SKKN khắc phục một số sai lầm của học sinh khi giải bài tập trắc nghiệm dao động cơ tắt dần, dao động điện từ tắt dần

Nhóm các bài toán về dao động cơ tắt dần và dao động điện tắt dần là một trong những nhóm bài tập phức tạp và khó nhất trong chương, không chỉ học sinh có học lực trung bình mà kể cả học

Trang 1

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài

Trong chương trình cải cách giáo dục hiện nay, vấn đề đổi mới phương pháp dạy học lấy học sinh làm trung tâm đang là nội dung mà Bộ giáo dục và Đào tạo, các Sở giáo dục, các Nhà trường và toàn thể giáo viên quan tâm thực hiện Để góp phần vào nâng cao chất lượng giáo dục, chất lượng chung của nhà trường, là giáo viên bộ môn vật lí tôi nhận thấy môn vật lí khá gần với cuộc sống hiện thực, tìm hiểu về vật lí giúp các em hoàn thiện được nhân cách, phát triển tri thức qua đó phát triển toàn diện về mọi mặt

Tôi thấy rằng thông qua việc giải các bài toán vật lí giúp học sinh vận dụng kiến thức và các thao tác thực hành vào thực tiễn Qua đó giúp học sinh rèn luyện khả năng tự học tự sáng tạo, khả năng làm việc độc lập Từ đó hình thành phát triển nhân cách toàn diện

Trong chương trình vật lí lớp 12, chương “Dao động cơ học” và chương

“Dao động và sóng điện từ” có nhiều dạng bài tập phức tạp và khó Nhóm các bài toán về dao động cơ tắt dần và dao động điện tắt dần là một trong những nhóm bài tập phức tạp và khó nhất trong chương, không chỉ học sinh có học lực trung bình mà kể cả học sinh có học lực khá, giỏi thường rất lúng túng trong việc tìm cách giải bài toán này và thường mắc một số sai lầm Vậy làm cách nào

để giải tốt bài toán dao động tắt dần trong cơ học và trong điện từ đồng thời khắc phục một số sai lầm khi giải bài tập trắc nghiệm là một vấn đề mà tôi luôn luôn trăn trở, bổ sung, đúc rút kinh nghiệm cho mình trong những giờ đứng lớp

1.2 Mục đích nghiên cứu

Xuất phát từ thực trạng trên, qua kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm và nhằm giúp cho học sinh khối 12 có thể phát triển hoàn thiện hơn về kĩ năng giải nhanh bài toán dao động cơ và dao động điện từ tắt dần nên tôi mạnh dạn áp dụng đề

tài : “KHẮC PHỤC MỘT SỐ SAI LẦM CỦA HỌC SINH KHI GIẢI BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM DAO ĐỘNG CƠ TẮT DẦN, DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ TẮT DẦN, VẬT LÍ 12” để góp phần nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy học

của nhà trường nói chung và của khối lớp 12 nói riêng Góp phần tạo điều kiện tốt hơn để các em có điều kiện học tập cao hơn sau này

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Các bài tập về dao động tắt dần trong cơ học, trong dao động điện từ và khắc phục một số sai lầm của học sinh

Học sinh lớp 12 trường THPT Vĩnh Lộc đang ôn thi THPT Quốc Gia

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết về dao động tắt dần, xây dựng các công thức mới; chọn lọc phương pháp giải bài tập nhanh, ngắn gọn và khắc phục các sai lầm của học sinh khi làm bài tập trắc nghiệm

Trang 2

1.5 Những điểm mới của sáng kiến

- Học sinh hiểu và biết rõ nguyên nhân gây ra dao động tắt dần trong cơ học, trong dao động điện từ

- Học sinh vận dụng kiến thức, công thức giải nhanh được các bài tập trắc nghiệm, đồng thời nhận ra được mốt số sai lầm cần khắc phục đối với các đáp

án gây nhiễu trong các bài tập trắc nghiệm

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

- Căn cứ vào đặc điểm của bài toán dao động cơ tắt dần và dao động điện từ tắt dần là một trong những bài toán khó của môn vật lí lớp 12

- Căn cứ vào những khó khăn thực tế của học sinh lớp 12 khi giải bài toán dao động tắt dần và các đề thi THPT Quốc Gia, cũng như đề thi học sinh giỏi

- Nhằm giúp các em học sinh tự tin vượt qua những khó khăn và đạt kết quả cao trong các kỳ học sinh giỏi cũng như thi THPT Quốc Gia

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

Khi gặp bài toán dao động tắt dần trong các đề thi, đặc biệt là đề thi trắc nghiệm do không hiểu và giải được nên các em thường chọn đáp án theo cảm tính, đây là cách làm mà một số học sinh nhận xét là dựa vào may mắn Do các

em sinh không hiểu hoặc không thấy rõ được nguyên nhân gây tắt dần của dao động của con lắc, cảu mạch dao động điện từ là do yếu tố nào tác động đến từ đó

có cách giải phù hợp Vì trong chương trình hiện hành chỉ đề cập nhiều đến dao động “lý tưởng” mà trong sách giáo khoa không có bài tập nào về phần dao động tắt dần để các em học sinh vận dụng Học sinh chỉ được học lí thuyết đơn thuần với những cảm nhận định tính mà chưa có định lượng Qua khảo sát thực

tế tôi thấy rằng hơn 90% học sinh kể cả học sinh khá giỏi chưa hiểu và thành thạo trong việc giải bài toán dao động tắt dần trong cơ học, trong dao động điện

từ và thường mắc một số sai lầm khi giải các bài tập trắc nghiệm có các đáp án gây nhiễu

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

- Xây dựng hệ thống công thức và giải nhanh các loại bài tập vật lý ôn thi THPT Quốc Gia Đồng thời khắc phục một số sai lầm của học sinh

a Dao động cơ tắt dần

Kiến thức lí thuyết

- Dao động tắt dần là dao động

có biên độ giảm dần theo thời gian

- Nguyên nhân là do lực ma sát

và lực cản của môi trường tác động

vào vật dao động làm giảm cơ năng

dao động của vật dẫn đến biên độ



x

t

O

Trang 3

Lưu ý: Ta chỉ xét dao động tắt dần chậm, tức là dao động có chu kì coi như

không đổi nhưng có biên độ giảm dần

Các công thức áp dụng trong dao động tắt dần

* Một con lắc lò xo dao động cơ tắt dần với biên độ ban đầu là A (độ lệch khỏi vị trí cân bằng ban đầu) hệ số ma sát µ

+ Độ giảm biên độ:

Sau mỗi nửa chu kỳ : Theo định luật bảo toàn cơ năng:

2kA 2kA F ms A A 1

2F ms

k

Sau cả chu kì là: 4F ms

A k

 

Lưu ý: Nếu con lắc lò xo nằm ngang thì a 2 mg 2 2g

k



+ Biên độ sau nửa chu kì thứ n là : A n  A na

(Điều kiện: A n 0 n A

a

   ; n nguyên) + Số dao động toàn phần vật thực hiện được:

2

N A



+ Vật dừng lại khi F ms F hp N kx 0 nên vị trí x vật dừng lại nằm trong miền:  x0  x x0

+ Tốc độ cực đại của vật đạt được khi đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng: Theo định luật bảo toàn năng lượng:

2kA 2mv 2kx F ms A x

2mv 2k A x F ms A x

Tại vị trí vật đạt tốc độ lớn nhất thì dv 0

F x k

2 1

2

m

  Hoặc: v max   (A x 0 ) + Quãng đường đi được đến khi dừng lại:

C1: Tính : 0

mg

x =

k



;

0

A

n = = a, b

2 x

 

 

  => lấy phần nguyên a + Nếu b > = 5 => n = a + 1; + Nếu b < 5 => n = a

- Tính : x = A – 2nx0 =>  2 2

2

k A x s

mg







C2: Vật dao động đến nửa chu kì thứ n và biên độ dao động của vật lúc này

là A n: s n A na (2  ) (  A n x) với A n x0

Chứng minh:

Biên độ và quãng đường đi được sau mỗi nửa chu kì là:

A  A a s  A A  A a

Trang 4

2 1 2 ; 2 1 2 2 3

A A a A   a s A A  A a

1

.2 1 3 (2 1)

n i i



tổng trong dấu ngoặc là cấp số cộng bằng n2 Vậy s n A na (2  )( A n x0) + Thời gian vật dao động đến lúc dừng lại có thể được tính theo công thức:

.

N T

  hoặc

2

T n

  ( Chu kỳ dao động riêng T 2



 )

* Một con lắc đơn dao động tắt dần với biên độ góc nhỏ  0 do chịu tác dụng của lực cản có độ lớn không đổi F c

+ Độ giảm năng lượng sau mỗi chu kì:

2 2

2mgl   2mgl     mgl   s F c l F c

+ Độ giảm biên độ góc sau mỗi chu kì là: 4F c

mg



 

+ Số dao động thực hiện được: N 0





 + Độ lớn của lực cản: 0

4

c

mg T





( Trong đó: T 2 l

g



 ;  là thời gian dao động của con lắc) Trên đây là toàn bộ kiến thức lí thuyết và các tình huống mà các em gặp khi giải các bài tập dao động tắt dần con lắc đơn và con lắc lò xo, các công thức trên giáo viên hướng dẫn để học sinh có thể tự chứng minh để tạo niềm tin vào các công thức, từ đó các em có thể nhớ để vận dụng khi giải các bài tập nhanh và hiệu quả Đồng thời khắc phục được những sai lầm khi giải

Hướng dẫn giải nhanh một số bài tập và khắc phục một số sai lầm của học sinh.

Bài tập về con lắc lò xo

Câu 1: Một con lắc lò xo ngang gồm lò xo có độ cứng k=1N/cm và vật

m=100g, dao động trên mặt phẳng ngang, hệ số ma sát giữa vật và mặt ngang là

=0,02 Kéo vật lệch khỏi vị trí lò xo không biến dạng một đoạn 9,5cm rồi thả nhẹ cho vật dao động Quãng đường vật đi được từ khi bắt đầu dao động đến khi

dừng lại gần giái trị nào nhất sau đây?

Lời giải đúng:

0 F ms mg 2.10

Trang 5

Tính:

0

237,5 2

A n

x

Tính : x = A – 2nx0 =>  2 2

22,5624 2

k A x

mg





Sai lầm của HS:

- Năng lượng chuyển hết thành công của lực ma sát Chọn A

- Không nhớ gì Chọn B hoặc C

Câu 2: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có độ cứng của lò xo k =

100N/m; m = 0,4kg, g = 10m/s2 Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn 4cm rồi thả không vận tốc ban đầu Trong quá trình dao động thực tế có ma sát  = 5.10-3 Tốc độ lớn nhất mà vật đạt được kể từ lúc thả gần giá trị nào nhất sau

đây?

A 62,93cm/s B 63,25cm/s C 10cm/s D 25m/s

Ta có: F ms F hp N kx0 x0 mg 0,02cm

k



199

10

m

v   A x  cm s Chọn A

- Tốc độ lớn nhất khi qua VT lò xo không biến dạng lần đầu tiên:

ax 63, 25 /

m

v A  cm s Chọn B

Câu 3: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có độ cứng của lò xo k =

10N/m; m = 200g, g = 10m/s2 Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng để lò xo dãn một đoạn 5cm theo chiều dương của trục tọa độ (gốc O là vị trí lò xo không biến dạng) rồi thả không vận tốc ban đầu Trong quá trình dao động thực tế có ma sát

 =0,05 Thời gian chuyển động thẳng của vật từ lúc thả đến vị trí lò xo bị nén

1cm lần đầu tiên gần giá trị nào nhất sau đây?

Trong trục tọa độ Ox, phương trình dao động của vật có dạng:

0 cos( )

x x A t 

Với x0 mg 1cm

k



m

0

0 sin 0







Phương trình: x  1 4cos(5 2 )t cm

Tại vị trí lò xo nén 1cm, có x 1cm Suy ra: 2 0, 296

15

t   s Chọn C

- Viết sai phương trình dao động: x 5cos(5 2 )t Chọn A

Trang 6

- Viết đúng PT: x  1 4cos(5 2 )t cm Khi bấm máy tính để Chữ “D” trên mà

hình Chọn B

- Thời gian này:

4

T t

  Chọn D

Câu 4: Gắn một vật nhỏ có khối lượng m = 200g vào đầu một lò xo nhẹ có

độ cứng k = 80 N/m đầu kia của lò xo cố định Kéo m lệch khỏi vị trí cân bằng 10cm dọc theo trục lò xo rồi thả nhẹ cho vật dao động Biết hệ số ma sát giữa m

và mặt phẳng ngang là   0 , 1 (g = 10m/s2) Chiều dài quãng đường mà vật đi được cho tới lúc dừng lại tại vị trí cân bằng là

Do vật dừng lại tại vị trí cân bằng nên: 1 2

2kA F s ms mgs

 1. 2 80.0,12 2(

2 2.0,1.0, 2.10

kA

mg



- Không đổi đơn vị m ra kg Chọn B

- Để A(m), m(g) Chọn B

- Để A(cm), m(g) Chọn C

- Ghi sai công thức: s kA2

mg



 Chọn D

Câu 5: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm vật nặng khối lượng m =

100g và lò xo có k = 100N/m Nâng vật lên đến vị trí lò xo không biến dạng rồi truyền cho nó vận tốc 10 30cm / s hướng thẳng đứng lên trên O là VTCB

2

g  Nếu lực cản môi trường tác dụng lên con lắc không đổi F c  0,1N

Tính tốc độ lớn nhất của vật sau khi lò xo nén lần thứ nhất gần giá trị nào nhất sau đây?

A 0,585m/s B 0,617m/s C 0,548m/s D 0,610m/s

Cơ năng ban đầu của vật: W0 = 02 02 0,02( )

J

Vật chuyển động chậm dần đến vị trí cao nhất cách vị trí cân bằng đoạn bằng biên độ dao động sau khi truyền vận tốc:

2

1

0 ( 1 0 ) 1 0,0195

kA

Sau đó vât đi xuống nhanh dần và đạt tốc độ cực đại tại vị trí:

1 c 0,001( )

hp c

F

k

    Vậy v max   (A1  x1 ) 0,585( / )  m s Chọn A

- Áp công thức: v max  A1  ( / )m s Chọn B

Trang 7

- Hiểu nhầm tốc độ lớn nhất là lúc truyền Chọn C

Câu 6: Một con lắc lò xo gắn trên mặt phẳng nghiêng góc   60 0 so với mặt phẳng ngang m = 1kg, k = 10N/dm Từ vị trí cân bằng truyền cho vật vận tốc 50cm/s theo phương của trục lò xo Do có ma sát vật thực hiện được 25 dao động rồi dừng lại tại vị trí cân bằng Lấyg  10 /m s2 Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng bằng

Biên độ dao động ban đầu: 02 2 5

Ta có: 5 0,1

50

A

n

2 cos

ka mg





- Đổi sai độ cứng: k = 1N/m Chọn A

- Nhớ sai công thức hệ số ma sát:  2ka mg Chọn D

Câu 7: Một con lắc lò xo nằng ngang gồm một lò xo nhẹ có độ cứng

500 /

k  N m và vật nhỏ có khối lượng m 50g Hệ số giữa vật và mặt ngang là 0,3

  kéo vật theo phương ngang để lò xo giãn 1cm rồi thả nhẹ để vật dao động tắt dần Vật dừng lại cách vị trí lò xo không biến dạng một đoạn bằng

Vị trí lực hồi phục có độ lớn bằng lực ma sát: x0 mg 0,03cm

k



Độ giảm biên độ sau nửa chu kì đầu tiên:

4

6.10

ms

Biên độ sau nửa chu kì thứ n là: A n  A na Điều kiện: A n 0 n A 16,67

a

   

Ta có: A16  0,04cm x 0

Phương trình dao động của vật đến thời điểm này: x 0,03 0,01cos(100 )  t cm

Để tìm vị trí vật dừng lại và thời gian dao động của vật ta có hai cách:

Cách 1: Theo đinh luật bào toàn cơ năng: 2 2 2

2kA 2mv 2kx mg A  x Khi vật dừng lại thì v 0,từ đó có: 250x2 0,15x 2.10  5 0

    x 0,02cm

Cách 2: Khi vật dừng lại thì vận tốc bằng không, ta có:

17

100

v x    t   t   s

Khi đó 17

17 0,03 0,01cos( 100) 0,02

100

- Dừng lại tại vị trí cân bằng mới Chọn A

Trang 8

- Dừng lại bằng độ giải biên độ Chọn B

Câu 8: Một con lắc lò xo nằng ngang gồm một lò xo nhẹ có độ cứng

500 /

k  N m và vật nhỏ có khối lượng m 50g Hệ số giữa vật và mặt ngang là 0,3

  kéo vật theo phương ngang để lò xo giãn 1cm rồi thả nhẹ để vật dao động tắt dần Thời gian vật chuyển động đến khi dừng lại bằng

A 17 ( )

100 s



B ( )

100 s



C 15 ( )

100 s



D 16 ( )

100 s



 

C1: Thời gian dao động của vật đến khi dùng lại :

2

T

   ; Với t được xác định từ phương tình: 0,02 0,03 0,01cos(100 )   t ( )

100

100 100 100 s

C2: Theo Câu 7 Khi vật dừng lại thì vận tốc bằng không, ta có:

17

100

v x    t   t   s Chọn A

- Chỉ hiểu lấy

2

T n

  Chọn D

Bài tập về con lắc đơn

Câu 1: Một con lắc đơn gồm vật nhỏ khối lượng m = 1kg , dây dài l = 1m

dao động tại nơi có gia tốc g   2  10 /m s2 Từ VTCB kéo con lắc lệch góc

0

0 7, 2

  rồi buông nhẹ để vật dao động Nếu có lực cản tác dụng lên vật có độ lớn bằng 1/1000 độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật

a Hãy tính độ giảm biên độ góc sau chu kì đầu tiên và số dao động con lắc thực hiện được

A 4.10 rad 3 B 0,004 0 C 0,001 0 D 1.10 rad 3

4.10

c

F

rad mg

  

- Nhớ sai công thức: F c

mg



  Chọn D

- Nhớ nhầm đơn vị Chọn B và sai công thức chọn C

b Số dao động con lắc thực hiện được đến khi dừng lại bằng

số dao động thực hiện được: N 0 31





 

Trang 9

Câu 2: Một con lắc đơn có chu kì dao động là T = 2s, vật nặng có khối

lượng 3kg Kích thích cho con lắc dao động với biên độ góc 40 Lấy

2 10 / 2

g    m s Do có lực cản nên sau 16 phút 40 giây vật ngừng dao động Độ

lớn của lực cản gần giá trị nào nhất sau đây?

A 4,19.10 N 3 B 1.10 N 3

Độ lớn của lực cản: 0 1, 047.10 3

4

c

mg T





- Nhớ sai công thức: 0

c

mg T



  Chọn A

- Để đơn vị góc là độ Chọn D

- Không nhớ gì Chọn B

Câu 2: Một con lắc đơn có chu kì dao động là T = 2s, vật nặng có khối

lượng 3kg Kích thích cho con lắc dao động với biên độ góc 40 Lấy

2 10 / 2

g    m s Do có lực cản nên sau 16 phút 40 giây vật ngừng dao động Để duy trì dao động dùng bộ phận bổ sung năng lượng Bộ phận hoạt động nhờ một pin có E = 3V, hiệu suất 25% Pin trữ một năng lượng Q 10 3C Thời gian hoạt

động của đồng hồ sau mỗi lần thay pin gần giá trị nào nhất sau đây?

A 100 ngày B 117 ngày C 121 ngày D 90 ngày

Cơ năng ban đầu: 2

0

1

0,074 2

Ta có: 4F c

mg



  và số dao động thực hiện được: N 0

T





Độ biến thiên năng lượng sau mỗi chu kì c 0

WT

W 4F

4

l



Năng lượng cung cấp sau mỗi chu kì: 1

 Điện lượng mà pin giải phóng sau mỗi chu kì: W 1 4

E

WT q

E

Thời gian hoạt động của pin: 117,3

4



- Chọn ngẫu nhiên: A hoặc D

Câu 3: Một con lắc đơn dai l = 1m nặng 900g dao động với biên độ góc ban

đầu là 50 tại nơi có g = 10m/s2 do có lực cản nên sau 10 dao động biên độ còn

40 Để duy trì dao động với biên độ góc ban đầu thì cần cung cấp một năng

lượng với công suất gần giá trị nào nhất sau đây?

Trang 10

Chu kì con lắc đơn: T 2 l 1,987s

g



 

Độ giảm năng lượng sau 10 dao động: ( )

2

1

0 

 



Công suất củ bộ phẩn bổ sung năng lượng: W 4

6, 2.10 W 10T





- Để đơn vị góc là độ:Chọn B

- Biến thiên cơ năng:  W mgl c( os  0  cos )  và để chế độ màn hình máy tính casio chữ “D” Chọn D

- Biến thiên cơ năng:  W mgl c( os  0  cos )  và để chế độ màn hình máy tính casio chữ “R” Chọn C

Bài tập tự luyện.

Câu 1: Một con lắc lò xo có m = 200g; k = 10N/m dao động tắt dần trên mặt

phẳng nằm ngang Đưa vật tới vị trí lò xo bị nén 10cm rồi buông nhẹ Tốc độ lớn nhất của vật sau đó là 40 2cm/s Lấy g = 10m/s2 Hệ số ma sát μ giữa vật

và mặt phẳng ngang là

Câu 2: Một con lắc lò xo có m = 100g, k = 10N/m, dao động trên mặt phẳng

ngang với hệ số ma sát μ = 0,1 Kéo vật tới vị trí lò xo giãn A0 = 9,5cm rồi buông nhẹ Lấy g = 10m/s2 Vị trí mà vật dừng lại và quãng đường mà vật đi được từ lúc ban đầu cho tới khi dừng hẳn là

A 0,5cm; 45cm B 1,5cm; 45cm C 0,5cm; 44cm D – 0,5cm; 44cm

Câu 3: Một con lắc đơn dao động với chu kì T = 1s Để duy trì dao động

người ta dùng một hệ cơn học có công suất 3mW với hiệu suất 20% Công của lực cản khi vật năng con lắc đi từ VT biên về VTCB là

Câu 4: Một con lắc lò xo có độ cứng k = 10N/m, khối lượng vật nặng m = 100

g Kéo vật dọc theo trục của lò xo để lò xo giãn và buông nhẹ để vật dao động trên mặt phẳng ngang Sau một thời gian dao động đến thời điểm t thì độ giãn cực đại của lò xo là 6cm Biết hệ số ma sát trượt giữa con lắc và mặt bàn bằng μ = 0,2 Thời gian chuyển động thẳng của vật m từ thời điểm t đến vị trí lò xo không biến dạng là

A ( )

25 5 s



20 s



30 s



15 s



Câu 5: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có độ cứng k = 100N/m Vật

có khối lượng m = 400g Hệ số ma sát vật và mặt ngang là 0,1 Từ vị trí vật đang nằm yên và lò xo không biến dạng người ta truyền cho vật vận tốc v = 100cm/s theo chiều làm lò xo giãn và vật dao động tắt dần Biên độ dao động cực đại của vật là

A 5,9 cm B 6,8cm C 5,5 cm D 6,3 cm

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	663,5 KB