2. Sự tương tự về quy luật dao động trong các chương “dao động cơ,
sóng cơ và dịng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao.
a. Sóng cơ là những dao động cơ lan truyền trong các môi trường vật
chất rắn, lỏng hoặc khí. Với sóng hình sin thì phương trình có dạng: uM = Acosω(t - v x ) = Acos 2π( λ x T t − ) (2.46) Như vậy q trình sóng vừa điều hịa theo thời gian với chu kì T, vừa điều hịa theo khơng gian với "chu kì" là bước sóng λ. Vì vậy, khi giải bài tập phần sóng cơ, ta cũng có thể áp dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều như trong chương dao động điều hòa. Cụ thể:
- Nếu xét với một điểm xác định trong mơi trường có sóng truyền qua thì li độ u biến thiên điều hịa theo thời gian với chu kì T, ta có hệ thức liên hệ giữa thời gian dao động ∆t và góc quay α tương đương trên đường tròn cũng giống như cơng thức 2.45 là:
- Cịn nếu xét ở cùng một thời điểm xác định t thì li độ u của các điểm khác nhau trong mơi trường có sóng truyền qua biến thiên điều hòa theo khơng gian (biến số x) với “chu kì” là bước sóng λ , ta có hệ thức liên hệ giữa khoảng cách ∆xvà góc quay α tương đương trên đường tròn là:
(2.47)
b. Dịng điện hay điện áp xoay chiều có giá trị tức thời cũng biến thiên
điều hòa theo thời gian, vì vậy các quy luật tốn học cũng giống như của dao động điều hòa, vẫn có thể áp dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều khi giải các bài tập, ví dụ như những bài tập liên quan đến giá trị tức thời.
Thông thường học sinh chỉ áp dụng mối liên hệ giữa dao động điều hòa và chuyển động tròn đều khi giải các bài tập chương dao động cơ, cịn ở các chương sóng cơ hay chương dịng điện xoay chiều học sinh khơng nghĩ đến sự tương đương này. Do đó các em hoặc không giải được hoặc giải bằng các cách khác rất khó khăn, vất vả khi gặp những bài tập liên quan đến giá trị tức thời.