Phương pháp sử dụng máy tính bỏ túi CASIO FX - 570ES trong giải bài tập tổng hợp dao động điều hòa

Nội dung text: Phương pháp sử dụng máy tính bỏ túi CASIO FX - 570ES trong giải bài tập tổng hợp dao động điều hòa

1. Phương pháp sử dụng máy tính bỏ túi CASIO FX - 570ES trong giải bài tập tổng hợp dao động điều hòa. 1.Tổng hợp hai dao động nhờ số phức: 1.1. Cơ sở lý thuyết:  Dao động điều hoà x = Acos(t + ) có thể được biểu diễn bằng vectơ quay Acó độ dài tỉ lệ với biên độ A và tạo với trục hoành một góc bằng góc pha ban đầu . Hoặc cũng có thể biểu diễn bằng số phức dưới dạng: z = a + bi. Trong tọa độ cực: z = A(sin + icos ) (với môđun: A =a2 b2 ) hay Z=Aej(t + ). Vì các dao động có cùng tần số góc  nên thường viết quy ước z = Ae J . Trong các máy tính CASIO FX - 570ES, 570ES Plus kí hiệu dưới dạng là: r   (ta hiểu là: A  ). Đặc biệt giác số trong phạm vi : - 180 0 < < 1800 hay - < < rất phù hợp với bài toán tổng hợp dao động trên. Vậy tổng hợp các dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số bằng phương pháp Frexnen đồng nghĩa với việc cộng các số phức biểu diễn của các dao động đó. 1.2. Giải pháp thực hiện phép công và trừ số phức: Cộng các số phức: A1φ1 A2φ2 Aφ Trừ các số phức: Aφ A2φ2 A1φ1 và Aφ A1φ1 A2φ2 1.3. Các dạng bài tập liên quan máy tính CASIO FX - 570ES, 570ES Plus: Các bài toán liên quan tới biên độ dao động tổng hợp, pha ban đầu : + Bước đầu tiên hãy tính nhanh + Dựa vào để áp dụng tính toán nhanh cho phù hợp với các trường hợp đặc biệt, cuối cùng mới sử dụng công thức tổng quát khi mà không lọt vào trường hợp đặc biệt nào. 1.3.1 Tìm dao động tổng hợp xác định A và bằng cách dùng máy tính thực hiện phép cộng: a.Chọn chế độ thực hiện phép tính về số phức của máy tính: CASIO FX – 570ES, 570ES Plus Các bước Chọn chế độ Nút lệnh Ý nghĩa- Kết quả Chỉ định dạng nhập / xuất toán Bấm: SHIFT MODE 1 Màn hình xuất hiện Math Thực hiện phép tính về số phức Bấm: MODE 2 Màn hình xuất hiện CMPLX Dạng tọa độ cực: r   (ta hiểu: Bấm: SHIFT MODE  3 2 Hiển thị số phức kiểu r   A  ) Chọn đơn vị đo góc là độ (D) Bấm: SHIFT MODE 3 Màn hình hiển thị chữ D Chọn đơn vị đo góc là Rad (R) Bấm: SHIFT MODE 4 Màn hình hiển thị chữ R Để nhập ký hiệu góc  Bấm SHIFT (-) Màn hình hiển thị ký hiệu  Kinh nghiệm: Nhập với đơn vị độ nhanh hơn đơn vị rad nhưng kết quả sau cùng cần phải chuyển sang đơn vị rad cho những bài toán theo đơn vị rad. (Vì nhập theo đơn vị rad phải có dấu ngoặc đơn ‘(‘‘)’ nên thao tác nhập lâu hơn, ví dụ: Nhập 900 thì nhanh hơn nhập (π ), lời khuyên là nên nhập đơn vị rad. 2 α(D).π Bảng chuyển đổi đơn vị góc: φ (Rad) 180 Đơn vị góc (Độ) 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 360 Đơn vị góc (Rad) 1 1 1 1 5 1 7 2 9 5 11 2 π π π π π π π π π π π 12 6 4 3 12 2 12 3 12 6 12 Lưu ý : Khi thực hiện phép tính kết quả được hiển thị dạng đại số: a + bi (hoặc dạng tọa độ cực: A ). . Chuyển từ dạng : a + bi sang dạng: A , bấm SHIFT 2 3 =
2. π Ví dụ: Nhập: 8 SHIFT (-) π Nếu hiển thị: 4 + 4 3 i . Ta bấm SHIFT 2 3 = . Kết quả: 8 3 3 . Chuyển từ dạng A sang dạng : a + bi : bấm SHIFT 2 4 = π Ví dụ: Nhập: 8 SHIFT (-) π Nếu hiển thị: 8 . Ta bấm SHIFT 2 4 = . Kết quả: 4 + 4 3 i 3 3 Bấm SHIFT 2 . Nếu bấm tiếp phím 3 = kết quả dạng cực (r   ). Nếu bấm tiếp phím 4 = kết quả dạng phức (a + bi). b. Tìm dao động tổng hợp xác định A và bằng cách dùng máy tính thực hiện phép cộng: . Với máy FX570ES: Bấm MODE 2 màn hình xuất hiện chữ: CMPLX. Chọn đơn vị đo góc là độ bấm: SHIFT MODE 3 màn hình hiển thị chữ D (hoặc Chọn đơn vị góc là Rad bấm: SHIFT MODE 4 màn hình hiển thị chữ R). Thực hiện phép cộng số phức: A1φ1 A2φ2 Aφ . Ta làm như sau: Nhập A1 SHIFT (-) φ1 + A2 SHIFT (-) φ2 = hiển thị kết quả (Nếu hiển thị số phức dạng: a + bi thì bấm SHIFT 2 3 = hiển thị kết quả: A ) . Lưu ý Chế độ hiển thị màn hình kết quả: Sau khi nhập ta ấn dấu = có thể hiển thị kết quả dưới dạng số vô tỉ, muốn kết quả dưới dạng thập phân ta ấn SHIFT = (hoặc dùng phím SD ) để chuyển đổi kết quả Hiển thị. 1.3.2. Tìm dao động thành  phần (xác định A 2 và 2) bằng cách dùng máy tính thực hiện phép trừ: + Trừ các véctơ: A1 A A2 và A2 A A1 + Trừ các số phức: Aφ A2φ2 A1φ1 và Aφ A1φ1 A2φ2 Ví dụ tìm dao động thành phần x2: x2 = x - x1 với: x2 = A2cos(t + 2). Xác định A2 và 2? Với máy FX570ES : Bấm MODE 2 màn hình xuất hiện : CMPLX Chọn đơn vị đo góc là Độ bấm: SHIFT MODE 3 màn hình hiển thị D (hoặc Chọn đơn vị đo góc là Radian ta bấm: SHIFT MODE 4 màn hình hiển thị chữ R ) Thực hiện phép trừ số phức: Aφ A1φ1 A2φ2 hoặc Aφ A2φ2 A1φ1 Nhập A SHIFT (-) φ - (chú ý dấu trừ). Nhập A1 SHIFT (-) φ1 = kết quả. (Nếu hiển thị số phức thì bấm SHIFT 2 3 = kết quả trên màn hình: A2  2 2. Áp dụng: Bài tập 1: Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có phương trình lần lượt là: π cm và cm. Dao động tổng hợp của vật có phương trình x1 5cos πt x2 5cosπt 3 π π π π A. x 5 3cos πt cm B. x 5 3cos πt cm C. x 5cos πt cmD. x 5 3cos πt cm 4 6 4 6 Phương pháp số phức – Dùng máy tính CASIO FX - 570ES, 570ES Plus Với máy FX570ES: Bấm: MODE 2 . Đơn vị đo góc là độ (D) bấm: SHIFT MODE 3 . 15 5 3 Nhập: 5 SHIFT (-) (60) + 5 SHIFT (-)  0 = . Hiển thị kết quả: 5 330 . (Nếu Hiển thị dạng Đềcác: i thì 2 2 π bấm SHIFT 2 3 = Hiển thị 5 330 ). Dao động tổng hợp của vật có phương trình x 5 3cos πt cm. 6 Dùng đơn vị đo góc là Rad (R): SHIFT MODE 4 . Bấm MODE 2 màn hình xuất hiện: CMPLX. Tìm dao động tổng hợp: π π Nhập: 5 SHIFT (-)  + 5 SHIFT (-)  0 = Hiển thị: 5 3 . 3 6
3. π Dao động tổng hợp của vật có phương trình x 5 3cos πt cm. 6 Bài tập 2: Một vật đồng thời tham gia 3 dao động cùng phương, cùng tần số có phương trình dao động: π π cm, cm và cm. Phương trình dao động tổng hợp có dạng x1 2 3cos 10πt x2 4cos 10πt x3 A3cos 10πt φ3 3 6 π x 6cos πt cm. Tính biên độ dao động và pha ban đầu của dao động thành phần thứ 3: 6 π π π π A. 8cm và . B. 6cm và . C. 8cm và . D. 8cm và . 2 3 2 3 Hướng dẫn: Với máy FX570ES : Bấm MODE 2 màn hình xuất hiện chữ: CMPLX Chọn đơn vị đo góc là rad (R) SHIFT MODE 4 . Tìm dao động thành phần thứ 3: x3 = x – (x1 + x2) Nhập máy: π π π 6 SHIFT(-)  2 3 SHIFT(-)  4 SHIFT(-)  = 6 3 6 π Hiển thị: 8 . Chọn C 2 Bài tập 3 (ĐH 2010): Dao động tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có phương trình li độ 5π π (cm). Biết dao động thứ nhất có phương trình li độ (cm). Dao động thứ hai có x 3cos πt x1 5cos πt 6 6 phương trình li độ là π π 5π 5π A. (cm). . (cm). C. (cm). D. (cm). x2 8cos πt x2 2cos πt x2 2cos πt x2 8cos πt 6 6 6 6 Cách giải : Xác định A2 và 2 nhờ bấm máy tính FX 570ES Bấm chọn MODE 2 trên màn hình xuất hiện chữ: CMPLX + Nếu chọn đơn vị đo góc là R (radian): SHIFT MODE 4 5π Nhập máy: 3 SHIFT (-).  (-5 /6) - 5 SHIFT (-).  ( /6 = Hiển thị: 8  6 + Nếu chọn đơn vị đo góc là độ D (Degre): SHIFT MODE 3 Nhập máy: 3 SHIFT (-).  (-5 /6) - 5 SHIFT (-).  ( /6 = Hiển thị: 4 3 4i . 5π Sau đó bấm tiếp SHIFT 2 3 = thì cho kết quả: 8  6 5 Bài tập 4: Một chất điểm dao động điều hoà có phương trình dao động tổng hợp x 5 2 cos t cm với các dao 12 động thành phần cùng phương, cùng tần số là x 1=A1 cos( t + 1) và x2 = 5cos( t + ) cm, Biên độ và pha ban đầu của dao 6 động 1 là: 2 A. 5 cm; 1 = B.10 cm; 1= C.52 cm; 1 = D. 5 cm; 1 = 3 2 4 3 Hướng dẫn: Với máy FX570ES : Bấm MODE 2 màn hình xuất hiện chữ: CMPLX Chọn đơn vị đo góc là rad (R): SHIFT MODE 4 . Tìm dao động thành phần: Nhập máy : 5 2 SHIFT(-)  (5 /12) – 5 SHIFT(-)  ( /6 = 2 Hiển thị: 5  . 3