Củng cố và nâng cao kỹ năng giải bài tập dao động tắt dần thông xây qua xây dựng hệ thống bài tập vật lý 12 THPT phần dao động cơ học

Do đó trongquá trình giảng dạy người giáo viên phải liên tục đổi mới phương pháp dạy học,trau dồi kiến thức chuyên môn, rèn luyện cho học sinh có được những kỹ năng, kỹ xảo và thường xuy

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT LÊ LỢI

===* * * ===

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

CỦNG CỐ VÀ NÂNG CAO KỸ NĂNG

GIẢI BÀI TẬP DAO ĐỘNG TẮT DẦN THÔNG QUA XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ 12 THPT

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.5 Những điểm mới của SKKN 4

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

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

2.3.3 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo

3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận 14 2.Kiến nghị 14

1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Môn Vật lý là một bộ phận khoa học tự nhiên nghiên cứu về các hiệntượng vật lý trong tự nhiên và cuộc sống Những thành tựu của vật lý được ứngdụng vào thực tiễn sản xuất và ngược lại chính thực tiễn sản xuất đã thúc đẩykhoa học vật lý phát triển Vì vậy học vật lý không chỉ đơn thuần là học lýthuyết vật lý mà phải biết vận dụng vật lý vào thực tiễn sản xuất Do đó trongquá trình giảng dạy người giáo viên phải liên tục đổi mới phương pháp dạy học,trau dồi kiến thức chuyên môn, rèn luyện cho học sinh có được những kỹ năng,

kỹ xảo và thường xuyên vận dụng những hiểu biết đã học để giải quyết nhữngvấn đề thực tiễn đặt ra

Đổi mới PPDH là khắc phục phương pháp dạy học truyền thụ một chiều,rèn luyện thói quen, nếp sống tư duy của người học Để làm được điều nàyngười giáo viên cần phát triển và bồi dưỡng phương pháp học tập để phát triển

tư duy nhận thức của học sinh, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức đã học vàothực tế Điều hiển nhiên muốn nâng cao chất lượng học tập bộ môn vật lý cầnnhiều yếu tố đi kèm, trong đó việc áp dụng các phương pháp hướng dẫn giải bàitập vật lý đóng vai trò rất quan trọng Tiếp sau đó phải xây dựng được hệ thốngcác bài tập để vận dụng các phương pháp hướng dẫn trên một cách lô gíc, từ dễđến khó

BTVL là một trong những công cụ không thể thiếu trong quá trình dạyhọc Với tính chất là một phương tiện dạy học, BTVL giữ vị trí rất quan trọngtrong nhiệm vụ dạy học

Trong phạm vi trường THPT, BTVL thường là những vấn đề không quáphức tạp, có thể giải quyết được bằng những suy luận lô gíc, công thức tính toánhoặc bằng thực nghiệm Tuy nhiên, BTVL lại là một khâu vô cùng quan trọngtrong dạy và học vật lý Giải BTVL là biện pháp quý báu để phát triển năng lực

tư duy của HS

Qua thực tế giảng dạy vật lý ở trường THPT Lê Lợi, trong quá trình giảiBTVL 12 nói chung và BTVL chương “Dao động cơ” nói riêng, bản thân tôinhận thấy rất nhiều HS còn lúng túng khi giải các bài tập phần dao động tắt dần.Đây là một phần tương đối khó và trừu tượng Nhiều em chưa có phương phápgiải phù hợp và linh hoạt, dẫn đến tâm lý chán nản, e sợ khi giải bài tập phầndao động tắt dần trong SBT và sách tham khảo cũng như luyện đề THPTQGchuẩn bị cho kỳ thi THPT Do đó, tôi mạnh dạn đưa ra một số phương pháp vàxây dựng hệ thống các bài tập để vận dụng các phương pháp trên một cách hợp

lý, khoa học nhằm củng cố và nâng cao kỹ năng giải bài tập vật lý qua đề tài:

“Củng cố và nâng cao kỹ năng giải bài tập dao động tắt dần thông xây qua xây dựng hệ thống bài tập vật lý 12 THPT phần dao động cơ học”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Chương dao động cơ học là một chương rất dài chiếm nhiều thời lượngtrong chương trình vật lý 12 THPT Trong đó, phần dao động tắt dần tuy là mộtphần nhỏ thuộc chương nhưng khối lượng kiến thức lại rất sâu và khó Đặc biệttrong những năm trở lại đây trong các đề thi THPTQG lại hay đưa vào các dạngbài tập dao động tắt dần và đây là một phần được coi là tương đối khó, HS rất dễ

bỏ qua không làm và mất điểm một cách đáng tiếc Mặt khác, các GV cũng rấtngại khi dạy phần này một cách chi tiết và đầy đủ Vì vậy, muốn HS học tốtphần này các em cần phải nắm vững lý thuyết, biết cách vận dụng các định luậtvật lý vào giải bài tập Một số khó khăn khi dạy phần dao động tắt dần bao gồm:

+ Khái niệm dao động tắt dần, tính chất, nguyên nhân, vận tốc cực đại,quãng đường đi được, số lần dao động, số lần vật qua vị trí cân bằng và thờigian tương đối trừu tượng

+ Bài tập về dao động tắt dần có nhiều dạng khác nhau nên khó cho các

em HS khi nhận dạng

+ Khả năng tính toán toán học của các em còn hạn chế

+ Các bài tập dao động tắt dần tương đối gây khó cho HS trong đề thiTHPTQG mấy năm trở lại đây

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Các tiết học của chương “Dao động cơ học” vật lý 12 THPT

Đối tượng sử dụng đề tài: HS khối 12

Xây dựng được hệ thống các bài tập phần dao động tắt dần

Tìm hiểu các phương pháp giải phù hợp cho hệ thống các bài tập đã xâydựng

Đưa ra thời gian, thời lượng hợp lý khi giảng dạy các kiến thức trên theophân phối chương trình đã có

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện đề tài, tôi sử dụng phương pháp chủ yếu là tham khảo tàiliệu, đề thi đại học, tổng kết rút kinh nghiệm qua các buổi dạy chính khóa, dạy

ôn thi THPT Quốc gia Căn cứ vào đề bài tập để hệ thống biên soạn bài tập phầnnày đồng thời đưa ra kiến thức cần thiết để phục vụ cho việc áp dụng vào giảibài tập Mặt khác trong quá trình vận dụng đề tài tôi còn dùng nhiều biện pháptham khảo tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi, trao đổi với thầy cô giáo giảng dạy

bộ môn Vật lí, Toán học, trao đổi với các em học sinh để tìm ra vướng mắc từphía các em Áp dụng kiểm tra đối chứng, đánh giá và so sánh kết quả trước vàsau khi thực hiện sáng kiến kinh nghiệm đối với học sinh và học sinh dự thi đạihọc qua nhiều năm từ đó đúc rút ra kinh nghiệm này

1.5 Điểm mới của SKKN

Thực tế cho thấy nhiều HS có thể áp dụng rất tốt các kiến thức đã học vào

giải các bài tập đơn giản Nhưng khi yêu cầu các em dùng kiến thức này để giảicác bài tập phức tạp hơn, cần có sự tư duy cao hơn thì đại đa số các em khônglàm được Trong đề tài này có những điểm mới cơ bản sau:

- Giúp HS vận dụng kiến thức đã học, đồng thời hướng dẫn các em cách

tư duy lô gíc để giải các bài tập hay và khó

- Xây dựng được một hệ thống 50 các bài tập từ dễ đến khó phần dao

động tắt dần chương “Dao động cơ học” vật lý 12 THPT

- Xây dựng được nhiều công thức tính toán trắc nghiệm nhanh phần daođộng tắt dần, rút gọn thời gian làm bài

- Giúp cho người dạy thấy được HS thường vướng mắc vào những phầnnào, yếu ở mặt nào từ đó có kế hoạch và thời gian bồi dưỡng hợp lý, kịp thời

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHỆM 2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm.

- Mục đích, ý nghĩa của việc giải bài tập

Quy trình để giải một BTVL nói chung và BTVL phần dao động tắt dầnnói riêng là quá trình tìm hiểu các điều kiện của bài toán, phân tích, tổng hợpđánh giá những cái chưa biết từ những cái đã biết Thông qua hoạt động giải bàitập HS không những được củng cố chắc về lý thuyết mà còn hướng cho các emcách suy nghĩ lập luận để hiểu ra bản chất vấn đề có cái nhìn đúng đắn về khoahọc Vì vậy mục đích cốt yếu đặt ra khi giải bài tập dao động tắt dần là làm chocác em hiểu sâu hơn về loại dao động này, nắm vững các quy luật vật lý, biếtphân tích và ứng dụng chúng vào thực tiễn và cuối cùng là phát triển năng lực tưduy, năng lực giải quyết vấn đề,

-Tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học vật lý

Trong giai đoạn xây dựng và hình thành kiến thức mới các em đã được làmquen và nắm sơ qua các vấn đề trìu tượng như các khái niệm, các định lý, địnhluật Trong phần dao động tắt dần HS phải vận dụng những kiến thức trìu tượng

đó vào các bài tập cụ thể rất đa dạng, nhờ đó mà các em nắm được những biểuhiện của chúng trong thực tế

Với hoạt động giải bài tập vật lý thì đây là một phương tiện giúp các em ônluyện, củng cố nâng cao các kiến thức đã học, từng bước làm chủ tri thức vậndụng chúng vào giải quyết các công việc cụ thể mà thực tiễn đòi hỏi

- Phương pháp giải bài tập

Bài tập phần dao động tắt dần tương đối đa dạng, phức tạp và trìu tượng, vìvậy người giáo viên với kinh nghiệm giảng dạy của mình cần rút ra đượcphương pháp giải chung cho các bài tập điển hình phù hợp với năng lực của HSkhối THPT Việc rèn luyện cho HS biết cách giải bài tập một cách khoa học, điđến kết quả chính xác là một việc làm rất cần thiết

Như chúng ta đã biết, trong vài năm trở lại đây, đề thi THPT Quốc giamôn Vật lý khá dài, rộng và chứa nhiều câu khó đặc biệt là các bài tập phần daođộng tắt dần Vì thế để đạt điểm cao môn vật lý, không cách nào khác là các bạnphải giải thật nhiều bài tập và tìm ra một phương pháp giải nhanh nhất và hiệuquả nhất.

Với kinh nghiệm giảng dạy của mình, tôi thấy để giải nhanh các dạng bàitập này chúng ta cần nắm vững lý thuyết trước, những vấn đề trìu tượng thì cầntham khảo thêm các tài liệu trong sách tham khảo hoặc trên internet Cần rút rađược quy trình giải chung cho các bài tập giống nhau, chứng minh và tự rút racông thức cuối cùng nhằm mục đích nhớ lâu và rút gọn thời gian làm bài

-Phương pháp xây dựng hệ thống bài tập

Cần phân biệt các loại bài tập định tính và định lượng, sắp xếp chúng mộtcách khoa học từ dễ đến khó, sao cho các em có đủ thời gian ngấm kiến thức

và phương pháp giải Từ đó, triển khai ra các bài tập rộng hơn phát triển từ cácbài tập trước

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

+ HS chưa biết phương pháp để giải bài tập phần này

+ Chưa có những kỹ năng toán học áp dụng giải BTVL

+ HS còn lơ là khi cho bài tập về nhà, chưa tự mình tìm hiểu và giải quyếtcác bài tập về nhà GV đã giao

+ Tài liệu tham khảo phần dao động tắt dàn chưa phong phú, chưa có hệthống và phương pháp giải một cách cụ thể và đầy đủ

+ Do tư duy của HS còn hạn chế nên khả năng tiếp thu còn chậm

+ Do phương pháp dạy học chưa phù hợp

2.3.Các sáng kiến kinh nghiệm, giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 2.3.1 Cơ sở lí thuyết:

Chú ý: Khi lực cản môi trường không đổi thì chu kỳ dao động tắt dần

 x

t

O

3 Dao động tắt dần của con lắc lò xo

Phương pháp giải: Ta chỉ xét trường hợp ma sát nhỏ (dao động tắt dần

chậm) Ta xét bài toán dưới hai góc độ: Khảo sát gần đúng và khảo sát chi tiết

a Khảo sát gần đúng: Xét một con lắc dao động tắt dần trên mặt phẳng

kỳ

.

2kA  2kA F s C

động tắt dần và s là quãng đường mà vật đi được sau một nửa chu kỳ đầu tiên

k

* Số lần dao động cho đến khi vật dừng lại:

* Khoảng thời gian từ lúc vật bắt đầu dao động cho đến lúc vật dừng lại

là:

1 2

t N T 

1 2

(Nếu coi dao động tắt dần có tính tuần hoàn với chu kỳ T 2



 )

* Quãng đường vật đi được cho đến khi dừng lại:

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:

* Phần trăm cơ năng của con lắc bị mất đi trong một dao động toàn

phần:

(Ta chỉ xét con lắc dao động tắt dần chậm (ma sát nhỏ) độ giảm biên độsau mỗi chu kỳ:  A A0  A1 rất nhỏ nên coi gần đúng A0 A1  2A ta có

* Phần trăm cơ năng của con lắc bị mất đi sau n chu kỳ:

0

n na

n

A h

n

n h



b Khảo sát chi tiết:

Bài toán tổng quát: Cho cơ hệ như hình vẽ, lúc đầu giữ vật ở A rồi thả

nhẹ thì vật dao động tắt dần Tìm vị trí vật đạt vận tốc cực đại và giá trị vận tốccực đại

Khi không có ma sát, vật dao động điều hòa xung quanh VTCB O Khi cóthêm lực ma sát thì lực ma sát làm thay đỏi VTCB Xét quá trình chuyển động

từ A sang A’ Lực ma sát có hướng ngược lại nên nó làm dịch VTCB đến I sao

của vật là: A I A0  x I nên vận tốc cực đại tại I là v I  A I Sau đó vật chuyển

so với O là A1 = AI - xI = A0- 2xI

độ lúc này là A’I = A1- xI và tốc độ cực đại tại I’ là v I'  A I' Sau đó nó chuyển

đại so với O là A2 A I'  x I A1  2x I A0  2.2x I Khảo sát quá trình tiếp theohoàn toàn tương tự

Như vậy, cứ sau mỗi chu kỳ (sau mỗi lần qua O) biên độ so với O giảm đimột lượng:

.

ms I

2

2

k A x S

A S A

* Li độ cực đại sau khi vật qua VTCB lần thứ n là:

Chú ý: Ta cũng có thể tính vận tốc cực đại sau mỗi nữa chu kỳ bằng định

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng khi vật đạt vận tốc cực đại lần đầu tiên:

1 2

.

N

A  A n A

) (

2

1 2

1 2

1

0

2 0

2 0

2 kx mv mg A x

0 2 2

0 k A x mg A x

mg x

* Lúc đầu vật ở P đến I gia tốc đổi chiều lần thứ 1, sau đó đến Q rồi lại

quay lại I’ gia tốc đổi chiều lần thứ 2 Do đó, quãng đường đi được sau khi gia

tốc đổi chiều lần thứ 1, 2,3 và thứ n lần lượt là:

Dạng 1: Dạng bài tập liên quan đến vận tốc, quãng đường, năng lượng,

độ giảm biên độ và thời gian.

Ví dụ 1 (ĐH 2010): Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,02 kg và lò xo

theo trục lò xo Hệ số ma sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là 0,1 Ban đầu giữ vật

ở vị trí lò xo bị nén 10 cm rồi buông nhẹ để con lắc dao động tắt dần Lấy g = 10

* Nhắn nhủ: Để giải nhanh sau khi tìm được xI ta tính v max   (A x I)

Ví dụ 2: Một con lắc lò xo có k=2(N/m), m=80g dao động tắt dần trên mặt

Ban đầu giữ vật ở vị trí lò xo bị nén 5cm rồi buông nhẹ để con lắc dao động tắt

Lúc này quãng đường vật đi được là S MI  0M  0I  A x I   5 1 4  cm.Vậy đáp án B.

Ví dụ 4: Một con lắc lò xo gồm vật nặng m=0,2kg và lò xo có độ cứng k=20(N/

Từ vị trí lò xo không biến dạng, truyền cho vật vận tốc ban đầu 1(m/s) thì thấy

độ lớn lực đàn hồi cực đại của lò xo?

Hướng dẫn: Vị trí lò xo không biến dạng là VTCB lúc đầu (vị trí O), vật

định luật bảo toàn năng lượng cho 2 vị trí O mà M

Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có:

Ví dụ 5: Một con lắc lò xo ngang có k = 100(N/m), m=0,1kg dao động trên mặt

phẳng ngang Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang là  = 0,02 Kéo vậtlệch khỏi VTCB đoạn 10cm rồi buông tay cho vật dao động tắt dần lấy g=10(m/

100m thì dừng lại?

Hướng dẫn: Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:

M 0

Vậy đán án B.

Ví dụ 6 : Một con lắc lò xo đặt trên mặt phẳng ngang, gồm lò xo nhẹ có

k=100(N/m) và vật nhỏ khối lượng m=400(g), hệ số ma sát giữa vật và mặt

của vật là bao nhiêu?

Thay số ta được: 50A2  0, 4A 0, 2 0   A 0,05937m 5,94cm Vậy đáp án D

Ví dụ 7: Một con lắc lò xo đặt trên mặt phẳng ngang, gồm lò xo nhẹ có k =

10(N/m) và vật nhỏ khối lượng m = 100(g), hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng

tốc cực đại lần thứ nhất tại I và v max  60(cm s/ ), lấy g = 10(m/s2) Tính biên độcực đại của vật?

k

rad s m

Ví dụ 8: Một con lắc lò xo đặt trên mặt phẳng ngang, gồm lò xo nhẹ có k =

100(N/m) và vật nhỏ khối lượng m = 400(g), hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng

0 M

truyền cho vật vận tốc v0  100(cm s/ ) theo chiều làm cho lò xo giảm chiều dài và

5,94 0,34

43,96 0,8

2

2 1

2

2

2.10 2 1

C F mg

Ví dụ 10: Vật có khối lượng 100g nối với lò xo có độ cứng k = 100(N/m) Đầu

còn lại gắn cố định sao cho vật có thể chuyển động trên mặt phẳng ngang Kéo

Thời gian t O O 1 tính như sau:

0 1

Ví dụ 11: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m = 400g và lò xo có độ

cứng k = 100(N/m) Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo

trục lò xo Hệ số ma sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là  5.10  3

4 3,84

ms I

Chú ý: Để tính vận tốc của vật tại các điểm ta làm theo 2 cách:

Cách 1: Giả sử lúc đầu vật ở P, để tính tốc độ tại O ta dùng độ giảm cơ

mv kA

Ví dụ 12: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng m = 400g và lò xo có độ

cứng k = 100(N/m) Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo

giãn một đoạn 10cm rồi thả nhẹ cho vật dao động Tính tốc độ của vật khi nóqua O lần thứ 1 kể từ khi buông vật?

Hướng dẫn: Độ giảm cơ năng bằng công của lực ma sát:

Chú ý: Gọi n0, n, t và x C lần lượt là tổng số lần qua O, tổng số nửa chu

kỳ thực hiện được, tổng thời gian từ lúc dao động đến khi dừng hẳn và khoảngcách từ vị trí dừng lại đến O Giả sử lúc đầu vật ở vị trí biên dương A (lò xo giãn

A

p q

A 



* ) n0 p Vì lúc đầu lò xo giãn nên:

* ) Để tìm n ta xét các trường hợp sau:

n=p

1 2

2

c

nT t

quay lại thêm thời gian T/2 rồi mới dừng luôn nên n=p+ 1

1 2

2

c

nT t

Dạng 2: Dạng bài tập liên quan đến phần trăm biên độ và năng lượng.

Ví dụ 13: Một con lắc lò xo dao động tắt dần Cứ sau mỗi chu kì, biên độ của nó

giảm 0,5% Hỏi năng lượng dao động của con lắc bị mất đi sau mỗi dao độngtoàn phần là bao nhiêu % ?

W

= 0,9952 = 0,99 =

O

99%, do đó phần năng lượng của con lắc mất đi sau mỗi dao động toàn phần là1% Đáp án B.

Ví dụ 14: Một con lắc lò xo dao động tắt dần, sau 3 chu kỳ đầu tiên biên độ

giảm đi 10% Hỏi phần trăm cơ năng còn lại sau khoảng thời gian đó?

Hướng dẫn: Theo bài ra sau 3 chu kỳ biên độ giảm đi 10% nên ta có:

2 2

Ví dụ 15: Một con lắc dao động tắt dần Người ta đo được độ giảm tương đối

của biên độ trong 3 chu kỳ đầu tiên là 10% Vậy độ giảm tương đối của thế năng

Chú ý: nếu vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng có ma sát với góc

18cm Từ VTCB ấn vật xuống để chiều dài của lò xo là 15cm rồi thả nhẹ Do có

độ giảm biên độ sau mỗi chu kỳ dao động?