(SKKN 2022) Phương pháp giải bài tập về chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài

Giỳp họcsinh viợ̀c phõn loại cỏc dạng bài tọ̃p và hướng dẫn cỏch giải là rṍt cần thiờ́t.Viợ̀c làm này rṍt cú lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được cỏcdạng bài tọ̃p,

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ *

PHÒNG GD&ĐT (TRƯỜNG THPT )**

(*Font Times New Roman, cỡ 15, CapsLock;

** Font Times New Roman, cỡ 16, CapsLock, đậm)

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM (Font Times New Roman, cỡ 15, CapsLock)

TÊN ĐỀ TÀI

(Font Times New Roman, cỡ 16-18, CapsLock, đậm)

Người thực hiện: Nguyễn Văn A

Chức vụ: Giáo viên

Đơn vị công tác: Trường THCS B

SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Toán

(Font Times New Roman, cỡ 15, đậm, đứng; mục Đơn vị công tác chỉ

ghi đối với các SKKN thuộc các bậc MN, cấp TH và THCS, các cấp/bậc

khác không ghi)

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 1

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

VỀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BÊN NGOÀI

Người thực hiện: Lê Mạnh Cường Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật lí

THANH HOÁ NĂM 2022

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

2 NỘI DUNG 3

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm 3

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 4

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 5

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường 23

3 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 24

3.1 Kết luận 24

3.2 Kiến nghị 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

Trang

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lớ do chọn đề tài

- Vọ̃t lớ là một mụn học khú và trừu tượng, cơ sở của nú là toỏn học Bài

tọ̃p vọ̃t lớ rṍt đa dạng và phong phỳ Trong phõn phối chương trỡnh số tiờ́t bàitõp lại hơi ớt so với nhu cầu cần củng cố và nõng cao kiờ́n thức cho học sinh.Chớnh vỡ thờ́, người giỏo viờn phải làm thờ́ nào đờ̉ tỡm ra phương phỏp tốtnhṍt nhằm tạo cho học sinh niềm say mờ yờu thớch mụn học này Giỳp họcsinh viợ̀c phõn loại cỏc dạng bài tọ̃p và hướng dẫn cỏch giải là rṍt cần thiờ́t.Viợ̀c làm này rṍt cú lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được cỏcdạng bài tọ̃p, nắm được phương phỏp giải và từ đú cú thờ̉ phỏt triờ̉n hướngtỡm tũi lời giải mới cho cỏc dạng bài tương tự

- Trong yờu cầu về đổi mới giỏo dục về viợ̀c đỏnh giỏ học sinh bằngphương phỏp trắc nghiợ̀m khỏch quan thỡ khi nắm được dạng bài và phươngphỏp giải sẽ giỳp cho học sinh nhanh chúng hoàn thành được bài làm

- Trong chương trỡnh Vọ̃t lớ lớp 12, chương "Dao động cơ học" cú nhiềudạng bài tọ̃p phức tạp và khú Nhúm cỏc bài toỏn về chu kỳ của con lắc đơnchịu ảnh hưởng của cỏc yờ́u tố bờn ngoài như: nhiợ̀t độ, độ cao, độ sõu, lựcđiợ̀n trường, lực quỏn tớnh là một trong những nhúm bài tọ̃p phức tạp vàkhú nhṍt trong chương, học sinh khỏ, giỏi thường rṍt lỳng tỳng trong viợ̀c tỡmcỏch giải cỏc dạng toỏn này Xuṍt phỏt từ thực trạng trờn, qua kinh nghiợ̀mgiảng dạy, tụi chọn đề tài: "Phương phỏp giải bài tọ̃p về chu kỳ dao động củacon lắc đơn chịu ảnh hưởng của cỏc yờ́u tố bờn ngoài"

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Đề tài nhằm giỳp học sinh khỏ, giỏi khắc sõu những kiờ́n thức lớthuyờ́t, cú một hợ̀ thống bài tọ̃p và phương phỏp giải chỳng, giỳp cỏc em cúthờ̉ nắm được cỏch giải và từ đú chủ động vọ̃n dụng cỏc phương phỏp nàytrong khi làm bài tọ̃p cú liờn quan Từ đú học sinh cú thờm kỹ năng về cỏchgiải cỏc bài tọ̃p Vọ̃t lớ, cú thờ̉ nhanh chúng giải cỏc bài toỏn trắc nghiợ̀m vềdao động điều hũa của con lắc đơn phong phỳ và đa dạng

- Nhằm xõy dựng một chuyờn đề sõu, chi tiờ́t cú thờ̉ làm tài liợ̀u thamkhảo cho cỏc đụ̀ng nghiợ̀p ụn thi Đại học - Cao đẳng và luyợ̀n thi học sinhgiỏi cṍp tỉnh

1.3 §èi tîng nghiªn cøu

- Học sinh khối 12, trường THPT Yên Định 1

- Nhóm các bài tập về chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởngcủa các yếu tố bên ngoài, trong chương "Dao động cơ học" - Vật lí 12 Nângcao

1.4 Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu

Trong đề tài tôi sử dụng các phương pháp chủ yếu là nghiên cứu lí luận

về bài tập Vật lí và các tài liệu tham khảo nâng cao khác có liên quan đến đềtài

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm

Việc giảng dạy bài tập Vật lí trong nhà trường không chỉ giúp học sinhhiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trongchương trình mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyếtnhững nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra

Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinhnhững kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày

Kỹ năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiễn đời sốngchính là thước do mức độ sâu sắc và vững vàng của những kiến thức mà họcsinh đã thu nhận được Bài tập Vật lí với chức năng là một phương pháp dạyhọc có một vị trí đặc biệt trong dạy học vật lí ở trường phổ thông

Trước hết, Vật lí là một môn khoa học giúp học sinh nắm được quy luậtvận động của thế giới vật chất và bài tập Vật lí giúp học sinh hiểu rõ nhữngqui luật ấy, biết phân tích và vận dụng những quy luật ấy vào thực tiễn.Trong nhiều trường hợp mặc dù người giáo viên có trình bày tài liệu mộtcách mạch lạc, hợp lôgích, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệmđúng yêu cầu, quy tắc và có kết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứchưa đủ để học sinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giảicác bài tập Vật lí dưới hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điều kiệncho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thểthì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc và hoàn thiện

Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập Vật líđặt ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, sosánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa… để giải quyết vấn đề, do đó tư duy củahọc sinh có điều kiện để phát triển Vì vậy có thể nói bài tập Vật lí là mộtphương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lậptrong suy nghĩ và hành động, tính kiên trì trong việc khắc phục những khókhăn trong cuộc sống của học sinh

Bài tập vật lí là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức màtrong giờ học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua đó nhằm bổ sungkiến thức cho học sinh

Đặc biệt, để giải được các bài tập vật lí dưới hình thức trắc nghiệmkhách quan học sinh ngoài việc nhớ lại các kiến thức một cách tổng hợp,

chính xác ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thì học sinh cần phảirèn luyện cho mình tính phản ứng nhanh trong từng tình huống cụ thể, bêncạnh đó học sinh phải giải thật nhiều các dạng bài tập khác nhau để có đượckiến thức tổng hợp, chính xác và khoa học.

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Thực tế hiện nay, phần lớn học sinh chỉ "học vẹt" các khái niệm, địnhluật, các đại lượng Vật lí, các công thức tính toán trong mỗi bài học Cáckiến thức lý thuyết, các đại lượng và các công thức thực sự là một mớ hỗnđộn khi các em chưa biết cách hệ thống các kiến thức đã học một cách cókhoa học Chính điều này là khó khăn bước đầu của học sinh khi giải bài tập

Ngoài ra, sự đa dạng của các hiện tượng Vật lí, của các dạng bài tậpthực sự là một rào cản lớn của học sinhcần phải vượt qua nếu muốn làm tốtđược các bài tập trong chương trình Vật lí 12 Học sinh nắm vững lý thuyếtnhưng không tìm hiểu, phân tích đề bài thì không thể nào làm tốt được cácbài tập Vật lí

Bên cạnh đó, thời gian dành cho môn Vật lí, đặc biệt là thời gian dànhcho bài tập Vật lí ở nhà trường còn hạn chế Đa số thời gian là các tiết học lýthuyết, về những khái niệm trừu tượng Chính vì vậy, các em chưa được rènluyện hết với các dạng bài tập, chưa nắm vững và hệ thống được các phươngpháp giải bài tập Chính thực trạng đó đãn đến việc hầu hết các em học sinhchỉ "học suông" lý thuyết mà thiếu đi kỹ năng làm bài tập, không đáp ứngđược yêu cầu của môn Vật lí

Những khó khăn mà học sinh mắc phải được thể hiện rõ trong chấtlượng ở những bài làm của học sinh, cụ thể với kết quả khảo sát tốt nghiệplần 1 ở các lớp 12 tại trường THPT Yên Định 1 bằng những bài tập với cácmức độ khác nhau Kết quả thu được như sau:

ĐIỂM TRUNG BÌNH KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG MÔN VẬT LÍ

2.3.1 Phân loại bài tập vật lí.

a Bài tập Vật lí định tính hay bài tập câu hỏi lý thuyết.

- Là bài tập mà học sinh không cần phải tính toán (Hay chỉ có các phéptoán đơn giản) mà chỉ vận dụng các định luật, định lý, quy luật để giải tíchhiện tượng thông qua các lập luận có căn cứ, có lôgích

- Nội dung của các câu hỏi khá phong phú, và đòi hỏi phải vận dụng rấtnhiều các kiến thức Vật lí

- Thông thường để giải các bài toán này cần tiến hành theo các bước:

* Phân tích câu hỏi

* Phân tích hiện tượng Vật lí có đề cập đến trong câu hỏi để từ đó xácđịnh các định luật, khái niệm Vật lí hay một qui tắc Vật lí nào đó để giảiquyết câu hỏi

* Tổng hợp các điều kiện đã cho với các kiến thức tương ứng để trả lờicâu hỏi

b Bài tập vật lí định lượng

Đó là loại bài tập Vật lí mà muốn giải quyết nó ta phải thực hiện mộtloạt các phép tính Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân loại bài tậpdạng này thành 2 loại:

* Bài tập tập dượt: Là bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiêncứu một khái niệm hay một quy tắc Vật lí nào đó để học sinh vật dụng kiếnthức vừa mới tiếp thu

* Bài tập tổng hợp: Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó họcsinh vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học vàthuộc nhiều lĩnh vực

Đặc biệt, khi các câu hỏi loại này được nêu dưới dạng trắc nghiệmkhách quan thì yêu cầu học sinh phải nhớ kết quả cuối cùng đã dược chứngminh trước đó để giải nó một cách nhanh chóng Vì vậy yêu cầu học sinhphải hiểu bài một cách sâu sắc để vận dụng kiến thức ở mức độ cao

c Bài tập đồ thị

Đó là bài tập mà dữ kiện đề bài cho dưới dạng đồ thị hay trong quá trìnhgiải nó ta phải sử dụng đồ thị Ta có thể phân loại dạng câu hỏi này thành cácloại:

* Đọc và khai thác đồ thị đã cho: Bài tập loại này có tác dụng rèn luyệncho học sinh kỹ năng đọc đồ thị, biết cách đoán nhận sự thay đổi trạng thái

của vật thể, hệ Vật lí, của một hiện tượng hay một quá trình Vật lí nào đó.Biết cách khai thác từ đồ thị những dữ để giải quyết một vấn đề cụ thể.

* Vẽ đồ thị theo những dữ liệu đã cho: bài tập này rèn luyện cho họcsinh kỹ năng vẽ đồ thị, nhất là biết cách chọn hệ tọa độ và tỉ lệ xích thích hợpđể vẽ đồ thị chính xác

d Bài tập thí nghiệm

Là loại bài tập cần phải tiến hành các thí nghiệm hoặc để kiểm chứngcho lời giải lý thuyết, hoặc để tìm những số liệu, dữ kiện dùng trong việc giảicác bài tập.Tác dụng cụ thể của loại bài tập này là Giáo dục, giáo dưỡng vàgiáo dục kỹ thuật tổng hợp Đây là loại bài tập thường gây cho học sinh cảmgiác lí thú và đặc biệt đòi hỏi học sinh ít nhiều tính sáng tạo

2.3.2 Các công thức sử dụng trong đề tài

l : Chiều dài dây treo (kim loại) ở 0oC (m)

l: Chiều dài dây treo (kim loại) ở toC (m)

: Hệ số nở dài của dây treo kim loại (K-1)

c Gia tốc trọng trường

- Gia tốc trọng trường ở mực nước biển: GM2

g R





d

GM g

m: khối lượng của vật (kg)

a : Gia tốc của hệ quy chiếu (m/s2)

Định hướng phương pháp chung

- Gọi T1 là chu kỳ chạy đúng; T2 là chu kỳ chạy sai

- Trong thời gian T1 (s) đồng hồ chạy sai│T2 - T1 │(s)

1(s) đồng hồ chạy sai 2 1

T < 1 => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên.

- Bước 3: Xác định thời gian đồng hồ quả lắc chạy nhanh hay chậm trong một ngày đêm bằng công thức:

T => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên

- Trong một ngày đêm đồng hồ chạy sai:

θ = 2

1

86400T  1

T = 43200 t2  t1 (s)

Xác định thời gian đồng hồ chạy sai ở độ cao h và độ sâu d so với mực nước biển (coi nhiệt độ không đổi)

* Ở mực nước biển đồng hồ chạy đúng, khi đưa đồng hồ lên độ cao h thìđồng hồ chạy sai

- Ta có:

2

2 1

1 2

1( )

T R => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại.

- Trong một ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 2

T R => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại.

- Trong một ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 2

T => T2 < T1 : chu kỳ giảm => đồng hồ chạy nhanh lên.

- Trong 1 ngày đêm đồng hồ chạy sai:

T => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại.

- Trong một ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ =

Loại 2: Khảo sát dao động nhỏ của con lắc đơn khi có thêm một lực phụ



F không đổi tác dụng (ngoài trọng lực và lực căng dây treo)

Định hướng phương pháp chung

- Coi con lắc chịu tác dụng của một trọng lực hiệu dụng (trọng lực biểukiến):

- Khi đặt con lắc vào điện trường đều có véc tơ cường độ điện trường E thì

nó chịu tác dụng của Trọng lực P và lực điện trường  

F qE , hợp của hai

lực này ký hiệu là P'   P F , và được gọi là trọng lực hiệu dụng hay trọnglực biểu kiến Ta xét một số trường hợp thường gặp:

Trường hợp 1: E hướng thẳng đứng xuống dưới

Khi đó để xác định chiều của 

F ta cần biết dấu của q.

* Nếu q > 0: F cùng hướng với E => F hướng thẳng đứng xuống dưới

g m

< T

g m

Trường hợp 2: E hướng thẳng đứng lên trên

Tương tự như trên ta chứng minh được:

* Nếu q > 0 thì chu kỳ dao động của con lắc là:

g m

2 2

T g a g a (T chu kỳ dao động của con lắc khi

thang máy đứng yên hay chuyển động thẳng đều)

- Thang máy chuyển động chậm dần đều: a cùng hướng với  g => g’ = g - a

- Thang máy chuyển động chậm dần đều:

F có phương ngang và ngược hướng với a 

- Tại vị trí cân bằng dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc 

Nhóm các bài tập thuộc loại 1

Bài 1.1: Một con lắc đơn chạy đúng giờ vào mùa hè khi nhiệt độ là 320C.Khi nhiệt độ vào mùa đông là 170C thì nó sẽ chạy nhanh hay chậm? Nhanhhay chậm bao nhiêu giây trong 12 giờ, biết hệ số nở dài của dây treo là λ =2.10-5K-1, ℓ0 = 1m

- Thời gian con lắc chạy nhanh trong t= 12h = 12 3600(s) là:

Bài 1.2: Một đồng hồ quả lắc (xem như một con lắc đơn) chạy đúng ở mặt

đất Biết bán kính Trái đất là R = 6400 km

a) Khi đưa đồng hồ lên độ cao h =1,6 km so với mặt đất thì trong mộtngày đêm nó chạy nhanh hay chậm bao nhiêu?

b) Khi đưa đồng hồ xuống một giếng sâu d = 800m so với mặt đất thìtrong một ngày đêm nó chạy nhanh hay chậm bao nhiêu?

T R => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại.

- Trong một ngày đêm đồng hồ chạy chậm:

T R => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại.

- Trong một ngày đêm đồng hồ chạy chậm:

Bài 1.3: Một con lắc đồng hồ chạy đúng tại mặt đất có gia tốc g = 9,86 m/s2

vàọ nhiệt độ là t1 = 300C Đưa đồng hồ lên độ cao 640m so với mặt đất thì tathấy rằng đồng hồ vẫn chạy đúng Giải thích hiện tượng và tính nhiệt độ tại

độ cao đó, biết hệ số nở dài của dây treo con lắc là λ = 2.10-5K-1, và bán kínhTrái đất là R = 6400 km

Hướng dẫn:

- Giải thích hiện tượng :

Khi đưa con lắc đơn lên cao thì gia tốc giảm do 0 GM2

g

R và h (  )2

GM g