Phương pháp và hướng dẫn học sinh giải hiệu quả những bài toán cho biết đồ thị của phần dao động cơ, sóng cơ, điện xoay chiều

Thông qua quá trình giảng dạy và ôn tập cho học sinh, tôi cảm nhận được phần lớn các em chưa có kĩ năng để giải các bài toán vật lí về đồ thị.. Từ thực tiễn giáo dục và thực tế của việc

MỤC LỤC

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng SKKN 3

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 3

Danh mục các đề tài SKKN đã được đánh giá xếp loại

18

1 Mở đầu

1.1 Lí do chọn đề tài.

Thực tiễn giáo dục hiện nay đã tổ chức kỳ thi THPT QG từ năm học

2014-2015 với mục tiêu từ một kì thi để lấy kết quả xét tốt nghiệp và đại học Vì vậy mức độ đề đã được phân loại rõ rệt Cùng với sự đổi mới, năm học 2016-2017

bộ tổ chức bài thi theo các tổ hợp môn, vì vậy các em cần có kiến thức tổng hợp

để giải nhanh các dạng bài tập

Thông qua quá trình giảng dạy và ôn tập cho học sinh, tôi cảm nhận được phần lớn các em chưa có kĩ năng để giải các bài toán vật lí về đồ thị Chẳng hạn: + các em không biết vận dụng các điểm đặc biệt được đánh dấu trên đồ thị + không hiểu được đồ thị nào sớm pha hơn hay trễ pha hơn

Từ thực tiễn giáo dục và thực tế của việc học, cùng với nội dung và chất lượng của kỳ thi THPT QG hiện nay, tôi đã xây dựng phương pháp và hướng dẫn học sinh giải hiệu quả những bài toán cho biết đồ thị của phần dao động cơ, sóng cơ, điện xoay chiều và dao động điện từ

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Giúp học sinh có phương pháp và kĩ năng giải nhanh những bài toán khi biết

đồ thị sự phụ thuộc của những đại lượng vật lí, trên cơ sở vận dụng kiến thức toán học về tọa độ và kiến thức vật lí đặc trưng của từng phần

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

Nghiên cứu phương pháp giải nhanh các dạng bài toán về đồ thị trong đề thi THPT QG môn vật lí thông qua việc biên soạn các bài tập trắc nghiệm về đồ thị phần dao động cơ, sóng cơ, điện xoay chiều và dao động điện từ vật lí lớp 12

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết sau mỗi chuyên đề, để học sinh có được một hệ thống bài tập phần đồ thị của những đại lượng phụ thuộc vào một đại lượng khác, đáp ứng nội dung thi THPT QG hiện nay

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm.

2.1 Cơ sở lí luận.

Sau khi nghiên cứu đề thi THPT QG năm 2017 và năm 2018, cùng với các

đề ôn tập thông qua quá trình giảng dạy Tôi nhận thấy sau khi hướng dẫn học sinh kĩ năng sử dụng các tọa độ trên đồ thị và kết hợp với các kiến thức vật lí thì học sinh vận dụng rất nhanh cho các dạng bài tập có đồ thị

x, v, a

A



-A

A



T T/2

a(t)

x(t)

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

Qua nghiên cứu các nhóm học sinh, kết quả cho thấy việc áp dụng các kiến thức vật lí khi giải các bài tập thông thường thì các em làm được Nhưng khi gặp các bài tập có đồ thị thì các em không biết vận dụng như thế nào giữa đồ thị và các dữ kiện cho trong đề Vì vậy chất lượng học sinh làm những bài tập có đồ trong các đề thi khảo sát THPT QG còn thấp

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

Từ thực trạng khảo sát các kiến thức về bài tập có đồ thị với các nhóm học sinh khác nhau Cùng với thực trạng nghiên cứu các nguồn tài liệu khác nhau, đã cho thấy sự cần thiết giáo viên phải có kĩ năng hệ thống các bài tập trắc nghiệm

về đồ thị cho phần dao động cơ, sóng cơ, dao động điện và điện xoay chiều để giúp học sinh có kĩ năng rèn luyện tư duy về kiến thức sau mỗi phần kiến thức

đã học

Tôi xin trình bày một số giải pháp:

2.3.1 Giải pháp 1: phần dao động cơ học

* Phương pháp: Ghi nhớ đồ thị biểu diễn x(t), v(t), a(t) vẽ trong cùng một hệ tọa độ, ứng với = 0

- v sớm pha hơn x một góc

- a ngược pha so với x

- a sớm pha hơn v một góc

* Hướng dẫn:

Bước 1: Tìm được các điểm đặc biệt trên đồ thị: biên độ, chu kì, pha ban đầu

3

-A

3 2

A

2 2

A



T/6

T/4

T/12 T/8

T/8

T/6

8A

2A



2A



t(s) t 0,25

O

Bước 2: Sử dụng trục thời gian của li độ, vận tốc và gia tốc ứng với các

trường hợp đặc biệt

Bước 3:

vào

đồ thị nhận biết được dao động 1 có trạng thái dao động sớm hay trễ so với trạng thái dao động của dao động 2 một khoảng thời gian là bao nhiêu Từ đó xác định góc lệch pha giữa

2 dao động

+ Chẳng hạn: dao động của a sớm hơn dao động của v một thời gian là 4

T

thì

a sớm pha hơn v một góc 2



+ trạng thái của dao động 1 muộn hơn trạng thái của dao động 2 một thời gian

là 12

T

tức là dao động 1 trễ pha hơn dao động 2 một góc là 6



* Bài tập vận dụng:

Câu 1 Một chất điểm dao động điều hòa có đồ thị dao động như hình vẽ.

Phương trình vận tốc của vật là:

A v = 64 cos(4t + ) cm/s

B v = 64 cos(8t + ) cm/s

C v = 8 cos(8t + 2



) cm/s

D v = 8 cos(8 t -2



) cm/s

Hướng dẫn : Từ đồ thị, hướng dẫn

các em tìm A và T

Cụ thể : A = 8cm, T = 0,25s

2

8 (rad)



Phương trình dao động của li độ : x Acos( t ) 8cos(8 t 2)(cm)



Phương trình vận tốc là : cos( 2) 64 cos(8 )( )

cm

s



x O

x(cm)

t(s) 0

x2

x1 3

2

–2

4 3

2 1

Câu 2 Một chất điểm tham gia đồng

thời hai dao động điều hòa cùng phương có đồ thị như hình vẽ:

x(cm)

t(s)

2

O

2



1 4



Phương trình dao động tổng hợp của chất điểm là:

A

2

x 4 cos(2 t )cm

3



B

2

x 2 cos(2 t )cm

3



C x 2cos(2 t 3)cm



D

2

x 2 cos(2 t )cm

3



Hướng dẫn: Từ đồ thị: ta có x1 dao động muộn hơn x2 một khoảng thời gian

t = T/4+T/12 tức là x1 trễ pha so với x2 một góc là

2



   

Và A1= A2 =2cm ,

Ta có giản đồ véc tơ

Từ giản đồ véc tơ, ta có

Câu 3 Đồ thị của hai dao động điều hòa cùng tần số được vẽ như sau:

Phương trình dao động tổng hợp của

chúng là

A x 5cos2t





(cm)

x (cm)

t (10-1s)

x1 x2

Fđh(N)

4

–2

0 4 6

10 188

l(cm) 2















2

cos

x

(cm)













2

t 2

cos

x

(cm)















2 5cos

x

(cm)

Hướng dẫn: Từ đồ thị , ta có: x1 ngược pha với x2, A1 = 3cm, A2 = 2cm, và 1

2



 

Ta có A1

ngược hướng với A2

và A1 > A2 nên A = A1 – A2 = 1cm và

Vậy x cos(2t 2)(cm)

Câu 4 Cho hai dao động điều hoà với li độ x1 và x2 có đồ thị như hình vẽ Tổng tốc độ của hai dao động ở cùng một thời điểm có giá trị lớn nhất là:

A 100π cm/s

B 280π cm/s

C 200π cm/s.

D 140π cm/s

Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có:

x1 sớm pha hơn x2 một góc 2



hay A1 vuông góc với A2

A1 = 8cm, A2 = 6cm, T=10-1s 20 ( )

rad s

Tổng tốc độ của hai dao động ở cùng một thời điểm có giá trị lớn nhất là

s

Câu 5 Một con lắc lò xo đang dao động điều hòa mà lực đàn hồi và chiều dài của lò xo

có mối liên hệ được cho bởi đồ thị hình vẽ Cho g

= 10 m/s2 Biên độ và chu kỳ dao động của con lắc

là

A A = 6 cm; T = 0,56 s

B A = 4 cm; T = 0,28 s

C A = 8 cm; T = 0,56 s

D A = 6 cm; T = 0,28 s.

O X1,v2

V2

X1

t(s)

Hướng dẫn: Dựa vào đồ thị ta có: A =

2





 

Chiều dài lo xo ở vị trí cân bằng

2



  



   

0

T 2

g

 

  

=0,28s

Câu 6.( Đề THPT QG- 2018)

Hai vật M1 và M2 dao động điều hòa

cùng tần số Hình bên là đồ thị biểu

diễn sự phụ thuộc của li độ x1 của M1 và

vận tốc v2 của M2 theo thời gian t Hai

dao động của M1 và M2 lệch pha nhau

A 3





C

5

6



D

2 3



Hướng dẫn:

Từ đồ thị ta thấy v2 đạt cực đại trước khi x1 đạt cực đại là 2 ô

Mỗi chu kì 12 ô nên: v2 nhanh pha hơn x1 thời gian là T/6 ứng với góc 3

 Hay v2 sớm pha hơn x1 về thời gian là T/6 ứng với góc 3



Vì v2 vuông pha và nhanh pha hơn x2 một góc 2



, nên x1 sớm pha hơn x2 là : 2





3



= 6



Chọn B.

2.3.2 Giải pháp 2 : phần sóng cơ :

* Phương pháp : - Xác định các đại lượng đặc trưng, trạng thái chuyển động của các phần tử môi trường

- Dựa vào tính tuần hoàn của li độ sóng theo không gian và thời gian, thông qua

đồ thị dao động

- Dựa vào trạng thái chuyển động của các phần tử môi trường, nếu sóng truyền

theo chiều từ trái qua phải thì ta có:

theo phương truyền sóng, các phần

tử môi trường ở trước một đỉnh

sóng gần nhất sẽ chuyển động đi

xuống, các phần tử môi trường ở

sau đỉnh gần nhất sẽ chuyển động đi

lên

* Hướng dẫn:

Bước 1: Tìm được các điểm đặc biệt trên đồ thị: chu kì, bước sóng.

Bước 2: Sử dụng công thức về độ lệch pha

2  x

 



Câu 1 ( Đề THPT QG – 2017) Trên một

sợ dây dài, đang có sóng ngang hình sin

truyền qua theo chiều dương của trục Ox

Tại thời điểm t0 một đoạn của sợi dây có

hình dạng như hình bên Hai phần tử M

và O dao động lệch pha nhau

A 4



 rad

C

3

4



2 3

 rad

M

N

Hướng dẫn: Từ hình vẽ ta có

x 3 8







Vậy độ lệch pha giữa hai điểm O và M

2 x 3

rad 4

 

  



Câu 2 Một sóng ngang hình sin truyền

trên một sợi dây dài Hình vẽ bên là hình

dạng của một đoạn dây tại một thời điểm

xác định Trong quá trình lan truyền sóng,

khoảng cách lớn nhất giữa hai phần tử M

và N có giá trị gần nhất với giá trị nào sau

đây?

A 8,5 cm B 8,2 cm

C 8,35 cm D 8,02 cm.

Hướng dẫn:

Độ lệch pha dao động giữa hai phần tử M

và N là

+ Khoảng cách giữa hai chất điểm

nhất khi ∆u lớn nhất

i, uR, uL, uC

t(s)

uC(t)

O

U0C

I0

U0R

-I0

-U0R

-U0L

-U0C

i(t) uL(t) uR(t)

Ta có

max M N max

2

u u u A A 2A.Acos 3

3



 

       

  Vậy

 2

2.3.3 Giải pháp 3: Phần điện xoay chiều:

* Phương pháp

- Ghi nhớ dạng đồ thị i, uR, uL, uC theo t, nhận xét về độ lệch pha giữa các đại

lượng:

+ uR cùng pha với i

+ uL sớm pha hơn i một góc

+ uC trễ pha hơn i một góc

+ uL và uC ngược pha nhau

* Hướng dẫn:

Bước 1: Tìm được các điểm đặc biệt trên đồ thị: cường độ dòng điện cực đại,

điện áp cực đại, chu kì

Bước 2: Từ đồ thị tìm được độ lệch pha của các đại lượng

Bước 3: - Vận dụng các công thức định luật Ôm, tổng trở của mạch điện xoay

chiều, giản đồ véc tơ

- Vận dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông

* Bài tập vận dụng:

Câu 1 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào thời gian của

điện áp giữa hai đầu mạch và cường độ dòng điện chạy trong

[Type a quote from the document or the summary of

an interesting point You can position the text box

anywhere in the document Use the Drawing Tools tab to change the formatting of the pull quote text box.]

M O

M

H

A.chỉ có điện trở thuần R

B chỉ có cuộn cảm thuần L

C chỉ có tụ điện C

D có cả điện trở thuần R, cuộn cảm thuần L

Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có u sớm pha hơn i một góc

Mặt khác mạch chỉ có cuộn cảm thuần L thì u sớm pha hơn i một góc

chọn đáp án B

Câu 2 Cho mạch điện như hình vẽ, cuộn dây

thuần cảm Điện áp xoay chiều ổn định giữa

hai đầu A và B là u = 100 6cos( ) Khi K

mở hoặc đóng, thì đồ thị cường độ dòng điện

qua mạch theo thời gian tương ứng là im và iđ

được biểu diễn như hình bên Điện trở các

dây nối rất nhỏ Giá trị của R bằng:

A 100 3B 50 3C 100D 50

Hướng dẫn: Từ đồ thị ,ta có im sớm pha hơn iđ một góc , hay im vuông pha với iđ Vì U không đổi nên ta có vuông góc với

Ta có:

Ta có giản đồ véc tơ tổng trở

11

t

O H

Áp dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông, ta có:

 R = 50 

Câu 3 Mạch điện AB gồm đoạn AM và đoạn MB: Đoạn AM có một điện trở

thuần 50 và đoạn MB có một cuộn dây Đặt vào mạch AB một điện áp xoay chiều thì điện áp tức thời của hai đoạn AM và MB biến thiên như trên đồ thị:

u(V)

t(s)

100

100 2

O

100



100 2



Cảm kháng của cuộn dây bằng

A 12,5 2 B 12,5 3 C 12,5 6 D 25 6 Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có: U01 = 100 2( )V , U02 = 100 (V), u1 dao động muộn hơn u2 một khoảng thời gian

2

T

T 

, tức là u1 trễ pha hơn u2

một góc

01 100 2( )

AM

Ta có giản đồ véc tơ:

q, i

t T

O

Theo giản đồ véc tơ, ta có:

50 3( )

L

L MB MB

U

U

Có

L

2.3.4 Giải pháp 4: Phần dao động điện từ

* Phương pháp: - Dựa vào phương trình dao động của điện tích

Phương trình điện áp giữa 2 bản tụ: 0cos( )

q

với

0 0

q U C

 Phương trình cường độ dòng điện trong cuộn dây:

,

0 sin( t )

i q  q    0 cos( )

2

I t  

, với vậy i nhanh pha hơn q và u một góc

- Dựa vào đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của điện tích và dòng điện trong mạch dao động theo thời gian (chọn

dẫn: Bước 1:

đặc biệt trên đồ thị: biên độ, chu kì, góc pha ban đầu của các đại lượng

Bước 2: Tìm mối liên hệ về pha của các đại lượng.

Bước 3: Sử dụng cộng số phức trên máy tính casio.

* Bài tập vận dụng:

Câu 1 Hai mạch dđ LC lí tưởng 1 và 2 đang có

dao động điện từ tự do với các cường độ dòng

điện tức thời trong hai mạch tương ứng là i 1và

2

i được biểu diễn như hình vẽ Tại thời điểm t,

điện tích trên bản tụ của mạch 1 có độ lớn là

 

6

4.10  C

 , tính khoảng thời gian ngắn nhất sau đó

để điện tích trên bản tụ của mạch thứ 2 có độ lớn  

6

3.10 C



A 2,5.10-4 s B 5.10-4 s C 1,25.10-4 s D 2.10-4 s

Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có: chu kì dao động T1 = 10-3 s, T2 = 10-3 s

2000 (rad)

s

và I01 = 8.10-3 A, I02 = 6.10-3 A 6

01

4 10

( )







,

6 02

3 10 ( )







Từ đồ thị: i1 sớm pha hơn i2 một góc sớm pha hơn q2 một góc Tại thời điểm t: - Điện tích trên tụ của mạch 1 có độ lớn:

 

6 1

4.10





 bằng điện tích cực đại của tụ vì q2 trễ ph a hơn q1 một góc Theo đồ thị: i1 sớm pha hơn i2

một góc  q1 sớm pha hơn q2 một góc nên q2 = 0

- Thời gian ngắn nhất để điện tích trên bản tụ của mạch 2 có độ lớn  

6

3.10 C



 (điện tích cực đại) là:

3

4 2

T 10

t 2,5.10 s

4 4





   

Câu 2 Ba mạch dao động điện từ LC lí tưởng đang có dao động điện từ tự do

với các cường độ dòng điện tức thời trong ba mạch là i1, i2 và i3 được biểu diễn như hình vẽ Tổng điện tích của ba tụ điện trong ba mạch ở cùng một thời điểm

có giá trị lớn nhất bằng

A

2, 4

 CμC B

5

 CμC

C

24

 C μC D μCC

Hướng dẫn: Từ đồ thị, ta có: T = 8.10-3s 250 ( )

rad s

(mA), I02 = 4 (mA), I03 = 3 (mA),   1 0

3

3

250 10

4

t t  rad

 

3

t t   rad

X

Có 1 2 3

3

i i i i          I  mA

Vậy

3

6 0

0

250

I







2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm.

Sau khi trình bày nội dung của sáng kiến kinh nghiệm với đồng nghiệp và học sinh thì chất lượng giảng dạy được nâng lên, học sinh đã có phương pháp giải nhanh với dạng bài toán vật lí về đồ thị Đồng thời qua bài ôn thi theo chủ đề, chất lượng làm bài đạt cao hơn những lần thi trước

Cụ thể như sau:

Lớp Dao động cơ Sóng cơ Điện xoay chiều Dao động điện từ

12 A1 Đạt 7/7 câu Đạt 2/2 câu Đạt 3/4 câu Đạt 2/2 câu

12 A2 Đạt 5/7 câu Đạt 2/2 câu Đạt 2/4 câu Đạt 2/2 câu

12 A3 Đạt 4/7 câu Đạt 2/2 câu Đạt 2/4 câu Đạt 1/2 câu

3 Kết luận, kiến nghị.

3.1 Kết luận.

Với việc tích cực biên soạn các bài tập trắc nghiệm về đồ thị giúp học sinh có

kĩ năng tổng hợp và xử lí các số liệu trong đồ thị Tạo động lực để học sinh phấn đấu đạt điểm cao trong kỳ thi THPT QG

3.2 Kiến nghị

Các thầy cô tiếp tục nghiên cứu phương pháp và hướng dẫn học sinh giải các dạng bài toán vật lí về đồ thị thông qua các đề ôn thi, để giúp các em có kiến thức và kĩ năng giải nhanh các bài trắc nghiệm, đáp ứng mục tiêu thi THPT QG hiện nay

XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 20 tháng 5 năm

2019

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác

Người viết

Nguyễn Thị Tâm

Tài liệu tham khảo.

1 Sách giáo khoa vật lí 12 cơ bản

2 Đề thi THPT Quốc gia năm 2016, 2017,2018 (đề thi chính thức của Bộ giáo dục và đào tạo)

3 Một số đề ôn thi trên mạng Internet

DANH MỤC

CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ

CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN

Họ và tên tác giả: Nguyễn Thị Tâm

Chức vụ và đơn vị công tác: Giáo viên – Trường THPT Thạch Thành 1

Cấp đánh giá xếp loại (Phòng, Sở, Tỉnh )

Kết quả đánh giá xếp loại (A, B, hoặc C)

Năm học đánh giá xếp loại

1 Giải nhanh bài tập bằng

phương pháp sử dụng véc tơ

quay

Sở GD và

ĐT Thanh Hóa

2 Phương pháp xác định số cực

đại, cực tiểu trong giao thao

sóng cơ

Sở GD và

ĐT Thanh Hóa

3 Phương pháp giải hiệu quả

một số dạng bài tập về giao

thoa ánh sáng

Sở GD và

ĐT Thanh Hóa

4 Kĩ năng biên soạn câu hỏi

trắc nghiệm mức độ nhận

biết, thông hiểu trong đề thi

THPT QG môn vật lí

Sở GD và

ĐT Thanh Hóa