Đang tải... (xem toàn văn)
Phương pháp giải các dạng bài tập vật lí 12 chương 1 tham khảo
ThS LÊ THANH SƠN CHUYÊN Đề ÔN TậP Và LUYệN THI VËT LÝ 12 • • • KiÕn thøc träng tâm Phân dạng tập tập áp dụng LêI giíi thiƯu Cïng víi ®ỉi míi néi dung, ch-ơng trình sách giáo khoa cấp học, việc ®ỉi míi h×nh thøc thi tõ thi tù ln sang thi trắc nghiệm số môn kì thi quốc gia Bộ Giáo dục Đào tạo đà tạo thay đổi tích cực cách dạy học Nhằm giúp em học sinh nắm vững hệ thống kiến thức trọng tâm, rèn luyện kĩ giải dạng tập th-ờng gặp đề thi trắc nghiệm môn Vật lí, góp phần định h-ớng ph-ơng pháp học tập ôn luyện cho em học sinh chuẩn bị cho kì thi tuyển sinh vào đại học, trân trọng giới thiệu đến bạn đọc sách Chuyên đề ôn tập luyện thi vật lí 12 Cuốn sách đ-ợc biên soạn theo ch-ơng trình sách giáo khoa ban nâng cao Bộ Giáo dục Đào tạo ban hành Nội dung sách đ-ợc Phận loại ph-ơng pháp giải toán vật lí 12, T-ơng ứng với 10 ch-ơng sách giáo khoa Vật lí 12, chuyên đề gồm nội dung: Kiến thức trọng tâm Phân dạng tập Bài tập vận dụng H-ớng dẫn trả lời giảI tập vận dụng Trong chuyên đề, phần kiến thức trọng tâm phân dạng tập đ-ợc trình bày cách khoa học, đầy đủ Hệ thống tập vận dụng phong phú, đ-ợc khai thác, xây dựng chủ yếu dựa đề thi Bộ Giáo dục Đào tạo Chúng hi vọng sách trở thành tài liệu tham khảo hữu ích, không cho em có chuẩn bị tốt cho kì thi TTHPT Quc Gia mà giúp thầy cô có thêm tài liệu tham khảo hay trình lên lớp Chúng mong muốn nhận đ-ợc ý kiến đóng góp quý báu em học sinh, thầy cô giáo bạn đọc để sách đ-ợc hoàn thiện Tác giả CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ A KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Dao động 1.1 Thế dao động Chuyển động có giới hạn khơng gian, lập lặp lại quanh vị trí đặc biệt, gọi vị trí cân VTCB vị trí vật đứng yên 1.2 Dao động tuần hoàn Dao động tuần hoàn dao động mà trạng thái dao động vật lặp lại cũ sau khoảng thời gian Khoảng thời gian gọi chu kì Phương trình dao động điều hòa 2.1 Định nghĩa: Dao động điều hòa dao động li độ vật hàm cosin (hay sin) thời gian có dạng: x = Acos(t + ) 2.2 Phương trình dao động: Phương trình dao động điều hịa: x = Acos(t + ) = Asin(t + + ) Trong x: li độ, tọa độ vật tính từ vị trí cân (cm;m) A > 0: biên độ dao động (li độ cực đại) (cm; m) (t + ): pha dao động thời điểm t (rad) : pha ban đầu (rad) > 0: tần số góc (rad/s) ; A, , số * Chú ý: Một chất điểm dao động điều hịa đoạn thẳng coi hình chiếu chất điểm tương ứng chuyển động trịn lên đường kính đoạn thẳng (tốc độ góc chất điểm chuyển động trịn có giá trị tần số góc ) Chu kì, tần số tần số góc dao động điều hịa 3.1 Chu kì T (s) - Khoảng thời gian để vật thực dao động tồn phần - Chu kì khoảng thời gian ngắn mà vật trở vị trí cũ chuyển động theo hướng cũ (tức trạng thái cũ) T= 2 = t ; N tổng số dao động vật thực N t: thời gian vật thực N dao động 3.2 Tần số f (Hz hay s-1) Số dao động toàn phần thực giây f= T 3.3 Tần số góc (rad/s) 2 = = 2f Tần số góc: T Vận tốc, gia tốc vật dao động điều hòa 4.1 Vận tốc: = 2 = N t Phương trình vận tốc: v = x’ = - Asin(t + ) = Acos(t + + ) + Ở vị trí biên: x = ± A ; v = + Đi qua vị trí cân bằng: x = ; |vmax |= A 4.2 Gia tốc: Phương trình gia tốc: a = v’ = x” = - 2Acos(t + ) + Ở vị trí biên : a max = 2 A + Đi qua vị trí cân bằng: a = + a ln hướng vị trí cân bằng, a ngược dấu với x 4.3 Công thức độc lập thời gian - Liên hệ v x : x + v2 2 = A2 - Liên hệ a x : a = - 2x - Liên hệ A v: v + a2 = ( A )2 Đồ thị dao động điều hòa x, v, a * Đồ thị biểu diễn phụ thuộc x, v, a vào t (1) đường hình sin (2) * x, v, a biến thiên điều hịa chu kì T, có O t tần số f (3) (3) đồ thị x; (2) đồ thị v; (1) đồ thị a Con lắc lò xo 6.1 Định nghĩa Gồm vật nhỏ khối lượng m gắn vào đầu lò xo độ cứng k, đầu lại lò xo giữ cố định, khối lượng lò xo không đáng kể 6.2 Khảo sát dao động lắc lò xo mặt động lực học 6.2.1 Định luật II Niutơn cho vật: a = − k x hay a = − x m 6.2.2 Tần số góc, chu kì, tần số: = T = 2 m k + T tØ lƯ víi = 2 k m g ; = k g ;f= 2 m m; T tØ lƯ víi 2 ; T tØ lƯ víi m; T tØ lƯ víi k k 6.2.3 Lực kéo : F = - kx = - kAcos( t + ) - F tØ lƯ víi x ; F ln hướng vị trí cân - F biến thiên điều hịa với chu kì T, tần số f 6.3 Khảo sát dao động lắc lò xo mặt lượng 6.3.1 Động năng: Wđ = - W® max = mv 2max = 1 mv m2 A : x = lúc vật qua vị trí cân 2 - Wđmin = 0: x = A lúc vật hai biên 6.3.2 Thế năng: Wt = - Wtmax = 1 kx kA : x = A lúc vật hai biên - Wtmin = 0: x = lúc vật qua vị trí cân 6.3.3 Cơ (năng lượng): 1 W = W® + Wt = kA = m2 A = h»ng sè 2 W Wt W® - Cơ lắc tỉ lệ với bình phương kA2 biên độ dao động, tỉ lệ bậc với k, không phụ thuộc m - Cơ lắc bảo toàn bỏ kA qua ma sát - Khi động tăng giảm T T t O ngược lại - Cơ động vật vị trí cân vật hai biên - Động năng, biến thiên tuần hồn chung tần số gấp đơi tần số dao động vật; chung chu kì chu kì dao động vật - Wt =Wđ = T kA sau khoảng thời gian t = 4 Con lắc đơn – Con lắc vật lí 7.1 Thế lắc đơn Gồm vật nhỏ khối lượng m, treo đầu sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể, chiều dài ℓ đầu sợi dây treo vào điểm cố định 7.2 Khảo sát dao động lắc đơn mặt động lực học 7.2.1 Điều khảo sát: s - Khi góc nhỏ sin (rad)= ; cos = - 7.2.2 Lực kéo : F = Pt = - mgsin - Nếu góc nhỏ ( < 100 ) : Pt = −mg = − mg s 7.2.3 Phương trình dao động: g Định luật II NiuTơn cho ta: s '' = − s hay s '' = −2 s '' = −2 - Các phương trình dao động điều hòa: + Li độ cong : s = s0cos(t + ) (cm; m) + Li độ góc : = 0 cos(t + ) (độ, rad) + Vận tốc: v = s ' = −s0 sin(t + ) (cm/s; m/s) + Gia tốc tiếp tuyến: a = v’ = s’’ = - 2s0 co s(t + ) (cm/s2; m/s2) + Con lắc đơn dao động điều hịa góc lệch nhỏ bỏ qua ma sát + s = ℓα; s0 = ℓα0 với α, α0 có đơn vị rad - Chu kì, tần số góc, tần số : T = 2 ;T tØ lÖ ;T tØ lÖ + T tØ lÖ g g ; = ;T tØ lÖ g ;f= g 2 g + Khi lắc đơn dao động điều hịa chu kì khơng phụ thuộc khối lượng vật nặng không phụ thuộc biên độ 7.3 Khảo sát dao động lắc đơn mặt lượng 7.3.1 Động năng: Wđ = - W® max = mv 2max = mv m2 A : s = lúc vật qua vị trí cân 2 - Wđmin = 0: s = A lúc vật hai biên 7.3.2 Thế năng: Wt = mgℓ (1 – cos ) - Wtmax = mgℓ (1 – cos0): = 0 lúc vật hai biên - Wtmin = 0: = lúc vật qua vị trí cân 7.3.3 Cơ năng: W= 1 mv + mg (1 − cos ) = mg (1 − cos 0 ) = mv 2max 2 + Các công thức Wđ, Wt, W cho trường hợp góc lệch bé lớn + Khi nhỏ động biến thiên tuần hoàn với chu kì chu kì biến thiên α + Cơ năng: W = 1 mg 02 = m s02 2 7.4 Vận tốc lực căng dây 7.4.1 Vận tốc: v = 2g (cos − cos ) + | v max |= 2g (1 − cos ) vật qua vị trí cân + vmin = vật hai biên 7.4.2 Lực căng dây: T = mg(3cos − cos ) + Tmax = mg(3 − cos ) + Tmin = mg cos vật qua vị trí cân vật hai biên 7.5 Con lắc vật lí 7.5.1 Định nghĩa: Con lắc vật lí vật rắn quay quanh trục nằm ngang cố định Gọi G trọng tâm lắc, Q giao điểm trục quay với mặt phẳng qua G vng góc với trục quay, góc QG đường thẳng đứng qua trục quay, xác định vị trí lắc vật lí 7.5.2 Phương trình dao động lắc vật lí: = 0cos(t + ) Trong tần số góc = mgd I với I momen quán tính vật rắn trục quay, m khối lượng vật, d khoảng cách từ khối tâm tới trục quay vật, g gia tốc trọng trường 7.5.3 Chu kì dao động lắc vật lí: T = 2π I = 2 ω mgd 7.6 Ứng dụng: Ứng dụng lắc đơn lắc vật lí sở lí thuyết để xác định gia tốc trọng trường g cách làm thí nghiệm xác định chu kì dao động T, đo chiều dài l lắc dựa vào cơng thức tính chu kì lắc để tính g Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, tượng cộng hưởng 8.1 Dao động tự Dao động hệ xảy tác dụng nội lực, sau hệ cung cấp lượng ban đầu, gọi dao động tự dao động riêng Khi tần số, chu kì dao động hệ gọi tần số riêng, chu kì riêng hệ dao động Chu kì, tần số hệ dao động tự phụ thuộc vào đặc tính hệ, khơng phụ thuộc vào yếu tố bên 8.2 Dao động tắt dần 8.2.1 Thế dao động tắt dần: Biên độ dao động (năng lượng) giảm dần theo thời gian 8.2.2 Giải thích: Do lực cản mơi trường ma sát Mơi trường nhớt dao động tắt dần nhanh 8.2.3 Ứng dụng: Thiết bị đóng cửa tự động hay giảm xóc + Chu kì, tần số khơng đổi + Động cực đại, cực đại giảm dần theo thời gian + Có chuyển hóa sang nhiệt 8.3 Dao động trì Giữ biên độ dao động lắc không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng cách cung cấp cho hệ phần lượng phần lượng tiêu hao ma sát sau chu kì 8.4 Dao động cưỡng 8.4.1 Thế dao động cưỡng Để hệ không tắt dần, tác dụng vào hệ ngoại lực biến thiên tuần hoàn (lực cưỡng tuần hồn), dao động hệ gọi dao động cưỡng 8.4.2 Đặc điểm - Tần số dao động hệ tần số ngoại lực - Biên độ dao động cưỡng không đổi, phụ thuộc biên độ lực cưỡng độ chênh lệch tần số lực cưỡng tần số riêng hệ dao động - Dao động cưỡng điều hịa (có dạng sin) 8.5 Hiện tượng cộng hưởng 8.5.1 Định nghĩa: Hiện tượng biên độ dao động cưỡng tăng đến giá trị cực đại tần số f lực cưỡng tần số riêng f0 hệ dao động gọi tượng cộng hưởng 8.5.2 Điều kiện: f = f ;T = T0 ; = 0 8.5.3 Đặc điểm: Hiện tượng cộng hưởng rõ nét( biên độ lớn) lực cản môi trường nhỏ ngược lại 8.5.4 Tầm quan trọng tượng cộng hưởng: Hiện tượng cộng hưởng khơng có hại mà cịn có lợi Tổng hợp hai dao động điều hịa phương, tần số phương pháp giản đồ fre – nen 9.1 Vectơ quay + Một dao động điều hịa có phương trình x=Acos(t + ) M biểu diễn vectơ quay OM có đặc điểm sau: - Có gốc gốc tọa độ trục Ox O - Có độ dài biên độ dao động, OM = A P - Hợp với trục Ox góc pha ban đầu (OM,Ox) = - Vectơ OM quay quanh O với tốc độ góc có giá trị 9.2 Phương pháp giản đồ fre - nen + Dao động tổng hợp dao động điều hòa phương, tần số dao động điều hòa phương, tần số với dao động + Giả sử có hai dao động phương tần số: x1 = A1cos(t + 1 ); x = A 2cos(t + 2 ) Thì biên độ pha ban đầu dao động tổng hợp xác định : A = A12 + A 22 + 2A1A cos(2 − 1 ) tan = A1 sin 1 + A2 sin 2 A1 cos 1 + A2 cos 2 + Ảnh hưởng độ lệch pha: * Độ lệch pha x2 x1: = (t + 2 ) − (t + 1 ) = 2 − 1 - Nếu : x2 nhanh (sớm) pha so với x1 - Nếu : x2 chậm (trễ) pha so với x1 - Nếu = hay = 2k: x2 pha x1 Biên độ dao động tổng hợp cực đại : Amax = A1 + A2 - Nếu = (2k + 1) : x2 x1 ngược pha x Biên độ dao động tổng hợp cực tiểu : A = A1 − A 2 - Nếu = (k + ) : x2 x1 vuông pha với Biên độ dao động tổng hợp: A = A12 + A 22 Ta ln có: A1 − A A A1 + A B CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN Dạng 1: Viết phương trình dao động - Xác định đặc trưng dao động Chọn hệ quy chiếu: + Trục ox + gốc toạ độ VTCB + Chiều dương + gốc thời gian Phương trình dao động có dạng: x = Acos(t + ) cm Phương trình vận tốc: v = -Asin(t + ) cm/s 1.1 Xác định tần số góc : ( > 0) t 2 , với T = , N: tống số dao động N T k + Nếu lắc lò xo: = , (k: N/m, m: kg) m + = 2f = + Nếu lắc đơn: = + Nếu lắc vật lý: = g , ( : m, g: m/s2) mg.d (d: m; m: kg; I: kgm2) I + cho độ giản lò xo VTCB : k = mg += k g = = m v A − x2 1.2 Xác định biên độ dao động A:(A > 0) d +A= , d: chiều dài quỹ đạo vật dao động + Nếu đề cho chiều dài lớn nhỏ lò xo: A = + Nếu đề cho ly độ x ứng với vận tốc v ta có: A = + Nếu đề cho vận tốc gia tốc: A = 10 g v2 2 + a2 4 x2 + max v2 2 − (nếu buông nhẹ v = 0) ... cực tiểu : A = A1 − A 2 - Nếu = (k + ) : x2 x1 vuông pha với Biên độ dao động tổng hợp: A = A12 + A 22 Ta ln có: A1 − A A A1 + A B CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN Dạng 1: Viết phương trình dao... 2T vật quãng đường ST = 2.4A + 0,5T vật quãng đường: Slẽ = A+(A-x1)+|x2| = 2A - x1 + |x2| Vậy quãng đường vật 1s là: S = ST+Slẽ = 8A+2A - x1+|x2| = 10 A - x1 + |x2| = 10 .3 - 1, 5 +1, 5 = 30cm 19 ... = 10 cos(2 t1+ )cm v Khi t = t1 Vị trí vật sau 3,5s: x1 = 10 cos[2 (t1+3,5)+ ] = 10 cos[(2 t1+ )+7 ] = -10 cos(2 t1+ ) = -6cm vận tốc vật lúc đó: v = A2 − x = 2 10 2