Sang kien giai bài tập dao động điều hòa lop 12

PHẦN I MỞ ĐẦU MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I PHẦN MỞ ĐẦU 2 I Lý do chọn đề tài 2 II Mục đích đề tài 2 III Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 3 IV Đề tài đưa ra giải pháp mới 3 V Phạm vi nghiên cứu.

MỤC LỤC Trang

III Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu 3

4.2 Xác định khoảng thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí

4.3 Xác định quãng đường đi được trong khoảng thời gian 8

4.4 Tìm số lần dao động trong khoảng thời gian 10

4.5 Xác định thời điểm vật đi qua một vị trí xác định 12

6.6 Các bài tập Dao động điện – Dao động điện từ 13

V Kết quả đạt được khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 19

CHƯƠNG I - PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.

Dạy học là một công việc đòi hỏi người giáo viên phải sáng tạo, phải luôn trau dồi

và tiếp thu những kiến thức mới, những phương pháp mới cho phù hợp với yêu cầu đàotạo nguồn nhân lực mới của xã hội

Với kinh nghiệm giảng dạy của mình tôi nhận thấy: Việc quan trọng nhất trongquá trình dạy học là làm thế nào để học sinh cảm thấy hứng thú, say mê trong học tập

Để làm được việc đó ngoài việc giáo viên phải chuẩn bị tốt kiến thức, giáo án, phươngtiện, thiết bị dạy học Cần phải thay đổi cách dạy, cách đặt vấn đề, cách đặt câu hỏi Đặcbiệt là tìm ra phương pháp mới, cách giải mới, giúp học sinh dễ tiếp thu kiến thức hơn,giảm bớt áp lực trong học tập

Bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học, là cầu nối để học sinh đi từ

tư duy trừu tượng đển trực quan sinh động và ngược lại từ đó có được thế giới quan khoahọc duy vật biện chứng; đồng thời nó là phương tiện để nghiên cứu tài liệu mới, để ôntập, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học Chính vìvậy việc giải tốt các bài tập vật lý sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy của họcsinh Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống cũng như vậndụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống cụ thể, làm cho bộmôn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn

Hiện nay, trắc nghiệm khách quan đang trở thành phương pháp chủ đạo trongkiểm tra, trong các kì thi quốc gia đánh giá chất lượng dạy và học trong nhà trườngTHPT

Với hình thức thi trắc nghiệm khách quan thì nội dung kiến thức kiểm tra tươngđối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn bộ kiến thức của chương trình Đểđạt được kết quả tốt trong việc kiểm tra, thi THPT Quốc Gia ngoài việc phải nắm vữngkiến thức thì học sinh còn phải có phản ứng nhanh nhạy, xử lí tốt đối với các dạng bàitập

Tôi không phủ nhận những ưu điểm khi dùng phương pháp đại số,dùng cácphương trình lượng giác để giải các bài tập vật lí Song một số dạng toán nếu sử dụng “Liên hệ giữa chuyển động tròn đều với dao động điều hoà” cho ta kết quả nhanh hơn,cách giải đơn giản hơn Chính vì vậy trong đề tài này tôi mạnh dạn trình bày trước các

đồng nghiệp một vài kinh nghiệm về việc: “ Ứng đường tròn lượng giác để giải các bài

tập dao động điều hoà ”

II MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Tạo ra sự hứng thú trong học tập đồng thời giúp các em đạt được kết quả cao trongcác kỳ thi

Rèn luyện phương pháp giải bài tập trắc nghiệm cho học sinh

Giúp học sinh củng cố kiến thức, giảm bớt áp lực bộ môn cho học sinh

Rèn luyện khả năng nghiên cứu khoa học

Nâng cao chất lượng học tập của bộ môn

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Với mục tiêu xác định hiệu quả của kỹ năng giải bài tập cho học sinh trung học,các cuộc khảo sát bài kiểm tra của chương dao động điều hòa(trước và sau nghiên cứu),bản câu hỏi về thái độ của học sinh, phỏng vấn và nhật ký giảng dạy của người nghiêncứu được sử dụng làm phương pháp chính để thu thập dữ liệu cần thiết từ người học.Cuộc nghiên cứu bao gồm 33 học sinh lớp 12 năm học 2019 – 2020 của trường THPTVĩnh Thạnh

Các bài học trong chương trình Vật lý 12 và việc đổi mới phương pháp giảng dạytại trường THPT Vĩnh Thạnh là ngữ liệu cơ bản của sáng kiến

Ứng dụng kiến thức toán đường tròn lượng giác để giải các bài tập

Thực tế giảng dạy môn Vật lý tại trường THPT Vĩnh Thạnh năm học 2019 – 2020.Khách thể trợ giúp nghiên cứu: Các đồng nghiệp cùng chuyên môn trong và ngoàitrường, cùng trao đổi, dự giờ, học hỏi kinh nghiệm

3.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp quan sát

Phương pháp điều tra thực tiễn

Nghiên cứu lý thuyết Giải các bài tập vận dụng

Thống kê

Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các bài tập về nhà và các đề ôn tập

Phương pháp phân tích và tổng hợp

IV.ĐỀ TÀI ĐƯA RA GIẢI PHÁP MỚI

Đề tài " Ứng đường tròn lượng giác để giải các bài tập dao động điều hoà ”

đã đưa ra giải pháp giảng dạy hiệu quả, tích cực phù hợp với đối tượng học sinh THPT về

kỹ năng giải bài tập Đó chính là dạy kỹ năng giải bài tập giúp người dạy thiết kế đượccác hoạt động phù hợp với từng đối tượng học sinh, không chỉ kích thích được hứng thúcủa học sinh mà còn giải quyết được các vấn đề về các bài tập chương dao động điều hòanhằm góp phần nâng cao hiệu quả của quá trình dạy kỹ năng này

Đề tài đã xác định và làm sáng tỏ thêm cơ sở lý luận phương pháp dạy

học "Lấy học sinh làm trung tâm", kết hợp với việc vận dụng sáng tạo, linh

hoạt các phương pháp trong giảng dạy để nâng cao kỹ năng giải bài tập Vật lý chươngdao động điều hòa

* Về mặt lý thuyết: nghiên cứu đưa ra cách hữu ích và thú vị trong việc dạy học

thông qua phương pháp học tập dựa trên nhiệm vụ

* Thực tế: Giáo viên Vật lý giúp học sinh giải quyết sự khó khăn trong việc giải

bài tập của học snh Học sinh hứng thú hơn trong các bài tập của chương

* Hiệu quả áp dụng:

Các tiết học trở nên hiệu quả, sôi nổi, sinh động hơn và phát huy trí lực học trò Học sinh đã hình thành các phẩm chât, kĩ năng, thái độ sau các bài học

Khả năng giải bài tập Vật lý các em tăng lên rõ rệt

Các em học sinh yếu kém cũng đã tiến bộ hơn so với khả năng của các em Các em

tự tin hơn trong các tiết học tiếp

* Phạm vi ảnh hưởng:

Nghiên cứu được diễn ra tại trường THPT Vĩnh Thạnh, ở TP Cần Thơ, vì thếtrước hết, sáng kiến này được áp dụng hiệu quả cho các trường THPT

Ngoài ra, sáng kiến này có thể áp dụng cho các trường THPT ở khu vực trung tâmnhằm giúp các học sinh tương trợ lẫn nhau trong học tập, vì khi làm việc nhóm để hoànthành nhiệm vụ, các em sẽ giúp nhau và học hỏi lẫn nhau tốt hơn; qua đó, giúp các emhiểu nhau và thông cảm nhau hơn Khi các em hỗ trợ nhau học tập sẽ nâng cao hiệu quảhọc tập các môn học, đặc biệt là Vật lý

Nói chung, kết quả của sáng kiến " Ứng đường tròn lượng giác để giải các bài

tập dao động điều hoà ”cho thấy việc sử dụng tích cực thay đổi thái độ của học sinh đối

với việc giải bài tập trong lớp học Vì lý do này, hầu hết học sinh đều tự tin trong các bàikiểm tra Cuối cùng, tôi thực sự nghĩ rằng sáng kiến kinh nghiệm này đã cải thiện phươngpháp sư phạm của tôi, là giáo viên Vật lý tôi đã thực hiện đề tài này trong các buổi học Tôi đã học cách suy nghĩ và linh hoạt nhiều hơn, và có được sự tự tin trong việc tạo ranhững kinh nghiệm học tập sáng tạo Tôi tin rằng kết quả của việc hệ thống hóa chiếnlược sư phạm của tối với mục đích nâng cao kỹ năng giải bài tập của học sinh trung học

là thuận lợi cho những ai muốn giúp học sinh cải thiện về việc giải bài tập trắc nghiệmVật lý 12 để đạt kết quả tốt trong cấc kì thi

V PHẠM VI NGHIÊN CỨU

5.1 Nhiệm vụ nghiên cứu

Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài

Đưa ra phương pháp giải các dạng bài tập liên quan đến ứng dụng đường trònlượng giác trong phần dao động cơ, dao động điện, dao động điện từ, từ đó giúp học sinhnhận dạng và áp dụng được trong từng bài tập cụ thể và đạt kết quả tốt

Đưa ra một số công thức, nhận xét mà khi học chính khoá do giới hạn của chươngtrình nên học sinh chưa được tiếp thu nhưng được suy ra khi giải bài tập

Đánh giá, điều chỉnh, bổ sung cho phù hợp

5.2 Người tham gia thực nghiệm

Các học sinh trong đề tài là 33 học sinh lớp 12, được lựa chọn lớp 12A3 trong nămhọc 2019 - 2020, tại trường THPT Vĩnh Thạnh, huyện Vĩnh Thạnh, thành phố Cần Thơ

Có 16 nam và 17 nữ

5.3 Tài liệu

Trong nghiên cứu này, Sách giáo khoa Vật lý 12 ban cơ bản đây là bộ sách giáokhoa cấp ba cho trường trung học phổ thông Việt Nam hiện hành Bộ sách này được ápdụng cho chương trình cơ bản của Bộ Giáo dục và Đào tạo thông qua

.Và ứng dụng đường tròn lượng giác vào việc giải bài tập dao động điều hòa củachương I Dao động cơ được phân làm 6 dạng toán sau

 Dạng 1: -Viết phương trình dao động điều hòa

 Dạng 2: -Xác định thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí x 1 đến vị trí x 2

 Dạng 3: -Xác định quãng đường vật đi từ thời điểm Δt = t 2 – t 1

 Dạng 4: -Xác định só lần vật đi qua một vị trí cho trước

 Dạng 5: -Xác định số lần vật đi qua một vị trí xác định

 Dạng 6: -Dòng điện xoay chiều và dao động điện từ

5.4 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến

Tạo ra sự hứng thú trong học tập đồng thời giúp các em đạt được kết quả cao trongcác kỳ thi

Rèn luyện phương pháp giải bài tập trắc nghiệm cho học sinh

Giúp học sinh củng cố kiến thức, giảm bớt áp lực bộ môn cho học sinh

Rèn luyện khả năng nghiên cứu khoa học.

VI THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

+ Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9 năm 2019 đến hết tháng 12 năm 2019

+ Thời gian hoàn thành: Tháng 4 năm 2019

CHƯƠNG II – PHẦN NÔI DUNG

I LỊCH SỬ VẤN ĐỀ

Việc giải bài tập chương dao động điều hòa không dễ dối với học snh lớp 12 Đểphát triển kỹ năng này, nhiều cách đã được điều chỉnh và một trong những cách hiệu quảnhất là ứng dụng đường tròn lượng giác vào giải bài tập đã được sử dụng Từ trước đếnnay, các tiết dạy thường khá nặng nề và nhàm chán đối với cả giáo viên và học sinh Kếtquả là sau tiết học, học sinh hiểu bài lơ mơ, kiến thức không được cải thiện nhiều Vì vậy,

ở sáng kiến kinh nghiệm (SKKN) này, tôi tập trung vào ứng dụng để giải bài tập nâng

cao chất lượng

II CƠ SỞ LÝ LUẬN

2.1 Liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa:

Khi nghiên cứu về phương trình của dao động

điều hòa, chúng ta đã biết một vật đang chuyển động

tròn đều trên quĩ đạo thì có hình chiếu xuống một

đường kính của quĩ đạo là dao động điều hòa Do đó

một dao động điều hòa có dạng

x = Acos( có thể được biểu diễn tương

đương với một chuyển động tròn đều có:

- Tâm của đường tròn là vị trí cân bằng O

- Bán kính của đường tròn bằng với biên độ dao động:

R = A

- Vị trí ban đầu của vật trên đường tròn hợp với chiều

dương trục ox một góc 

- Tốc độ quay của vật trên đường tròn bằng 

- Bên cạnh cách biểu diễn trên, ta cần chú ý thêm:

+ Thời gian để chất điểm quay hết một vòng (3600) là một chu kỳ T

+ Chiều quay của vật ngược chiều kim đồng hồ

+ Góc mà bán kính nối vật chuyển động quét được trong quá trình vật chuyểnđộng tròn đều:  = .t

 thời gian để vật dao động điều hòa đi được góc  là:

t = =

2.2 Đối với dao động điều hòa ta có các nhận xét sau:

- Chiều dài quỹ đạo: 2A ;- Một chu kì vật đi được quãng đường: 4A

- Một nửa chu kì ( ) thì vật đi được quãng đường: 2A

- Trong vật đi được từ vị trí cân bằng ra các vị trí biên hoặc ngược lại từ các vị trí biên

về vị trí cân bằng O thì quãng đường: A

- Một chu kỳ T vật qua vị trí bất kỳ 2 lần (riêng với điển biên thì 1 lần)

- Một chu kỳ vật đạt vận tốc hai lần ở 2 vị trí đối xứng nhau qua vị trí cân bằng và đạttốc độ v 4 lần mỗi vị trí 2 lần đi theo chiều dương, 2 lần đi theo chiều âm

- Đối với gia tốc thì kết quả như với li độ

- Một chu kỳ có 4 lần vật qua vị trí Wt = nWđ Có 4 lần năng lượng điện trường bằng nlần năng lượng từ trường ( dao động điện từ).

- Khoảng thời gian giữa 2 lần liên tiếp Wt = Wđ (Năng lượng điện trường bằng nănglượng từ trường) (s)

III CƠ SỞ THỰC TIỄN

3.1 Đối với học sinh các trường miền núi nói chung và trường THPT Vĩnh Thạnh nói

riêng thì đa số học sinh học môn toán chưa tốt nên việc vận dụng kiến thức toán học( phần lượng giác) vào giải các bài tập vật lí trong chuyên đề “ Giải các bài toán daođộng” các em thường

- Hoặc mắc phải sai sót do thực hiện nhiều bước biến đổi toán học

- Hoặc tốn nhiều thời gian do thực hiện nhiều phép tính

3.2 Thời lượng dành cho các tiết bài tập ít, đặc biệt là dành cho dạng toán này càng ít

hơn trong khi đó đạng bài tập này thường xuyên xuất hiện trong các đề thi THPT Quốcgia

IV CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

4.1 VIẾT PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ

4.1.1 Phương pháp:

Bước 1: Xác định các đại lượng , A ( đủ dự kiện).

Bước 2: Xác định vị trí ban đầu của vật trên chục trục ox ( trục ),

biểu diễn vectơ vận tốc của vật

Bước 3: Xác định pha ban đầu dựa vào hệ thức lượng trong tam giác vuông Bước 4: Viết phương trình dao động.

4.1.2 Các ví dụ

Ví dụ 1 Một vật dao động điều hoà dọc theo trục ox quanh vị trí cân bằng 0 Có chu kì T

= (s) Đưa vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn x = + cm rồi chuyền cho vật vận tốc

v = + 10 cm/s Chọn gốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động, gốc tọa độ của trục tọa

độ là vị trí cân bằng Viết phương trình dao động của vật

-Có hai vị trí trên đường tròn là M1 và M2 mà ở

đó đều có vị trí x = cm Vì vật dao động đi theo chiều dương, nên ta chọn vị trí M1 tức

φ = -

x y

-A

M2

M1

- Vậy phương trình dao động của vật là: x = 2cos(10t - ) (cm).

* Chú ý: Nếu cho v = -10 cm/s thì ta chọn vị trí ban đầu là M2 tức là

- Phương trình dao động của vật là: x = 2cos(10t + ) (cm)

Ví dụ 2 Một vật dao động điều hòa với tần số 60Hz, A=5cm Chọn gốc thời gian lúc vật

có li độ x=+2,5cm và đang giảm Phương trình dao động của vật là

chiều âm, đang tăng theo chiều dương

- Phương trình dao động của vật là: x = 5cos( 120 ) (cm)

3.1.3 Các bài tập áp dụng

Câu 1 Khi treo quả cầu m vào 1 lò xo thì nó giãn ra 25 cm Từ vị trí cân bằng kéo quả

cầu xuống theo phương thẳng đứng 20 cm rồi buông nhẹ Chọn t0 = 0 là lúc vật qua vị trícân bằng theo chiều dương hướng xuống, lấy g = 10 m/s2 Phương trình dao động của vậtlà

A x = 20cos(2t - ) (cm) B x = 45cos2 t (cm )

C x= 20cos(2 t + ) (cm ) D x = 20cos100 t (cm )

Câu 2 Một con lắc lò xo gồm lò xo có khối lượng không đáng kể, có độ cứng k =

100N/m khối lượng của vật m = 1 kg Kéo vật khỏi vị trí cân bằng

x = +3cm , và truyền cho vật vận tốc v = 30cm/s, ngược chiều dương, chọn

t = 0 là lúc vật bắt đầu chuyển động Phương trình dao động của vật là

A x = 3 2cos(10t +3)( cm) B x = 3 2cos(10t -4) (cm)

C x = 3 2cos(10t +34 ) (cm) D x = 3 2cos(10t +4)( cm)

x y

-A

M2

M1

Câu 3 Một con lắc lò xo gồm quả nặng khối lượng 1kg và một lò xo có độ cứng

1600N/m Khi quả nặng ở vị trí cân bằng, người ta truyền cho nó vận tốc ban đầu bằng 2m/s theo chiều dương của trục tọa độ Phương trình dao động của quả nặng là

x (cm) D x0,5cos 40t (cm)

Câu 4 Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm vật m = 100g, lò xo có độ cứng k =

100N/m Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng x = + 2cm và truyền vận tốc

v = + 62, 8cm/s theo phương lò xo Chọn t = 0 lúc vật bắt đầu chuyển động thì phươngtrình dao động của con lắc là (cho 2 = 10; g = 10m/s2)

A x = 4cos (10t + ) (cm) B x = 4cos(10t + )(cm )

C x = 4cos (10t + ) (cm) D x = 4cos (10t - ) (cm)

Câu 5 Một vật dao động điều hoà, khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp vật qua vị trí

cân bằng là 0,5s; quãng đường vật đi được trong 2s là 32cm Gốc thời gian được chọn lúcvật qua li độ x 2 3cm theo chiều dương Phương trình dao động của vật là

*Chú ý: Thời gian ngắn nhất để vật đi

- Từ x = 0 đến x = (hoặc ngược lại) là

- Từ x = 0 đến x = - (hoặc ngược lại) là

- Từ x = đến x = A (hoặc ngược lại) là

- Từ x = - đến x = - A (hoặc ngược lại) là

4.2.2 Các ví dụ

Ví dụ 1 Vật dao động điều hòa với phương trình x = Acos(t + ) (cm) Tính:

a Thời gian ngắn nhất vật đi từ - đến

b Tính tốc độ trung bình của vật trong khoảng thời gian đó

Bài giải

a Khi vật đi từ vị trí - đến , tương ứng

với vật chuyển động trên đường tròn từ M1 đến M2

được một góc  như hình vẽ bên

Ví dụ 2 (ĐH – 2010) Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T Trong khoảng thời

- Ban đầu vật ở vị trí biên dương

A M1 Vị trí sau M2 Góc quét được là

-Thời gian vật đi là:

B

-A 2

- Quãng đường vật đi: s = A + A/2 =

- Tốc độ trung bình của vật: vtr = Chọn đáp án B.

4.2.3 Các bài tập áp dụng

Câu 1 Con lắc lò xo dao động với biên độ A Thời gian ngắn nhất để hòn bi đi từ vị trí

cân bằng đến điểm M có li độ x = A là 0,25 s Chu kỳ của con lắc là

Câu 2 Một vật dao động điều hòa với phương trình x=4cos( t - )(cm) Thời gian vật

đi từ vị trí cân bằng đến vị trí li độ x=2cm là

A s B s C s D s

Câu 3 Một vật dao động điều hoà với tần số 5Hz Thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí

-0,5A (A là biên độ dao động ) đến vị trí có li độ +-0,5A là

Câu 4 Một chất điểm dao động điều hòa trên trục Ox với chu kỳ T Vị trí cân bằng của

chất điểm trùng với gốc tọa độ, khoảng thời gian ngắn nhất để nó đi từ vị trí có li độ x =

A đến vị trí có li độ x= là

Câu 5 Một vật dao động điều hòa với tần số bằng 5Hz Thời gian ngắn nhất để vật đi từ

vị trí có li độ x1 = - A (A là biên độ dao động) đến vị trí có li độ x2 = + 0,5A là

Câu 6 Một con lắc lò xo gồm vật có m = 500 g, lò xo có độ cứng k = 50 N/m dao động

thẳng đứng với biên độ 12 cm Lấy g = 10 m/s2 Khoảng thời gian lò xo bị giãn trong mộtchu kì là: