SKKN phương pháp giải nhanh bài toán tìm số vân sáng giữa hai vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm của ba bức xạ và chu kì dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các ngu

Phương pháp giải nhanh bài tập tìm số vân sáng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm của 3 bức xạ và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố b

MỤC LỤC

Nội dung Trang

1 Lí do chọn đề tài……… 1

2 Nội dung … 2

2.1 Cơ sở lí luận……….……… 2

2.2 Thực trạng vấn đề……… ……… 4

2.3 Phương pháp giải nhanh bài tập tìm số vân sáng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm của 3 bức xạ và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài

4

2.3.1 Một vài công thức cần dùng

……… 4

2.3.2.Vận dụng………… ……… 5

2.3.2.1 Cách giải nhanh của bài toán tìm số vân sáng giữa hai vân cùng màu với vân trung tâm trong phần giao thoa ánh sáng với 3 bức xạ    1 , , 2 3 ……… 5

2.3.2.2 Xác định thời gian đồng hồ quả lắc (được xem như con lắc đơn) chạy sai trong một ngày đêm khi thay đổi nhiệt độ, độ cao, độ sâu và vị trí trên trái đất 8

2.3.2.3.3 Xác định chu kỳ dao động của con lắc đơn dưới tác dụng của lực quán tính 13

2.4 Hiệu quả sử dụng SKKN 19

3 Kết luận 19

Tài liệu tham khảo……… 21

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

- Vật lý là một môn học khó và trừu tượng, cơ sở của nó là toán học Bài

tập vật lý rất đa dạng và phong phú Trong phân phối chương trình số tiết bài tâplại hơi ít so với nhu cầu cần củng cố và nâng cao kiến thức cho học sinh Chính

vì thế, người giáo viên phải làm thế nào để tìm ra phương pháp tốt nhất nhằm

tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn học này Giúp học sinh việc phân

loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải là rất cần thiết Việc làm này rất cólợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắm đượcphương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho cácdạng bài tương tự

- Trong yêu cầu về đổi mới giáo dục về việc đánh giá học sinh bằngphương pháp trắc nghiệm khách quan thì khi nắm được dạng bài và phươngpháp giải sẽ giúp cho học sinh nhanh chóng trả được bài

- Trong chương trình Vật lý lớp 12, chương “Dao động cơ học” và chương

“Sóng ánh sáng” có nhiều dạng bài tập phức tạp và khó Nhóm các bài toán vềchu kỳ của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài như: nhiệt độ,

độ cao, độ sâu, lực điện trường, lực quán tính, bài toán tìm số vân sáng trongkhoảng giữa hai vân cùng màu với vân trung tâm là một trong những nhómbài tập phức tạp và khó nhất trong 2 chương, học sinh khá, giỏi thường rất lúngtúng trong việc tìm cách giải các dạng toán này Xuất phát từ thực trạng trên,qua kinh nghiệm giảng dạy, tôi chọn đề tài:

“PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP VỀ TÌM SỐ VÂN SÁNG GIỮA HAI VÂN SÁNG CÙNG MÀU VỚI VÂN SÁNG TRUNG TÂM CỦA 3 BỨC XẠ VÀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BÊN NGOÀI ”.

2 NỘI DUNG

2.1 Cơ sở lí luận

Việc giảng dạy bài tập vật lý trong nhà trường không chỉ giúp học sinh hiểuđược một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình

mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụcủa học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra.

Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những

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 sống chính

là thước do mức độ sâu sắc và vững vàng của những kiến thức mà học sinh đãthu nhận được Bài tập vật lý với chức năng là một phương pháp dạy học có một

vị trí đặc biệt trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

Trước hết, vật lý là một môn khoa học giúp học sinh nắm dược qui luật vậnđộng của thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những qui luật

ấy, biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn Trong nhiềutrường hợp mặc dù người giáo viên có trình bày tài liệu một cách mạch lạc, hợplôgích, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng yêu cầu, qui tắc và cókết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để học sinh hiểu vànắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giải các bài tập vật lý dưới hình thứcnày hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức đãhọc để giải quyết các tình huống cụ thể thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc vàhoàn thiện

Trong qúa trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra,học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, kháiquát hóa , trừu tượng hóa… để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của học sinh cóđiều kiện để phát triển Vì vậy có thể nói bài tập vật lý là một phương tiện rất tốt

để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hànhđộng, tính kiên trì trong việc khắc phục những khó khăn trong cuộc sống củahọc sinh

Bài tập vật lý là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức mà tronggiờ học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua đó nhằm bổ sung kiến thứccho học sinh

Đặc biệt, để giải được các bài tập vật lý dưới hình thức trắc nghiệm khách

nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thì học sinh cần phải rèn luyện chomình tính phản ứng nhanh trong từng tình huống cụ thể, bên cạnh đó học sinhphải giải thật nhiều các dạng bài tập khác nhau để có được kiến thức tổng hợp,chính xác và khoa học

2.2 Thực trạng của vấn đề

Trong kì thi TNTHPT, tuyển sinh CĐ, ĐH và TCCN môn Vật Lý là môntrắc nghiệm khách quan, số lượng câu rất nhiều mà thời gian lại giới hạn(Khoảng 1,5 phút/câu Vì vậy phương pháp giải nhanh rất cần thiết đối với họcsinh, giúp các em tiết kiệm thời gian mà vẫn làm đúng được bài tập

2.3 Phân loại và phương pháp giải nhanh bài tập tìm số vân sáng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm của 3, 4 bức xạ và chu

kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài

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)

R g

g h





- Gia tốc trọng trường ở độ sâu d so với mực nước biển:

2

) (

'

d R

m: khối lượng của vật (kg)

a : Gia tốc của hệ quy chiếu (m/s2)

+ Fqt luôn ngược hướng với a

x n 1  1

Bước 1: Lâp tỉ số tối giản     1 : 2 : 3 a b c: :

Bước 2: Tìm bội số chung nhỏ nhất của các số (BSCNN)

+ BSCNN a b c( ; ; ) B abc

+ BSCNN a b( ; ) B ab

+ BSCNN a c( ; ) B ac

* Lưu ý cách tìm BSCNN của hai số A và B:

+ Tìm phân số tối giản của A a

+ BSCNN(A;B)= A.b ( Tích của A và b )

+ Tương tự như vậy ta tìm BCNN của 3 số, 4 số….

2.3.2.1.2 Bài tập vận dụng

Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa với 2 khe I Âng, nguồn sáng phát ra đồng

thời 3 bức xạ có các bước sóng lần lượt là  1  0, 45 m,  2  0,54 m,  3  0,72 m.Giứa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm có số vân sáng là

Bài 2: Trong thí nghiệm giao thoa với 2 khe I Âng, nguồn sáng phát ra đồng

thời 3 bức xạ có các bước sóng lần lượt là  1  0,7 m,  2  0,56 m,  3  0, 42 m

Giứa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm có số vân sáng làbao nhiêu?

Bài 3: Trong thí nghiệm Y – âng về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng

thời 3 bức xạ đơn sắc có bước sóng là  1  0, 42 m,  2  0,56 m,  3  0,63 m Trênmàn quan sát trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sángtrung tâm, nếu vân sáng củ hai bức xạ trùng nhau ta chỉ tính là một vân sáng thì

số vân sáng quan sát được là bao nhiêu?

2.3.2.2 Xác định thời gian đồng hồ quả lắc (được xem như con lắc đơn) chạy sai trong một ngày đêm khi thay đổi nhiệt độ, độ cao, độ sâu và vị trí trên trái đất

2.3.2.2.1 Cách truyền thống

- 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

1

1 2

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

- B3: Xác định thời gian đồng hồ quả lắc chạy nhanh hay chậm trong một ngày đêm bằng công thức:

θ = ∆t

1

1 2

+ Nếu t2 > t1 => 2

1 1

T

T  => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại

+ Nếu t2 < t1 => 2

1 1

T

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

- Trong một ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400 1

1 2

1

h h

1

1 (1 ) 1

d d

T

T  => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại

- Nếu t2 < t1 => 2

1 1

T

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

- Trong 1 ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400 1

d nhiệt độ t2 Trong 1 ngày đêm đồng hồ chạy sai:

Tương tự ta chứng minh được trong một ngày đêm đồng hồ chạy sai:

2

2

1 1

g

g T

* Ta quan niệm giá trị dT

T phụ thuộc vào 6 sự biến đổi, với quy ước:

+

2

dl

l là do cắt ghép cơ học ( nối dài thêm hoặc cắt bớt đi)

+  2dg g là sự thay đổi gia tốc do thay đổi vĩ độ

R =0, không có sự thay đổinhiệt độ thì cho

2

dt



=0, tương tự như vậy đối với các đại lượng còn lại

Nếu lúc đầu đồng hồ chạy đúng mà có dT

T >0 thì đồng hồ chạy chậm vàngược lại

2.3.2.3 Bài tập vận dụng

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

Hướng dẫn Cách 1

T

T  => T2 < T1 nên chu kỳ giảm khi đó con lắc chạy nhanh hơn

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

θ = 2

1 1

T t T

đó, biết hệ số nở dài của dây treo con lắc là λ = 2.10-5K-1, và bán kính trái đất là

R = 6400 km

Hướng dẫn Cách 1

- Giải thích hiện tượng :

Khi đưa con lắc đơn lên cao thì gia tốc giảm do 0 2

GM g

 sẽ không thay đổi

- Tính nhiệt độ tại độ cao h = 640 m Ta có:

- Chu kỳ không thay đổi nên: T0 = Th

Bài 4: Một đồng hồ đếm giây chạy trên mặt đất, mỗi ngày đêm chậm 130s Phải

điều chỉnh độ dài của con lắc thế nào so với độ dài hiện trạng để đồng hồ chạyđúng?

+ Do đồng hồ chạy chậm, muốn đồng hồ chạy đúng thì chu kỳ phải giảm 

Chiều dài giảm

2.3.2.3 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)

2.3.2.3.1 Định hướng phương pháp chung

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

F P

P'  

=> gia tốc trọng trường hiệu dụng:

m

F g

- Khi không có điện trường chu kỳ dao động của con lắc là: T 2 l

, hợp của hai lực này

ký hiệu là              P'                 P F             

, và được gọi là trọng lực hiệu dụng hay trọng lực biểu kiến

Ta xét một số trường hợp thường gặp:

a) 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

g m

b) 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: ' 2 ' 2

T

q E g

g m

g m

Khi con lắc đơn được đặt trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc

a (hệ quy chiếu phi quán tính) thì ngoài trọng lực và lực căng của dây treo conlắc còn chịu tác dụng của lực quán tính           F   ma             

a) Trường hợp 1: Con lắc treo trong thang máy đang chuyển động thẳng đứng

lên trên với gia tốc a

- Thang máy chuyển động nhanh dần đều: a ngược hướng với g

=> g’ = g + aChu kỳ dao động của con lắc trong thang máy: ' 2 2

b) Trường hợp 2: Con lắc treo trong thang máy đang chuyển động thẳng đứng

xuống dưới với gia tốc a

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

c) Trường hợp 3: Con lắc đơn được treo trên xe chuyển động theo phương

ngang với gia tốc a => F có phương ngang và ngược hướng với a

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

Bài 1: Một con lắc đơn có chiều dài ℓ = 1m, khối lượng m = 50g được tích điện

q = -2.10-5C dao động tại nơi có g = 9,86m/s2 Đặt con lắc vào trong điện trườngđều E có độ lớn E = 25V/cm Tính chu kỳ dao động của con lắc khi:

a) E có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới

b) E có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên

c) E có phương nằm ngang

Hướng dẫn a) q < 0: F

ngược hướng với E => F hướng thẳng đứng lên trên

g m

q E g

g m

 = 1,9(s)c) Khi E có phương nằm ngang

Khi đó chu kỳ dao động của con lắc khi đặt trong điện trường là:

Bài 2: Một con lắc đơn có m = 5g, đặt trong điện trường đều E có phươngngang và độ lớn E = 2.106 V/m Khi vật chưa tích điện nó dao động với chu kỳ

T, khi vật được tích điện tích q thì nó dao động với chu kỳ T' Lấy g = 10 m/s2,xác định độ lớn của điện tích q biết rằng ' 3

Bài 3: Một con lắc đơn có m = 2 g và một sợi dây mảnh có chiều dài ℓ được

kích thích dao động điều hòa Trong khoảng thời gian Δt con lắc thực hiện đượct con lắc thực hiện được

40 dao động, khi tăng chiều dài con lắc thêm 7,9 cm thì cũng trong khoảng thờigian như trên con lắc thực hiện được 39 dao động Lấy g = 10m/s2

a) Ký hiệu chiều dài mới của con lắc là ℓ' Tính ℓ, ℓ'

b) Để con lắc có chiều dài ℓ' có cùng chu kỳ với con lắc có chiều dài ℓ,người ta truyền cho vật một điện tích q = +0,5.10-8C rồi cho nó dao động điềuhòa trong điện trường đều E có các đường sức hướng thẳng đứng Xác địnhchiều và độ lớn của véc tơ cường độ điện trường

Bài 4: Một con lắc đơn được treo vào trần một thang máy tại nơi có gia tốc g

= 9,8 m/s2 Khi thang máy đứng yên thì con lắc dao động với chu kỳ T = 2(s).Tìm chu kỳ dao động của con lắc khi:

a) Thang máy đi lên nhanh dần đều với gia tốc a = 1,14 m/s2

b) Thang máy đi lên đều

c) Thang máy đi lên chậm dần đều với gia tốc a = 0,86 m/s2

Hướng dẫn

Áp dụng kết quả ở mục III, ý 3.2

a) Khi thang máy đi lên nhanh dần đều: g' = g + a = 9,8 + 1,14 = 11 (m/s2)Chu kỳ dao động của con lắc đơn là:

b) Khi thang máy đi lên đều thì a = 0 khi đó T' = T = 2s

c) Khi thang máy đi lên chậm dần đều: g' = g - a = 9,8 - 0,86 = 8 (m/s2)Chu kỳ dao động của con lắc đơn là:

Bài 5: Con lắc đơn gồm dây mảnh dài ℓ = 1 m, có gắn quả cầu nhỏ m = 50 g

được treo vào trần một toa xe đang chuyển động nhanh dần đều trên đường nằmngang với gia tốc a = 3 m/s2 Lấy g =10 m/s2

a) Xác định vị trí cân bằng của con lắc

b) Tính chu kỳ dao động của con lắc

màu với vân sáng trung tâm và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởngcủa các yếu tố bên ngoài.

- Kỹ năng giải bài tập trắc nghiệm khách quan của học sinh được cải thiệnđáng kể, đảm bảo được độ chính xác và nhanh

- Phát huy và rèn luyện được khả năng vận dụng kiến thức, tính tư duysáng tạo của học sinh trong việc giải các bài tập vật lý hay và khó

3 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ

1 Kết luận

- Đề tài đã hoàn thành được nhiệm vụ nghiên cứu một số vấn đề lý luận

về bài tập vật lý, phân loại bài tập, đề ra phương pháp giải và đồng thời lựachọn được một hệ thống bài tập vận dụng về tìm số vân sáng giữa hai vân cùngmàu với vân sáng trung tâm và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởngcủa các yếu tố bên ngoài

- Việc phân loại, đề ra phương pháp giải và lựa chọn hệ thống bàitập thích hợp dựa trên cơ sở khoa học chặt chẽ sẽ góp phần nâng cao chất lượnggiải bài tập, nắm vững kiến thức của học sinh

- Đặc biệt cần chú ý tới việc phát huy khả năng sáng tạo, tìm tòi, tích cực

tự lực của mỗi học sinh, chứ không phải là áp đặt cách suy nghĩ của giáo viên đối với học sinh khi giải mỗi bài tập được nêu ra

- Đề tài mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu một phần nhỏ trong chươngtrình Vật lý 12 Để góp phần nâng cao chất lượng giải bài tập, rèn luyện tư duyVật lý của học sinh, đề tài sẽ tiếp tục được phát triển cho các chuyên đề kháctrong chương trình Vật lý phổ thông

2 Kiến nghị

- Về phía nhà trường cần có kế hoạch lâu dài trong việc khuyến khích cácgiáo viên tham gia viết đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu cho từngchương, từng phần của môn học, từ đó có thể nâng cao được chất lượng dạy họccho các bộ môn (đặc biệt là chất lượng giải bài tập ở các môn tự nhiên)