1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Vật lí mơn khoa học nên q trình giảng dạy mơn Vật lí, tơi nhận thấy mơn việc dạy học trường phổ thông cần giúp học sinh nắm vững kiến thức biết vận dụng mối quan hệ mơn Vật lí mơn khoa học khác, đặc biệt mơn Tốn học Hiện nay, xu đổi nghành giáo dục phương pháp giảng dạy phương pháp kiểm tra đánh giá kết giảng dạy thi tuyển Cụ thể phương pháp đánh giá trắc nghiệm khách quan Phương pháp trắc nghiệm khách quan trở thành phương pháp chủ đạo kiểm tra đánh giá chất lượng dạy học nhà trường THPT Điểm đáng lưu ý phương pháp nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, số lượng câu hỏi đề thi nhiều mà thời gian để giải câu hỏi trắc nghiệm lại ngắn (dưới phút/câu hỏi), nên đòi hỏi học sinh phải đưa định nhanh xác phương pháp giải nhanh hiệu Trong chương trình Vật lí 12, chương “Dao động học” có nhiều dạng tập phức tạp khó Nhóm toán biến đổi chu kỳ lắc đơn chịu ảnh hưởng yếu tố bên chiều dài dây treo, toán biến đổi chu kỳ lắc đơn chịu ảnh hưởng chịu ảnh hưởng yếu tố bên như: nhiệt độ, độ cao, độ sâu, lực điện trường, lực quán tính nhóm khó, phức tạp chương trình nhằm đánh giá phân loại học sinh giỏi nên nhiều học sinh lúng túng việc tìm cách giải dạng tập Xuất phát từ thực trạng trên, qua kinh nghiệm giảng dạy nhiều năm, đưa đề tài: “ Phân loại phương pháp giải toán biến đổi chu kỳ lắc đơn dao động nhỏ” Hy vọng tập tài liệu giúp ích chút cho quý vị đồng nghiệp trình giảng dạy em học sinh trình kiểm tra, ôn thi trung học phổ thông quốc gia 1.2 Mục đích nghiên cứu - Đề tài nhằm giúp học sinh khá, giỏi khắc sâu kiến thức lí thuyết, có hệ thống tập phương pháp giải chúng, giúp em nắm cách giải từ chủ động vận dụng phương pháp làm tập có liên quan Từ học sinh có thêm kỹ cách giải tập Vật lí, nhanh chóng giải toán trắc nghiệm chu kỳ dao động điều hòa lắc đơn phong phú đa dạng - Nhằm xây dựng chuyên đề chuyên sâu, chi tiết làm tài liệu tham khảo cho đồng nghiệp ôn thi THPT Quốc gia, đặc biệt ôn thi học sinh lấy diểm giỏi kỳ thi 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Học sinh khối 12 luyện tập để kiểm tra thi môn vật lí - Giáo viên Vật lí trường THPT Nguyễn Quán Nho - Sách phương pháp giải trắc nghiệm Vật lí 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp quan sát: Người thực đề tài tự tìm tòi, nghiên cứu, đúc rút kinh nghiệm từ thực tiễn giảng dạy - Phương pháp trao đổi, thảo luận: Từ kết nghiên cứu, người thực đề tài tiến hành trao đổi, thảo luận với đồng nghiệp, rút kinh nghiệm để hoàn thiện đề tài - Phương pháp thực nghiệm: Giáo viên tiến hành dạy thể nghiệm theo phương pháp nghiên cứu đề tài - Phương pháp điều tra: Giáo viên tập áp dụng để kiểm tra đánh giá kết sử dụng phương pháp 2 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Trước hết, vật lý môn khoa học giúp học sinh nắm dược qui luật vận động giới vật chất tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ qui luật ấy, biết phân tích vận dụng qui luật vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp người giáo viên có trình bày tài liệu cách mạch lạc, hợp lôgic, phát biểu định luật xác, làm thí nghiệm yêu cầu, qui tắc có kết xác điều kiện cần chưa đủ để học sinh hiểu nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giải tập vật lý hình thức hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức học để giải tình cụ thể kiến thức trở nên sâu sắc hồn thiện Trong q trình giải tình cụ thể tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng thao tác tư phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa… để giải vấn đề, tư học sinh có điều kiện để phát triển Vì nói tập vật lý phương tiện tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả độc lập suy nghĩ hành động, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn sống học sinh Đặc biệt, để giải tập vật lý hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh việc nhớ lại kiến thức cách tổng hợp, xác nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học học sinh cần phải rèn luyện cho tính phản ứng nhanh tình cụ thể, bên cạnh học sinh phải giải thật nhiều dạng tập khác để có kiến thức tổng hợp,chính xác khoa học Với dạng tốn vật lý thơng thường có nhiều cách giải khác Đối với hình thức trắc nghiệm đòi hỏi phải giải nhanh xác, phải chọn cách giải nhanh, hiệu Nhiều tài liệu tham khảo từ trước tới thường chọn cách giải tuần tự, chi tiết bước cho tốn Tơi thiết nghĩ tốn mở đầu cho dạng cần thiết tốn mở rộng khó cần rút quy trình giải nhanh Sau vận dụng quy trình giải nhanh giúp học sinh nhớ dạng toán học phát dạng tốn khó, lạ thực dạng biến tướng dạng toán quen thuộc 2.2 Các công thức dùng đề tài 2.2.1 Chu kỳ dao động lắc đơn T = 2π l g : Chiều dài lắc (m) g: Gia tốc trọng trường (m/s2) 2.2,2 Công thức nở dài l = l0 (1 + α t ) l0 : Chiều dài dây treo (kim loại) 0oC (m) l : Chiều dài dây treo (kim loại) toC (m) α : Hệ số nở dài dây treo kim loại (K-1) 2.2.3 Gia tốc trọng trường - Gia tốc trọng trường mực nước biển: g = G M R2 G = 6, 67.10-11 N.m2/kg2: Hằng số hấp dẫn M: Khối lượng trái đất R: Bán kính trái đất - Gia tốc trọng trường độ cao h so với mực nước biển gh = G M ( R + h) => g h = g ( R ) R+h - Gia tốc trọng trường độ sâu d so với mực nước biển gd = G M′ ( R − d )2 => g d = g ( R−d ) R 2.2.4 Lực điện trường r r F = qE q: Điện tích điện trường (C) r E : Cường độ điện trường (V/m) r r + q > 0: F hướng với E r r + q < 0: F ngược hướng với E + Độ lớn: F = q E = q U d 2.2.5 Lực quán tính r r F = −ma m: khối lượng vật (kg) a: Gia tốc hệ quy chiếu (m/s2) r r + Fqt ngược hướng với a + Độ lớn: Fqt = ma 2.2.6 Các công thức gần Gọi số α1 ,α số dương bé (1 ± α ) n ≈ ± nα Ta có: ≈ mnα (1 ± α ) n (1 + α1 )(1 − α ) ≈ + α1 − α 2.3 Phân loại giải tập biến đổi chu kỳ lắc đơn 2.3.1 Chu kỳ lắc đơn dao động nơi mặt đất Xét nơi mặt đất chu kỳ lắc phụ thuộc vào chiều dài l ∆t T1 = 2π = g N1 theo công thức: l ∆t T2 = 2π = g N2 • Tỉ số chu kỳ hai lắc: T2 l N = = T1 l1 N • Chu kỳ lắc đơn có chiều dài l = l1 + l2 là: T = T12 + T22 • Chu kỳ lắc đơn có chiều dài l = l1 − l2 là: T = T12 − T22 2.3.2 Chu kỳ lắc đơn di chuyển Trái đất • T2 = T1 2π 2π l2 g2 l1 g1 = l2 g1 N1 = l1 g N 2.3.3 Chu kỳ lắc đơn thay đổi theo nhiệt độ Ở nhiệt độ t1 chu kỳ lắc T 1, nơi nhiệt độ t chu kỳ lắc T2 ta có: l1 = l0 ( + α t1 ) l2 = l0 ( + α t2 ) → l ( + α t2 ) T2 l = = = T1 l1 l0 ( + α t1 ) ( + α t2 ) ( + α t1 ) Do α = ⇒ α t1 ,α t2 = nên dùng công thức gần ta được: T2 = T1 ( + α t2 ) = + α t 12 + α t − 12 = 1 + α t 1 − α t  = + α t − t ( ( 1) 2) ( 1) ÷ 1÷  2 ( + α t1 )    2.3.4 Chu kỳ lắc đơn đưa lên độ cao h độ sâu d so với mực nước biển • Chu kỳ lắc mặt đất T chu kỳ độ cao h T (coi chiều dài khơng đổi) ta có: T2 g R+h h = = =1+ T1 gh R R • Chu kỳ lắc mặt đất T1 chu kỳ độ sâu d T (coi chiều dài khơng đổi) ta có: −1 T2 g R d 1d = = = (1 − ) = + T1 gd R−d R 2D 2.3.5 Chu kỳ lắc đơn thay đổi theo độ cao h (độ sâu d) theo nhiệt độ Chu kỳ lắc mặt đất, nhiệt độ t1 T1 chu kỳ độ cao h(độ sâu d), nhiệt độ t2 T2 −1 g ( + α t2 )  R + h  T h ( + αt ) = + = + α t + α ( t2 − t1 ) • = ( ) ÷ T1 g h ( + α t1 )  R  R • −1 g ( + α t2 )  R  1 d  ( + αt ) = + = + α t ( ) ÷  + α ( t2 − t1 ) ÷ g d ( + α t1 )  R − d  2 R  2.3.6 Chu kỳ lắc đơn chịu tác dụng lực không đổi 2.3.6.1 Phương pháp chung T2 = T1 Con lắc đơn chịu tác dụng trọng lực chu r l P r T = 2π với P = mg → độ lớn g = g m Khi lắc đơn chịu thêm rtác dụng r rcủa lực không đổi biểu kiến tác dụng lên vật P′ = P + F , lúc chu kỳ r l P′ r T ′ = 2π với P′ = mg ′ → độ lớn g ′ = g′ m kỳ dao động r F trọng lực lắc T′ g = T g′ r r r Độ lớn P′ xác định dựa vào hướng F so với P , P ln có phươngrthẳng đứng hướng xuống r r • F thẳng đứng hướng xuống → F ↑↑ P → P′ = P + F r r r • F thẳng đứng hướng lên → F ↑↓ P → P′ = P − F r r r r • F có phương ngang → F ⊥ P → P′ = P + F , lúc P′ có hướng hợp P g r với P góc β cho cosβ = = P′ g ′ r r • F , P = α → P′ = P + F + PF cos α Ta có: ( ) 2.3.6.2 Xác định chu kỳ dao động lắc đơn tác dụng lực điện trường r Con lắc đơn dao động điều hòa đặt rtrongrđiện trường E chịu tác r dụng trọng lực P lực điện trường F = qE Khi hợp lực tác dụng lên r r r vật P′ = P + F r r Ta có, lực trường F = qE r r • F ↑↑ E q>0 r r • F ↑↓ E q