Tài liệu Skkn xác định nhanh độ lệch pha giữa li độ _ vận tốc _ gia tốc trong dao động điều hòa.

TRƯỜNG THPT TÔ HIẾN THÀNH -----------***------------- S¸NG KIÕN KINH NGHIÖM M«n vËt lÝ ĐỀ TÀI: XÁC ĐỊNH NHANH ĐỘ LỆCH PHA GIỮA LI ĐỘ _ VẬN TỐC _ GIA TỐC TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA.  Người thực hiện: Lê Đức Khiêm Nhóm: VẬT LÍ Tổ: Lí _ Hóa _ Sinh _ Thể. Thanh Hãa – N¨m 2011 A. LÝ do chän ®Ò tµi. * M«n vËt lÝ lµ mét trong nh÷ng m«n häc chÝnh cã liªn quan nhiÒu ®Õn vËn dông kiÕn thøc trong thùc tiÔn ®êi sèng còng nh liªn quan nhiÒu ®Õn viÖc thi cö cña c¸c em häc sinh. * Chương dao động cơ chiếm một thời lượng lớn trong chương trình vật lí 12 * Chương dao động cơ có số câu hỏi và bài tập nhiều trong chương trình vật lí 12 * Chương dao động cơ có liên quan đến các chương trong chương trình vật lí 12 * Chương dao động cơ có 3 đại lượng vật lí chính là li độ, vận tốc, gia tốc. * Khi giải các bài tập vật lí phần dao động điều hòa thường gặp một số bài toán so sánh độ lệch pha giữa các đại lượng là li độ, vận tốc, gia tốc. Trong khi đã: - ViÖc gi¶i bài to¸n trªn ®èi víi mét sè häc sinh líp 12 thêng gÆp khã kh¨n do dÔ bị nhÇm lÉn và ph¶i vËn dông ®Õn kiÕn thøc to¸n häc. - ViÖc so sánh độ lệch pha giữa các đại lượng là li độ, vận tốc, gia tốc trong dao động điều hßa ®îc vËn dông rÊt tèt trong viÖc gi¶i quyÕt mét sè kiÕn thøc t¬ng tù ë c¸c ch¬ng kh¸c. * Trªn thùc tÕ nÕu häc sinh ®i thi tr¾c nghiÖm, cã nhiÒu bµi to¸n nÕu cã kinh nghiÖm ( cã mÑo riªng ) vÒ phÇn ®ã th× viÖc t×m ra ®¸p ¸n sÏ ®îc nhanh chãng h¬n ( kÓ c¶ trêng hîp dï häc sinh kh«ng hiÓu bµi nhng vÉn t×m ra ®îc ®¸p ¸n ®óng trong thêi gian nhanh nhÊt ) Tõ nh÷ng lÝ do trªn vµ trong qu¸ tr×nh gi¶ng d¹y t«i ®· nghiªn cøu vµ cã mét kinh nghiÖm; ®ã lµ néi dung cña ®Ò tµi: “X¸c ®Þnh nhanh ®é lÖch pha gi÷a li ®é – vËn tèc – gia tèc trong dao ®éng ®iÒu hßa”. Trang 1 B. Néi dung thùc hiÖn. I. KiÕn thøc liªn quan. Ph¬ng tr×nh li ®é: Ph¬ng tr×nh vËn tèc: Ph¬ng tr×nh gia tèc: Trong ®ã: x = Acos(  t +  ) v = –  Asin(  t +  ) a = –  2 Acos(  t +  ) = –  2 x. x: li ®é v: vËn tèc – §¬n vÞ thêng lÊy lµ cm. – §¬n vÞ thêng lÊy lµ cm/s. a: gia tèc – §¬n vÞ thêng lÊy lµ cm/s.2  : vËn tèc gãc – §¬n vÞ thêng lÊy lµ rad/s. (  t +  ): pha cña dao ®éng t¹i thêi ®iÓm t – §¬n vÞ rad.  : pha ban ®Çu t¹i thêi ®iÓm ban ®Çu t0 – §¬n vÞ rad. II. Mét sè víng m¾c cña häc sinh khi lµm bµi. 1. Mét sè bµi to¸n vÝ dô: Lu ý: C¸c bµi to¸n vÝ dô díi ®©y ®Òu liªn quan ®Õn so s¸nh ®é lÖch pha cña c¸c ®¹i lîng trong dao ®éng ®iÒu hßa lµ li ®é – vËn tèc – gia tèc. *Bµi to¸n 1: Trong dao ®éng ®iÒu hßa th× vËn tèc biÕn thiªn ®iÒu hßa A. cïng pha so víi li ®é. B. ngîc pha so víi li ®é. C. sím pha  so víi li ®é. D. trÔ pha  so víi li ®é. 2 2 *Bµi to¸n 2: Trong dao ®éng ®iÒu hßa th× gia tèc biÕn thiªn ®iÒu hßa A. cïng pha so víi li ®é. B. ngîc pha so víi li ®é.  C. sím pha so víi li ®é. D. trÔ pha  so víi li ®é. 2 2 *Bµi to¸n 3: Trong dao ®éng ®iÒu hßa th× gia tèc biÕn thiªn ®iÒu hßa A. cïng pha so víi vËn tèc. B. ngîc pha so víi vËn tèc. C. sím pha  so víi vËn tèc. D. trÔ pha  so víi vËn tèc. 2 2 HoÆc cã thÓ thay ®æi lêi dÉn … – VÝ dô: Li ®é cña dao ®éng ®iÒu hßa lu«n biÕn thiªn ®iÒu hßa A. cïng pha so víi vËn tèc. B. ngîc pha so víi vËn tèc.  C. sím pha so víi vËn tèc. D. trÔ pha  so víi vËn tèc. 2 2 Trang 2 2. Mét sè víng m¾c cña häc sinh khi lµm bµi. Tõ c¸c c«ng thøc vËt lÝ vÒ li ®é, vËn tèc, gia tèc x = Acos(  t +  ) v = –  Asin(  t +  ) a = –  2 Acos(  t +  ) = –  2 x. Ta thÊy viÖc gi¶i c¸c bµi to¸n nªu ë trªn ®«i khi cßn nhiÒu víng m¾c víi mét sè häc sinh do nhÇm lÉn hoÆc do kh«ng n¾m v÷ng kiÕn thøc to¸n häc trong viÖc biÕn ®æi lîng gi¸c. + li ®é x hµm cosin. + vËn tèc v hµm sin ngoµi ra ë h»ng sè cßn cã dÊu ©m. + gia tèc a l¹i lµ hµm cosin ngoµi ra ë h»ng sè cßn cã dÊu ©m … Khi häc vÒ phÇn nµy, tuy gi¸o viªn ®· giíi thiÖu, nh¾c nhë vµ cho häc sinh lµm c¸c bµi tËp vÝ dô nhng råi sau mét thêi gian ng¾n th× - Mét sè häc sinh ®· quªn, muèn lµm ®îc bµi nhng kiÕn thøc to¸n häc kh«ng v÷ng nªn ph¶i mÊt nhiÒu thêi gian vµ dÔ bÞ nhÇm lÉn. - Mét sè häc sinh do lùc häc yÕu nªn kh«ng thÓ biÕn ®æi lîng gi¸c ®îc, ®µnh ph¶i t« bõa c¸c bµi tr¾c nghiÖm dÉn ®Õn kÕt qu¶ kh«ng cao. - B¶n th©n bµi to¸n vÒ so s¸nh ®é lÖch pha cña 3 ®¹i lîng trªn còng dÔ lµm cho häc sinh bÞ nhÇm lÉn, nhÊt lµ khi so s¸nh li ®é víi vËn tèc, vËn tèc víi li ®é; gia tèc víi vËn tèc vµ vËn tèc víi gia tèc … III. BiÖn ph¸p kh¾c phôc ViÖc gi¶i bµi to¸n liªn quan ®Õn ®é lÖch pha cña c¸c ®¹i lîng trong dao ®éng ®iÒu hßa lµ li ®é – vËn tèc – gia tèc ®îc kh¾c phôc mét c¸ch hÕt søc ®¬n gi¶n nhng cã hiÖu qu¶ rÊt cao TÊt c¶ c¸c häc sinh ( kÓ c¶ c¸c häc sinh häc yÕu m«n lÝ, m«n to¸n ) sau khi ®îc híng dÉn kinh nghiÖm th× ®Òu ®· lµm c¸c bµi to¸n nh ë phÇn (II. 1…) mét c¸ch nhanh nhÊt vµ chÝnh x¸c ( mÆc dï cã thÓ c¸c em kh«ng hiÓu bµi ). Kh«ng nh÷ng thÕ, c¸c häc sinh ( kÓ c¶ c¸c häc sinh häc yÕu m«n lÝ, m«n to¸n ) sau khi ®îc híng dÉn kinh nghiÖm th× nhí kiÕn thøc rÊt l©u vµ dÔ dµng trong viÖc truyÒn l¹i kinh nghiÖm cho c¸c b¹n kh¸c. Tõ c¸c c«ng thøc vËt lÝ vÒ li ®é, vËn tèc, gia tèc ta thÊy: - Li ®é ngîc pha víi gia tèc (gia tèc ngîc pha víi li ®é). - Gia tèc sím pha  so víi vËn tèc (vËn tèc trÔ pha  so víi gia tèc). 2 2   - VËn tèc sím pha so víi li ®é (li ®é trÔ pha so víi vËn tèc). 2 2 Ngoµi ra cã lu ý: Vßng trßn lîng gi¸c cã chiÒu d¬ng ngîc chiÒu kim ®ång hå … Trang 3 1. BiÖn ph¸p kh¾c phôc: Th«ng qua qu¸ tr×nh gi¶ng d¹y, t«i ®· rót ra ®îc kinh nghiÖm “X¸c ®Þnh nhanh ®é lÖch pha gi÷a li ®é – vËn tèc – gia tèc trong dao ®éng ®iÒu hßa”. C¸ch x¸c ®Þnh ®îc thÓ hiÖn nh h×nh sau: BiÓu diÔn hÖ trôc O(xa)v (trôc Ox, trôc Ov, trôc Oa) BiÓu diÔn chiÒu d¬ng (ngîc chiÒu kim ®ång hå) v + a x 0 Dùa vµo h×nh biÓu diÔn ta thÊy ngay ®îc kÕt qu¶ cÇn t×m: - Li ®é ngîc pha víi gia tèc. (gia tèc ngîc pha víi li ®é) - Gia tèc sím pha  so víi vËn tèc. (vËn tèc trÔ pha  so víi gia tèc) 2 2 - VËn tèc sím pha  so víi li ®é. (li ®é trÔ pha  so víi vËn tèc). 2 2 2. VËn dông kinh nghiÖm: Víi kinh nghiÖm trªn ta kh«ng nh÷ng lµm bµi ë phÇn dao ®éng ®iÒu hßa mµ cßn cã thÓ lµm bµi t¬ng tù ë c¸c ch¬ng kh¸c: vÝ dô ch¬ng dao ®éng vµ sãng ®iÖn tõ . *t×m ®é lÖch pha gi÷a ®iÖn tÝch vµ cêng ®é dßng ®iÖn trong m¹ch dao ®éng §iÖn tÝch : q = Q0cos(  t +  ) ( C ) Dßng ®iÖn: i = –  I0sin(  t +  ) ( A ) Ta thÊy cã sù t¬ng tù gi÷a ( ®iÖn tÝch vµ li ®é ) ( cêng ®é dßng ®iÖn vµ vËn tèc ) + (VËn tèc sím pha  so víi li ®é) 2 + (Cêng ®é dßng ®iÖn sím pha  so víi ®iÖn tÝch) 2 Do vËy, nÕu cã kinh nghiÖm kh¾c phôc nh ë phÇn dao ®éng ®iÒu hßa th× dùa vµo c¸ch so s¸nh t¬ng tù ta sÏ t×m ®é lÖch pha gi÷a ®iÖn tÝch vµ cêng ®é dßng ®iÖn trong m¹ch dao ®éng mét c¸ch nhanh chãng vµ chÝnh x¸c. 3. KÕt qu¶ thùc hiÖn: TÊt c¶ c¸c häc sinh sau khi ®îc híng dÉn kinh nghiÖm th× ®Òu ®· vËn dông rÊt tèt ®Ó lµm c¸c bµi to¸n mét c¸ch nhanh nhÊt vµ chÝnh x¸c. Kh«ng nh÷ng thÕ, c¸c häc sinh sau khi ®îc híng dÉn kinh nghiÖm th× nhí kiÕn thøc Trang 4 rÊt l©u vµ dÔ dµng trong viÖc truyÒn l¹i kinh nghiÖm cho c¸c b¹n kh¸c. ¦u ®iÓm cña kinh nghiÖm trªn ®îc thèng kª th«ng qua b¶ng so s¸nh sau:  TØ sè häc sinh lµm ®îc bµi tríc vµ sau khi ®îc bÇy kinh nghiÖm: Tríc khi ®îc bµy kinh nghiÖm 80% Sau khi ®îc bÇy kinh nghiÖm 90%  TØ sè häc sinh lµm ®îc bµi trong thêi gian nb¾n nhÊt trong sè häc sinh lµm ®îc bµi tríc vµ sau khi ®îc bÇy kinh nghiÖm: Tríc khi ®îc bµy kinh nghiÖm 60% Sau khi ®îc bµy kinh nghiÖm 100% C. KÕt luËn. Víi ®Ò tµi “X¸c ®Þnh nhanh ®é lÖch pha gi÷a li ®é – vËn tèc – gia tèc trong dao ®éng ®iÒu hßa”, ®«i khi c¸c t¸c gi¶ kh¸c cßn cã nhiÒu c¸ch x¸c ®Þnh kh¸c. Víi kinh nghiÖm mµ t«i võa tr×nh bµy ë trªn, cã thÓ cßn mét vµi sai sãt, cha ®îc ®Çy ®ñ hoÆc cßn cã thÓ ®îc vËn dông tèt h¬n. Song ®©y lµ mét trong nh÷ng kinh nghiÖm quý trong qu¸ tr×nh lµm bµi cña tÊt c¶ c¸c häc sinh. T«i mong r»ng c¸c ®ång nghiÖp vµ c¸c em häc sinh trong qu¸ tr×nh sö dông nã sÏ hÖ thèng ®Çy ®ñ h¬n vµ nh©n réng kÞp thêi ®Ó nhiÒu ngêi cïng vËn dông. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Thanh hãa – Th¸ng 5 n¨m 2011 Ngêi thùc hiÖn: Lª §øc Khiªm Trang 5 Trang 1 Trang 1 Trang 1 Trang 1 Trang 1