1
S O D C V O T O QUẢN TRỊ
Ƣ
SÁ K Ế
SỬ DỤ CÁC ĐỊ UẬ BẢO OÀ ĐỂ Ả
MỘ SỐ BÀ OÁ TRONG DAO ĐỘ Đ ỀU ÒA
CỦA CO ẮC Ò XO
ĩnh vực: Vật í
ên tác giả: ê am Quốc
Chức vụ: TTCM ổ Vật í - CNCN
Đơn vị công tác: rƣờng ê ợi
ăm học: 2020 - 2021
2
Ầ I: MỞ ĐẦU
1. ý do chọn đề tài
Vật lí học là một môn khoa học thực nghiệm; môn học không hề dễ với học
sinh THPT. Vấn đề khó ở đây không chỉ về mặt công thức vật lí, toán học mà
còn liên quan đến bản chất nhiều hiện tượng trong đời sống hàng ngày. ể giúp
học sinh học tốt môn Vật lí THPT nói chung và dao động điều hòa của con lắc
lò xo phần “ dao động cơ” Vật lí 12 nói riêng, mỗi giáo viên phải hình thành cho
học sinh phải có kỹ năng tư duy sáng tạo, phân tích, tổng hợp các hiện tượng. Từ
đó, đưa ra phương pháp để giải một bài toán Vật lí cụ thể cho mỗi chuyên đề,
mỗi chương trong chương trình.
2. ính cấp thiết của vấn đề
Chính vì vậy, trong quá trình dạy học. Tôi nhận thấy rằng, “ Dao động điều
hòa” là một trong những phần rất quan trọng, đặc biệt hơn là việc “Sử dụng các
định luật bảo toàn để giải một số bài toán trong dao động điều hòa của con lắc
lò xo” khi kích thích dao động bằng va chạm. ể hình thành kỹ năng cơ bản, rèn
luyện phương pháp vận dụng giải các bài tập có tính phức tạp, yêu cầu cao hơn
để chuẩn bị cho kì thi học sinh giỏi Vật lí cấp tỉnh THPT vào ngày 06/10/2020
và kì thi Tốt nghiệp THPT năm học 2020-2021. Nên, tôi thực hiện đề tài “Sử
dụng các định luật bảo toàn để giải một số bài toán trong dao động điều hòa
của con lắc lò xo” khi kích thích dao động bằng va chạm phần “ Dao động cơ”
của Vật lí 12.
Ầ : Ộ DU
1. Thực trạng của vấn đề
Hiện nay, việc kiểm tra đánh giá về kết quả giảng dạy và thi tốt nghiệp
THPT ( bằng hình thức trắc nghiệm khánh quan) nói chung; thi học sinh giỏi lớp
12 ( bằng hình thức tự luận) của Sở D- T tỉnh Quảng trị nói riêng đối với
môn Vật lí. iểm đáng lưu ý là nội dung kiến thức kiểm tra tương đối rộng, đòi
hỏi học sinh phải học kĩ, nắm vững toàn bộ kiến thức của chương trình, tránh
học tủ, học lệch. Mặt khác, đối tượng học sinh trên địa bàn tuyển vào trường
THPT Lê Lợi tương đối thấp hơn so với các trường bạn, nên việc giải bài toán
Vật lí đối với học sinh rất khó khăn cho mỗi chương, cho mỗi nội dung, cho mỗi
bài. Chính vì vậy, với mong muốn tìm được phương pháp giải các bài toán trắc
nghiệm ( thi tốt nghiệp THPT), giải các bài toán tự luận( thi học sinh giỏi cấp
tỉnh lớp 12) một cách nhanh chóng linh hoạt đồng thời có khả năng trực quan
hóa tư duy của học sinh và lôi cuốn được nhiều học sinh tham gia vào quá trình
3
giải bài tập cũng như giúp một số học sinh không yêu thích hoặc không giỏi
môn Vật lí cảm thấy đơn giản hơn trong việc giải các bài tập Vật lí.
Là giáo viên trực tiếp giảng dạy môn Vật lí lớp 12; Ôn thi tốt nghiệp THPT
và bồi dưỡng học sinh giỏi văn hóa l2 môn Vật lí cấp tỉnh. Bằng kinh nghiệm
thực tế, tôi đưa ra phương pháp “Sử dụng các định luật bảo toàn để giải một số
bài toán trong dao động điều hòa của con lắc lò xo” khi kích thích dao động
bằng va chạm phần “ Dao động cơ” của Vật lí 12 để nhằm nâng cao hiệu quả
giảng dạy bộ môn Vật lí cho học sinh lớp 12 trường THPT Lê Lợi.
2. Mô tả, phân tích các giải pháp áp dụng sáng kiến
2.1. Mô tả quy trình/quá trình thực hiện
- Tìm hiểu đối tượng học sinh của trường; học sinh lớp 12A1; 12A3 trực tiếp
mình giảng dạy. Dựa trên những khó khăn của học sinh việc giải bài toán “ Dao
động điều hòa của con lắc lò xo vận dụng các định luật bảo toàn” trong phần
“ Dao động cơ” và trao đổi với các đồng nghiệp trong tổ chuyên môn.
- iáo viên, nghiên cứu và đưa ra phương pháp giải. Vận dụng giải một số bài
toán minh họa và đưa ra một số bài toán tương tự tự giải.
2.2. ội dung- giải pháp cụ thể
- Hệ thống các công thức, kiến thức liên quan và phương pháp “Sử dụng các
định luật bảo toàn để giải một số bài toán trong dao động điều hòa của con lắc
lò xo” khi kích thích dao động bằng va chạm.
- Tập hợp các bài tập điển hình trong sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham
khảo của phần “Dao động cơ” thuộc môn Vật lí lớp 12 THPT, các đề thi học
sinh giỏi văn hóa cấp tỉnh lớp 12 môn Vật lí trong những năm qua; Các đề luyện
thi, đề thi chính thức tốt nghiệp THPT và phân chúng thành các bài tập minh
họa, hướng dẫn giải, giúp học sinh nắm được phương pháp giải toán.
2.2.1. Kiến thức cơ bản cần nắm về con lắc lò xo
a. 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 khối lượng m được đặt theo phương ngang
hoặc treo thẳng đứng.
+ Con lắc lò xo là một hệ dao động điều hòa.
+ iều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản và vật dao động trong
giới hạn đàn hồi.
b. hƣơng trình dao động điều hòa
)cos(
tAx
- Tần số góc:
max
maxmaxmax
2
2
v
a
A
a
A
v
l
g
m
k
f
T
4
- Chu kì dao động:
g
l
k
m
T
22
2
- Tần số dao động:
l
g
m
k
T
f
2
1
2
11
- Biên độ dao động A:
2
2minmax
2
maxmax
2
2ll
av
k
Wv
xA
- Phan ban đầu φ:
Dựa vào điều kiện ban đầu, t = 0
?
sin
cos
0
0
Av
Ax
c. Cơ năng của con lắc lò xo
W = Wđ + Wt = hằng số
* Động năng: Wđ =
2
1
2
mv
Wđ =
1
2
m2A2sin2(t+)
Wđ =
1
2
m2A2
Wđ =
4
1
m2A2 -
1c
4
o s 2 ( t+ )
Vậy: Wđ biến thiên tuần hoàn với
● Chu kỳ T’ = T/2 ( T là chu kỳ dao động li độ).
● Tần số góc ω’ = 2ω; tần số f’ = 2f
* hế năng: Wt =
2 2 2
11
c o s ( )
22
k x k A t


Wt =
1
2
m2A2cos2(t+) =
1
2
m2A2
1cos 2( t+ )
2
Wt =
1
4
m2A2 +
1c
4
o s 2 ( t+ )
Vậy: Wt biến thiên tuần hoàn với
● Chu kỳ T’ = T/2 ( T là chu kỳ dao động li độ).
● Tần số góc ω’ = 2ω; tần số f’ = 2f
* Cơ năng: W = Wt + Wđ =
1
2
m2A2[cos2(t + ) + sin2(t + )]
chiều dài quỹ đạo
2
5
W =
1
2
m2A2 =
1
2
kA2 = hằng số
d. Lực hồi phục( lực kéo về)
- Luôn hướng về vị trí cân bằng.
- Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ và là lực gây ra gia tốc cho vật dao
động điều hòa.
- Biểu thức: F = ma = - kx = - mω2x = mω2Acos(ωt + φ)(N)
- Lực kéo về của con lắc lò xo không phụ thuộc vào khối lượng vật.
e. ực đàn hồi
- Là lực đưa vật về vị trí sao cho lò xo có chiều dài tự nhiên l0
- Biểu thức vectơ:
)( xlkF
, trong đó
l
là độ biến dạng của lò xo khi
vật ở vị trí cân bằng.
+ Nếu con lắc bố trí nằm ngang: Δl = 0
● Tại vị trí cân bằng x = 0 thì Fđhmin = 0
● Tại vị trí biên xmax = A thì Fdhmax = kA
+ Nếu con lắc lò xo treo thẳng đứng:
2
g
k
mg
l
● ộ lớn lực đàn hồi cực đại
Khi vật xuống thấp nhất:
Fkéo max = k│Δl + A│
● ộ lớn lực đàn hồi cực tiểu còn
phụ thuộc vào độ lớn của A so với Δl
º Nếu A < Δl: Trong quá trình dao động
lò xo luôn bị giãn, Fkéo min = k│Δl - A│
º Nếu A > Δl: Trong quá trình dao động lò xo
giãn còn nén.
Lúc vật qua vị trí lò xo có chiều dài tự nhiên, Fđhmin = 0.
Khi vật lên vị trí cao nhất, lò xo nén cực đại, Fđẩy max = k│A - Δl│
và vì Fđẩy max = k│A - Δl│< Fkéo max = k│Δl + A│nên, khi nói lực đàn hồi cực đại
chính là nói đến lực kéo cực đại.
* ƣu ý: ộ biến dạng của lò xo ở vị trí cân bằng, khi con lắc nằm trên mặt
phẳng nghiêng:
k
mg
l
sin.
g. Chiều dài của lò xo trong quá trình dao động
- Chiều dài lò xo ở VTCB : lcb = l0 + Δl
- Chiều dài cực đại của lò xo( khi vật ở vị trí thấp nhất)
lmax = l0 + Δl + A
giãn
-
A
nén
l
O
A
-
A
l
O
A