Hướng dẫn học sinh lớp 12 phương pháp giải nhanh bài tập tán sắc ánh sáng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁTRƯỜNG THPT LÊ LỢI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP DAO ĐỘNG CƠ TẮT DẦN Người thực hiện: Lê Văn H

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT LÊ LỢI

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP DAO ĐỘNG CƠ

TẮT DẦN

Người thực hiện: Lê Văn Hiểu

Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THPT Lê Lợi

SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lý

THANH HÓA NĂM 2017

Trang

1 MỞ ĐẦU

2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG 4 2.3 CÁC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HOẶC GIẢI PHÁP 4

DAO ĐỘNG THO PHƯƠNG NGANG

1 MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, khoa học tư nhiên, gây rất nhiều hứngthú cho học sinh khi học tập và nghiên cứu nó Nhưng cũng gây không ít khókhăn khi học sinh chưa hiểu kỹ và sâu các vấn đề cơ bản Đặc biêt ở khối lớp

12, liên quan trực tiếp đến các em khi thi học sinh giỏi các cấp, ôn thi THPTquốc gia

Xuất phát từ thực tiễn dạy và học nhiều năm ở trường THPT, đặc biệt liênquan trực tiếp đến việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi và dạy ôn thi đại học, bảnthân thấy việc phân loại và giải các bài tập của học sinh gặp rất nhiều khó

khăn, nhất là các bài tập về “ các loại dao động cỏ ”.Trong đó đặc biệt là các

bài toán liên quan đến khảo sát dao động tắt dần của con lắc lò xo, con lắcđơn

Những năm gần đây xu thế ra đề tuyển sinh đại học và cao đẳng rất hay vàkhó nhằm phân loại đối tượng học sinh, đánh giá đúng đối tượng dạy và họchiện nay.Việc chúng tôi trăn trở nhất là từ một số bài toán thi HSG tỉnh, kể cảthi GVG tỉnh và GVG trường những năm gần đây thường khai thác sâu cácbài tập về dao động tắt dần Nếu học sinh không được rèn luyện nhiều, khôngđược giải trước các dạng bài toán dạng này thì không đủ thời gian để giảiquyết các bài tập trong thời gian giờ thi Từ các yêu cầu đó mà bản thân mạnh

dạn nêu lên kinh nghiệm: về “Hướng dẫn học sinh phân loại và phương pháp giải các bài toán dao động cơ tắt dần".

Trong khuôn khổ đề tài này tôi chỉ đưa ra một số bài toán thuộc chươngtrình vật lý 12 để các em tiếp cận kiến thức và áp dụng giải các bài toán mộtcách dể dàng để các em yêu thích môn học và có kết quả tốt trong các kỳ thi

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Giúp học sinh phân tích tình huống, chủ động lựa chọn công thức hợp lí ápdụng vào các bài tập

Rèn luyện kỹ năng vận dụng lý thuyết vào giải bài tập

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đề tài áp dụng cho học sinh khối lớp 12 trường THPT và ôn thi THPT quốcgia

Ôn thi học sinh giỏi

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp rút ra những kết luận chungnhất cho vấn đề, từ đó áp dụng vào thực tế các bài toán

1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SKKN

Đề tài đã xây dựng công thức tổng quát khảo sát dao động tắt dần chậm cho

cả hai đối tượng: Con lắc lò xo và con lắc đơn

Đưa ra đại lương x0 = a

2 để khảo sát dao động trong từng khoảng 1

4 chu

kỳ giúp việc tính toán có độ chính xác cao hơn các tài liệu đã giới thiệu

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

-Từ những kiến thức đã được cung cấp trong sách giáo khoa vật lý 12 và những tài liệu tham khảo về dao động tắt dần chưa hệ thống được đầy đủ vàchưa có độ chính xác cao nhất khi áp dụng vào giải các bài này

2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG

KIẾN KINH NGHIỆM

Trong quá trình giảng dạy trên lớp, dạy bồi dưỡng ôn thi Đại học tại trường THPT Lê Lợi tôi nhận thấy một số em học sinh khi học phần dao động tắt dầnthường các em vận dụng tài liệu trên mạng Internet một cách thụ động, máy móc Vì thế khi gặp một bài toán như tìm tốc độ cực đại, thời gian, đường đi trong dao động tắt dần các em thường mò mẫm để đi tìm một công thức

mà minh xem là hợp lí mà quên đi việc tìm nguyên nhân để phân loại các bài toán dao động tắt dần

Trong phần bài tập này trong sách giáo khoa rất ít, công thức định lượng gần như không có thế nhưng trong các đề thi Đại học lại thường gặp

Bài toán loại này thường sử dụng nhiều kiên thức nhưng thời gian để giải quyết một câu trong đề thi lại ngắn

2.3 CÁC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HOẶC GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

-Đề tài đã giới thiệu, phân loại các dạng bài toán dao động tắt dần và phương pháp giải tương ứng giúp học sinh dễ dàng nhận biết các dạng bài tập

-Đề tài đưa ra đại lương x0 = a

2 để khảo sát dao động trong từng khoảng 1

4chu kỳ giúp việc tính toán có độ chính xác cao hơn các tài liệu đã giới thiệu

2.3.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Dựa vào công trình nghiên cứu về tâm lý lứa tuổi của các nhà khoa học

- Dựa vào lý luận chung cho các cấp học

- Tôi đã sử dụng đề tài này từ năm 2012 – 2015 cho đến nay với tổng số học sinh 270 em

2.3.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

- Dựa trên bài lý thuyết dao động tắt dần của con lắc lò xo và con lắc đơn

- Dựa trên kiến thức công lực ma sát, cơ năng, định luật bảo toàn năng

lượng…

- Cho học sinh làm bài, chấm bài, trả bài nhận xét cho từng em

- Tính điểm xác định tỷ lệ phần trăm qua các bài kiểm tra của từng năm

2.3.3 CÁCH THỰC HIỆN

A CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian.

2 Lập luận về dao động tắt dần.

4

- Do trong quá trình dao động có lực cản tác dụng lên vật tức là sinh công âm

cơ năng của vật giảm dần A giảm dần theo thời gian

Như vậy dao động tắt dần nguyên nhân do lực cản của môi trường, lực cản của môi trường càng lớn dao động tắt dần càng nhanh

3 Dao động tắt dần chậm.

- Dao động có lực cản bé gọi là dao động tắt dần chậm

- Đặc điểm của dao động tắt dần chậm

+ Biên độ A giảm dần theo thời gian cho tới A = 0

+ Đường biểu diễn gần đúng với dạng Sin

vị trí vật dừng lại trong khoảng: -x0 x x0

5 Công của lực ma sát hoặc lực cản của môi trường:

8 Định luật bảo toàn năng lượng: Trong hệ kín năng lượng được bảo toàn.

- Số dao động vật thực hiện cho tới khi dừng: N A A 2 ,

-Vật dao động với vận tốc cực đại trong nửa chu kỳ đầu tiên khi qu vị trí

Áp dụng định luật bảo toàn năng O’ P

+ Vì a = 2x 0 nên để nhận biết vật dừng lại ở VTCB ta làm như

sau: - Lập thương số A/x 0 = 2A/a = n

- Nếu ban đầu vật ở biên: n = 2n * + 1: vật dừng ở vị trí biên.

10 cm so với vị trí lò xo không bị nén giản rồi thả ra Hãy tính:

a Độ giảm biên độ sau mỗi chu kì.

b Số dao động vật thực hiện cho tới khi dừng.

c Thời gian dao động cho tới khi dừng lại.

d Độ giảm năng lượng mỗi chu kì.

e Quãng đường mà vật đi được cho tới lúc dừng

lại f Vận tốc cực đại của vật trong quá trình dao

b Lập thương số A/x 0 = 2A/a = 2.10/0,2 = 100 Vật dừng ở vị trí biên x0 Sốdao động vật thực hiện cho tới khi dừng

d Độ giảm năng lượng mỗi chu kì:

- Độ giảm biên độ sau mỗi chu kì là A A (%) 2.A a (%) 2.100, 2 (%) 4(%)

- Độ giảm năng lượng mỗi chu kì:

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng

Các dạng toán:

+Trường hợp con lắc đơn:

- Công thức tính độ giảm biên độ sau mỗi chu kì

- Độ giảm biên độ sau mỗi chu kì là A A (%)

- Độ giảm năng lượng mỗi chu kì:

- Tính quãng đường vật đi được cho tới lúc

dừng: PP: Cơ năng ban đầu W 0 12 mgl02 (J)

Dao động tắt dần là do cơ năng biến thành công lực cản :

Ac = - Fc S

Đến khi vật dừng lại thì toàn bộ W0 biến thành Ac

W 0 1 mgl 2 2

-W0 = Ac Þ S 0.( m)

F c F c

+Trường hợp con lắc lò xo:

Tương tự trường hợp con lắc đơn, ta chỉ thay các đại lương góc bằng các đại lượng dài

- Công thức tính độ giảm biên độ sau mỗi chu

b Số dao động vật thực hiện cho tới khi dừng.

c Thời gian dao động cho tới khi dừng lại.

d Độ giảm năng lượng mỗi chu kì.

e Quãng đường mà vật đi được cho tới lúc dừng lại.

Bài tập2: Một con lắc lò xo thẳng đứng gồm lò xo nhẹ có độ cứng k = 100N/m, 1 đầu cố định, 1 đầu gắn vật nặng khối lượng m = 0,5kg Ban đầu kéo vật theo phương thẳng đứng khỏi VTCB 5cm rồi buông nhẹ cho dao động Trong quá trình dao động vật luôn chịu tác dụng của lực cản có độ lớn bằng 1/100 trọng lực tác dụng lên vật Coi biên độ của vật giảm đều trong từng chu kỳ, lấy g=10 m/s 2 Hãy tính:

a Số lần vât qua VTCB kể từ khi thả vật đến khi nó dừng hẳn là bao nhiêu?

b Thời gian dao động của vật?

Bài giải:

Độ giảm biên độ sau mỗi 1

2 chu kỳ dao động (mỗi lần vật qua VTCB).

kA2 kA'2 F (A A') kA'2 0,01mg( A A')

Vị trí vật dừng lại cách vị trí cân bằng khoảng: x = A n A0 n.x0

- Xác định quãng đường vật đi được từ lúc thả tay đến lúc dừng

lại Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng

- Xác định quãng đường vật đi được từ lúc thả tay đến vị trí bất

kỳ Quãng đường của vật đi được sau mỗi 12 chu kỳ:

12

b Quãng đường vật đi được từ lúc thả tay đến lúc dừng lại:

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng

Bài tập2: Một con lắc lò xo nằm ngang có độ cứng K 40( N / m) , vật nhỏ khối lượng m100( g) Ban đầu giữ vật sao cho lò xo bị nén 10(cm) rồi thả nhẹ cho hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt bàn là 0,1 Lấy

g 10(m / s 2 ) Tính tốc độ của vật lúc gia tốc của nó đổi chiều lần thứ 4.

đi sang trái mà lò xo giãn 2,5mm thì VTCB là bên phải O( vị trí C2)

+ Áp dụng đinh luật bảo toàn năng lượng, ta tính được độ giảm toạ độ cực đạisau mỗi lần qua O ( sau 1

2 chu kỳ) là hằng số và bằng:

a 2

mg

0, 005( m ) 5( mm) K

+ Gia tốc của vật đổi chiều lần thứ 4 ứng với vật đi qua VTCB C2 theo chiềusang trái lần thứ 2

Quãng đường vật đi được: S = S1 + S2 + ( A4 - x0 )

nghiêng: = bx Vật dừng lại trước khi đến chân mặt phẳng nghiêng.

+ Ta thấy xác định vị trí cân bằng của vật (a = 0) Đổi biến số X = x - x 0 , tức

là gốc tọa độ đến vị trí cân bằng x = x0 hay X = 0

Ta được phương trình: X'' = -gb.cos X

T

t = 2 bg cos

C CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1: Một con lắc lò xo dao động trên mặt phẳng nằm ngang có: K = 2N/m;

m = 80g; μ = 0,1 Từ vị trí lò xo không bị biến dạng kéo vật theo trục của lò

xo để lò xo giản một đoạn 10cm rồi thả nhẹ cho g = 10m/s2 Tìm tốc độ lớnnhất của vật trong quá trình dao động

A 15 cm/s; B 20 cm/s; C 25 cm/s; D 30 cm/s

Câu 1: Một con lắc lò xo dao động trên mặt phẳng nằm ngang có m = 200g; k

= 20N/m hệ số ma sát μ = 0,1 ban đầu nén vật một khoảng bằng 10cm so với

vị trí lò xo không bị, nén giản rồi thả ra Quãng đường mà vật đi được cho tớilúc dừng lại là bao nhiêu

A 40 cm; B 45 cm; C 50 cm; D 55 cm

Câu 3: Một con lắc lò xo dao động tắt dần trên mạt phẳng nằm ngang với các

thông số như sau: m=0,1Kg, vmax=1m/s, μ=0.05.tính độ lớn vận tốc của vật khi vật đi được 10cm

A: 0,95cm/s B:0,3cm/s C:0.95m/s D:0.3m/s

Câu 4: Một lò xo nằm ngang, k=40N/m, chiều dài tự nhiên=50cm, đầu B cố

định, đầu O gắn vật có m=0,5kg Vật dao động trên mặt phẳng nằm ngang hệ

số ma sát =0,1 Ban đầu vật ở vị trí lò xo có độ dài tự nhiên kéo vật ra khỏi vịtrí cân bằng 5cm và thả tự do, chọn câu đúng:

A.điểm dừng lại cuối cùng của vật là O

B.khoảng cách ngắn nhất của vật và B là 45cm

C điểm dừng cuối cùng cách O xa nhất là 1,25cm

D.khoảng cách giữa vật và B biến thiên tuần hoàn và tăng dần

Câu 5: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 0,2 kg và lò xo có độ cứng

k =20 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 0,01 Từ vị trí lò xo không bịbiến dạng, truyền cho vật vận tốc ban đầu 1m/s thì thấy con lắc dao động tắtdần trong giới hạn đàn hồi của lò xo Lấy g = 10 m/s2 Độ lớn lực đàn hồi cựcđại của lò xo trong quá trình dao động bằng

Câu 6: Một con lắc lò xo đặt nằm ngang gồm 1 vật có khối lượng m=100(g)

gắn vào 1 lò xo có độ cứng k=10(N/m) Hệ số ma sát giữa vật và sàn là 0,1.Đưa vật đến vị trí lò xo bị nén một đoạn rồi thả ra Vật đạt vận tốc cực đại lầnthứ nhất tại O1 và vmax1=60(cm/s) Quãng đường vật đi được đến lúc dừng lại

Câu 7: Con lắc lò xo nằm ngang có k = 100N/m, vật m = 400g Kéo vật ra

khỏi VTCB một đoạn 4cm rồi thả nhẹ cho vật dao động Biết hệ số ma sátgiữa vật và sàn là μ = 5.10-3 Xem chu kỳ dao động không thay đổi, lấy g =10m/s2 Quãng đường vật đi được trong 1,5 chu kỳ đầu tiên là:

Câu 8: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có độ cứng k = 40N/m và quả

cầu nhỏ A có khối lượng 100g đang đứng yên, lò xo không biến dạng Dùngquả cầu B giống hệt quả cầu A bắn vào quả cầu A dọc theo trục lò xo với vậntốc có độ lớn 1m/s; va chạm giữa hai quả cầu là đàn hồi xuyên tâm Hệ số masát giữa A và mặt phẳng đỡ là = 0,1; lấy g = 10m/s2 Sau va chạm thì quả cầu

A có biên độ lớn nhất là:

A 5cm B 4,756cm C 4,525 cm D 3,759 cm

Câu 9: Con lắc đơn dao động trong môi trường không khí.Kéo con lắc lệch

phương thẳng đứng một góc 0,1 rad rồi thả nhẹ biết lực căn của không khí tácdụng lên con lắc là không đổi và bằng 0,001 lần trọng lượng của vật.coi biên độgiảm đều trong từng chu kỳ.số lần con lắc qua vị trí cân băng đến lúc dừng

Câu 10: 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 0,1.Ban đầu vật được giữ ở vị trí lò xo giãn 10 cm, rồi thả nhẹ để con lắc dao động tắt dần, lấy g = 10m/s2 Trong khoảng thời gian kể từ lúc thả cho đến khi tốc độ của vật bắt đầu giảm thì độ giảm thế năng của con lắc là:

A 2 mJ B 20 mJ C 50 mJ D 48 mJ.

Câu 11: 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 trí cân bằng Hệ số ma sát trượt giữa con lắc và mặt bàn bằng μ =0,2 Thời gian chuyển động thẳng của vật m từ lúc ban đầu đến vị trí lò xokhông biến dạng là:

Bài 9: Gọi ∆ là độ giảm biên độ góc sau mỗi lần qua VTCB (∆ < 0,1)

Cơ năng ban đầu W0 = mgl(1-cos ) = 2mglsin2 mgl 2

Độ giảm cơ năng sau mỗi lần qua VTCB:

∆W = mgl [ 2 ()2] mgl [2.( )2 ] (1)

Công của lực cản trong thời gian trên: Acản = Fc s = 0,001mg(2 - ∆ )l (2)

Từ (1) và (2), theo ĐL bảo toàn năng lượng: ∆W = Ac

(vật chuyển động từ biên A đên li độ x = - A/2) ĐA: C

2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM VỚI HIỆU QUẢ GIÁO DỤC, VỚI BẢN THÂN, ĐỒNG NGHIỆP VÀ NHÀ TRƯỜNG.

Trong quá trình giảng dạy tôi thấy kết quả học sinh khá giỏi tăng lên rõ rệtcòn học sinh yếu, kém thì giảm so với những năm khi chưa đưa ý tưởng nàyvào áp dụng

Tỉ lệ và kết quả học sinh khi chưa áp dụng sáng kiến

Năm học Lớp Tổng Học sinh Học sinh Học sinh Học sinh Số học

số học yếu Trung bình Khá Giỏi sinh đạt

điểm

ĐH trở lên

2010 -2011 12 90 3 3,3% 35 38,9% 50 55,6% 2 2,2% 25

2011 - 2012 12 90 2 2,2% 35 38,9% 49 54,4% 3 3,3% 29

2012 - 2013 12 90 2 2.2% 34 34% 51 56,%7 3 3,3% 31

Tỉ lệ và kết quả học sinh khi áp dụng sáng kiến

Năm học Lớp Tổng số Học Học sinh Học sinh Học sinh Số học

học sinh sinh Trung bình Khá Giỏi sinh từ 7

ĐH trở lên

2013 - 2014 12 90 0 0 30 33,3% 54 60% 6 6,67% 36

2014 - 2015 12 90 0 0 27 30% 55 61,1% 8 8,9% 37

2015 - 2016 12 90 0 0 26 28% 56 60% 8 8,9% 44Qua kết quả tổng hợp ta thấy sau khi áp dụng sáng kiến vào trong công tácdạy và học của học sinh thì đã nâng chất lượng giáo giục đại trà và giáo dụcmũi nhon lên một cách đáng kể và đặc biệt là kết quả học sinh đạt điểm khátrong kì thi đại học và cao đẳng đạt kết quả rất dáng khích lệ Rất mong được

sự ủng hộ và nếu có thể phổ biến phương pháp này trong ngành để góp phầnvào nâng cao chất lượng giáo dục, đáp ứng một phần vào sự phát triển nguồnnhân lực của nước nhà

3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 KẾT LUẬN

Từ quá trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinh ôn thi Đại học, Cao đẳng tôi rút

ra một vài kinh nghiệm nhỏ trong việc dạy bài tập nâng cao chất lượng:

+ Học sinh nắm bắt kiến thức cơ bản dễ dàng, nhẹ nhàng từ đó hứng thú

trong học tập và theo giờ giảng lý thuyết chăm chú

+ Phải cho học sinh nắm vững các phương pháp cơ bản và cách nhận biết các dạng bài tập thuộc các chương, phần

+ Phải cho học sinh nắm được phương pháp giải bài tập theo dạng, chủ đề

+ Học sinh phát huy tính tích cực, kỹ năng rèn luyện so sánh tư duy trừu

tượng

+ Chất lượng học sinh tăng lên rõ rệt đảm bảo chính xác 100% học sinh hiểu bài và vận dụng được sau khi học