SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT TĨNH GIA 3 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ KINH NGHIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN TÌM THỜI ĐIỂM KHI VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA ĐI QUAVỊ TRÍ
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT TĨNH GIA 3
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
MỘT SỐ KINH NGHIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP
GIẢI NHANH BÀI TOÁN TÌM THỜI ĐIỂM KHI
VẬT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA ĐI QUAVỊ TRÍ NÀO ĐÓ
1 LẦN, 2 LẦN HAY 4 LẦN TRONG 1 CHU KÌ THUỘC CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VẬT LÍ 12 NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỌC TẬP CHO MỌI ĐỐI TƯỢNG HỌC SINH
Người thực hiện: Nguyễn Thị Minh Chức vụ: Giáo viên
SKKN thuộc môn: Vật lí
THANH HOÁ NĂM 2018
Trang 2Mục lục
Nội dung Trang
2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 5
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 7 2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 8 Dạng 1: Tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí
nào đó 1 lần trong 1 chu kỳ
8
Dạng 2: Tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí
nào đó 2 lần trong 1 chu kỳ
9
Dạng 3: Tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí
nào đó 4 lần trong 1 chu kỳ
11
Danh mục các đề tài SKKN 16
Trang 3
1 MỞ ĐẦU.
1.1 Lí do chọn đề tài.
Từ năm 2007 khi Bộ giáo dục và đào tạo( BGD&ĐT) quyết định hình thức thi trắc nghiệm khách quan trong kỳ thi tốt nghiệp và đại học cho một số môn trong đó có bộ môn vật lí Với thời gian hạn hẹp học sinh phải làm một số lượng câu hỏi tương đối nhiều, cụ thể từ năm 2007-2016 đề thi gồm 50 câu thời gian làm bài 90 phút ( như vậy 1câu/1,8 phút) Đến năm 2017 BGD&ĐT lại có sự điều chỉnh về mặt thời gian và số câu, cụ thể đề thi gồm 40 câu thời gian làm bài
50 phút ( như vậy 1câu/1,25 phút) So với các năm học trước thì hai năm nay thời gian làm bài/1câu đã giảm xuống
Từ thực tế đề thi trung học phổ thông quốc gia như vậy, mâu thuẫn đang tồn tại trong thực tiễn dạy học hiện nay là: thời gian làm bài thi ngắn mà số lượng câu hỏi lại nhiều Dẫn đến gây cản trở, khó khăn cho hoạt động dạy học của giáo viên và làm ảnh hưởng không tốt đến kết quả thi cử của học sinh
Nên vấn đề cấp bách cần đặt ra cho mỗi giáo viên chúng tôi khi trực tiếp tham gia giảng dạy các em là phải tìm ra phương pháp giải nhanh các dạng bài toán vật lí để trong thời gian ngắn có thể giải quyết được các câu hỏi của đề thi Như vậy mới phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm khách quan như hiện nay Mặt khác phương pháp đó lại phải đảm bảo tiếp cận được với mọi đối tượng học sinh
Trong nội dung kiến thức Vật lí thi Trung học phổ thông quốc gia thì bài tập chương dao động cơ thuộc sách giáo khoa Vật lí 12 là một phần trọng tâm
Mà ở đó dạng bài toán tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào
đó 1 lần, 2 lần hay 4 lần trong 1 chu kỳ luôn có mặt trong đề thi các năm
Do đó trong quá trình giảng dạy nhiều năm, tham khảo tài liệu, cộng với vận dụng kiến thức tư duy toán học, tôi đã nghiên cứu và đúc rút ra một kinh nghiệm giải nhanh bài toán tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần, 2 lần hay 4 lần trong 1 chu kỳ Với phương pháp này dù bài toán khó, phức tạp cũng trở nên cực kì đơn giản, dễ làm và đặc biệt phù hợp với mọi đối tượng học sinh vì đã đưa ra được quy luật tìm thời điểm rất thú vị dễ nhớ dễ vận dụng
Hiện tại sau khi nghiên cứu các tài liệu, tham khảo các ý kiến của đồng nghiệp trong trường, cũng như các trường bạn về bài toán tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần, 2 lần hay 4 lần trong 1 chu kỳ Tôi nhận thấy chưa có các tài liệu nghiên cứu nào bàn sâu vào vấn đề này, đồng nghiệp, nhà trường chưa có nhiều kinh nghiệm, đang còn lúng túng trong việc giải quyết khắc phục để đưa ra được quy luật chung nhất từ đó giúp học sinh tiếp cận vấn đề nhanh nhất
Với những lý do trên tôi mạnh dạn lựa chọn và nghiên cứu viết đề tài
“Một số kinh nghiệm về phương pháp giải nhanh bài toán tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần, 2 lần hay 4 lần trong 1 chu kì thuộc chương dao đông cơ Vật Lí 12 nhằm nâng cao hiệu quả cho mọi đối tượng học sinh” Tôi thiết nghĩ đề tài này thực sự cấp thiết vì nó sẽ giúp học
sinh thi trung học phổ thông Quốc gia đạt được kết quả cao hơn
Trang 41.2 Mục đích nghiên cứu
Củng cố lại kiến thức toán, tư duy logic, suy luận tổng quát
Đưa ra cho học sinh có một phương pháp giải nhanh bài toán tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần, 2 lần hay 4 lần trong 1 chu
kì
Đưa bài toán khó trong chương dao động cơ thành bài toán cơ bản, đơn giản
mà mọi đối tượng học sinh với các mức học lực khác nhau đều tiếp cận được bằng cách đưa ra quy luật tìm thời điểm thứ n tn của vật dao động điều hòa Đây chính là điểm mấu chốt của đề tài
Đưa ra được hệ thống bài tập vận dụng, bài tập luyện tập tổng quát ,hết các loại câu hỏi ở cả 3 dạng
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Đề tài nghiên cứu về bài toán tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần, 2 lần hay 4 lần trong 1 chu kỳ thuộc chương dao động cơ chương trình vật lí 12 cơ bản và nâng cao
Đưa ra quy luật tìm thời điểm thứ n tn của vật dao động điều hòa
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
Xây dựng cơ sở lý thuyết theo phương pháp diễn dịch, nhằm nghiên cứu cơ
sở lí luận cho đề tài
Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin: nhằm nắm bắt được thực trạng dạy và học của bộ môn Vật lí ở trường THPT Tĩnh Gia 3, từ đó thực hiện các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả dạy học
Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: việc thống kê và xử lí số liệu để có
những thông số cần thiết đánh giá hiệu quả trước và sau khi thực hiện đề tài
Trang 52 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.
2.1.1 Trục thời gian ( khoảng thời gian) của vật dao động điều hòa.
Lưu ý:
Trong các cách tìm thời điểm, thời gian của vật dao động điều hòa thì cách sử dụng trục thời gian là phù hợp với mọi đối tượng học sinh Đặc biệt học sinh có lực học yếu, trung bình dễ dàng tiếp thu và ghi nhớ Do đó tôi lựa chọn cách trên để hướng dẫn học sinh trong quá trình dạy phần bài tập này.
Trong quá trình dạy kiến thức về trục thời gian giáo viên hướng dẫn cho học sinh quy luật về khoảng thời gian, cũng như các vị trí tọa độ đăc biệt có tính chất đối xứng qua vị trí cân bằng O để học sinh dễ dàng tiếp thu và ghi nhớ.
2.1.2 Quy luật tổng quát xác định thời điểm của vật dao động điều hòa.
Căn cứ vào số lần vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó trong 1 chu kì
mà chia ra 3 quy luật như sau:
qua vị trí nào đó 1 lần trong 1 chu kỳ kể từ thời điểm ban đầu t 0 = 0:
tn = t1 + (n-1)T (1)
- Với
+ n là số nguyên dương
+T là chu kì của vật dao động điều hòa
+t1 là thời điểm vật dao động đều hòa đi qua vị trí nào đó lần thứ 1 kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0
- Chứng minh công thức (1):
Suy luận ta có công thức (1) vì
+ Ta luôn có t1 < T nên phải tính riêng thời điểm t1
+ Vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần trong 1 chu kỳ
-A 0 A
x
12
T
6
T
6
T
4
T
8
T
4
T
2
T
12
T
-A 0 A x
Trang 6+Ở các thời điểm tiếp theo t2, t3 tn tương ứng với các lần vật dao động điều hòa
đi qua vị trí nào đó lần thứ 2,3 n thì thời điểm trước cách thời điểm liền sau nguyên 1 T
qua vị trí nào đó 2 lần trong 1 chu kỳ kể từ thời điểm ban đầu t 0 = 0:
* Nếu n lẻ n= 2a+1 tn = t1 + aT (2)
* Nếu n chẵn n= 2b+2 tn = t2 + bT (3)
- Với
+ n, a, b là số nguyên dương
+ a, b có thể giống nhau hoặc khác nhau
+T là chu kì của vật dao động điều hòa
+ t1 , t2 là thời điểm vật dao động đều hòa đi qua vị trí nào đó lần thứ 1, thứ 2 kể
từ thời điểm ban đầu t0 = 0
- Chứng minh công thức (2) (3):
Suy luận ta có công thức (2) (3)vì
+Ta luôn có t1 < T ; t2 < T nên phải tính riêng thời điểm t1, t2
+ Vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 2 lần trong 1 chu kỳ
+Ở các thời điểm tiếp theo t3, t4 tn tương ứng với các lần vật dao động điều hòa
đi qua vị trí nào đó lần thứ 3,4 n thì vật dao động điều hòa cứ đi qua 2 lần thì tốn thời gian nguyên 1T
qua vị trí nào đó 4 lần trong 1 chu kỳ kể từ thời điểm ban đầu t 0 = 0:
* Nếu n= 4 a + 1 tn = t1 + a T (4)
* Nếu n= 4 b + 2 tn = t2 + b T (5)
* Nếu n= 4 c + 3 tn = t3 + c T (6)
* Nếu n= 4d + 4 tn = t4 + d T (7)
- Với
+ n,a,b,c,d là số nguyên dương
+ a,b,c,d có thể giống nhau hoặc khác nhau
+T là chu kì của vật dao động điều hòa
+ t1 , t2 , t3, t4 là thời điểm vật dao động đều hòa đi qua vị trí nào đó lần thứ 1, thứ 2, thứ 3, thứ 4 kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0
- Chứng minh công thức (4) (5) (6)(7):
Suy luận ta có công thức (4) (5) (6)(7) vì
+Ta luôn có t1 < T; t2 < T; t3 < T; t4 < T nên phải tính riêng thời điểm t1, t2 , t3, t4 + Vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 4 lần trong 1 chu kỳ
+Ở các thời điểm tiếp theo t5, t6 tn tương ứng với các lần vật dao động điều hòa
đi qua vị trí nào đó lần thứ 5,6 n thì vật dao động điều hòa cứ đi qua 4 lần thì tốn thời gian nguyên 1T
Lưu ý:
Điểm mấu chốt trong phương pháp này chính là đưa ra được công thức (1)
(2) (3) (4) (5) (6) (7) Đây chính là quy luật tổng quát tìm thời điểm của lần thứ
n khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần , 2 lần hay 4 lần trong 1 chu kỳ.
Trang 72.2 Trực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.
a/ Tính chính xác và thực tế.
Địa điểm: Khảo sát tại các lớp 12C1; 12C2; 12C3,12C4 trường THPT Tĩnh gia 3
Thời gian thực hiện: Tháng 3 năm 2018
b/ Kết quả khảo sát thực trạng.
Trước khí áp dụng phương pháp giải nhanh, thì học sinh làm dạng bài toán
tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần, 2 lần hay 4 lần trong 1 chu kỳ thu được kết quả thông qua kiểm tra vở bài tập như sau:
TT Tênlớp sốSĩ
Mức độ hoàn thành bài tập(%) Dưới 50% (50->65)% (65->80)% (80->100)%
Kết quả
Kết quả kiểm tra 40 câu/50 phút của học sinh các lớp:
TT Tênlớp Sĩ số
Kết quả bài kiểm tra 15 phút Dưới 5đ (5,0->6,5)đ (6,75->8,0)đ (8,25->10)đ
Kết quả
Qua hai bảng số liệu trên có thể thấy rằng kết quả học tập của học sinh về dạng bài toán này không cao Gây tâm lý hoang mang cho thầy và trò, học sinh hiểu bài ít, dẫn đến sự hứng thú với bài học giảm sút Đứng trước thực trạng đó người thầy phải tìm ra một phương pháp giải nhanh dễ hiểu với mọi đối tượng lực học của học sinh Vì vậy đề tài này sẽ góp phần khắc phục những khó khăn trên và xây dựng giải pháp nâng cao hiệu quả giáo dục môn Vật lí trong nhà trường
Trang 82.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.
Phương pháp giải nhanh bài toán tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua
vị trí nào đó 1 lần, 2 lần hay 4 lần trong 1 chu kỳ được chia làm 3 dạng sau đây:
2.3.1 Dạng 1: Tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 1 lần trong 1 chu kì.
Phương pháp giải
Bước 1: Tính thời điểm ban đầu t0 = 0 x0 = ?, v0 > ≤ 0 ?
Tính thời điểm vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó lần thứ nhất
t1 kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0
Bước 2: Áp dụng công thức xác định thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua
vị trí nào đó lần thứ n kể từ thời điểm ban đầu t0:
tn = t1 + (n-1)T
Bước 3: Thay số.
Bài tập vận dụng.
Cho một vật dao động điều hòa có phương trình x = 10cos(2πt + π/3)cm lấy πt + πt + π/3)cm lấy π/3)cm lấy πt + π/3)cm lấy π2 =
10 Tìm thời điểm kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0 khi vật dao động điều hòa đến biên dương lần thứ 2, 3, 2017, 2018
Lời giải.
Bước 1: Tại thời điểm ban đầu t0 = 0 x0 = 5cm, v0 < 0
Thời điểm vật dao động điều hòa đến biên dương lần thứ nhất t1 kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0:
6 ( )
5 6
5
Bước 2: Áp dụng công thức xác định thời điểm vật dao động điều hòa đi qua vị
trí nào đó lần thứ n kể từ thời điểm ban đầu t0:
tn = t1 + (n-1)T
Bước 3: Thay số ta có:
6 ( )
11 6
11 6
5
1
2 t T T T T s
6 ( )
17 6
17 2 6
5 2
1
3 t T T T T s
12101 6
12101 2016
6
5 2016
1
12107 6
12107 2017
6
5 2017
1
Bài tập luyện tập.
Cho một vật dao động điều hòa có phương trình x = 10cos(2πt + π/3)cm lấy πt + πt + π/3)cm lấy π/3)cm lấy πt + π/3)cm lấy π2 =
10 Tìm thời điểm kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0 khi vật dao động điều hòa
a) đến biên âm lần thứ 2, 3, 2017, 2018
b) đi qua vị trí có x = 5 2cm ngược chiều dương lần thứ 8, 9, 8888, 9999 c) đi qua vị trí có giá trị v = 20πt + π/3)cm lấy π cm/s lần thứ 2, 3, 2017, 2018
d) đi qua vị trí có a = 200 cm/s2 theo chiều dương lần thứ 2, 3, 2017, 2018
Đáp số:
Trang 9a) 3( )
4 3
4 3
1
2 t T T T T s
7 3
7 2 3
2
1
3 t T T T T s
6049 3
6049 2016
3
2016
1
6052 3
6052 2017
3
2017
1
173 24
173 7
24
5 7
1
197 24
197 8
24
5 8
1
213293 24
213293 8887
24
5 8887
1
239957 24
239957 9998
24
5 9998
1
19 12
19 12
7
1
2 t T T T T s
31 12
31 2 12
7 2
1
3 t T T T T s
24199 12
24199 2016
12
7 2016
1
24211 12
24211 2017
12
7 2017
1
3 2
3 2
1
2 t T T T T s
t
5 2
5 2 2
2
1
3 t T T T T s
4033 2
4033 2016
2
2016
1
4035 2
4035 2017
2
2017
1
2.3.2 Dạng 2: Tìm thời điểm khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó 2 lần trong 1 chu kì.
Phương pháp giải
Bước 1: Tính thời điểm ban đầu t0 = 0 x0 = ?, v0 =?
Tính thời điểm vật dao động điều hòa đi qua vị trí nào đó lần thứ nhất
t1 và lần thứ hai t2 kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0
Bước 2: Áp dụng công thức xác định thời điểm vật dao động điều hòa đi qua vị
trí nào đó lần thứ n kể từ thời điểm ban đầu t0:
* Nếu n lẻ n= 2a+1 tn = t1 + aT
* Nếu n chẵn n= 2b+2 tn = t2 + bT Với n, a, b là số nguyên dương
a, b có thể giống nhau hoặc khác nhau
Bước 3: Thay số.
Bài tập vận dụng.
Trang 10Cho một vật dao động điều hòa có phương trình x = 8cos(4πt + π/3)cm lấy πt + 2πt + π/3)cm lấy π/3)cm lấy πt + π/3)cm lấy π2 =
10 Tìm thời điểm kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0 khi vật dao động điều hòa đi qua vị trí có li độ 4 3cm lần thứ 5, 10, 6666, 7777
Lời giải.
Bước 1: Tại thời điểm ban đầu t0 = 0 x0 = -4cm, v0 < 0
Thời điểm vật dao động điều hòa đi vị trí có li độ 4 3cm lần thứ nhất t1 và lần thứ hai t2 kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0:
24 ( )
7 12
7
9 12
9
Bước 2: Áp dụng công thức xác định thời điểm vật dao động điều hòa đi qua vị
trí nào đó lần thứ n kể từ thời điểm ban đầu t0:
+ Nếu n lẻ n= 2a+1 tn = t1 + aT
+ Nếu n chẵn n= 2b+2 tn = t2 + bT
Với n, a, b là số nguyên dương
a, b có thể giống nhau hoặc khác nhau
Bước 3: Thay số ta có:
24( )
31 12
31 2 12
7 2
1
5 t T T T T s
) ( 24
57 12
57 4 12
9 4
2
10 t T T T T s
) ( 24
39993 12
39993 3332
12
9 3332
2
) ( 24
46663 12
46663 3888
12
7 3888
1
Bài tập luyện tập.
Cho một vật dao động điều hòa có phương trình x = 8cos(4πt + π/3)cm lấy πt + 2πt + π/3)cm lấy π/3)cm lấy πt + π/3)cm lấy π2 =
10 Tìm thời điểm kể từ thời điểm ban đầu t0 = 0 khi vật dao động điều hòa a) đi qua vị trí có li độ 4cm lần thứ 3, 4, 2017, 2018
b) đi qua vị trí có giá trị vận tốc v = 16 2πt + π/3)cm lấy π lần thứ 3, 4, 2017, 2018
c) đi qua vị trí có giá trị gia tốc a = 640 3 cm/s2 lần thứ 3, 4, 2017, 2018
d) đi qua vị trí động năng cực đại lần thứ 3, 4, 2017, 2018
e) đi đến vị trí có thế năng cực đại lần thứ 8,9,1999,2000
3 2
3 2
1
3 t T T T T s
t
) ( 12
11 6
11 6
5
2
4 t T T T T s
) ( 4
2017 2
2017 1008
2
1008
1
) ( 12
6053 6
6053 1008
6
5 1008
2
31 24
31 24
7
1
3 t T T T T s
) ( 48
37 24
37 24
13
2
4 t T T T T s
) ( 48
24199 24
24199 1008
24
7 1008
1