SKKN giải bài toán dao động tắt dần theo định hướng trắc nghiệm

Với mong muốn xây dựng hoàn thiện được phương pháp giảng dạy của mình,phục vụ trực tiếp cho nhiệm vụ giảng dạy, tạo đam mê học tập cho học sinh, trong năm học này khi được phân công giản

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

1 Lời giới thiệu

Môn Vật lý là một bộ phận khoa học tự nhiên nghiên cứu về các hiện tượngvật lý Những thành tựu của vật lý được ứng dụng vào thực tiễn sản xuất và ngượclại chính thực tiễn sản xuất đã thúc đẩy khoa học vật lý phát triển Vì vậy học vật

lý không chỉ đơn thuần là học lý thuyết vật lý mà phải biết vận dụng vật lý vàothực tiễn sản xuất Do đó trong quá trình giảng dạy người giáo viên phải rèn luyệncho học sinh có được những kỹ năng, kỹ xảo và thường xuyên vận dụng nhữnghiểu biết đã học để giải quyết những vấn đề thực tiễn đặt ra

Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằmcung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện

về vật lý Hệ thống kiến thức này phải thiết thực và có tính kỹ thuật tổng hợp vàđặc biệt phải phù hợp với quan điểm vật lý hiện đại

Bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sứcquan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông.Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý các học sinh sẽ có được những kỹ năng

so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tưduy của học sinh Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức có hệthống cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tìnhhuống cụ thể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn

Hiện nay, trong xu thế đổi mới của ngành giáo dục về phương pháp giảng dạycũng như phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả giảng dạy và thi tuyển Trắcnghiệm khách quan đang trở thành phương pháp chủ đạo trong kiểm tra đánh giáchất lượng dạy và học trong nhà trường trung học phổ thông Điểm đáng lưu ý lànội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vữngtoàn bộ kiến thức của chương trình, tránh học tủ, học lệch và để đạt được kết quảtốt trong việc kiểm tra, thi tuyển học sinh không những phải nắm vững kiến thức

mà còn đòi hỏi học sinh phải có phản ứng nhanh, có cách làm phù hợp đối với cácdạng toán, đặc biệt các dạng toán mang tính chất khảo sát mà các em thường gặp Hiện nay nội dung của đề thi đại học môn vật lý chủ yếu thuộc về chươngtrình lớp 12 Trong chương trình vật lí 12, “ Dao động tắt dần” là một đơn vị kiếnthức không lớn nhưng những lời giải trước đây cho đơn vị kiến thức này là khá dàidòng, không phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm

Với mong muốn xây dựng hoàn thiện được phương pháp giảng dạy của mình,

phục vụ trực tiếp cho nhiệm vụ giảng dạy, tạo đam mê học tập cho học sinh,

trong năm học này khi được phân công giảng dạy môn vật lí khối 12 tôi đã tập hợp,

hệ thống lại những kiến thức, kỹ năng của mình từ nhiều năm trước để hoàn thiện

đề tài: “GIẢI BÀI TOÁN DAO ĐỘNG TẮT DẦN THEO ĐỊNH HƯỚNG TRẮC NGHIỆM”.

2.Tên sáng kiến: Giải bài toán dao động tắt dần theo định hướng trắc nghiệm.

3 Tác giả sáng kiến:

- Họ và tên: Nguyễn Thiệu Hoàng

- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Định Trung – Vĩnh Yên – Vĩnh Phúc

- Số điện thoại: 0988 900 387 E_mail: Nguyenthieuhoangvp@gmail.com

4 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Nguyễn Thiệu Hoàng

5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giảng dạy, ôn, luyện thi Trung học phổ thông

quốc gia

6 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu: Học kì 1 - năm học 2019-2020.

7 Mô tả bản chất của sáng kiến:

Trước đây bài tập về “ Dao động tắt dần” thường được xử lí bằng phương phápnăng lượng, đây là phương pháp có ưu điểm là đi sâu vào bản chất vật lí của kiến

thức, nhưng có nhược điểm lớn là mất nhiều thời gian khi áp dụng cho học sinh

để làm đề thi Trung học phổ thông quốc gia hiện nay, một đề thi 40 câu với thờigian làm bài 50 phút Trong đề tài này phương pháp được sử dụng là phương pháp

sử dụng là phương pháp làm bài tập về dao động điều hòa ( một đơn vị kiến thứclớn, quen thuộc với học sinh) để làm bài tập về dao động tắt dần với ưu tiên là xử lígọn, nhanh chóng đưa ra được đáp số cho bài tập, đáp ứng yêu cầu của sự giới hạnthời gian khi dự thi Trung học phổ thông quốc gia

I.Các câu hỏi thường gặp:

CH1: Tính vận tốc, quãng đường sau khi vật dao động thời gian t hoặc ngược

lại ( tính thời gian để vật có vận tốc v, đi được quãng đường s)

CH2: Tính thời gian vật dao động cho đến khi dừng lại.

CH3: Xác định vị trí vật dừng lại.

CH4: Xác định quãng đường vật đi được cho đến khi dừng lại.

2

II.Lý thuyết cơ bản:

LT1: Ta chỉ xét bài tập về dao động tắt dần với lực cản có độ lớn không đổi như

lực ma sát trượt Vì vậy có thể quy bài tập dao động tắt dần về bài toán con lắc lò

xo chịu tác dụng của lực lạ ( lực ngoài), tức là:

+ Chu kì, tần số dao động của con lắc không thay đổi ( so với khi không có lựccản)

+ Vị trí cân bằng của vật dịch chuyển theo chiều của lực cản một đoạn

+ O1 là vị trí cân bằng của quá trình dao động điều hòa khi vật dao động từ trái

sang phải ( vì lực ma sát hướng từ phải sang trái mà vị trí cân bằng dịch chuyểntheo chiều của lực lạ)

+ O2 là vị trí cân bằng của quá trình dao động điều hòa khi vật dao động từ phải

sang trái ( vì lực ma sát hướng từ trái sang phải mà vị trí cân bằng dịch chuyểntheo chiều của lực lạ)

LT3: Vì lực ma sát đổi chiều khi vật đổi chiều chuyển động nên ta tách dao động

tắt dần thành các nửa chu kì liên tiếp (trong một nửa chu kỳ, vật không đổi chiềuchuyển động) và trong mỗi nửa chu kì này vật dao động điều hòa

LT4: Hệ thống kí hiệu:

A: Biên độ đầu tiên của quá trình dao động tắt dần.

A’: Biên độ thứ 2 của quá trình dao động tắt dần.

A1: Biên độ đầu tiên của quá trình dao động điều hòa.

A2; A3,…An: Biên độ của quá trình dao động điều hòa thứ 2, thứ 3… thứ n.

LT5: Trong quá trình dao động nếu ở một lúc nào đó mà vị trí biên của vật thuộc

đoạn O1O2 thì vật sẽ dừng lại vì khi này lực đàn hồi của lò xo không thắng đượclực ma sát nghỉ vì khi này: Fđh=k.Δl≤k.xl≤k.x0=µmg

LT6: Độ giảm biên độ sau mỗi nửa chu kỳ là Δl≤k.xA=2x0 (2)

Chứng minh (2): Δl≤k.xA=A-A’ =(A1+x0) - (A1-x0) = 2x0= A1-A2

III.Vận dụng lý thuyết cơ bản để giải quyết các câu hỏi thường gặp.

CH1: Tính vận tốc, quãng đường sau khi vật dao động thời gian t hoặc ngược

lại ( tính thời gian để vật có vận tốc v, đi được quãng đường s): Làm như bài tập

về dao động điều hòa khi xét cho từng nửa chu kì

CH2: Tính thời gian vật dao động cho đến khi dừng lại + CH3: Xác định vị trí

CH2: Tính thời gian vật dao động cho đến khi dừng lại:

TH1: Nếu 0,m≤0.5 0,m.Δl≤k.xA≤0,5.2x0= x0  Sau khi thực hiện n nửa daođộng biên độ dao động tắt dần của vật nhỏ hơn x0. Kết hợp với LT5 và LT6 nhận

4

O

x

thấy, cho đến khi dừng lại vật thực hiện được số nửa dao động là N=n Thời gian

vật dao động cho đến khi dừng lại là:

TH2: Nếu 0,m>0.5 0,m.Δl≤k.xA>0,5.2x0= x0  Sau khi thực hiện n nửa daođộng biên độ dao động tắt dần của vật vẫn lớn hơn x0, nên vật sẽ thực hiện đượcthêm một nửa dao động điều hòa với biên độ An+1=0,m.Δl≤k.xA-x0 nữa rồi mới dừng lại

An+1 An+1 x

0,m.Δl≤k.xA

 vật dừng lại tại vị trí cách vị trí cân bằng ( vị trí lò xo không biến dạng) đoạnx=x0- (0,m.Δl≤k.xA-x0)=(1-0,m)Δl≤k.xA

CH4: Xác định quãng đường vật đi được cho đến khi dừng lại:Từ CH2 ta đã

xác định được số nửa dao động vật đã thực hiện được cho đến khi dừng là là N.Quãng đường vật đã thực hiện cho đến khi dừng lại là:

Ví dụ 1: Con lắc lò xo nằm ngang k=20N/m; m=200g, hệ số ma sát giữa vật và

mặt phẳng ngang là µ=0,1 Đẩy vật đến vị trí lò xo nén 10cm rồi buông nhẹ Lấyg=10m/s2

a Tính độ dãn cực đại của lò xo trong quá trình vật dao động

b Tính tốc độ cực đại của vật trong quá trình dao động

c Tính tốc độ của vật khi lần đầu tiên qua vị trí cân bằng

d Tính tốc độ của vật khi lần thứ hai qua vị trí cân bằng

e Tính tốc độ của vật sau khi đi được quãng đường 4,5cm

f Tính tốc độ của vật sau khi đi được quãng đường 20cm

g Tính quãng đường vật đi được sau khi dao động 15s.



h Tính quãng đường vật đi được sau khi dao động

2 s.

15



LỜI GIẢI

6

b.Tốc độ cực đại: VMax=ωAA1=90cm/s.

c.Tốc độ khi lần đầu tiên qua vị trí cân bằng ( qua O): Là tốc độ của quá trìnhdao động điều hòa từ trái sang với vị trí cân bằng O1, với biên độA 1  A x  0  9cm.

2  quãng đường vật đi được là của quá trình dao

động điều hòa từ trái sang với vị trí cân bằng O1:

1 1

A

2

 Quãng đường vật đi được là: S=S1+S2=21,5cm

Ví dụ 2: Con lắc lò xo nằm ngang k=10N/m; m=100g hệ số ma sát giữa vật và mặt

phẳng ngang là µ=0,1 Kéo vật đến vị trí lò dãn 7cm rồi truyền cho vật vận tốcv=80cm/s hướng dọc theo trục cuả lò xo Lấy g=10m/s2 Tính vận tốc cực đại củavật khi dao động nếu

a.Vật được truyền vận tốc hướng về vị trí cân bằng

b.Vật được truyền vận tốc hướng ra xa cân bằng

Quá trình dao động điều hòa đầu tiên là của quá trình dao động điều hòa từ phải

sang với vị trí cân bằng O2 với biên độ:

Quá trình dao động điều hòa đầu tiên là của quá trình dao động điều hòa từ trái

sang với vị trí cân bằng O1 với biên độ:

Vận tốc cực đại của vật là 93,14cm/s

Ví dụ 3: Con lắc lò xo nằm ngang k=40N/m; m=100g hệ số ma sát giữa vật và mặt

phẳng ngang là µ=0,2 Kéo vật đến vị trí lò dãn A buông nhẹ Lấy g=10m/s2 Tính

thời gian vật dao động cho đến khi dừng lại; xác định vị trí vật dừng lại; tính quãngđường vật dao động cho đến khi dừng lại nếu

Thời gian vật dao động cho đến khi dừng lại là:

3 Vận dụng: Câu 6 đến Câu 22 + Câu 25 đến Câu 38.

4 Vận dụng cao: Câu 23+ Câu 24 + Câu 39 + Câu 40.

Câu 1: Dao động tắt dần là dao động có

A thế năng luôn giảm theo thời gian B động năng luôn giảm theo thời gian.

C biên độ giảm dần theo thời gian @ D li độ luôn giảm theo thời gian.

Câu 2: Một vật dao động tắt dần có các đại lượng giảm liên tục theo thời gian là

A biên độ và tốc độ B biên độ và gia tốc.

C li độ và tốc độ D biên độ và năng lượng @

Câu 3: Trong những dao động tắt dần sau đây, trường hợp nào sự tắt dần nhanh

là có lợi?

A Quả lắc đồng hồ.

B Khung xe máy sau khi qua chỗ đường gập ghềnh @

C Chiếc võng.

D Con lắc lò xo trong phòng thí nghiệm.

Câu 4: Khi nói về dao động cơ tắt dần của một vật, phát biểu nào sau đây đúng?

A Li độ của vật luôn giảm dần theo thời gian.

B Biên độ dao động giảm dần theo thời gian.@

C Gia tốc của vật luôn giảm dần theo thời gian.

D.Vận tốc của vật luôn giảm dần theo thời gian.

Câu 5: Một con lắc lò xo dao động tắt dần Sau mỗi dao động, biên độ của con

lắc giảm 5% Tính phần trăm năng lượng bị mất đi sau một dao động toàn phần

Câu 6: Một con lắc lò xo gồm một vật có khối lượng m = 10g gắn với lò xo có

độ cứng k = 1N/m dao động trên mặt phẳng ngang Hệ số ma sát trượt giữa vật vàmặt phẳng nằm ngang là µ=0,05 Ban đầu đưa vật đến vị trí mà lò xo bị nén 10cm

và thả ra Tính tốc độ lớn nhất mà vật đạt được trong quá trình dao động

A 90cm/s B 95cm/s @ C 87,5cm/s D 9m/s.

Câu 7: Một con lắc lò xo gồm một vật có khối lượng m=10g gắn với lò xo có độ

cứng k=1N/m dao động trên mặt phẳng ngang Hệ số ma sát trượt giữa vật vàmặt phẳng nằm ngang là µ=0,05 Ban đầu đưa vật đến vị trí mà lò xo bị nén10cm và thả ra Tính độ dãn lớn nhất của lò xo

Câu 8: Một con lắc lò xo đặt trên mặt phẳng nằm ngang gồm lò xo nhẹ có độ cứng

1 N/m và vật nhỏ khối lượng 20 g Ban đầu giữ vật ở vị trí lò xo bị giãn 10 cm rồi

12

buông nhẹ Lấy g=10m/s2 Tốc độ lớn nhất của vật Hệ số ma sátgiữa vật và mặt phẳng ngang là

C©u 9: Một con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng 50g, lò xo có độ cứng 50N/

m Do có ma sát nên con lắc dao động tắt dần chậm trên mặt phẳng nằm ngang.Biết rằng sau mỗi lần qua vị trí cân bằng thì biên độ dao động của con lắc giảm đi1mm Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang là

A 0,01 B 0,02 C 0,03 D 0,05.@

Câu 10: Một con lắc lò xo đặt trên mặt bàn nằm ngang, gồm vật có khối lượng

m=100g, lò xo nhẹ có độ cứng k=100N/m Kéo vật ra khỏi vị trí lò xo không biếndạng theo phương ngang một đoạn 5cm rồi buông cho vật dao động Lấy g=10m/

s2 Do có lực ma sát nên vật dao động tắt dần, sau khi thực hiện được 10 dao độngvật dừng lại ở vị trí lò xo không biến dạng Hệ số ma sát giữa vật với mặt sàn là

Câu 11: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm vật nhỏ khối lượng 200 gam, lò xo có độ

cứng 10 N/m, hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt phẳng ngang là Ban đầu vậtđược giữ ở vị trí lò xo giãn , rồi thả nhẹ để con lắc dao động tắt dần, lấy

Trong khoảng thời gian kể từ lúc thả cho đến khi tốc độ của vật bắt đầugiảm thì độ giảm thế năng của con lắc là

Câu 12: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có độ cứng vật cókhối lượng Hệ số ma sát vật và mặt ngang Từ vị trí vật đang nằmyên và lò xo không biến dạng, người ta truyền cho vật vận tốc theochiều làm lò xo dãn và vật dao động tắt dần Độ dãn cực đại của lò xo là

v 100 /

A B C D @

Câu 13: Một lò xo nằm ngang có có một đầu được gắn cố định, đầu kia

được gắn một vật có khối lượng 100g Vật chuyển động có ma sát trên mặt bàn nằm ngang dọc theo trục lò xo Ban đầu đưa vật đến vị trí lò xo bị nén 6 cm rồi buông nhẹ Khi đến vị trí lò xo bị nén 4 cm, vật có tốc độ 40 cm/s Khi qua vị trí lò

A 20√22 cm/s@ B 80√2 cm/s C 20√10

Câu 15: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm vật nhỏ có khối lượng 1 kg, lò xo có

độ cứng 160 N/m Hệ số ma sát giữ vật và mặt ngang là 0,32 Ban đầu giữ vật ở vịtrí lò xo nén 10 cm, rồi thả nhẹ để con lắc dao động tắt dần Lấy g=10m/s2 Quãng

đường vật đi được trong kể từ lúc bắt đầu dao động là

A 22 cm B 19 cm C 16 cm D 18 cm @

Câu 16: Một con lắc lò xo có độ cứng k=10N/m, khối lượng vật nặng m=100g,

dao động trên mặt phẳng ngang, được thả nhẹ từ vị trí lò xo giãn 6cm so với vị trícân bằng Hệ số ma sát trượt giữa con lắc và mặt bàn bằng μ=0,2 Thời gianchuyển động của vật m từ lúc ban đầu đến vị trí lò xo không biến dạng là

Câu 17: Một con lắc lò xo có độ cứng k =100N/m, vật nặng m =100g dao động tắt

dần trên mặt phẳng nằm ngang do ma sát, với hệ số ma sát Ban đầu vật có

li độ lớn nhất là 10cm Lấy g =10m/s2 Tốc độ lớn nhất của vật khi qua vị trí cânbằng là

Câu 18: Một con lắc lò xo dao động tắt dần trên mạt phẳng nằm ngang m=0,1kg,

μ=0,05 Khi vật ở vị trí lò xo không biến dạng kích thích cho vật dao động bằngcách truyền cho vật vận tốc v=1m/s và vật đi được quãng đường 10cm thì lại trở lại

vị trí lò xo không biến dạng Tính độ lớn vận tốc của vật khi vật đi được 10cm?

Câu 20: Một con lắc đơn dao động tắt dần chậm trong không khí với biên độ ban

đầu là 10cm, chu kì T=2s Sau khi dao động 200 lần thì vật dừng lại ở vị trí cânbằng Biết vật có khối lượng 100g Lấy g=10m/s2 và Tính lực cản củakhông khí tác dụng vào vật

A 25.10-4N B 2,5.10-4N C 12,5.10-5N @ D 1,25.10-5N Câu 21: Trong một lần làm thí nghiệm với con lắc lò xo, gồm vật nặng 500g và lò

xo độ cứng 40N/m, dao động trên mặt phẳng nằm ngang, bạn Bình nhận thấy rằngkhi kéo vật khỏi vị trí cân bằng một đoạn đến điểm M rồi thả nhẹ thì sau 2 lần vậtqua vị trí cân bằng nó chỉ trở về được đến điểm N gần M nhất cách M một đoạn

1 , 0

1cm Bình biết rằng đó là do ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang nhưng không biếtphải tính hệ số ma sát như thế nào Còn bạn, nếu lấy g=10m/s2 thì bạn sẽ tính được

hệ số ma sát này là

Câu 22: Một con lắc lò xo dao động trên mặt sàn nằm ngang gồm một lò xo nhẹ

có độ cứng k=10N/m, một đầu gắn cố định, đầu còn lại gắn vào vật khối lượngm=100g Hệ số ma sát giữa vật với mặt sàn là μ=0,1 Ban đầu đưa vật đến vị trí lò

xo bị nén một đoạn 10cm và thả ra Lấy g=10m/s2 Khi vật dừng lại thì lò xo

A nén 2cm B dãn 1cm C nén 1cm D không biến dạng@

Câu 23: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,1 kg và lò xo có độ cứng 10

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 0,15 Ban đầu giữ vật ở vị trí lò xo bị nén 7

cm rồi buông nhẹ để con lắc dao động tắt dần Lấy g = 10 m/s2 Khi vật dừng lại thì

lò xo

A nén 1,5 cm B dãn 1 cm C nén 1 cm.@ D dãn 1,5 cm Câu 24: Con lắc lò xo trên mặt phẳng nằm ngang, lò xo có độ cứng 10N/m, vật

nhỏ có khối lượng 50g Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng là 0,2 cho g=10m/s2.Đưa vật tới vị trí lò xo bị giãn một đoạn 9,5cm rồi thả nhẹ Vật dừng lại tại vị trí

A lò xo nén 0,5cm B lò xo giãn 0,5cm@

C lò xo nén 0,2cm D lò xo giãn 0,2cm.

Câu 25: Một con lắc lò xo dao động trên mặt phẳng nằm ngang có hệ số ma sát

=0,1 Lò xo có độ cứng k=40N/m, vật có khối lượng m=50g, lấy g=10m/s2

, lấy

π2=10 Lúc đầu đưa vật đi tới vị trí cách vị trí cân bằng 5cm rồi buông nhẹ để vậtdao động tắt dần Tính quãng đường vật đi được cho đến khi dừng lại?

Câu 26: Một con lắc lò xo dao động trên mặt sàn nằm ngang gồm một lò xo nhẹ

có độ cứng k=10N/m, một đầu gắn cố định, đầu còn lại gắn vào vật khối lượng

16