Do đó việc đa ra hệ thống kiến thức đầy đủ và dễ hiểu về phần bài toán liên quan đến bài toán xác định biên độ mới của vật dao động điều hòa khi thay đổi một sốthông số của hệ là thật sự
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
Người thực hiện: Nguyễn Thị Nga
Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn
Sáng kiến kinh nghiệm môn: Vật lí
THANH HÓA NĂM 2016
Trang 2MỤC LỤC
Nội dung Trang
A MỞ ĐẦU 3
I Lí do chọn đề tài 3
II Mục đích nghiên cứu 4
III Đối tượng nghiên cứu 4
IV.Phương pháp nghiên cứu 4
B NỘI DUNG SKKN 4
I Cơ sở lí luận 4
II Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN 5
III Giải pháp sử dụng và giải quyết vấn đề 5
1 Các dạng bài tập đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, các câu khó của đề thi THPTQG 5
2 Phương pháp giải, các ví dụ và bài tập đề nghị 5
Dạng1: Bài toán khi vật chịu tác dụng thêm lực điện hoặc lực quán tính là biên độ của vật thayđổi 6
Bài tập đề nghị 8
Dạng 2: Bài toán con lắc lò xo khi độ cứng thay đổi làm biên độ của vật thay đổi 8
Bài tập đề nghị 10
Dạng 3: Bài toán con lắc lò xo khi khối lượng thay đổi làm biên độ của vật thay đổi 12
Bài tập đề nghị 14
Dạng 4: Bài toán vật dao động điều hòa va chạm với vật khác làm biên độ của vật thay đổi 14
Bài tập đề nghị 16
Dạng 5: Bài toán do có lực cản nên biên độ của vật giảm dần 17
Bài tập đề nghị 20
IV Hiệu quả của SKKN 21
C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21
* Tài liệu tham khảo 23
Trang 3- Phần lí thuyết gọn và ít trình bày rất ngắn cha có phơng pháp giải.
- Dạng bài toỏn này cú thể ra dưới dạng trắc nghiệm khỏch quan, cú thể ra tựluận như đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh
- Phần bài tập trong sách giáo khoa số lợng ít, mới ở mức độ củng cố Rõ ràngnhững kiến thức này cha đủ để giúp các em học sinh có sự hiểu biết để phục vụcho các kì thi tuyển Mặt khác khả năng tự học của học sinh cha tốt (Mặc dù đã
đợc tuyển sinh độc lập nhng học sinh của chúng tôi vẫn có đầu vào thấp) Chớnnăm gần đây môn vật lý thi đại học với hình thức trắc nghiệm nội dung kiến thứcbao phủ toàn bộ chơng trình, đề thi ngày một khó, đặc biệt trong kì thi chọn họcsinh giỏi cấp tỉnh năm 2011-2012 của có một ý 1 điểm câu 2 ý b và cũng câu 2
ý b kì thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh năm 2012-2013 của tỉnh Thanh Hóa Do
đó việc đa ra hệ thống kiến thức đầy đủ và dễ hiểu về phần bài toán liên quan
đến bài toán xác định biên độ mới của vật dao động điều hòa khi thay đổi một sốthông số của hệ là thật sự cần thiết
2 Lí do chọn đề tài.
- Do sự bất cập giữa nội dung chơng trình và yêu cầu đề thi tuyển mà tôi vừa nêu
trên Qua thực tế giảng dạy, học sinh thờng lúng túng khi gặp phải bài tập phầnbài toán xác định biên độ mới của vật dao động điều hòa khi thay đổi một sốthông số của hệ trong khi nó không phải là rất khó
Với đề thi tuyển vài năm nay buộc học sinh phải có phơng pháp học tốt.Vì đề thi rất rộng toàn bộ kiến thức lớp 12 không bỏ phần nào nên học sinhkhông thể học lệch học tủ
Các vấn đề phần bài toán xác định biên độ mới của vật dao động điều hòakhi thay đổi một số thông số của hệ có ứng dụng rộng rãi trong thực tế
Nh vậy rõ ràng phần bài toán xác định biên độ mới của vật dao động điềuhòa khi thay đổi một số thông số của hệ có tầm quan trọng trong chơng trình vật
lý 12 mà ngời học sinh cần nắm vững để có thể đáp ứng đợc các kì thi phía trớc
và đặc biệt là trong thực tế đời sống Vì những lí do trên tôi đã chọn đề tài này
II Mục đớch nghiên cứu.
Cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản, đầy đủ, rõ ràng về phầnbài toán bài toán xác định biên độ mới của vật dao động điều hòa khi thay đổimột số thông số của hệ dựa trên kiến thức sách giáo khoa và tài liệu tham khảo
Trang 4Phân loại các bài tập theo từng dạng bài tập thích hợp và phơng pháp giảichúng.
Học sinh có thể chủ động sáng tạo để giải quyết tốt các bài tập thuộc từngdạng
Những kiến thức đa ra phải chính xác, có chọn lọc để phù hợp với khảnăng tiếp thu của học sinh, đảm bảo tính vừa sức và tính sáng tạo của học sinh
III Đối tợng nghiên cứu.
Học sinh lớp 12 nói chung và học sinh lớp 12 thi khối A và khối A1 Đối ợng nghiên cứu lớn nhất là các em học sinh tiếp thu đợc một cách thấu đáo, cặn
t-kẽ và có chiều sâu Có cơ sở để phát huy áp dụng một cách nhanh nhẹn trongviệc tìm tòi với kiến thức mới
IV Phơng pháp nghiờn cứu
Đã sử dụng các phơng pháp để hoàn thiện sáng kiến kinh nghiệm này cụ thể là:
- Phơng pháp nêu vấn đề
- Phơng pháp diễn giải
- Phơng pháp đàm thoại
- Phơng pháp quy nạp diễn dịch
B NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM.
I Cơ sở lý luận của sỏng kiến kinh nghiệm.
Khi vật đang dao động điều hũa xAcos( t ) thỡ tại một thời điểm bất
kỡ nào đấy:
- Vật mang điện, xuất hiện điện trường đều trong vựng khụng gian vật daođộng
- Xuất hiện lực quỏn tớnh - Độ cứng của lũ xo thay đổi
- Khối lượng của vật thay đổi - Vật va chạm với vật khỏc
Trang 5Tôi áp dụng đề tài trong thực tế chủ yếu giảng dạy ôn thi trung phổ thụngquốc gia cho học sinh thi khối A, A1.
Trong chơng trình vật lý lớp 12 thì phần dao động cơ học là một nội dungkiến thức hết sức quan trọng Nó phục vụ tích cực cho học sinh trong việc ôn thiTHPT quốc gia để xột vào cỏc trường đại học, thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh.Mặt khác những kiến thức này cũng rất cần trong cuộc sống, ng nh khoa ài học kỹthuật
Với tầm quan trọng trên trong quá trình giảng dạy tôi nhận thức đợc tầmquan trọng của bài toán xỏc định biờn độ mới của vật dao động điều hũa khi thayđổi một số thụng số của hệ trong chơng trình vật lí lớp 12 nên tôi đã cố gắng tìmtòi chọn lọc những kiến thức cơ bản nhất trong sách giáo khoa và trong các tàiliệu tham khảo, nhằm giúp các em lớp 12 trong trờng, đặc biệt là các em dự thiTHPTQG lấy kết quả xộtt đại học có đợc sự hiểu biết đầy đủ chắc chắn để giảiquyết tốt các bài toán xỏc định biờn độ mới của vật dao động điều hũa khi thayđổi một số thụng số của hệ
II Thực trạng vấn đề trước khi ỏp dụng sỏng kiến kinh nghiệm.
Do đầu vào của học sinh chỳng tụi khụng được tốt nờn việc tự học, tự tỡmtũi thực sự là khụng cú Khi gặp những bài toỏn thuộc dạng này học sinh lỳngtỳng khụng sử lý được, thường bỏ hoặc đỏnh bừa Chớnh vỡ vậy tụi trăn trở tỡm
ra phương phỏp cụ thể để học sinh cú thể tiếp cận giải quyết thành thạo
III Giải phỏp đó sử dụng giải quyết vấn đề.
1 CÁC DẠNG BÀI TẬP ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI HOẶC CÁC CÂU KHể CỦA ĐỀ THI THPT QUỐC GIA.
Xỏc định biờn độ mới của vật dao động điều hũa khi:
- Vật chịu tỏc dụng thờm lực điện hoặc lực quỏn tớnh.
- Con lắc lũ xo đang dao động điều hũa, thay đổi độ cứng.
- Con lắc lũ xo đang dao động điều hũa, thay đổi khối lượng.
- Khi vật đang dao động điều hũa và chạm vào vật khỏc.
- Khi vật dao động cú ma sỏt thỡ biờn độ giảm dần.
2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI, CÁC VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP ĐỀ NGHỊ
Dạng 1: Khi vật chịu tỏc dụng thờm lực điện hoặc lực quỏn tớnh làm thay đổi biờn độ dao động của vật.
Phương phỏp
- Vị trớ cõn bằng cú thể thay đổi nờn li độ x thay đổi
- Biờn độ thay đổi
* Lực điện F = q E
- Con lắc lũ xo khi chịu tỏc dụng của lực điện dọc theo trục lũ xo vị trớ cõn bằngthay đổi một đoạn 00’( 0 là vị trớ cõn bằng cũ, 0’ là vị trớ cõn bằng mới):
Trang 6Ta có q E = k.00’ => 00’ = q E/k Tùy thuộc vào chiều của lực điện
mà có mối quan hệ của x, x’ và 00’ nhưng thường x’ = x + 00’
Hoặc x’ = x - 00’
* Lực quán tính F = ma.( a gia tốc của hệ quy chiếu)
- Con lắc lò xo khi chịu tác dụng của lực quán tính dọc theo trục lò xo vị trí cânbằng thay đổi một đoạn 00’( 0 là vị trí cân bằng cũ, 0’ là vị trí cân bằng mới)
Ta có ma = k.00’ => 00’ = ma/k Tùy thuộc vào chiều của lực quán tính
mà có mối quan hệ của x, x’ và 00’ nhưng thường x’ = x + 00’
Ví dụ 2 : Con lắc lò xo dao động theo phương ngang không ma sát có
k=100N/m, m=1kg Khi đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương với tốc độ
thì xuất hiện điện trường đều có độ lớn cường độ điện trường
là 2.104V/m và cùng chiều dương Ox Biết điện tích của quả cầu là
Tính cơ năng của con lắc sau khi có điện trường
Trang 7x’=4cm, v’=v0=40cm/s với
Biên độ dao động mới là A’:
Cơ năng lúc sau khi có điện trường là:
Cách 2: Theo năng lượng: Năng lượng ban đầu là W0 Khi đi từ O đến O’ thì lựcđiện trường thực hiện công dương (AE>0) có lực đàn hồi của lò xo thực hiệncông âm (Ađh<0)
Năng lượng lúc sau là:
Ví dụ 3: (Đề thi đại học năm 2013)
Một con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng 100g và lò xo có độ cừng 40N/mđược đặt trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát Vật nhỏ đang nằm yên ở vịtrí cân bằng , tại t = 0, tác dụng lực F = 2 N lên vật nhỏ cho con lắc dao độngđiều hòa đến thời điểm t = 3 s thì ngừng tác dụng lực F Biên độ dao động điềuhòa của con lắc khi không còn lực F tác dụng là bao nhiêu?
- Tại thời điểm t vật đang ở vị trí x = 2,5cm tốc độ v= A 2 x2
- Khi không còn lực F vị trí cân bằng trở về vị trí cân bằng cũ 0
Câu 1: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm vật nặng tích điện q=20μC và lò xoC và lò xo
có độ cứng k=10N.m-1 Khi vật đang nằm cân bằng, cách điện, trên mặt bànngang nhẵn, thì xuất hiện tức thời một điện trường đều E trong không gian baoquanh có hướng dọc theo trục lò xo Sau đó con lắc dao động trên một đoạnthẳng dài 8,0cm Độ lớn cường độ điện trường E là
Trang 8A 2,5.104 V.m-1 B 4,0.104 V.m-1 C 3,0.104 V.m-1 D 2,0.104 V.m-1
Câu 2 : Một vật nặng có khối lượng m, điện tích q = +5.10-5C được gắn vào lò
có độ cứng k = 10N/m tạo thành con lắc lò xo nằm ngang Điện tích của con lắctrong quá trình dao động không thay đổi, bỏ qua mọi ma sát Kích thích cho conlắc dao động với biên độ 5cm Tại thời điểm vật nặng qua vị trí cân bằng và cóvận tốc hướng ra xa điểm treo lò xo, người ta bật điện trường đều có cường độ E
= 104V/m cùng hướng với vận tốc của vật Khi đó biên độ mới của con lắc lò xolà: A 10 2 cm B 5 2 cm C 5 cm D 8,66
cmCâu 3: Trong thang máy treo 1 con lắc lò xo co độ cứng 25N/m,vật năng có
khối lương 400g khi thang máy đứng yên ta cho con lắc dao động điều hoà,chiều dài con lắc thay đổi từ 32cm đến 48 cm tại thời điểm mà vật ở vị trí thấpnhất thì cho thang máy đi xuống nhanh dần đều với gia tốc a=g/10 Biên độ daođộng của con lắc trong trường hợp này là?
A 17cm B 19,2cm C 8,5cm D 9,6cm
Câu 4: Một con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng m = 200g và lò xo có độ
cứng 50N/m được đặt trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát Vật nhỏ đangnằm yên ở vị trí cân bằng , tại t = 0, tác dụng lực F = 2 N lên vật nhỏ cho con lắcdao động điều hòa đến thời điểm t = 0,1s thì ngừng tác dụng lực F Biên độ daođộng điều hòa của con lắc khi ngừng tác dụng lưc F là bao nhiêu?
A 4 2 cm B 2 4 cm C 4 cm D 6 cm
Câu 5: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, gồm vật nặng khối lượng m = 1kg và
lò xo có độ cứng K = 100N/m Ban đầu vật nặng được đặt trên giá đỡ nằmngang sao cho lò xo không biến dạng cho giá đỡ chuyển động xuống dướikhông vận tốc đầu với gia tốc a = g/5 = 2m/s2 Sau khi rời khỏi giá đỡ con lắcdao động điều hòa với biên độ bao nhiêu?
- Biên độ thay đổi
- Độ cứng tỷ lệ nghịch với chiều dài của lò xo
1
2 2
1
k
k l
l
(lò xo có tiếtdiện đều đồng chất)
- Các ví dụ và bài tập ở dưới lò xo có tiết diện đều đồng chất
Cách 1: Nếu l2= bl1 thì x’ = bx
Trang 9Các ví dụ
Ví dụ 1 Con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng ngang không ma sát.
Khi vật ở vị trí biên ta giữ chặt một phần của lò xo làm cơ năng của vật giảm90% thì biên độ dao động của vật sẽ thay đổi như thế nào (lò xo tiết diện đềuđồng chất)
Giải
- Khi vật ở vị trí biên W =Wt = 2
2
1
kA trước khi giữ lò xo
- Sau khi giữ lò xo W’ = ' ' 2
Ví dụ 2: Một con lắc lò xo bố trí nằm ngang Vật đang dao động điều hòa với
chu kì T, biên độ 8cm, khi vật qua vị trí x = 2cm thì người ta giữ một điểm cốđịnh trên lò xo sao cho phần lò xo không tham ra vào sự dao động của vật bằng2/3 chiều dài lò xo khi đó Kể từ thời điểm đó vật sẽ daao động với biên độ baonhiêu (lò xo tiết diện đều đồng chất)
Giải Cách 1: Ta có l2= 13l1 thì x’ = 31 x và K’ = 3K
Trang 10Ví dụ 3: Một con lắc lò xo có độ cứng k, chiều dài l, một đầu cố định, một đầu
gắn vào vật khối lượng m Kích thích cho lò xo dao động điều hòa với biện độ A
= l/2 trên mặt phẳng ngang không ma sát Khi lò xo đang dao động và bị giãncực đại, tiến hành giữ chặt lò xo tại vị trí cách vật một đoạn l, khi đó biên độ daođộng của vật là? (lò xo tiết diện đều đồng chất)
Giải
Độ dài tự nhiên của phần lò xo sau khi bị giữ
Độ cứng của phần lò xo sau khi giữ là k’:
Vị trí cân bằng mới cách điểm giữ lò xo , khi đó vật
cách VTCB mới chính là biên độ dao động mới:
Bài tập đề nghị
Câu 1: Một con lắc lò xo đặt theo phương nằm ngang có độ cứng 100N/m và
vật nặng khối lượng m =400g Từ vị trí cân bằng kéo vật ra một đoạn 8cm rồithả nhẹ cho vật dao động điều hòa Sau khi thả vật s
30
7
thì giữ đột ngột điểmchính giữa của lò xo khi đó Biên độ dao động sau khi giữ lò xo là bao nhiêu?(lò
xo tiết diện đều đồng chất)
A 2 7cm B 2 5cm C 7 2cm D 5cm
Câu 2: Một con lắc lò xo đặt nằm ngang dao động điều hòa với biên độ A chu
kì T Sau khoảng thời gian T/12 kể từ lúc qua vị trí cân bằng thì giữ đột ngộtđiểm chính giữa lò xo lại Biên độ dao động sau khi giữ vật.(lò xo tiết diện đềuđồng chất)
Câu 3: Con lắc lò xo dao động điều hòa theo phương ngang với biên độ A
Đúng lúc con lắc qua vị trí có động năng bằng thế năng và lò xo đang giãn thì người ta cố định một điểm chính giữa của lò xo, kết quả làm con lắc dao động
Trang 11điều hòa với biên độ A′ Hãy lập tỉ lệ giữa biên độ A và biên độ A′ (lò xo tiết
diện đều đồng chất)
A 6√4 B 3√2 C 2√6 /3 D 12
Câu 4: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng, vật dao động điều hòa với biên độ
Khi vật đi qua vị trí cân bằng người ta giữ chặt lò xo ở vị trí cách điểm treo của
lò xo một đoạn bằng 3/4 chiều dài của lò xo lúc đó Biên độ dao động của vật sau đó bằng (lò xo tiết diện đều đồng chất)
A 2A B C A/2 D A
Câu 5: Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa với biên độ A Khi vật
nặng chuyển động qua VTCB thì giữ cố định điểm I trên lò xo cách điểm cốđịnh của lò xo một đoạn b thì sau đó vật tiếp tục dao động điều hòa với biên độ
(lò xo tiết diện đều đồng chất) Chiều dài tự nhiên của lò xo lúc đầu là:
A 4b/3 B 4b C 2b D 3b
Câu 6: Một con lắc lò xo nằm ngang dao động điều hòa với biên độ A Khi vật
nặng chuyển động qua VTCB thì giữ cố định điểm cách điểm cố định một đoạn1/4 chiều dài tự nhiên của lò xo (lò xo tiết diện đều đồng chất).Vật sẽ tiếp tụcdao động với biên độ bằng:
A B 0,5A C A/2 D A
Câu 7: Con lắc lò xo dao động điều hoà theo phương ngang với biên độ A
Đúng lúc lò xo giãn nhiều nhất thì người ta giữ cố định điểm chính giữa của lò
xo khi đó con lắc dao động với biên độ A’ (lò xo tiết diện đều đồng chất) Tỉ sốA’/A bằng:
Câu 8: ( ý b câu 2 Đề thi HSG tỉnh Thanh Hóa năm 2013)
Một lò xo nhẹ nằm ngang có độ cứng 100N/m, một đầu gắn với điểm cố định I,đầu kia gắn với vật nhỏ khối lượng m = 100g Từ vị trí cân bằng kéo vật đến vịtrí giãn 5cm rồi buông nhẹ cho vật dao động điều hòa, bỏ qua mọi ma sát, lấy
a Viết phương trình dao động của vật
b Vào thời điểm t = s
30
13 người ta giữ chặt lò xo tại điểm cách I một đoạn 43chiều dài khi đó Hỏi sau đó vật tiếp tục dao động với biên độ bao nhiêu?