Các dạng bài tập vật lý dạo động cơ sóng cơ sóng âm

Việc nắm vững chương trình Vật lý học không chỉ có ý nghĩa là hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong trường mà còn phải biết vận dụng những kiến thức đó để g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên Ngành: Sư Phạm Vật Lý – Tin Học

Lớp: SP Vật Lý – Tin K36

2

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

  

Là một sinh viên sư phạm sắp ra trường Trang bị kiến thức

chuyên môn rất quan trọng trong công việc giảng dạy trong tương lai

Với sự đam mê việc giải bài tập Vật lý, chuyên cần học hỏi, trau dồi

chuyên môn em đã cố gắng hoàn thành luận văn này

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý

thầy cô đã tâm quyết truyền đạt vốn kiến thức vô cùng quý gía cho

chúng em

Đặc biệt, em cũng xin tri ân đến thầy ThS – GVC Phạm Văn

Tuấn Thầy đã tận tình hướng dẫn từ cách thức nghiên cứu đến việc sử

dụng tài liệu nghiên cứu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn

thành đề tài này

Vì thời gian nghiên cứu có hạn và kinh nghiệm bản thân em còn

hạn chế nên đề tài không tránh khỏi thiếu xót Vì vây, kính mong nhận

được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn

Lời cuối, em xin gửi lời chúc đến tất cả quý thầy cô cùng các bạn

luôn dồi dào sức khỏe và thành công trong cuộc sống

Trân trọng!

Sinh viên thực hiện Huỳnh Thùy Dung

PHẦN MỞ ĐẦU 6

1 Lý do chọn đề tài 6

2 Mục đích đề tài 6

3 Giả thuyết khoa học 7

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 7

5 Phương pháp nghiên cứu 7

6 Đối tượng nghiên cứu 7

7 Các giai đoạn thực hiện 7

8 Những chữ viết tắt 7

PHẦN NỘI DUNG 8

Chương I NHỮNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG 8

1.1 Mục tiêu của chương trình Vật lý phổ thông 8

1.1.1 Kiến Thức 8

1.1.2 Rèn luyện và phát triển các kĩ năng 8

1.1.3 Hình thành và rèn luyện thái độ tình cảm 8

1.2 Khái niệm về bài tập Vật lý 8

1.3 Mục đích, ý nghĩa của việc giải bài tập 8

1.4 Tác dụng của bài tập Vật lý 9

1.4.1 Bài tập giúp cho việc ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức 9

1.4.2 Bài tập có thể là điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức mới 9

1.4.3 Giải BTVL rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát 9

1.4.4 Giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của HS 9

1.4.5 Giải BTVL góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của HS 9

1.4.6 Giải BTVL để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của HS 9

2.1 Cơ sở phân loại BTVL 10

2.2 Phân loại BTVL 10

2.2.1 Phân loại theo nội dung 10

2.2.2 Phân loại theo phương thức giải 10

2.2.2.1 Bài tập định tính 10

2.2.2.2 Bài tập định lượng 11

2.2.2.3 Bài tập thí nghiệm 11

2.2.2.4 Bài tập đồ thị 11

2.3 Phân loại theo yêu cầu rèn luyện kĩ năng, phát triển tư duy HS trong quá trình dạy học 11

2.4 Phân loại theo cách thể hiện bài tập 12

2.5 Phân loại theo hình thức làm bài 12

3.1 Cơ sở định hướng việc giải BTVL 12

3.1.1 Hoạt động giải BTVL 12

3.1.2 Trình tự giải một BTVL 12

3.2 Quá trình giải một BTVL theo phương pháp phân tích 13

3.3 Hướng dẫn HS giải BTVL 13

3.3.1.2 Hướng dẫn bài tập Vật lý theo kiểu Angorit 13

3.3.2 Kiểu hướng dẫn gợi ý tìm kiếm (Orixtic) 14

3.4 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học Vật lý 14

3.4.1 Lựa chọn các BTVL 14

3.4.2 Sử dụng hệ thống bài tập 14

Chương II VẬN DỤNG 16

I NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA DAO ĐỘNG CƠ 16

1.1 Dao động cơ, dao động tuần hoàn 16

1.2 Dao động điều hòa 16

1.3 Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa 17

1.4 Con lắc lò xo - Con lắc đơn 18

1.4.1 Con lắc lò xo 18

1.4.2 Con lắc đơn 23

1.5 Các loại dao động 25

1.5.1 Dao động tắt dần 25

1.5.2 Dao động duy trì 25

1.5.3 Dao động cưỡng bức 26

1.5.4 Hiện tượng cộng hưởng 26

1.6 Tổng hợp hai dao động điều hòa theo phương pháp giảng đồ Fre – nen 27

II NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA SÓNG CƠ - SÓNG ÂM 28

2.1 Sóng cơ học trong thiên nhiên 28

2.1.1 Phân loại sóng cơ 28

2.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ học 28

2.1.3 Tính chất của sóng cơ học 29

2.1.4 Phương trình dao động của sóng 29

2.2 Sóng dừng 30

2.2.1 Sự phản xạ của sóng 30

2.2.2 Sóng dừng 30

2.3 Giao thoa sóng 32

2.4 Nguồn gốc của âm và cảm giác âm 33

2.5 Nhạc âm và tạp âm 33

2.6 Những đặc trưng vật lý của âm 33

2.7 Những đặc trưng sinh lí của âm 34

2.8 Nguồn nhạc âm 34

2.9 Hộp cộng hưởng 34

III LỰA CHỌN VÀ PHÂN DẠNG HỆ THỐNG BÀI TẬP DAO ĐỘNG CƠ, SÓNG CƠ - SÓNG ÂM, CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI 35

3.1 Cơ sở lựa chọn và phân dạng hệ thống bài tập 35

3.2 Phân dạng hệ thống bài tập có hướng dẫn giải 35

3.2.1 Phân dạng bài tập Dao động cơ 35

3.2.2 Phân dạng bài tập Sóng cơ – Sóng âm 96

PHẦN THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 124

I Mục đích thực nghiệm sư phạm 124

II Đối tượng thực nghiệm sư phạm 124

III Tiến trình thực nghiệm sư phạm 124

IV Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm 129

KẾT LUẬN 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO 131

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thế kỉ XXI là thế kỉ của tri thức khoa học và công nghệ cao Kỹ năng của con người được coi như là yếu tố quyết định sự phát triển xã hội Vì thế nền giáo dục cần tạo ra con người thông minh, có trí tuệ và giàu tính sáng tạo

Giáo dục có vai trò rất lớn trong việc phát triển nguồn nhân lực cao Chính vì thế trong tình hình của đất nước ta hiện nay giáo dục phải được xem là mục tiêu quan trọng hàng đầu Trong quan điểm đầu tiên của các quan điểm chỉ đạo giáo dục của Đảng và Chính Phủ ta đã xác định rằng “Giáo dục là quốc sách hàng đầu”

Vật lý cũng như các môn khoa học khác giúp học sinh có được kiến thức cụ thể và rèn luyện cho học sinh những tiềm lực những kĩ năng để có thể đáp ứng được yêu cầu của cuộc sống Ngoài ra còn nhiều phẩm chất nhân cách của học sinh được hình thành như thế giới quan, kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, thói quen, năng lực cũng như các nét tính cách, ý chí, tính ham hiểu biết và tìm tòi học hỏi cái mới

Việc nắm vững chương trình Vật lý học không chỉ có ý nghĩa là hiểu được một cách sâu sắc và đầy đủ những kiến thức quy định trong trường mà còn phải biết vận dụng những kiến thức đó để giải quyết các nhiệm vụ học tập và những vấn đề của thực tiễn đời sống Muốn thế cần nắm vững những kĩ năng, kĩ xảo thực hành như làm thí nghiệm, vẽ đồ thị, tính toán,… Chính kĩ năng vận dụng kiến thức trong học tập và trong thực tiễn đời sống chính là thước đo mức sâu sắc và vững vàng của kiến thức mà học sinh thu nhận được

Do vậy, để nâng cao được chất lượng dạy học, phát huy được năng lực của học sinh trong dạy học nói chung và trong dạy học Vật lý nói riêng thì ta phải vận dụng nhiều phương pháp

và biện pháp dạy học khác nhau Trong đó việc giải bài tập là một trong những biện pháp đó Bởi vì các bài tập Vật lý có tầm quan trọng trong việc “Ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo cho học sinh, giúp học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn, rèn luyện cho các em vận dụng kiến thức một cách khái quát, thói quen làm việc tự lực,…” Phương pháp giải bài tập là phương tiện quan trọng để giải bài toán Vật lý đạt hiểu quả cao và có chất lượng Trong những năm gần đây bộ giáo dục và đào tạo đã áp dụng hình thức thi trắc nghiệm khách quan trong kì thi tốt nghiệp THPT cũng như tuyển sinh đại học, cao đẳng đối với nhiều môn học trong đó có môn Vật lý

Hình thức thi trắc nghiệm khách quan đòi hỏi HS phải có kiến thức rộng, xuyên suốt chương trình và có khả năng làm bài, trả lời đáp án trắc nghiệm nhanh chóng Hình thức thi cũng kéo theo sự thay đổi trong cách dạy học, ôn tập, luyện thi của cả giáo viên và học sinh

Vì vậy, giáo viên hiện nay cần hướng dẫn học sinh làm các bài tập theo các dạng của mỗi chương Đồng thời cần sưu tầm tài liệu, đặc biệt hệ thống câu hỏi trắc nghiệm rèn luyện cho

HS cách làm bài có đáp án nhanh nhất trong quá trình làm bài thi,…

Vì những lí do trên mà em quyết định chọn đề tài: “CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÝ DAO ĐỘNG CƠ, SÓNG CƠ - SÓNG ÂM ” là đề tài nghiên cứu cho luận văn của mình

3 Giả thuyết khoa học

Có thể nghiên cứu các dạng bài tập trong việc hướng dẫn học sinh giải bài tập Vật lý Dao động cơ, Sóng cơ - Sóng âm

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Hệ thống, khái quát những kiến thức cơ bản Dao động cơ, Sóng cơ - Sóng âm

Tiến hành lựa chọn và phân dạng hệ thống bài tập trắc nghiệm có hướng dẫn giải phục vụ cho việc giảng dạy bài tập Vật lý Dao động cơ, Sóng cơ - Sóng âm

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu các tài liệu SGK Vật lý 12 cơ bản và nâng cao, tài liệu bồi dưỡng giáo viên, phương pháp giải bài tập Vật lý, tra cứu các tài liệu trên mạng

Học tập và trao đổi kinh nghiệm từ Thầy cô và bạn bè

Thực nghiệm sư phạm

6 Đối tượng nghiên cứu

Các dạng bài tập Dao động cơ, Sóng cơ - Sóng âm

7 Các giai đoạn thực hiện

Giai đoạn 1: Gặp ThS – GVC Phạm Văn Tuấn trao đổi chọn đề tài luận văn

Giai đoạn 2: Soạn đề cương và chỉnh sửa đề cương hoàn chỉnh

Giai đoạn 3: Tiến hành viết đề tài luận văn

Giai đoạn 4: Chỉnh sửa đề tài luận văn

Giai đoạn 5: Hoàn thành luận văn và tiến hành báo cáo thử

Giai đoạn 6: Báo cáo luận văn

Các khái niệm về các sự vật, hiện tượng và các quy tắc Vật lý

Các định luật, định lý, các nguyên lý Vật lý cơ bản

Những nội dung chính của một số thuyết Vật lý quan trọng trong đời sống và trong lĩnh vực sản xuất

Các ứng dụng quan trọng của Vật lý

1.1.2 Rèn luyện và phát triển các kĩ năng

Quan sát các hiện tượng và các quy tắc Vật lý, điều tra, sưu tầm, thu thập các thông tin cần thiết cho việc học

Phân tích xử lí thông tin để rút ra kết luận đề ra các dự đoán về các mối quan hệ hay

về bản chất của các hiện tượng Vật lý trong tự nhiên và đời sống

Vận dụng kiến thức mô tả, giải thích các hiện tượng, quy tắc Vật lý, giải các bài tập Vật lý, … , giải quyết các vấn đề đơn giản của đời sống sản xuất

1.2 Khái niệm về bài tập Vật lý

BTVL là một yêu cầu đặt ra cho người học, được người học giải quyết dựa trên các

cơ sở lập luận logic, nhờ các phép tính toán, các thí nghiệm, dựa trên những kiến thức về khái niệm, định luật và các thuyết Vật lý

1.3 Mục đích, ý nghĩa của việc giải bài tập

Quá trình giải một BTVL là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài toán, xem hiện tượng Vật lý được đề cập đến, dựa vào kiến thức Vật lý để tìm ra những cái chưa biết trên cơ sở những cái đã biết Thông qua hoạt động giải bài tập, HS không những củng cố lý thuyết và tìm ra lời giải một cách chính xác mà còn hướng cho học sinh cách suy nghĩ lập luận để hiểu

rõ bản chất của vấn đề, và có một cái nhìn đúng đắn hơn về khoa học Vì thế mục đích cơ bản đặt ra khi giải BTVL là làm cho HS hiểu sâu sắc hơn những quy luật Vật lý, biết phân tích và vận dụng chúng vào vấn đề thực tiễn, vào tính toán kĩ thuật và cuối cùng là phát triển được năng lực tư duy, năng lực tự giải quyết vấn đề

Muốn giải được BTVL, HS phải biết vận dụng các thao tác tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp, khái quát hóa … để xác định được bản chất của Vật lý Vận dụng kiến thức Vật lý

để giải quyết các nhiệm vụ học tập và những vấn đề thực tế của đời sống chính là thước đo mức độ hiểu biết của HS Vì vậy, việc giải BTVL là phương tiện kiểm tra kiến thức, kĩ năng của HS

1.4 Tác dụng của bài tập Vật lý

1.4.1 Bài tập giúp cho việc ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức

Trong giai đoạn xây dựng kiến thức, HS đã nắm được cái chung cái khái quát của các khái niệm, định luật và cũng là cái trừu tượng Trong bài tập, HS phải vận dụng những kiến thức khái quát, trừu tượng đó vào những trường hợp cụ thể rất đa dạng, nhờ thế mà HS nắm được những biểu hiện cụ thể của chúng trong thực tế Ngoài những ứng dụng quan trọng trong kĩ thuật, BTVL sẽ giúp cho HS thấy được những ứng dụng muôn hình, muôn vẻ trong thực tiễn của các kiến thức đã học

Các khái niệm, định luật Vật lý thì rất đơn giản còn biểu hiện của chúng trong tự nhiên thì rất phức tạp, bởi vì các sự vật, hiện tượng có thể bị chi phối bởi nhiều định luật, nhiều nguyên nhân đồng thời hay liên tiếp chồng chéo lên nhau Bài tập sẽ giúp cho HS phân tích để nhận biết được những trường hợp phức tạp đó

BTVL là phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khi giải bài tập HS phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi phải sử dụng tổng hợp các kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần của chương trình

1.4.2 Bài tập có thể là điểm khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức mới

Các bài tập nếu được sử dụng khéo léo có thể dẫn dắt HS đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới do bài tập phát hiện ra

1.4.3 Giải BTVL rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát

BTVL là một trong những phương tiện rất quý báu để rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, rền luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát đã thu nhận được để giải quyết các vấn đề của thực tiễn Có thể xây dựng nhiều bài tập có nội dung thực tiễn, trong đó HS phải biết vận dụng lý thuyết để giải thích hoặc dự đoán các hiện tượng xảy

ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước

1.4.4 Giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của HS

Trong khi làm bài tập do phải tự mình phân tích các điều kiện của đầu bài, tự xây dựng những lập luận, kiểm tra và phê phán những kết luận mà HS rút ra được nên tư duy của

HS được phát triển, năng lực làm việc của họ được nâng cao, tính kiên trì được phát triển

1.4.5 Giải BTVL góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của HS

Việc gải BTVL đòi hỏi phải phân tích bài toán để tìm bản chất Vật lý với mức độ khó được nâng dần lên giúp HS phát triển tư duy

Có nhiều BTVL không chỉ dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiến thức đã học

mà còn giúp bồi dưỡng cho HS tư duy sáng tạo Đặc biệt là những bài tập giải thích hiện tượng, bài tập thí nghiệm, bài tập thiết kế dụng cụ rất có ích về mặt này

1.4.6 Giải BTVL để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của HS

BTVL cũng là một phương tiện có hiệu quả để kiểm tra mức độ nắm vững của HS Tùy theo cách đặt câu hỏi kiểm tra, ta có thể phân loại được các mức độ nắm vững kiến thức của HS, khiến cho việc đánh giá chất lượng kiến thức của HS được chính xác

2.1 Cơ sở phân loại BTVL

Số lượng các BTVL sử dụng trong thực tiễn dạy học hiện nay rất lớn Vì vậy, cần có

sự phân loại sao cho có tính tương đối thống nhất về mặt lý luận cũng như thực tiễn cho phép người GV lựa chọn và sử dụng hợp lý các BTVL trong dạy học

Dựa vào đặc điểm môn học, cấu trúc nội dung, mục tiêu bài tập mà người ta có nhiều cách phân loại BTVL

2.2 Phân loại BTVL

2.2.1 Phân loại theo nội dung

Các bài tập cũng có thể phân chia thành các bài tập có nội dung trừu tượng Ở các bài tập có nội dung trừu tượng, các dữ kiện đều cho dưới dạng kí hiệu, lời giải cũng sẽ biểu diễn dưới dạng một công thức chứa đựng ẩn số và dữ kiện đã cho Ngược lại, với các bài tập có nội dụng cụ thể, các dữ kiện đều cho dưới dạng các con số cụ thể Ưu điểm của các bài tập trừu tượng là nhấn mạnh bản chất Vật lý của hiện tượng mô tả trong bài tập, trong khi đó các bài tập cụ thể mang đặc trưng trực quan gắn liền với thực tiễn, với kinh nghiệm sống của

HS

Một dạng khác của bài tập có nội dung cụ thể là các bài toán có nội dung kĩ thuật (Kĩ thuật tổng hợp) Trong đó các điều kiện của bài toán liên quan tới kĩ thuật hiện đại, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải,… Những bài tập này có vai trò quan trọng về mặt giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho HS Phát triển hứng thú của HS với Vật lý, sáng tạo kĩ thuật

Các bài tập có nội dung lịch sử thì trong điều kiện của bài tập phản ánh các điều kiện lịch sử phát triển Vật lý và Kĩ thuật, các thí nghiệm có tính chất lịch sử

Để phát triển và duy trì mức hứng thú học Vật lý, người ta thường sử dụng các bài tập

lí thú làm cho bài học sinh động Trong các bài tập như vậy các điều kiện của bài tập thường chứa đựng các yếu tố nghịch lý hoặc gây trí tò mò của HS

Khi lựa chọn nội dung các bài tập nên đi từ đơn giản đến phức tạp tăng cường cá nhân hóa hoạt động của HS tương ứng với năng lực và kiến thức của họ

Phân chia các bài toán theo các cấp độ từ đơn giản đến phức tạp và lên mức độ sáng tạo đòi hỏi tư duy cao

Có thể quy ước mức độ phức tạp của một bài tập như sau:

Các bài tập được coi là đơn giản là các bài tập khi giải cần sử dụng một, hai công thức hoặc quy tắc, định luật Vật lý, hình thành một hai kết luận, thực hành một thí nghiệm đơn giản Những bài tập này thường được gọi là các bài tập luyện tập Nhờ các bài tập này có thể củng

cố các kiến thức đã học

Các bài tập phức tạp hơn (còn gọi là các bài tập tổng hợp) Khi giải cần phải sử dụng một số định luật Vật lý, nhiều khi thuộc các phần khác nhau của chương trình Vật lý đưa ra một vài kết luận, sử dụng một số kĩ năng thực nghiệm

2.2.2 Phân loại theo phương thức giải

2.2.2.1 Bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải HS không cần thực hiện các phép tính phức tạp hay chỉ làm những phép tính đơn giản, có thể tính nhẩm được Muốn giải những bài tập định tính, HS phải thực hiện những phép suy luận logic, do đó phải hiểu rõ bản chất của các khái niệm, định luật Vật lý, nhận biết được những biểu hiện của chúng trong những trường hợp cụ thể Đa số các bài tập định tính yêu cầu HS giải thích hoặc dự đoán một hiện tượng xảy ra trong những điều kiện cụ thể

Bài tập định tính làm tăng sự hứng thú của HS đối với môn học, tạo điều kiện phát triển óc quan sát ở HS, là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy của HS và dạy cho HS biết cách áp dụng chúng vào thực tiễn

2.2.2.2 Bài tập định lượng

Bài tập định lượng là loại bài tập mà khi giải HS phải thực hiện một loạt các phép tính để xác định mối liên hệ phụ thuộc về lượng giữa các đại lượng và các kết quả thu được

là một đáp định lượng

Có thể chia bài tập định lượng làm hai loại:

Bài tập tính toán tập dợt: là loại bài tập tính toán đơn giản, trong đó chỉ đề cập đến

một hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép tính đơn giản nhằm củng cố kiến thức cơ bản vừa học làm cho HS hiểu rõ hơn ý nghĩa của các định luật và các công thức biểu diễn của chúng

Bài tập tính toán tổng hợp: là loại bài tập mà khi giải thì phải vận dụng nhiều khái

niệm, định luật, nhiều công thức Loại bài tập này có tác dụng đặc biệt giúp HS đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy rõ những mối liên hệ khác nhau giữa các phần của chương trình Vật lý Ngoài ra bài tập tính toán tổng hợp củng nhằm mục đích làm sáng tỏ nội dung Vật lý của các định luật, quy tắc biểu hiện dưới các công thức Vì vậy, GV cần lưu ý HS chú ý đến ý nghĩa Vật lý của chúng trước khi đi vào lựa chọn các công thức và thực hiện phép tính toán

2.2.2.3 Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập Những thí nghiệm này thường là những thí nghiệm đơn giản Bài tập thí nghiệm cũng có thể có dạng định tính hoặc định lượng

Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng về cả ba mặt giáo dưỡng, GD, đánh giá kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt giúp làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lý thuyết và thực tiễn

2.2.2.4 Bài tập đồ thị

Bài tập đồ thị là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đòi hỏi HS phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị

Bài tập đồ thị có tác dụng rèn luyện kĩ năng đọc, vẽ đồ thị và mối quan hệ hàm số giữa các đại lượng mô tả trong đồ thị

2.3 Phân loại theo yêu cầu rèn luyện kĩ năng, phát triển tư duy HS trong quá trình dạy học

Bài tập luyện tập: là loại bài tập mà việc giải chúng không đòi tư duy sáng tạo của

HS, chủ yếu chỉ yêu cầu HS nắm vững cách giải đối với một loại bài tập nhất định đã được chỉ dẫn

Bài tập sáng tạo: là loại bài tập ngoài việc vận dụng một số kiến thức đã học, HS bắt

buộc phải có những ý kiến độc lập, mới mẻ, không thể suy ra một cách logic từ những kiến thức đã học

Bài tập nghiên cứu: là dạng bài tập trả lời những câu hỏi “tại sao”

Bài tập thiết kế: là dạng bài tập trả lời cho những câu hỏi “phải làm như thế nào”

2.4 Phân loại theo cách thể hiện bài tập

Bài tập bài khóa

Bài tập trả lời câu hỏi đúng nhất trong các câu trả lời cho sẵn Loại này có hạn chế là không kiểm tra được con đường suy nghĩ của người giải nhưng vẫn hiệu quả nhất định trong việc kiểm tra trình độ kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo của HS

2.5 Phân loại theo hình thức làm bài

Bài tập tự luận: là những bài yêu cầu HS giải thích, tính toán và hoàn thành theo

một logic cụ thể

Bài tập trắc nghiệm khách quan: là loại bài tập cho câu hỏi và đáp án Các đáp án

có thể là đúng, gần đúng hoặc sai Nhiệm vụ của HS là tìm ra câu trả lời đúng nhất, cũng có khi là những câu bỏ lửng yêu cầu điền vào những chỗ trống để có câu trả lời đúng Bài tập loại này bao gồm:

Câu đúng – sai: câu hỏi là một phát biểu, câu trả lời là một trong hai lựa chọn

Câu nhiều lựa chọn: một câu hỏi, nhiều phương án lựa chọn, yêu cầu HS tìm câu trả lời

Hoạt động giải bài toán Vật lý có hai phần việc cơ bản quan trọng đó là:

Việc xác lập các mối liên hệ cơ bản, cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức Vật lý vào điều kiện cụ thể của bài toán đã cho

Sự tiếp tục luận giải, tính toán, đi từ mối liên hệ đã xác lập được đến kết quả cuối cùng của việc giải đáp vấn đề được đặt ra trong bài toán đã cho

Sự nắm vững lời giải một bài toán Vật lý phải thể hiện ở khả năng trả lời được câu hỏi: Việc giải bài toán này cần xác lập được mối liên hệ nào? Sự xác lập các mối liên hệ cơ bản này dựa trên sự vận dụng kiến thức Vật lý nào? Vào điều kiện cụ thể gì của bài toán?

Đối với bài tập định tính ta không phải tính toán phức tạp nhưng vẫn cần phải có suy nghĩ logic từng bước đi để đến kết quả cuối cùng

3.1.2 Trình tự giải một BTVL

Mặc dù các BTVL khác nhau về loại và mục đích sử dụng trong dạy học, trong thực

tế người ta vẫn thừa nhận một quan điểm chung về quá trình giải một BTVL Theo quan điểm đó, người thầy giáo không chỉ đơn giản trình bày cách giải cho HS mà phải thực hiện nhiệm vụ GD, giáo dưỡng HS trong quá trình giải bài tập, cần phải dạy HS tự lực giải được BTVL Vì vậy, sau mỗi chương mỗi phần của chương trình Vật lý, GV cần trình bày cách giải mẫu mỗi loại bài, hình thành cho HS thói quen phân tích đúng bài toán, ghi chép và tính

toán một cách hợp lý, rèn luyện tư duy logic Quá trình giải một BTVL, đặc biệt là giải một bài tập phức tạp có thể chia thành các bước sau:

Bước 1: Tìm hiểu đầu bài

Đọc kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ quan trọng

Ghi tóm tắt dữ kiện bài toán và cái cần tìm, đặc biệt là thống nhất đơn vị Dùng hình

vẽ mô tả lại tình huống, minh họa nếu cần

Bước 2: Xác lập các mối liên hệ

Thực chất của bước này là tìm quan hệ về ẩn số phải tìm và các dữ kiện đã cho Nhận biết các dữ kiện đã cho trong đề bài có liên quan đến những khái niệm nào, quy tắc nào, định luật, công thức lý thuyết nào trong Vật lý để xác lập mối liên hệ

Xác định các giai đoạn biểu diễn của các hiện tượng được nêu trong đề bài, mỗi giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào Có như vậy HS mới hiểu rõ được bản chất của hiện tượng, tránh sự áp dụng máy móc các công thức

Bước 3: Sự luận giải

Thành lập các phương trình nếu cần chú ý có bao nhiêu ẩn số thì có bấy nhiêu phương trình

Bước 4: Kiểm tra xác nhận kết quả và biện luận

Từ mối liên hệ cơ bản, lập luận giải để tìm ra kết quả

Phân tích tổng hợp cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện đầu bài tập hoặc không phù hợp với thực tế Việc biện luận này cũng là một cách để kiểm tả

sự đúng đắn của quá trình lập luận Đôi khi nhờ sự biện luận này mà HS có thể tự phát hiện

ra những sai lầm của quá trình lập luận, do sự vô lý của kết quả thu được

3.2 Quá trình giải một BTVL theo phương pháp phân tích

Khi giải bài tập theo phương pháp phân tích vẫn tuân theo 4 bước chung của quá trình giải một BTVL

Bước 1: Tìm hiểu đề bài

Bước 2: Xác lập các mối liên hệ

Bước 3: Sự luận giải

Bước 4: Kiểm tra xác nhận kết quả và biện luận

Phương pháp phân tích bắt đầu bằng một tìm một định luật, một quy tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại lượng cần tìm và một vài đại lượng khác chưa biết Công việc tiếp theo là tiếp tục tìm những định luật, công thức khác cho biết mối quan hệ giữa các đại lượng chưa biết này với các đại lượng đã biết trong đầu bài Cuối cùng, ta tìm được một công thức trong đó chỉ chứa đại lượng cần tìm với cái đại lượng đã biết Thực chất của phương pháp phân tích là phân tích một bài toán phức tạp thành nhiều bài toán đơn giản hơn

3.3.1.2 Hướng dẫn bài tập Vật lý theo kiểu Angorit

Sự hướng dẫn hoạt động theo một mẫu có sẵn gọi là hướng dẫn Angorit Thuật ngữ Angorit trong việc giải bài tập được hiểu là một quy trình hành động, tức là trình tự các thao

Cách hướng dẫn GV xây dựng Angorit giải cho một bài tập nào đó gồm trình tự các thao tác tiến hành và những lưu ý trong từng thao tác GV chọn bài tập cùng dạng để cho HS giải và kiểm tra kết quả để uốn nắn sai sót trong cách vận dụng Kiểu vận dụng Angorit thường được áp dụng khi cần dạy cho HS phương pháp giải một bài toán điển hình theo yêu cầu của chương trình

Ưu điểm: Kiểu hướng dẫn này định hướng được tư duy HS theo một con đường vạch

sẵn sẽ giúp HS có kĩ năng giải những bài tập cùng dạng

Nhược điểm: HS có thói quen hành động theo mẫu nên làm hạn chế năng lực tư duy

của HS

3.3.2 Kiểu hướng dẫn gợi ý tìm kiếm (Orixtic)

Hướng dẫn gợi ý tìm kiếm là kiểu hướng dẫn, GV chỉ gợi mở các vấn đề HS tìm cách giải quyết, GV chỉ có thể hướng dẫn một phần nào đó

Cách hướng dẫn GV chọn bài tập mà có một bộ phận HS đã biết cách giải quyết, còn một bộ phận hoàn toàn mới lạ GV phải dùng hệ thống câu hỏi gợi ý HS giải quyết từng vấn

đề

Ưu điểm: Phối hợp hoạt động giữa GV và HS một cách tích cực, GV phải gợi ý, HS phải tìm cách giải quyết Điều này đã tạo cho HS có thói quen, tiếp nhận các vấn đề và tìm cách giải quyết các vấn đề từ đó rèn luyện năng lực tư duy cho HS

Yêu cầu khi hướng dẫn: GV phải chuẩn bị hệ thống câu hỏi gợi ý làm sao phải định hướng được tư duy cho HS, HS phải tiếp cận được vấn đề cần giải quyết Đồng thời các câu hỏi phải “ẩn” các vấn đề mà HS phải tìm cách giải quyết

3.4 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học Vật lý

3.4.1 Lựa chọn các BTVL

Trong thực tế dạy học Vật lý người GV thường xuyên phải thực hiện công việc lựa chọn và tìm cách vận dụng các BTVL sao cho phù hợp với mục tiêu dạy học của mỗi loại bài học, của công việc (Kiểm tra, ôn tập,…) Khi đó việc lựa chọn các hệ thống bài tập cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp… giúp HS nắm được phương pháp giải các loại bài tập điển hình

Mỗi bài tập phải là một hệ thống mắt xích trong hệ thống bài tập, đóng góp vào việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức cho HS

Trong hệ thống bài tập cần bao gồm nhiều loại như:

Bài tập giả tạo: là loại bài tập mà nội dung của nó không sát với thực tế, các bài tập trừu tượng và các bài tập có nội dung thực tế, bài tập luyện tập và các bài tập sáng tạo, bài tập cho thừa hoặc thiếu dữ kiện, bài tập mang tính chất ngụy biện và nghịch lý, bài tập có nhiều cách giải khác nhau,…

không đầy đủ, những bài tập sáng tạo có thể coi là sự kết thúc việc giải hệ thống bài tập đã đƣợc lựa chọn cho đề tài

Sử dụng các biện pháp để cá biệt hóa HS trong việc giải các BTVL Biến đổi mức độ yêu cầu của bài tập ra cho các đối tƣợng HS khác nhau nhƣ mức độ trừu tƣợng của đề bài, loại vấn đề cần giải quyết phạm vi và tính phức tạp của các số liệu cần xử lý, loại và số lƣợng các thao tác tƣ duy logic và các phép biến đổi toán học phải sử dụng, phạm vi và mức

độ kiến thức, kĩ năng cần huy động, biến đổi mức độ yêu cầu về số lƣợng bài tập cần giải, về mức độ tự lực của HS trong quá trình giải bài tập

Chương II VẬN DỤNG

I NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA DAO ĐỘNG CƠ

1.1 Dao động cơ, dao động tuần hoàn

- Dao động cơ: Là chuyển động tuần hoàn qua lại quanh một vị trí đặc biệt gọi là vị

trí cân bằng (VTCB)

- Dao động tuần hoàn: Là dao động của các vật mà sau những khoảng thời gian

bằng nhau (gọi là chu kì), vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ

- Trường hợp đơn giản của dao động tuần hoàn là dao động điều hòa

1.2 Dao động điều hòa

- Mối liên hệ giữa chuyển động tròn đều và dao động điều hòa

Độ dài đại số trên trục x của véc tơ quay OM biểu diễn dao động điều hòa chính là li

độ x của dao động điều hòa

Khi véc tơ OMquay đều với tốc độ  quanh điểm O thì hình chiếu P của điểm M dao động điều hòa trên trục x,Ox thuộc mặt phẳng quỹ đạo M với li độ bằng tọa độ hình chiếu của điểm M, biên độ bằng độ dài Ox, tần số góc đúng bằng tốc độ góc  và pha ban đầu  bằng góc xOM ở thời điểm t = 0

“Điểm P dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể được coi là hình chiếu của một điểm M chuyển động tròn đều trên đường kính là đoạn thẳng đó”

- Dao động điều hòa: Là chuyển động xung quanh vị trí cân bằng (VTCB), vị trí của

vật được xác định bằng một hàm theo quy luật sin hay cosin theo thời gian

Phương trình dao động điều hòa: x Acos(t)

+ Là li độ cực đại Là độ lệch lớn nhất về một phía so với VTCB

+ Biên độ là đại lượng không âm (A >0)

+ Độ lớn của biên độ phụ thuộc vào cách kích thích cho vật dao động

- Chu kì của dao động: T (s) Là khoảng thời gian để vật thực hiện đúng một dao

động toàn phần Hay khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp trạng thái dao động của vật giống nhau

S ) Là số dao động toàn phần mà vật thực hiện

được trong thời gian 1s



2

- Pha của dao động: t (Độ hoặc Rad) Là pha của dao động tại thời điểm t,

cho phép xác định trạng thái của dao động ở thời điểm t bất kỳ

- Pha ban đầu:  (Độ hoặc Rad) Là pha ban đầu của dao động ở thời điểm t = 0 cho biết trạng thái ban đầu của vật

1.3 Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa

Xét một dao động điều hòa có phương trình: x Acost

- Vận tốc của vật ở thời điểm t:

+ Là đạo hàm bậc nhất của li độ theo thời gian

) 2 cos(

) sin(     

) 2 cos( t vmax t v A

v     

A

vmax 



+ Vị trí biên: xA Độ lớn vmin 0

+ Vị trí cân bằng: x0 Độ lớn vmax A

+ Giá trị đại số:

A v

v 0  max  (Vật chuyển động qua VTCB theo chiều dương)

A v

v0 min  (Vật chuyển động qua VTCB theo chiều âm)

- Gia tốc của vật ở thời điểm t:

+ Là đạo hàm bậc nhất của vận tốc hay đạo hàm bậc hai của li độ theo thời gian

x t

A x

) cos( max

2

a t a

t A

A

x   max 2

A a

A

x  min  2

+ Gia tốc luôn ngược dấu với li độ

+ Véctơ gia tốc luôn luôn hướng về VTCB và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ + Đồ thị của dao động điều hòa là một đường hình sin

+ Quỹ đạo dao động điều hòa là một đoạn thẳng

1.4 Con lắc lò xo - Con lắc đơn

- Cấu tạo

Con lắc lò xo gồm một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, một đầu gắn

cố định, đầu kia gắn với vật nặng có khối lượng m được đặt theo phương ngang hoặc treo thẳng đứng

l x

0 0

mg l

l k mg F

Chiều dài cực đại: lmax l0 l0 A (Khi vật ở vị trí thấp nhất)

Chiều dài cực tiểu: lmin l0 l0A (Khi vật ở vị trí cao nhất)

+ Độ lớn của lực đàn hồi khi vật ở li độ x bất kỳ: F đh kl0x

+ Con lắc lò xo theo phương ngang: l  0 F đh  0

+ Lực kéo về ngược dấu với li độ x: F x

+ Lực kéo về tuân theo định luật II Niu- Tơn

+ Lực kéo về của con lắc lò xo không phụ thuộc vào khối lượng của vật

+ Lực gây ra gia tốc cho vật dao động điều hòa

+ Lực kéo về bằng tổng hợp lực tác dụng lên vật dao động

- Phương trình động lực học của chuyển động: x 2x 0

Trục Ox như hình vẽ, gốc O ứng với VTCB Tọa độ x của vật tính từ VTCB gọi là li

độ

Lực hồi phục hay lực kéo về: F kx

Bỏ qua ma sát Lực kéo về tuân theo định luật II Niu- Tơn

(*)0,

, ,

k x

kx mx

mx ma

- Tần số góc:

0

l

g m





221

1 ,

2 2 2 1 2

1

T T T m m m

T T T m m

2 2 2 1 2

T T

T T

2 1

k k

k k

k nt



Nếu ghép k1nt k2, m không đổi thì: 2

2 2 1 2

T T

T nt  

 Cắt lò xo:

Lò xo có chiều dài L1 thì có độ cứng k1, cắt ngắn chiều dài còn L2 thì độ cứng k2

Ta có công thức liên hệ nhƣ sau:

2

1 1 2 1 2 2

1

L

L k k k

k

L

L   

Cắt ngắn lò xo bao nhiêu lần thì độ cứng lò xo tăng bấy nhiêu lần

+ Tỉ số giữa chu kì của 2 con lắc:

2 1 1 2 2 1

2 1

k m

k m k k m m

T T

- Tần số:

m

k f

: Pha ban đầu

- Cơ năng của con lắc lò xo

Xét con lắc lò xo có phương trình dao động: xAcost và biểu thức vận tốc

1

4

1 2

cos 2

1

Max Max

2 1 4

1

0

kA W

mv W

đMax

Max đ

● Tại VTCB: Động năng cực đại  2 2 2

2

1 2

1

A m mv

1

4

1 2 2 cos 4

1

kA t

2 1 4

1

0

kA W

kA W

tMax t

● Tại biên: Thế năng cực đại  2

2

1

kA

W tMax

Kết luận: Động năng và thế năng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kì bằng

nữa chu kì của dao động Tần số bằng 2 lần tần số dao động của con lắc

f f

fWđ  Wt  2 và

2

T T

TWđ  Wt 

+ Cơ năng:

tMax đMax

t

đ W W W W

W   

const kA

A m kx

mv

W  2  2  2 2  2 

2

1 2

1 2

1 2

 Cơ năng không phụ thuộc vào khối lượng

 Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát

 Trong quá trình dao động, động năng và thế năng chuyển hóa lẫn nhau, động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại Nhưng tổng của chúng là cơ năng thì không đổi theo thời gian

t

1.4.2 Con lắc đơn

- Cấu tạo

Con lắc đơn gồm một vật nặng có khối lượng m treo vào đầu một sợi dây không dãn

có chiều dài l, vật nặng kích thước không đáng kể so với chiều dài của sợi dây, sợi dây có khối lượng không đáng kể so với khối lượng của vật nặng

- VTCB

+ Là vị trí mà dây treo có phương thẳng đứng

+ Con lắc sẽ đứng yên mãi ở vị trí này nếu lúc đầu nó đứng yên

+ Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệch khỏi VTCB một góc rồi thả ra, con lắc dao động quanh VTCB trong mặt phẳng thẳng đứng

+ Con lắc đơn dao động được là nhờ lực phục hồi:

l

s mg mg

F   sinXét con lắc đơn gồm dây treo có chiều dài l và quả nặng có khối lượng m Đặt con lắc tại một nơi có gia tốc trọng trường g Kích thích cho nó dao động với biên độ nhỏ Ở VTCB dây treo thẳng đứng

- Lực tác dụng

+ Con lắc đơn dao động được là nhờ lực phục hồi

+ Lực kéo về khi biên độ góc nhỏ:

l

s mg mg

+ Lực kéo về của con lắc đơn phụ thuộc vào khối lượng của vật

- Phương trình động lực học của chuyển động: s 2s 0

Lực kéo về khi biên độ góc nhỏ:

l

s mg mg

P

F  t   sinLực kéo về tuân theo định luật II Niu- Tơn

(*) 0 1

sin

, ,

,

, ,

g s l

s mg ms

l

s mg mg

ms

mg ms

ms ma

+ Chu kì:

g

l f



2 2 1

+ Phương trình li độ dài có dạng: ss0cost

Biểu thức xác định góc lệch của dây treo so với phương ở VTCB theo thời gian được gọi là phương trình li độ góc

0 0

22

sin2cos1:

3 cos 2 cos0

mg T

Tại VTCB: Tmax mg3  2 cos0

cos 0max   0

Tại biên: Tmin mgcos0

cos0min max 0

cos cos

2 2

1 2

1 2 2

1 2

1      



W đMax Max

20 

Kết luận: Động năng và thế năng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu

kì bằng nửa chu kì của dao động Tần số bằng 2 lần tần số dao động của con lắc

f f

fWđ  Wt 2 và

2

T T

TWđ  Wt 

+ Cơ năng

tMax đMax

t

đ W W W W

W   

  mgl  mgl  const mgl

W cos cos0  1  cos  1  cos0 

Khi  W mgl  mgl 2 const

0

2 0 0

2

12:

0

2

1 2

1

s m s

l

g m

W   



 Cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn nếu bỏ qua ma sát

- Ứng dụng của con lắc đơn

Xác định gia tốc rơi tự do nhờ con lắc đơn

2

24

+ Các thiết bị đóng cửa tự động, giảm xóc ô tô, xe máy,…

● Cửa tự khép: Cánh cửa dao động như một con lắc Nhờ thiết bị sinh lực làm dao động tắt dần và cánh cửa tự động khép lại

● Ô tô đi qua chỗ mấp mô, nó nẩy lên rồi dao động như một con lắc lò xo Nhờ có thiết bị giảm xóc mà dao động của khung xe chóng tắt dần

1.5.2 Dao động duy trì

- Là dao động (tắt dần) được duy trì mà không làm thay đổi chu kì riêng của hệ

- Cách duy trì:

+ Cung cấp thêm năng lượng cho hệ bằng năng lượng tiêu hao sau mỗi chu kì

+ Muốn giữ cho biên độ dao động của con lắc không đổi mà không làm thay đổi chu

kì dao động riêng của nó Người ta dùng thiết bị nhằm cung cấp cho nó sau mỗi chu kì một phần năng lượng đúng bằng phần năng lượng tiêu hao do ma sát

- Ví dụ: Đồng hồ dùng dây cót Khi lên dây cót ta đã tích lũy vào dây cót một thế năng nhất định Dây cót cung cấp cho con lắc thông qua cơ cấu trung gian Ngày nay, người

ta dung loại đồng hồ điện tử được cung cấp năng lượng bằng pin

- Đặc điểm:

+ Có tính điều hòa

+ Có tần số bằng tần số riêng của hệ

1.5.3 Dao động cưỡng bức

- Là dao động xảy ra dưới tác dụng của một ngoại lực biến thiên tuần hoàn

- Lực này cung cấp năng lượng vào hệ để bù vào phần năng lượng mất mác do ma sát

- Ví dụ:

Khi đến mỗi bến xe, xe buýt chỉ tạm dừng không tắt máy Dao động của xe là dao động cưỡng bức dưới tác dụng của lực cưỡng bức gây bởi chuyển động của pittông trong xylanh

- Là hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng và đạt giá trị cực đại khi tần số

f của lực cưỡng bức tiến bằng tần số riêng f0 của hệ

- Biên độ dao động đạt giá trị không đổi và cực đại khi tốc độ tiêu hao năng lượng do

ma sát bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ

- Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng:

+ Những hệ dao động như tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe,… đều có tần số riêng Phải cẩn thận không cho các hệ ấy chịu tác dụng của ngoại lực cưỡng bức mạnh Khi có cộng hưởng, hệ dao động mạnh làm gãy, đỗ

+ Một giọng hát opera cao và khỏe có thể làm vỡ các cốc rượu làm ta nghĩ đến cộng hưởng

+ Hộp đàn của đàn ghi ta, violon,… là những hộp cộng hưởng được cấu tạo sao cho không khí trong hộp có thể dao động cộng hưởng với nhiều tần số khác nhau của dây đàn làm cho tiếng đàn nghe to và rõ

1.6 Tổng hợp hai dao động điều hòa theo phương pháp giảng đồ Fre – nen

- Mỗi dao động điều hòa được biểu diễn bằng 1 véc tơ quay Véc tơ này có góc tọa độ của trục Ox Có độ dài bằng biên độ dao động A, hợp với góc Ox một góc ban đầu 

và quay đều quanh O theo chiều ngược chiều kim đồng hồ với tốc độ góc 

- Phương pháp giãn đồ Fre – nen dùng để tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số Lần lượt vẽ hai véc tơ quay A1; A2

biểu diễn hai phương trình dao động thành phần Sau đó vẽ véc tơ tổng hợp

- Xét hai dao động điều hòa cùng tần số lần lượt có phương trình

x1 A1cost1

x2  A2cost2

Giả sử một vật thực hiện đồng thời hai dao động x1và x2

 11

1 Acost

)

 22



+ Phương trình của vật dao động tổng hợp có dạng: xAcost

Trong đó:

Biên độ dao động tổng hợp: A A12A22 2A1A2cos  Với 21

Pha ban đầu của dao động tổng hợp:

2 2 1 1

2 2 1 1

cos cos

sin sin

A A





+ Độ lệch pha của x2 so với x1:  21

 Nếu k2kZ : x2 cùng pha hơn x1 Amax  A1A2

 Nếu 2k1  kZ : x2 ngược pha vớix1 Amin  A1A2

 Nếu   k  kZ

2 1

2 

2 2

A

A 

 Nếu 2 1: A1A2 A A1A2

II NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN SÓNG CƠ - SÓNG ÂM

2.1 Sóng cơ học trong thiên nhiên

Định nghĩa: Là dao động cơ học lan truyền trong môi trường vật chất nhờ lực liên

kết giữa các phần tử vật chất

2.2.1 Phân loại sóng cơ

- Sóng dọc: Là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng (Rắn, lỏng,

khí)

VD: Sóng âm, sóng trên một lò xo

- Sóng ngang: Là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng

(Rắn, lỏng)

VD: Sóng trên mặt nước, sóng trên dây cao su

2.1.2 Các đại lượng đặc trưng cho sóng cơ học

- Vận tốc sóng: v(m/s) Là vận tốc truyền pha dao động phụ thuộc vào môi trường

t

S v





Môi trường đồng chất: vconst

Môi trường này sang môi trường khác: v thay đổi

- Chu kì của sóng: T (s) Là chu kì chung của các phần tử vật chất có sóng truyền

qua

1

1 2

+ Định nghĩa:

● Là quãng đường sóng truyền đi được trong một chu kì của sóng

● Là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng có dao động cùng pha

v T v

+ Đơn vị: mét ( m )

Ngoài ra : m = 10-6 m

- Biên độ của sóng: Biên độ của sóng tại một điểm là biên độ dao động tại điểm đó

Những điểm khác nhau có biên độ khác nhau

- Năng lượng của sóng: Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng Năng

lượng của sóng tỉ lệ với bình phương biên độ và tỉ lệ với bậc 4 của tần số

2.1.3 Tính chất của sóng cơ học

- Tính tuần hoàn theo thời gian và không gian

- Chỉ có pha dao động được truyền đi, còn các phần tử vật chất dao động tại chỗ

- Chỉ truyền trong môi trường vật chất không truyền được trong chân không

- Vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào: mật độ, tính đàn hồi và nhiệt độ của môi trường

- Trong cùng một môi trường đồng chất vận tốc của sóng là không đổi

- Khi sóng truyền từ môi trường đồng chất này sang môi trường đồng chất khác thì tần số của sóng không thay đổi, vận tốc của sóng thay đổi

2.1.4 Phương trình dao động của sóng

● Phương trình dao động tại điểm M cách nguồn sóng 1 khoảng d

- Sóng tại O có phương trình: u O acost

- Điểm M cách O 1 khoảng d M nhận sóng do O truyền tới

+ Thời gian sóng truyền từ O đến M là

d t

a v

d t a

( Khi bỏ qua năng lượng hao phí thì biên độ tại M là a )

● Độ lệch pha giữa hai điểm M và N:   

1 2 ( k  d M d N  k kZ



4 ) 1 2 ( 2

) 1 2 ( k  d M d N  k kZ

● Định nghĩa: Là sự phản xạ của sóng tới và sóng phản xạ Trong đó có các nút và

bụng cố định trong không gian

● Khảo sát sóng dừng

Giả sử ở thời điểm t sóng tại điểm B có phương trình: uacost

- Điểm M là tổng hợp của hai sóng: Sóng tới và sóng phản xạ

2cos

t A





d a

A M

● Biện luận biên độ của sóng dừng

+ Những điểm thỏa mãn điều kiện này có biên độ dao động bằng 0, tức là đứng yên gọi là nút sóng





d a

● Điều kiện để có sóng dừng

- Sóng dừng trên sợi dây chiều dài l có hai đầu cố định (hai đầu đều là nút)

Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sóng





d a

A M

- Sóng dừng trên sợi dây chiều dài l có một đầu cố định và một đầu tự do

Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do là chiều dài của sợi dây phải bằng một số lẻ lần

● Ứng dụng của sóng dừng

Ứng dụng hiện tượng sóng dừng để xác định tốc độ truyền sóng trên dây

2.3 Giao thoa sóng

● Định nghĩa: Là sự tổng hợp trong không gian hai hay nhiều sóng kết hợp Trong

đó có những chỗ biên độ của sóng được tăng cường (vân cực đại) hay giảm bớt (vân cực tiểu)

● Khảo sát giao thoa trên sóng mặt nước

- Xét 2 nguồn sóng A và B thỏa mãn điều kiện kết hợp

Hai nguồn cùng biên độ, cùng pha

u M





Phương trình dao động tại điểm M trong trường giao thoa

- Sóng tại M là sự tổng hợp của hai sóng u M1;u M2

2

2 d  d2 d1





● Biện luận theo biên độ dao động tại điểm M trong trường giao thoa

- Gợn lồi – Vân cực đại:

+ Những điểm M dao động với biên độ cực đại





k d d d

d a

A Mmax  2  cos 2  1  1  2  1

Vậy những điểm M có hiệu đường đi bằng nguyên lần bước sóng sẽ dao động với biên độ cực đại là 2a

+ Tập hợp những điểm M ứng với một giá trị của kZ ta được một đường Hypebol nhận A và B làm tiêu điểm, gọi là một vân cực đại Đặc biệt với k=0 vân cực đại là đường trung trực của AB

+ Tập hợp các vân cực đại ứng với các giá trị của k ta được một họ đường Hypebol

- Gợn lõm – Vân cực tiểu

2 1 2 0

● Điều kiện để có giao thoa

Các nguồn sóng phải thỏa mãn điều kiện kết hợp, nghĩa là dao động cùng tần số, cùng pha hoặc độ lệch pha không thay đổi theo thời gian

2.4 Nguồn gốc của âm và cảm giác âm

- Các vật phát ra âm thanh (âm) đều dao động và ta gọi các vật đó là nguồn âm

- Dao động được truyền đi trong không khí, tạo thành sóng gọi là sóng âm, có cùng tần số với nguồn âm

- Cảm giác về âm phụ thuộc vào nguồn âm và tai người nghe

- Sóng âm có thể truyền đi trong tất cả các môi trường vật chất (Chất khí, chất lỏng, chất rắn) và không truyền được qua chân không

- Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn

+ Tuy nhiên độ to của âm không tỉ lệ thuận với cường độ âm

- Mức cường độ âm được xác định bằng công thức:

0

lg ) (

I

I B

L + Với L được đo bằng đơn vị ben, kí hiệu (B)

+ L được dùng để so sánh độ to của một âm với độ to của âm chuẩn

+ Nếu dùng đơn vị là dexiben ta có: ( ) 10 lg

I

I dB

L 

● Đồ thị dao động của âm

Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm ta được đồ thị dao động của nhạc âm đó

2.7 Những đặc trưng sinh lí của âm

- Âm sắc khác nhau thì dạng đồ thị dao động của âm khác nhau

- Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm

2.8 Nguồn nhạc âm

- Nguồn nhạc âm thường gặp là đèn dây và kèn hơi (như ống sáo)

- Một sợi dây đàn hồi hai đầu cố định, sẽ có sóng dừng khi chiều dài của dây bằng một số nguyên lần nửa bước sóng:

III LỰA CHỌN VÀ PHÂN DẠNG HỆ THỐNG BÀI TẬP DAO ĐỘNG CƠ, SÓNG

CƠ VÀ SÓNG ÂM, CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI

3.1 Cơ sở lựa chọn và phân dạng hệ thống bài tập

Dựa vào nội dung kiến thức của CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ, CHƯƠNG II SÓNG CƠ

- SÓNG ÂM, VẬT LÝ 12 để đưa ra các dạng bài tập

3.2 Phân dạng hệ thống bài tập có hướng dẫn giải

3.2.1 Phân dạng bài tập Dao động cơ

1 DẠNG BÀI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG CƠ HỌC

 DẠNG 1: Các bài toán liên quan đến công thức và khái niệm trong dao động điều

- Tần số góc:  (Rad/s) f

T 

2  2

Xét một dao động điều hòa có phương trình: x Acost

- Vận tốc của vật ở thời điểm t:

) 2 cos(

) sin(     

) 2 cos( t vmax t v A

v 0  max  (Vật chuyển động qua VTCB theo chiều dương)

A v

v0 min  (Vật chuyển động qua VTCB theo chiều âm)

- Gia tốc của vật ở thời điểm t:

x t

A x

v

a     2 cos( )  2

) cos(

) cos( max

2

a t a

t A

A

x   max 2

A a

t A t

A x

v

a

cos

cos)

cos(

2 2

2 2

- Công thức chung để xác định A:

S L

A L: Chiều dài của quỹ đạo

S: Quãng đường đi được trong một chu kì

k

W l

l k

F a

v x

v

2

min max max 2

max max

2 2

2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1

2 1 2 2

2 2 2 1 2

2 2 1

2 1 2 2

2 2

2 1 2 2 2

2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2

1

.

2 2

v v

v x v x v

x A

v v

x x T

x x

v v

A

v v A

x x A

v A

x A

v A

1 Một vật dao động điều hòa trên đoạn thẳng dài 10cm và thực hiện 50 dao động trong

78,5s Tìm vận tốc và gia tốc của vật khi nó đi qua vị trí có tọa độ x = - 3cm theo chiều hướng về vị trí cân bằng

s N

t

T    

57,1

22

s rad

s cm x

A v

Hướng dẫn giải

2

22 2

s rad x

a x

2 2 2

cm A

3 Gọi P là trung điểm của đoạn MN trên quỹ đạo chuyển động của 1 vật dao động điều

hòa Biết gia tốc tại M và N lần lượt là 2

2

2 2

P N

M P

x x

x x

2

s cm a

8,0

8,08

,

2

cm m

m A A

6 Vật dao động điều hòa theo hàm cosin với biên độ là 4cm và chu kì 0,5s Tại một thời

điểm mà pha dao động bằng

7 Một vật dao động điều hòa có vận tốc lúc qua vị trí cân bằng là 20cm/s Gia tốc ở vị

v1  10 3 / Khi vật qua vị trí có x2  2cm thì vận tốc bằng v2  10 2cm/s Biên

1 1

;0cos

cos

A x A x

● Thời gian vật đi qua li độ x lần thứ n

1

2

1

t T

1 Một vật dao động trên trục Ox với phương trình ( )

34cos

2 2

2

1 1

1

;062

35

35,2cos

3

22

15

5,2cos

A x A x

) ( 8

1 4

2 4

3

2 6

1 2

615

2 2

s rad

cm A

3 Một vật dao động trên trục Ox với phương trình ( )

6 2 cos

/2



Hướng dẫn giải

2

2 8

2 2

2

cm

a x x

)(2424

x

a    Tại thời điểm t = 0:

5 , 2

0

0



v x

Gia tốc cực đại lần thứ 2 vào thời điểm:

)(3

13

5,0.23

2265 5 5

(121

))(

(121

3

36

62

166cos5,266cos

Loai s

Nhan s

t t

t t

1 6

2 2

1 2013 2

1

t T