ứng dụng máy tính casio giải nhanh một số bài tập trắc nghiệm vật lý 12

Vật lý biểu diễn các quy luật tự nhiên thông qua toánhọc vì vậy hầu hết các khái niệm, các định luật, quy luật và phương pháp… của vật lý trong trường phổ thông đều được mô tả bằng ngôn

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LÊ QUẢNG CHÍ

MỤC LỤC Các từ viết tắt……… Trang 3

PHẦN I: MỞ ĐẦU………3

1 Lý do chọn đề tài……… 4

2 Mục đích nghiên cứu……….4

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……….4

4 Nhiệm vụ đề tài……… 4

5 Phương pháp nghiên cứu………4

6 Nội dung đề tài………5

PHẦN I: NỘI DUNG……… 6

Chương 1……… 6

I.Cơ sở pháp lý……….6

II Cơ sở lý luận……… 6

Chương 2……… 6

I.Địa bàn nghiên cứu……… 6

II.Thực trạng và nguyên nhân……… 6

CHƯƠNG III:Biện pháp và giải pháp thực hiện đề tài……… 6

I Mô tả tình trạng sự việc hiện tại ………6

II Mô tả nội dung giải pháp mới ……… 7

1 Cơ sở lý thuyết……… 7

2 Giải pháp mới: (Các thao tác với máy tính CASIO fx – 570ES )……….8

III Chứng minh tính khả thi của giải pháp mới………8

1 Để tìm dao động tổng hợp ta thực hiện phép tính cộng………8

2 Để tìm dao động thành phần ta thực hiện phép tính trừ………9

IV Một số vấn đề liên quan và vận dụng………12

1.Vấn đề liên quan……… 12

2 Phần dành cho học sinh vận dụng, tính toán, trả lời………13

3.Mở rộng đề tài……….16

V Ưu điểm……… 18

VI Nhược điểm và khắc phục……….18

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 19

I.Kết luận……….19

Tài liệu tham khảo……… 23

CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 SK: sáng kiến

2 SKKN: sáng kiến kinh nghiệm

3 TNTHPT:tốt nghiệp trung học phổ thông

4 TSĐH:tuyển sinh đại học

5 TCCN: trung cấp chuyên nghiệp

6 KTCN :kỹ thuật công nghiệp

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH CASIO GIẢI NHANH MỘT SỐ BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÝ 12

=======================

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài: Vật lý là môn khoa học cơ bản nên việc dạy vật lý trong

trường phổ thông phải giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, trọng tâm của bộmôn, mối quan hệ giữa vật lý và các môn khoa học khác để vận dụng các quy luậtvật lý vào thực tiễn đời sống Vật lý biểu diễn các quy luật tự nhiên thông qua toánhọc vì vậy hầu hết các khái niệm, các định luật, quy luật và phương pháp… của vật

lý trong trường phổ thông đều được mô tả bằng ngôn ngữ toán học, đồng thời cũngyêu cầu học sinh phải biết vận dụng tốt toán học,đặc biệt là máy tính Casio vào vật

lý để giải nhanh, chính xác bài tập vật lý nhằm đáp ứng được yêu cầu ngày càngcao của các đề thi tốt nghiệp trung học phổ thông và tuyển sinh đại học dưới hìnhthức thi trắc nghiệm khách quan như hiện nay Vấn đề đặt ra là với số lượng lớncâu hỏi trắc nghiệm nhiều, trong khi đề thi trắc nghiệm phủ hết chương trình,

không trọng tâm, trọng điểm,mà thời gian trả lời mỗi câu hỏi quá ngắn, (không

quá 1,5 phút) nên việc ứng dụng máy tính casio vào việc giải bài tập vật lý để giải

nhanh bài tập vật lý là rất cần thiết

Vì vậy tôi chộn đề tài “Ứng dụng máy tính Casio giải nhanh một số bài tập trắcnghiệm Vật lý 12”

2 Mục đích nghiên cứu.

-Làm quen với công tác nghiên cứu khoa học

-Tìm cho mình một phương pháp giải bài tập trắc nghiệm vật lý nhanh nhất

- Nghiên cứu số phức và ứng dụng vào máy tính casio để giải bài tập trắc nghiệmvật lý

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: tất học sinh lớp 12 ,ôn thi tốt nghiệp và đại học, giáo

viên

Phạm vi nghiên cứu: Trong đề tài này tôi giới hạn nghiên cứu ở chương trình

vật lý 12 phần tổng hợp dao động và mở rộng cho dòng điện xoay chiều

4 Nhiệm vụ của đề tài:

+Nghiên cứu cách sử dụng và ứng dụng máy tính Casio để giải nhanh nhất, chínhxác nhất các bài tập trắc nghiệm vật lý 12

+Thông qua đề tài rèn luyện, phát triển tư duy, tính sáng tạo,tính cận thận,thao tácnhanh chính xác của học sinh khi giải bài tập vật lý và sử dụng thành thạo máy tính

+ Tìm hiểu, đọc, phân tích, tổng hợp các tài liệu trên mạng internet,sách tham khảo+ Tổng hợp từ kinh nghiệm giảng dạy của bản thân và học hỏi kinh nghiệm giảngdạy của các đồng nghiệp trong các đợt tập huấn chuyên môn, bồi dưỡng thay sáchgiáo khoa.

6.Nội dung đề tài: Ứng dụng máy tính Casio giải nhanh một số bài tập trắc

nghiệm Vật lý 12

PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: Cơ sở lý luận liên quan đến đề tài nghiên cứu.

I.Cơ sở pháp lý: Qui định thi dưới hình thức trắc nghiệm trong các kỳ thi tốt

nghiệp trung học và tuyển sinh đại học của Bộ giáo dục và đào tạo

II Cơ sở lý luận: Hiện nay giải bài tập trắc nghiệm vật lý địi hỏi giáo viên

phải cung cấp cho học sinh những phương pháp giải bài tập trắc nghiệm vật

lý tối ưu nhất , chính xác nhất và nhanh nhất để tiết kiệm thời gian trong quá

trình làm bài tập và bài thi ,việc ứng dụng máy tính casio giải nhanh bài tập

trắc nghiệm vật lý đối với giáo viên và học sinh là điều cần thiết.

CHƯƠNG II: Thực trạng của đề tài nghiên cứu

I.Địa bàn nghiên cứu :Đề tài hình thành nghiên cứu trong quá trình giảng dạy tại

trường THPT Nguyễn Du,các năm dạy phụ đạo thi tốt nghiệp 12 và luyện thi đại

học,các đợt bồi dưỡng thi học sinh giỏi cấp tỉnh

II.Thực trạng và nguyên nhân:Trong các kỳ thi TNTHPTvà TSĐH và TCCN

mơn vật lý thi dưới hình thức trắc nghiệm khách quan,mà thời gian rất ngắn,

trong khi đĩ giáo viên và học sinh ứng dụng máy tính để giải các dạng bài tập

vật lý rất ít,việc sử dụng máy tính casio cịn rất nhiều hạn chế,thao tác chưa

thành thạo và hầu như khơng sử dụng hết chức năng của nĩ.

CHƯƠNG III:Biện pháp và giải pháp thực hiện đề tài

I Mơ tả tình trạng sự việc hiện tại :

Hiện tại tổng hợp hai dao động điều hồ cùng phương cùng tần số như sau:

1 1 os( 1 )

x =A c ω ϕt+ vàx2 =A c2 os( ω ϕt+ 2) ta được một dao động điều hồ cùng

phương cùng tần số x =A cos( ω ϕt+ ).Trong đĩ

Hai dao động cùng pha 2 :

Hai dao động ngược pha (2 1) :

Hai dao động vuông pha (2 1) :

2Hai dao động có độ lệch pha :

Khi biết một dao động thành phần x1 =A c1 os( ω ϕt+ 1 )và dao động tổng hợp

cos cos

với ϕ ϕ ϕ 1 ≤ ≤ 2 nếu ϕ ϕ1≤ 2

Nếu một vật tham gia đồng thời nhiều dao động điều hoà cùng phương cùng

tần số x1 =A c1 os( ω ϕt+ 1 ),x2 =A c2 os( ω ϕt+ 2 ),… thì dao động tổng hợp cũng là dao

động điều hoà cùng phương cùng tần số: x =A cos( ω ϕt+ )

Chiếu lên trục Ox và trục Oy trong hệ xOy

ϕ = với ϕ ϕ ϕ ∈ [ min, max ]

Hoặc song song với cách trên thì người ta biểu diễn giản đồ Fresnel từ đó

* Nhận thấy một số nhược điểm của phương pháp này khi làm trắc nghiệm:

Mất nhiều thời gian để biểu diễn giản đồ véctơ, đôi khi không biểu diễn được

với những bài toán tổng hợp từ 3 dao động trở lên, hay tìm dao động thành phần

theo phương pháp Frexnen là rất phức tạp và dễ nhầm lẫn khi thao tác “nhập máy”

đối với các em học sinh, thậm chí còn phiền phức ngay cả với giáo viên

Việc xác định góc ϕ hay ϕ2 thật sự khó khăn đối với học sinh bởi vì cùng

một giá trị tan ϕ trong bài toán vật lý luôn tồn tại hai giá trị của ϕ ví dụ tanϕ =1

ϕ = − vậy chọn giá trị nào cho phù hợp với bài toán.

Sau đây, chúng tôi xin trình bày một phương pháp khác nhằm giúp các em

học sinh và hỗ trợ giáo viên kiểm tra nhanh được kết quả bài toán tổng hợp daođộng trên

II Mô tả nội dung giải pháp mới :

1 Cơ sở lý thuyết:

Như ta đã biết một dao động điều hoà x =A cos( ω ϕt+ )

+ Có thể được biểu diễn bằng một vectơ quay urA

có độ dài tỉ lệ với biên độ A và tạo với trục hoành một góc bằng góc pha ban đầu

+ Đặc biệt giác số ϕ được hiện thị trong phạm vi : − ≤ ≤π ϕ π rất phù hợp với bài

toán tổng hợp dao động điều hoà

Như vậy việc tổng hợp các dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số

bằng phương pháp Frexnen cũng đồng nghĩa với việc cộng các số phức biểu diễn

của các dao động đó.

2 Giải pháp mới: (Các thao tác với máy tính CASIO fx – 570ES )

Để thực hiện các phép tính về số phức thì ta phải chọn Mode của máy tính ở

dạng Complex (dạng số phức) phía trên màn hình xuất hiện chữ CMPLX Ta bấm máy như sau: MODE 2

Để cài đặt đơn vị đo góc (Deg, Rad, Gra) cũng có tác dụng với số phức

Nếu trên màn hình hiển thị kí hiệu D thì ta phải nhập các góc của số phức có

đơn vị đo góc là độ

Nếu màn hình hiển thị kí hiệu R thì ta nhập các góc với đơn vi rad.

Chọn chế độ này có thể bấm máy như sau: SHIFT MODE 3 là chọn chế độ tính theo độ, còn bấm máy SHIFT MODE 4 là chọn chế độ tính theo rad

Kinh nghiệm cho thấy nhập với đơn vị độ nhanh hơn đơn vị rad nhưng kết quảsau cùng cần phải chuyển sang đơn vị rad đối với những bài toán cho theo đơn vịrad

Để nhập ký hiệu góc “∠” của số phức ta ấn SHIFT ( )−

Câu 2:Hai dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số có các biên độ A 1 = 2a, A 2 = a và các pha ban đầu 1 , 2

cos cos

3

− +

phương trình dao động: 1 2 3 os(2 )

+ Khi thực hiện các phép tính mà kết quả phép tính được hiển thị có thể dưới dạng

đại số a+bi Tức là chưa mặc định dạng A∠ ϕ Hoặc có dạng A∠ ϕ cần chuyển

qua dạng a + bi Ta phải chuyển kết quả này về lại dạng cần thiết.

Bằng cách:

- Chuyển từ dạng toạ độ đề các a + bi sang dạng toạ độ cực A∠ ϕ: SHIFT 2 3 =

- Chuyển từ dạng toạ độ cực A∠ ϕsang dạng toạ độ đề các a + bi : SHIFT 2 4 =

Theo kinh nghiệm thì cần chọn chế độ mặc định theo dạng toạ độ cực A∠ ϕ bài

toán nhanh hơn, và thực tế trong phần tổng hợp dao động chưa cần thiết sử dụngdạng đề các

Có thể dùng thao tác khác trên máy:

Xét hai phương trình dao động: ( )

=

ϕ + ω

=

2 2

2

1 1

1

t cos A x

t cos A x

Phương trình dao động tổng hợp: x=Acos( ωt + ϕ )

Giải bằng máy tính fx 570 ES theo cách bấm như sau:

Chọn MODE 2 → CMPLX

A 1 Shift (-) ϕ1 + A 2 Shift (-) ϕ2 Shift 2 3 =

• Chú ý: nếu góc ϕ tính bằng độ thì trên màng hình thể hiện D

nếu góc ϕ tính bằng rad thì trên màng hình thể hiện R

Ví dụ 1:

( ) ( )

cm 3 t 100 cos 3 x

Ví dụ 2:

( ) ( )

( ) ( )

cm 4 t 100 cos 2 x

cm t 100 cos 3

2 x

cm 4 t 100 cos 3 x

IV Một số vấn đề liên quan và vận dụng:

1.Vấn đề liên quan:

Hiện tại trên mạng internet có tài liệu hướng dẫn các thao tác sử dụng với

máy tính CASIO fx – 570MS nhưng đây là loại máy có cấu hình yếu hơn máy tính

CASIO fx – 570ES (được phép mang vào phòng thi) mà chuyên đề này đề cập

đến Mặt khác kết quả hiểm thị của CASIO fx – 570MS về biên độ A rồi sau đó là

hiển thị đồng thời.

Ví dụ: Hai dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số có các biên độ A1 = 2a, A2

cos cos

3

− +

90 2

Dùng máy tính CASIO fx – 570MS

phức tạp hơn nhiều so với CASIO fx – 570ES

Câu1 : Một vật thực hiên đồng thời hai dao động điều hịa

x1 = 4sin10πt(cm) , x2 = 4 3 sin(10πt+

2

π ) (cm) Phương trình dao động tổng hợp là :A.x = 8 sin(10πt+

Câu 2 : Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hoà:

x1 = 4 sin (ωt + π/6) cm ; x2 = 3sin(ωt + π/6) cm Viết phương trình dao động tổng hợp

Câu 4: Đoạn mạch AC cĩ điện trở thuần, cuộn dây thuần cảm và tụ điện mắc nối tiếp B là

một điểm trên AC với uAB = sin100πt (V) và uBC = sin(100πt - ) (V) Tìm biểu thức hiệu điệnthế uAC

Câu 5: Đồ thị của hai dao động điều hịa cùng tần số được vẽ như sau:

Phương trình nào sau đây là phương trình dao động tổng hợp của chúng:

2 5cos

x2

x1 3

2

–3

–2

4 3

2 1

Câu 9: (Đề thi ĐH 2009) Chuyển động của một vật là tổng hợp của hai dao động điều hòa

3cos(10t -3π/4) (cm) Độ lớn vận tốc của vật ở vị trí cân bằng là

A 80 cm/s B 100 cm/s C 10 cm/s D 50 cm/s

Câu 10: (Đề thi ĐH 2010) Chuyển động của một vật là tổng hợp của hai dao động điều hòa

cùng phương Hai dao động này có phương trình lần lượt làx1 = 3 os(10 )c t cm và

Câu 13: Một vật chịu tác dụng đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có

các phương trình dao động là x1 = 5cos( 10πt ) (cm) và x2 = 5cos( 10πt + π3

) (cm) Phương

Câu 16: Một chất điểm thực hiện đồng thời 2 dao động x1 = 8cos2πt (cm) ;

x2= 6cos(2πt +π/2) (cm) Vận tốc cực đại của vật dao động là

A 60 (cm/s) B 20 π (cm/s) C 120 (cm/s) D 4 π (cm/s)

Câu 17: Một chất điểm thực hiện đồng thời 2 dao động :

x1 = 5cos(πt − π) cm;x2 = −4sin(πt) cm.Phương trình dao động tổng hợp là:

2

Câu 20 Hai dao động cùng phương, cùng tần số, có biên độ lần lượt là 1 cm và 3cm Biết

độ dao động thứ nhất có pha ban đầu là

o e U

Đinh luật Ôm: u=i.z

Bài 1: Mạch điện xoay chiều R,L,C không phân nhánh, R=50 Ω; L=π1 H ; C=200π µF Đặt

a) Tính tổng trở và độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện

b) Viết biểu thức cường độ dòng điện qua mạch điện

Sử dụng máy tính fx 570 ESMáy tính ở chế độ: CMPLX D Math

(R+i(ZL-ZC)) shift 2 3 kết quả:

Cụ thể:(50 + ENG(100 - 50) )shift 2 3 =kết quả 50 2 ∠ 45

Nếu bài toán chỉ yêu cầu Viết biểu thức cường độ dòng

điện qua mạch điện

Bài 2: Cho đoạn mạch xoay chiều gồm R = 30Ω và cuộn dây thuần cảm L= π H mắc nối

4 100 sin(

2

biểu thức cường độ dòng điện qua đoạn mạch là:

Thực hiện: 60 2 shift ( − )( − 45 ) ÷ ( 30 + ENG ( 30 )) shift 2 3 = kết quả: 2 ∠ − 90

1 , 0

Thực hiện: 100 shift (-) (-60) + 75 shift (-) (30) shift 2 3 = kết quả 125∠ -23,1301

u=200cos (100πt + φ) V Cường độ dòng điện hiệu dụng I trong mạch là:

A 1A B 1,4A C 2A D 0,5A

π

tính hiệu điện thế hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch? Biết R đèn = 100Ω; f = 50Hz.

Thứ nhất: Thực hiện nhanh được bài toán tổng hợp với nhiều dao động và pha ban đầu của

các dao động có thể có trị số bất kỳ Điều này đã được minh chứng minh ở học sinh khối

12 năm học 2009-2010,2010-2011 về thời lượng nếu tính bằng phương pháp giản đồ Fresnel mất 10- 15 phút còn giải bằng phương pháp sử dụng máy tính mất khoảng 0.5 phút

Thứ hai: Là phương pháp tối ưu và có thể nói là duy nhất để tính các dao

động tổng hợp từ 3 hoặc 4 dao động thành phần thật nhanh và chính xác.

Thứ ba: Khi tính toán bằng hàm phức thì giá trị của ϕ là chính xác, duy nhất

còn tính theo hàm tanϕ ta phải chọn nghiệm, ngoài ra còn tốn rất nhiều thao tác.

Thứ 4: Sử dụng máy tính casio về hàm phức không chỉ dừng lại ở bài toán tổng hợp dao động mà còn mở rộng ra ở bài toán điện xoay chiều ,giao thoa sóng cơ,….

VI Nhược điểm và khắc phục:

Do học sinh không được trang bị lý thuyết về số phức nên việc dùng máy tính ban đầu cóthể gặp rắc rối mà không biết cách khắc phục (ví dụ như MODE, chế độ Deg, Rad, …) Nhưng thao tác máy năm ba lần rồi sẽ quen, và cũng không cần thiết biết máy tính thực hiệntính toán hàm phức như thế nào Tốc độ thao tác phụ thuộc nhiều vào các loại máy tính khácnhau, không dùng cho các loại máy tính có cấu hình yếu hơn (Nhược điểm này, giáo viên có

thể khắc phục dễ Nhưng với học sinh, chưa có máy tính fx – 570ES có thể mua giá khoảng

250.000 đồng )

Khi trở về chế độ tính cơ bản thường quên không chọn lại chế độ tính bình thường MODE 1

Nếu quên điều này thì kết quả tính toán ở các phép tính cơ bản của các bài toán tiếp theo sẽ bịsai cần lưu ý điều này

nào thì phải nhập đơn vị đo góc ấy.

Trên máy tính,để bấm nhanh ta thường ấn dấu chia cho dấu phân số.Chính vì vậy khi bấm máy ta thường xuất hiện những lỗi sau:

2 ∠ π ; 3:2i khác với 3:(2i)

Để khắc phục ta đưa dấu ngoặc vào

máy tính casio nhằm giải quyết nhanh, chính xác các dạng toán trong chương trình theo yêucầu của các đề thi TNPT và TSĐH,rèn luyện, vận dụng các phương pháp và thủ thuật để họcsinh tự chiếm lĩnh tri trức và phát huy tính độc lập sáng tạo, từ đó có thể suy nghĩ tìm tòiphương pháp riêng của bản thân.

Bản thân đề tài đáp ứng tốt cho yêu cầu về làm bài trắc nghiệm với mục đích trả lời nhanh,

chính xác, loại bỏ được yếu tố toán học phức tạp, tổng hợp dao động cùng phương cùng tần

số bằng phương pháp sử dụng máy tính casio fx - 570 ES để rèn luyện học sinh thao tácnhanh, chính xác trong việc sử dụng máy tính cầm tay, có thể coi đây là phương pháp duynhất về mặt nhanh, với độ chính xác cao Chuyên đề này đựợc ứng dụng hiệu quả vào thựctiễn, áp dụng rộng rãi cho đối tượng học sinh đại trà, nhất là trong việc bồi dưỡng học sinhchuẩn bị tham gia các kỳ thi tốt nghiệp và tuyển sinh đại học Nhưng không thể tránh khỏinhững thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ phía đồng nghiệp và học sinh đểchuyên đề này ngày càng hoàn hiện hơn.Tôi xin chân thành cảm ơn

II Kiến nghị: Kiến nghị bộ môn vật lý cần tổ chức các cuộc hội thảo chuyên môn, tập trung

về phương pháp để đúc kết những kinh nghiệm quý báu của các thầy cô giáo giảng dạy trongtoàn tỉnh , từ đó phổ biến rộng rãi để cán bộ, giáo viên, và học sinh học tập, vận dụng vàothực tiễn để cho bộ môn vật lý ngày càng mạnh hơn

PHẦN NHẬN XÉT VÀ XẾP LOẠI

A NHẬN XÉT Ở TỔ CHUYÊN MÔN I.Nhận xét