Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải nhanh bài tập về tìm số vân sáng giữa hai vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm của 3 bức xạ và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài - Nguyễn Tiến Dũng

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải nhanh bài tập về tìm số vân sáng giữa hai vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm của 3 bức xạ và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài - Nguyễn Tiến Dũng

1. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng MỤC LỤC Nội dung Trang 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Nội dung . 2 2.1. Cơ sở lí luận . 2 2.2. Thực trạng vấn đề 4 2.3. Phương pháp giải nhanh bài tập tìm số vân sáng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm của 3 bức xạ và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài 4 2.3.1. Một vài công thức cần dùng 4 2.3.2.Vận dụng 5 2.3.2.1 Cách giải nhanh của bài toán tìm số vân sáng giữa hai vân cùng màu với vân trung tâm trong phần giao thoa ánh sáng với 3 bức xạ 1,2 ,3 5 2.3.2.2 Xác định thời gian đồng hồ quả lắc (được xem như con lắc đơn) chạy sai trong một ngày đêm khi thay đổi nhiệt độ, độ cao, độ sâu và vị trí trên trái đất 8 2.3.2.3.3. Xác định chu kỳ dao động của con lắc đơn dưới tác dụng của lực quán tính 13 2.4. Hiệu quả sử dụng SKKN 19 3. Kết luận 19 Tài liệu tham khảo 21 -1-
2. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng 1. ĐẶT VẤN ĐỀ - Vật lý là một môn học khó và trừu tượng, cơ sở của nó là toán học. Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú. Trong phân phối chương trình số tiết bài tâp lại hơi ít so với nhu cầu cần củng cố và nâng cao kiến thức cho học sinh. Chính vì thế, người giáo viên phải làm thế nào để tìm ra phương pháp tốt nhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn học này. Giúp học sinh việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải là rất cần thiết. Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn đã nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự. - Trong yêu cầu về đổi mới giáo dục về việc đánh giá học sinh bằng phương pháp trắc nghiệm khách quan thì khi nắm được dạng bài và phương pháp giải sẽ giúp cho học sinh nhanh chóng trả được bài - Trong chương trình Vật lý lớp 12, chương “Dao động cơ học” và chương “Sóng ánh sáng” có nhiều dạng bài tập phức tạp và khó. Nhóm các bài toán về chu kỳ của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài như: nhiệt độ, độ cao, độ sâu, lực điện trường, lực quán tính, bài toán tìm số vân sáng trong khoảng giữa hai vân cùng màu với vân trung tâm là một trong những nhóm bài tập phức tạp và khó nhất trong 2 chương, học sinh khá, giỏi thường rất lúng túng trong việc tìm cách giải các dạng toán này. Xuất phát từ thực trạng trên, qua kinh nghiệm giảng dạy, tôi chọn đề tài: “PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP VỀ TÌM SỐ VÂN SÁNG GIỮA HAI VÂN SÁNG CÙNG MÀU VỚI VÂN SÁNG TRUNG TÂM CỦA 3 BỨC XẠ VÀ CHU KỲ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ BÊN NGOÀI ”. 2. NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận Việc giảng dạy bài tập vật lý trong nhà trường không chỉ giúp học sinh hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong chương trình -2-
3. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng mà còn giúp các em vận dụng những kiến thức đó để giải quyết những nhiệm vụ của học tập và những vấn đề mà thực tiễn đã đặt ra. Muốn đạt được điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh những kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào cuộc sống hằng ngày. Kỹ năng vận dụng kiến thức trong bài tập và trong thực tiễn đời sống chính là thước do mức độ sâu sắc và vững vàng của những kiến thức mà học sinh đã thu nhận được. Bài tập vật lý với chức năng là một phương pháp dạy học có một vị trí đặc biệt trong dạy học vật lý ở trường phổ thông. Trước hết, vật lý là một môn khoa học giúp học sinh nắm dược qui luật vận động của thế giới vật chất và bài tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ những qui luật ấy, biết phân tích và vận dụng những qui luật ấy vào thực tiễn. Trong nhiều trường hợp mặc dù người giáo viên có trình bày tài liệu một cách mạch lạc, hợp lôgích, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng yêu cầu, qui tắc và có kết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để học sinh hiểu và nắm sâu sắc kiến thức . Chỉ thông qua việc giải các bài tập vật lý dưới hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống cụ thể thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc và hoàn thiện. Trong qúa trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa , trừu tượng hóa để giải quyết vấn đề, do đó tư duy của học sinh có điều kiện để phát triển. Vì vậy có thể nói bài tập vật lý là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, tính kiên trì trong việc khắc phục những khó khăn trong cuộc sống của học sinh. Bài tập vật lý là cơ hội để giáo viên đề cập đến những kiến thức mà trong giờ học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua đó nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh. Đặc biệt, để giải được các bài tập vật lý dưới hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh ngoài việc nhớ lại các kiến thức một cách tổng hợp, chính xác ở -3-
4. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học thì học sinh cần phải rèn luyện cho mình tính phản ứng nhanh trong từng tình huống cụ thể, bên cạnh đó học sinh phải giải thật nhiều các dạng bài tập khác nhau để có được kiến thức tổng hợp, chính xác và khoa học . 2.2 Thực trạng của vấn đề Trong kì thi TNTHPT, tuyển sinh CĐ, ĐH và TCCN môn Vật Lý là môn trắc nghiệm khách quan, số lượng câu rất nhiều mà thời gian lại giới hạn (Khoảng 1,5 phút/câu. Vì vậy phương pháp giải nhanh rất cần thiết đối với học sinh, giúp các em tiết kiệm thời gian mà vẫn làm đúng được bài tập. 2.3 Phân loại và phương pháp giải nhanh bài tập tìm số vân sáng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm của 3, 4 bức xạ và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài 2.3.1 Một vài công thức cần dùng l 1. Chu kỳ dao động của con lắc đơn: T 2 g l : Chiều dài của con lắc (m). g: Gia tốc trọng trường (m/s2). 2. Công thức về sự nở dài: l l0 (1 t) o l0 : Chiều dài dây treo (kim loại) ở 0 C (m) l : Chiều dài dây treo (kim loại) ở toC (m)  : Hệ số nở dài của dây treo kim loại (K-1). 3. Gia tốc trọng trường GM - Gia tốc trọng trường ở mực nước biển: g R 2 G = 6,67.10-11N.m2/kg2: Hằng số hấp dẫn. M: Khối lượng của trái đất R: Bán kính trái đất - Gia tốc trọng trường ở độ cao h so với mực nước biển: GM R g => g g( ) 2 h (R h) 2 h R h -4-
5. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng - Gia tốc trọng trường ở độ sâu d so với mực nước biển: GM ' R d g => g g( ) d (R d) 2 d R   4. Lực điện trường: F qE q: Điện tích trong điện trường (C).  E : Cường độ điện trường (V/m).   + q > 0 F cùng hướng với E .   + q < 0 F ngược hướng với E . q U + Độ lớn: F q E d 5. Lực quán tính: Fqt ma m: khối lượng của vật (kg) a : Gia tốc của hệ quy chiếu (m/s2)  + Fqt luôn ngược hướng với a + Độ lớn: Fqt = ma 6. Các công thức gần đúng Nếu x, x1, x2 là những số dương rất nhỏ n 1 Ta có: (1 x) 1 nx ; 1 nx ; (1 x1 )(1 x2 ) 1 x1 x2 1 x n 2.3.2 Vận dụng 2.3.2.1 Cách giải nhanh của bài toán tìm số vân sáng giữa hai vân cùng màu với vân trung tâm trong phần giao thoa ánh sáng với 3 bức xạ 1,2 ,3 2.3.2.1.1 Phương pháp giải * Bài toán 3 bức xạ Bước 1: Lâp tỉ số tối giản 1 : 2 : 3 a :b : c Bước 2: Tìm bội số chung nhỏ nhất của các số (BSCNN) + BSCNN(a;b;c) Babc + BSCNN(a;b) Bab + BSCNN(a;c) Bac -5-
6. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng + BSCNN(b;c) Bbc Bước 3: Áp dụng đúng công thức tính số vân sáng giữa 2 vân sáng cùng màu với vân trung tâm. + Nếu không tính hai vân cùng màu: 1 1 1 1 1 1 N Babc a b c Bab Bac Bbc + Nếu tính cả hai vân cùng màu thì: 1 1 1 1 1 1 N Babc +2 a b c Bab Bac Bbc * Lưu ý cách tìm BSCNN của hai số A và B: A a + Tìm phân số tối giản của B b + BSCNN(A;B)= A.b ( Tích của A và b ) + Tương tự như vậy ta tìm BCNN của 3 số, 4 số . 2.3.2.1.2 Bài tập vận dụng Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa với 2 khe I Âng, nguồn sáng phát ra đồng thời 3 bức xạ có các bước sóng lần lượt là 1 0,45m,2 0,54m,3 0,72m. Giứa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm có số vân sáng là Hướng dẫn + 1 : 2 : 3 0,45: 0,54 : 0,72 5: 6 :8 + BSCNN(5;6;8) Babc 120 + BSCNN(5;6) Bab 30 + BSCNN(5;8) Bac 40 + BSCNN(6;8) Bbc 24 Số vân sáng giữa hai vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm là 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 N Babc 120 47 a b c Bab Bac Bbc 5 6 8 30 40 24 -6-
7. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng Bài 2: Trong thí nghiệm giao thoa với 2 khe I Âng, nguồn sáng phát ra đồng thời 3 bức xạ có các bước sóng lần lượt là 1 0,7m,2 0,56m,3 0,42m . Giứa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm có số vân sáng là bao nhiêu? Hướng dẫn + 1 : 2 : 3 0,7 : 0,56 : 0,42 70 :56 : 42 + BSCNN(70;56;42) Babc 840 + BSCNN(70;56) Bab 280 + BSCNN(70;42) Bac 210 + BSCNN(56;42) Bbc 168 Số vân sáng giữa hai vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm là 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 N Babc 840 35 a b c Bab Bac Bbc 70 56 42 280 210 168 Bài 3: Trong thí nghiệm Y – âng về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời 3 bức xạ đơn sắc có bước sóng là 1 0,42m,2 0,56m,3 0,63m . Trên màn quan sát trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm, nếu vân sáng củ hai bức xạ trùng nhau ta chỉ tính là một vân sáng thì số vân sáng quan sát được là bao nhiêu? Hướng dẫn + 1 : 2 : 3 0,42 : 0,56 : 0,63 6 :8:9 + BSCNN(6;8;9) Babc 72 + BSCNN(6;8) Bab 24 + BSCNN(6;9) Bac 18 + BSCNN(8;9) Bbc 72 Số vân sáng giữa hai vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm là 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 N Babc 72 21 a b c Bab Bac Bbc 6 8 9 24 18 72 -7-
8. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng Như vậy qua các bài tập loại 1 ta thấy việc giải các bài toán trở lên dễ dàng, dế hiểu và nhanh hơn rất nhiều so với cách giải thông thường mà chúng ta vẫn thường giải. 2.3.2.2 Xác định thời gian đồng hồ quả lắc (được xem như con lắc đơn) chạy sai trong một ngày đêm khi thay đổi nhiệt độ, độ cao, độ sâu và vị trí trên trái đất 2.3.2.2.1 Cách truyền thống - Gọi T1 là chu kỳ chạy đúng; T2 là chu kỳ chạy sai - Trong thời gian T1 (s) đồng hồ chạy sai│T2 - T1 │(s) T T 1(s) đồng hồ chạy sai 2 1 (s) T1 - Vậy trong 1 ngày đêm ∆t = 86400(s) đồng hồ chạy sai: T T T θ = ∆t. 2 1 = 86400 2 1 (s) T1 T1 Các bước giải T - B1: Từ các công thức có liên quan đến yêu cầu của bài tập, thiết lập tỉ số 2 T1 - B2: Biện luận T2 + Nếu > 1 => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại. T1 T2 + Nếu T2 đồng hồ chạy nhanh lên. T1 - B3: Xác định thời gian đồng hồ quả lắc chạy nhanh hay chậm trong một ngày đêm bằng công thức: T T T θ = ∆t. 2 1 = 86400 2 1 (s) T1 T1 * Xác định thời gian đồng hồ chạy sai khi thay đổi nhiệt độ (Các yếu tố khác không đổi) Ở nhiệt độ t1 đồng hồ chạy đúng, khi nhiệt độ thay đổi đến giá trị t 2 thì đồng hồ chạy sai - Áp dụng các công thức ở mục II: l l (1 t ) l l (1 t ) => T 2 1 2 0 1 1 0 1 1 g g l l (1 t ) l l (1 t ) => T 2 2 2 0 2 2 0 2 2 g g -8-
9. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng 1 1 T2 1 t2 2 2 Ta có: (1 t2 ) (1 t2 ) T1 1 t1 T2 1 Vì (t1 ), (t2 ) t1 => 1 => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại. T1 T2 + Nếu t2 1 => T2 đồng hồ chạy nhanh lên. T1 T2 - Trong một ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400 1 = 43200 t2 t1 (s) T1 * Xác định thời gian đồng hồ chạy sai ở độ cao h và độ sâu d so với mực nước biển (coi nhiệt độ không đổi) - Ở mực nước biển đồng hồ chạy đúng, khi đưa đồng hồ lên độ cao h thì đồng hồ chạy sai T g 2 T g T h - Ta có: 1 h 2 1 T R R 2 1 g g( ) h R h T2 h - Lập luận: 1 1 => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại. T1 R T h - Trong một ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 2 1 = 86400 (s) T1 R * Ở mực nước biển đồng hồ chạy đúng, khi đưa đồng hồ xuống độ sâu h thì đồng hồ chạy sai T2 g 1 T g T R 1 d - Ta có: 1 d 2 (1 ) 2 d R d T1 R d R g g( ) 1 d R R d T 1 d Vì 1 , áp dụng công thức gần đúng ta có: 2 1 R T1 2 R T2 1 d - Lập luận: 1 1 => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại. T1 2 R T d - Trong một ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 2 1 = 43200 (s) T1 R * Xác định thời gian đồng hồ chạy sai khi cả độ cao (hoặc độ sâu) và nhiệt độ thay đổi a) Tại mặt đất nhiệt độ t 1 đồng hồ chạy đúng. Khi đưa đồng hồ lên độ cao h nhiệt độ t2 đồng hồ chạy sai. -9-
10. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng 1 1 T2 g(1 t2 ) h 2 2 - (1 )(1 t2 ) (1 t1) T1 gh (1 t1) R T2 h  Áp dụng các công thức gần đúng ta có: 1 (t2 t1) T1 R 2 T2 - Nếu t2 > t1 => 1 => T2 > T1 : chu kỳ tăng => đồng hồ chạy chậm lại. T1 T2 - Nếu t2 1 => T2 đồng hồ chạy nhanh lên. T1 T2 h  - Trong 1 ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 86400 1 = 86400 (t2 t1) (s). T1 R 2 b) Tại mặt đất nhiệt độ t 1 đồng hồ chạy đúng. Khi đưa đồng hồ xuống giếng sâu d nhiệt độ t2. Trong 1 ngày đêm đồng hồ chạy sai: Tương tự ta chứng minh được trong một ngày đêm đồng hồ chạy sai: T2 d θ = 86400 1 = 43200(t2 t1 ) (s). T1 R * Xác định thời gian đồng hồ chạy sai khi thay đổi vị trí trên trái đất (nhiệt độ không đổi) l - Tại nơi có gia tốc trọng trường g1 đồng hồ chạy đúng với: T1 2 g1 l - Tại nơi có gia tốc trọng trường g2 đồng hồ chạy sai với: T2 2 g 2 T 1 g - Ta có 2 1 T1 2 g1 T2 + Nếu g2 > g1 => 1 => T2 1 => T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại. T1 g g - Trong một ngày đêm đồng hồ chạy sai: θ = 43200 = 43200 2 1 (s). g1 g1 * Nếu cả vị trí và nhiệt độ thay đổi thì trong một ngày đêm đồng hồ chạy sai: g θ = 43200 (t2 t1) . g1 2.3.2.2.2 Cách giải nhanh * Cách giải dựa trên phép lấy gần đúng trên cơ sở phương trình tổng quát: dT dl dg dt dh dh cao sâu (*) T 2l 2g 2 R 2R 2D -10-
11. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng * Lưu ý rằng, công thức trên không tồn tại trong vật lý vì nó không đúng. Tuy nhiên, nếu học sinh biết quy ước và nắm vững cách dùng phương trình này thì mọi bài toán biến thiên nhỏ sẽ làm được chính xác và nhanh chóng. dT * Ta quan niệm giá trị phụ thuộc vào 6 sự biến đổi, với quy ước: T + dl là do cắt ghép cơ học ( nối dài thêm hoặc cắt bớt đi) 2l dg + là sự thay đổi gia tốc do thay đổi vĩ độ 2g dt + là do thay đổi nhiệt độ ( là hệ số nở dài ) 2 dh + cao là do thay đổi độ cao R dh + sâu là do thay đổi độ sâu 2R + là do sự xuất hiện của lực đẩy Acsimet nhỏ 2D Mặc dù trong biểu thức có tất cả 7 phân số nhưng với những bài toán cụ thể, đại lượng nào không biến thiên thì cho phân số của nó bằng không, chẳng dh hạn như nếu không có sự thay đổi độ cao thì cho cao =0, không có sự thay đổi R nhiệt độ thì cho dt =0, tương tự như vậy đối với các đại lượng còn lại. 2 Nếu lúc đầu đồng hồ chạy đúng mà có dT >0 thì đồng hồ chạy chậm và T ngược lại. 2.3.2.3 Bài tập vận dụng Bài 1: Một con lắc đơn chạy đúng giờ vào mùa hè khi nhiệt độ là 32 0C. Khi nhiệt độ vào mùa đông là 170C thì nó sẽ chạy nhanh hay chậm? Nhanh hay chậm bao nhiêu giây trong 12 giờ, biết hệ số nở dài của dây treo là λ = 2.10-5K-1, ℓ0 = 1m. Hướng dẫn Cách 1 T2 1 - Ta có: 1 (t2 t1 ) T1 2 T2 - Do t2 1 => T2 < T1 nên chu kỳ giảm khi đó con lắc chạy nhanh hơn. T1 - Thời gian con lắc chạy nhanh trong t = 12h = 12. 3600(s) là: T2  θ = t 1 = 12.3600t2 t1 (s) = 6,48 (s) T1 2 Cách 2 -11-
12. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng dT dt  t Từ công thức (*) ta có  t. T 2 2 2.10 5 (17 32) Thay số  12.3600. 6,48s T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại. T1 R T h - Trong một ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 2 1 = 86400 = 21,6(s) T1 R Cách 2 dT dh h Từ công thức (*) ta có cao  t. cao T R R 1,6 Thay số  86400. 21,6s 0 Đồng hồ chạy chậm 6400 b) Cách 1 T2 1 d – Ta có: 1 1=> T2 > T1 đồng hồ chạy chậm lại. T1 2 R T d - Trong một ngày đêm đồng hồ chạy chậm: θ = 86400 2 1 = 43200 = 5,4(s) T1 R Cách 2 dT dh h Từ công thức (*) ta có sâu  t. sâu T 2R 2R 0,8 Thay số  86400. 5,4s 0 Đồng hồ chạy chậm 2.6400 Bài 3: Một con lắc đồng hồ chạy đúng tại mặt đất có gia tốc g = 9,86 m/s 2 vàọ 0 nhiệt độ là t1 = 30 C. Đưa đồng hồ lên độ cao 640m so với mặt đất thì ta thấy rằng đồng hồ vẫn chạy đúng. Giải thích hiện tượng và tính nhiệt độ tại độ cao đó, biết hệ số nở dài của dây treo con lắc là λ = 2.10 -5K-1, và bán kính trái đất là R = 6400 km. Hướng dẫn Cách 1 -12-
13. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng - Giải thích hiện tượng : GM GM Khi đưa con lắc đơn lên cao thì gia tốc giảm do g và g 0 R2 h (R h) 2 Mặt khác khi càng lên cao thì nhiệt độ càng giảm nên chiều dài của dây treo l cũng giảm theo. Từ đó T 2 sẽ không thay đổi g - Tính nhiệt độ tại độ cao h = 640 m. Ta có: - Chu kỳ không thay đổi nên: T0 = Th Cách 2 dT dt dh  t h Từ công thức (*) ta có cao 0 cao T 2 R 2 R 2.10 5 (t 30) 0,64 2 t 200 C 2 6400 2 Bài 4: Một đồng hồ đếm giây chạy trên mặt đất, mỗi ngày đêm chậm 130s. Phải điều chỉnh độ dài của con lắc thế nào so với độ dài hiện trạng để đồng hồ chạy đúng? + Do đồng hồ chạy chậm, muốn đồng hồ chạy đúng thì chu kỳ phải giảm Chiều dài giảm dT dl l t 130 + Từ công thức (*) ta có Chiều dài giảm 2 2. 0,3% T 2l l  86400 0,3% Như vậy, qua 4 bài tập trên ta thấy cách giải thứ 2 sử dụng công thức gần đúng (*) cho ta kết quả nhanh hơn. 2.3.2.3 Khảo sát dao động nhỏ của con lắc đơn khi có thêm một lực phụ F không đổi tác dụng (ngoài trọng lực và lực căng dây treo) 2.3.2.3.1. Định hướng phương pháp chung - Coi con lắc chịu tác dụng của một trọng lực hiệu dụng (trọng lực biểu kiến): P' P F F => gia tốc trọng trường hiệu dụng: g' g m -13-
14. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng - Vị trí cân bằng của con lắc là vị trí dây treo có phương trùng với phương của P' l - Chu kỳ dao động nhỏ của con lắc: T ' 2 g ' Vậy để xác định được chu kỳ T’ cần xác định được gia tốc trọng trường hiệu dụng g’ 2.3.2.3.2 Xác định chu kỳ dao động của con lắc đơn dưới tác dụng của lực điện trường l - Khi không có điện trường chu kỳ dao động của con lắc là: T 2 . g  E - Khi đặt con lắc vào điện trường đều có véc tơ cường độ điện trường thì nó chịu tác dụng của Trọng lực P và lực điện trường F qE , hợp của hai lực này    ký hiệu là P ' P F , và được gọi là trọng lực hiệu dụng hay trọng lực biểu kiến. Ta xét một số trường hợp thường gặp:  a) Trường hợp 1: E hướng thẳng đứng xuống dưới.  Khi đó để xác định chiều của F ta cần biết dấu của q.    * Nếu q > 0: F cùng hướng với E => F hướng thẳng đứng xuống dưới q E Ta có: P’ = P + F => g’ = g + m l l Chu kỳ dao động của con lắc trong điện trường: T ' 2 2 T ' T T q E q E g g m m    * Nếu q F hướng thẳng đứng lên trên q E Ta có: P’ = P - F => g’ = g - m l l Chu kỳ dao động của con lắc trong điện trường: T ' 2 2 > T g ' q E g m T ' g g => T ' T T q E q E g g m m  b) Trường hợp 2: E hướng thẳng đứng lên trên. Tương tự như trên ta chứng minh được: l l * Nếu q > 0 thì chu kỳ dao động của con lắc là: T ' 2 2 > T g ' q E g m -14-
15. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng l l * Nếu q F có phương ngang   F vuông góc với P => tại vị trí cân bằng dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc (hình vẽ). F q E - Từ hình vẽ ta có: tan P mg 2  2 2 2 2 q E - Về độ lớn: P ' P F g ' g E mg - Chu kỳ dao động của con lắc trong điện trường là:  F l l q>0 T ' 2 2 g’ = g + a l l Chu kỳ dao động của con lắc trong thang máy: T ' 2 2 T g ' g a T ' g g Ta có: T ' T (T chu kỳ dao động của con lắc khi thang máy T g a g a đứng yên hay chuyển động thẳng đều)  - Thang máy chuyển động chậm dần đều: a cùng hướng với g => g’ = g - a l l T ' g g T ' 2 2 T ; T ' T g ' g a T g a g a b) Trường hợp 2: Con lắc treo trong thang máy đang chuyển động thẳng đứng xuống dưới với gia tốc a  - Thang máy chuyển động nhanh dần đều: a cùng hướng với g => g’ = g – a -15-
16. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng l l T ' g g T ' 2 2 T ; T ' T g ' g a T g a g a  - Thang máy chuyển động chậm dần đều: a ngược hướng với g => g’ = g + a l l T ' g g T ' 2 2 T ; T ' T g ' g a T g a g a c) Trường hợp 3: Con lắc đơn được treo trên xe chuyển động theo phương ngang với gia tốc a => F có phương ngang và ngược hướng với a . - Tại vị trí cân bằng dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc F a Ta có tan . P g - Về độ lớn: P '2 P2 F 2 g ' g 2 a2 - Chu kỳ dao động của con lắc: l l  T ' 2 2 F g ' g 2 a2 m  P g  Cách khác: Ta có P ' g ' => P P ' cos cos a l l cos T ' 2 2 g ' g T ' => cos T ' T cos T 2.3.2.3.4 Bài tập vận dụng Bài 1: Một con lắc đơn có chiều dài ℓ = 1m, khối lượng m = 50g được tích điện q = -2.10-5C dao động tại nơi có g = 9,86m/s2. Đặt con lắc vào trong điện trường đều E có độ lớn E = 25V/cm. Tính chu kỳ dao động của con lắc khi: a) E có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới. b) E có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên. c) E có phương nằm ngang. Hướng dẫn    a) q F hướng thẳng đứng lên trên q E Ta có: P’ = P - F => g’ = g - m Chu kỳ dao động của con lắc trong điện trường: l l T ' 2 2 = 2,11(s) (Lưu ý: Đổi E = 25V/cm = 25.102V/m) g ' q E g m l l b) Tương tự, ta có: T ' 2 2 = 1,9(s) g ' q E g m -16-
17. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng c) Khi E có phương nằm ngang. Khi đó chu kỳ dao động của con lắc khi đặt trong điện trường là:  Bài 2: Một con lắc đơn có m = 5g, đặt trong điện trường đều E có phương ngang và độ lớn E = 2.10 6 V/m. Khi vật chưa tích điện nó dao động với chu kỳ T, khi vật được tích điện tích q thì nó dao động với chu kỳ T'. Lấy g = 10 m/s 2, 3T xác định độ lớn của điện tích q biết rằng T ' . 10 Hướng dẫn Từ giả thiết ta có:  Khi E có phương ngang thì ta có: Bài 3: Một con lắc đơn có m = 2 g và một sợi dây mảnh có chiều dài ℓ được kích thích dao động điều hòa. Trong khoảng thời gian Δt con lắc thực hiện được 40 dao động, khi tăng chiều dài con lắc thêm 7,9 cm thì cũng trong khoảng thời gian như trên con lắc thực hiện được 39 dao động. Lấy g = 10m/s2. a) Ký hiệu chiều dài mới của con lắc là ℓ'. Tính ℓ, ℓ'. b) Để con lắc có chiều dài ℓ' có cùng chu kỳ với con lắc có chiều dài ℓ, -8 người ta truyền cho vật một điện tích q = +0,5.10 C rồi cho nó dao động điều hòa trong điện trường đều E có các đường sức hướng thẳng đứng. Xác định chiều và độ lớn của véc tơ cường độ điện trường. Hướng dẫn a) Xét trong khoảng thời gian Δt ta có : Ta lại có ℓ' = ℓ + 7,9 => ℓ = 152,1cm và ℓ' = 160cm b) Khi chu kỳ con lắc là không đổi thì -17-
18. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng  q E q E Do E hướng thẳng đứng nên g’ = g ± , mà g’>g nên: g’ = g + m m  F  Phương trình trên chứng tỏ hướng thẳng đứng xuống dưới và do q > 0 nên E hướng thẳng đứng xuống dưới.  Vậy véc tơ cường độ điện trường E có phương thẳng đứng hướng xuống dưới và độ lớn: Bài 4: Một con lắc đơn được treo vào trần một thang máy tại nơi có gia tốc g = 9,8 m/s2. Khi thang máy đứng yên thì con lắc dao động với chu kỳ T = 2(s). Tìm chu kỳ dao động của con lắc khi: a) Thang máy đi lên nhanh dần đều với gia tốc a = 1,14 m/s2. b) Thang máy đi lên đều. c) Thang máy đi lên chậm dần đều với gia tốc a = 0,86 m/s2. Hướng dẫn Áp dụng kết quả ở mục III, ý 3.2 a) Khi thang máy đi lên nhanh dần đều: g' = g + a = 9,8 + 1,14 = 11 (m/s2) Chu kỳ dao động của con lắc đơn là: b) Khi thang máy đi lên đều thì a = 0 khi đó T' = T = 2s c) Khi thang máy đi lên chậm dần đều: g' = g - a = 9,8 - 0,86 = 8 (m/s2) Chu kỳ dao động của con lắc đơn là: Bài 5: Con lắc đơn gồm dây mảnh dài ℓ = 1 m, có gắn quả cầu nhỏ m = 50 g được treo vào trần một toa xe đang chuyển động nhanh dần đều trên đường nằm ngang với gia tốc a = 3 m/s2. Lấy g =10 m/s2. a) Xác định vị trí cân bằng của con lắc. b) Tính chu kỳ dao động của con lắc. Hướng dẫn a) Khi con lắc cân bằng thì nó hợp với phương thẳng đứng một góc α xác F a định bởi: tan => 0,29 (rad) P g b) Ta có: P '2 P2 F 2 g ' g 2 a2 = 109 Chu kỳ dao động của con lắc là: -18-
19. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng 2.4 Hiệu quả Đề tài đã được tác giả sử dụng để hướng dẫn học sinh lớp 12 ôn thi Đại học, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh kết quả đạt được là: - Đa số học sinh đều nắm chắc phương pháp giải và biết vận dụng tốt phương pháp giải nhanh vào các bài tập về tìm số vân sáng giữa hai vân cùng màu với vân sáng trung tâm và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài. - Kỹ năng giải bài tập trắc nghiệm khách quan của học sinh được cải thiện đáng kể, đảm bảo được độ chính xác và nhanh. - Phát huy và rèn luyện được khả năng vận dụng kiến thức, tính tư duy sáng tạo của học sinh trong việc giải các bài tập vật lý hay và khó. 3. KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ 1. Kết luận - Đề tài đã hoàn thành được nhiệm vụ nghiên cứu một số vấn đề lý luận về bài tập vật lý, phân loại bài tập, đề ra phương pháp giải và đồng thời lựa chọn được một hệ thống bài tập vận dụng về tìm số vân sáng giữa hai vân cùng màu với vân sáng trung tâm và chu kỳ dao động của con lắc đơn chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài. - Việc phân loại, đề ra phương pháp giải và lựa chọn hệ thống bài tập thích hợp dựa trên cơ sở khoa học chặt chẽ sẽ góp phần nâng cao chất lượng giải bài tập, nắm vững kiến thức của học sinh. - Đặc biệt cần chú ý tới việc phát huy khả năng sáng tạo, tìm tòi, tích cực tự lực của mỗi học sinh, chứ không phải là áp đặt cách suy nghĩ của giáo viên đối với học sinh khi giải mỗi bài tập được nêu ra. - Đề tài mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu một phần nhỏ trong chương trình Vật lý 12. Để góp phần nâng cao chất lượng giải bài tập, rèn luyện tư duy Vật lý của học sinh, đề tài sẽ tiếp tục được phát triển cho các chuyên đề khác trong chương trình Vật lý phổ thông. -19-
20. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng 2. Kiến nghị - Về phía nhà trường cần có kế hoạch lâu dài trong việc khuyến khích các giáo viên tham gia viết đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu cho từng chương, từng phần của môn học, từ đó có thể nâng cao được chất lượng dạy học cho các bộ môn (đặc biệt là chất lượng giải bài tập ở các môn tự nhiên) - Về phía sở GD và ĐT cần quan tâm đầu tư hơn nữa trong việc xây dựng các chuyên đề, các đề tài sáng kiến kinh nghiệm chuyên sâu ở các bộ môn, có kế hoạch phổ biến rộng rãi các đề tài để giáo viên trong toàn tỉnh có thể tham khảo, áp dụng và trao đổi kinh nghiệm trong quá trình dạy học. Bảo Thắng, ngày 16 tháng 5 năm 2014 Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG THI ĐUA NGƯỜI VIẾT Nguyễn Tiến Dũng -20-
21. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. An Văn Chiêu – Vũ Đào Chỉnh – Phó Đức Hoan – Nguyễn Đức Thâm - Phạm Hữu Tòng. Phương pháp giải bài tập Vật lý sơ cấp, tập I. NXB Giáo dục, 2000. 2. Nguyễn Văn Đồng- An Văn Chiêu- Nguyễn Trọng Di- Lưu Văn Tạo. Phương pháp giảng dạy Vật lý ở trường phổ thông, tập I. NXB Giáo dục, 1979. 3. Bùi Quang Hân. Giải toán Vật lý 12, tập I. NXB Giáo dục, 2006. 4. Vũ Thanh Khiết. Bài tập Vật lý sơ cấp, tập I. NXB Giáo dục, 2002. 5. Mỵ Giang Sơn. Những bài tập Vật lý cơ bản hay và khó, tập I. NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2001. 6. Phạm Hữu Tòng. Phương pháp dạy bài tập Vật lý, NXB Giáo dục, 1989. 7. Nguyễn Anh Vinh - Giải bằng nhiều cách và một cách cho nhiều bài toán, NXB tổng hợp TPHCM, năm 2012 Email liên hệ chuyển giao: tailieutheochude@gmail.com XEM CHI TIẾT Ngân hàng SKKN 13 MÔN HỌC THPT: -21-
22. ĐỀ TÀI SKKN Nguyễn Tiến Dũng -22-