Sáng kiến kinh nghiệm THPT: 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

Chia sẻ: Ganuongmuoiot | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để 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. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: 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

1 S OD CV O T O QUẢN TRỊ Ƣ SÁ KẾ 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 x  A cos(  t   ) 2 k g v max a max a max - Tần số góc:    2 f      T m l A A v max
4 - Chu kì dao động: 2 m l T   2  2  k g - Tần số dao động: 1 1 k 1 g f    T 2 m 2 l - Biên độ dao động A:  v  2 2W v max a max l max  l min chiều dài quỹ đạo A  x        2      2 k 2 2 - Phan ban đầu φ: Dựa vào điều kiện ban đầu, t = 0  x 0  A cos      ?  v 0    A sin  c. Cơ năng của con lắc lò xo W = Wđ + Wt = hằng số 1 * Động năng: Wđ = mv 2 2 1 Wđ = m2A2sin2(t+) 2 1 1  c o s  2 (  t+  )  Wđ = m2A2 2 2 1 Wđ = m2A2 - 1 c o s  2 (  t+  )  4 4 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 1 1 * hế năng: Wt =  k A c o s ( t   ) 2 2 2 kx 2 2 1 1 1  c o s  2 (  t+  )  Wt = m2A2cos2(t+) = m2A2 2 2 2 1 1 Wt = m2A2 + c o s  2 (  t+  )  4 4 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 m2A2[cos2(t + ) + sin2(t + )] 1 * Cơ năng: W = Wt + Wđ = 2
5 1 1 W= m2A2 = kA2 = hằng số 2 2 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: F   k (  l  x ) , 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 mg g + Nếu con lắc lò xo treo thẳng đứng: l    2 k ● ộ lớn lực đàn hồi cực đại Khi vật xuống thấp nhất: - - A nén Fkéo max = k│Δl + A│  A ● ộ lớn lực đàn hồi cực tiểu còn l O l phụ thuộc vào độ lớn của A so với Δl A O giãn º Nếu A < Δl: Trong quá trình dao động lò xo luôn bị giãn, Fkéo min = k│Δl - A│ 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: mg . sin  l  k 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
6 - Chiều dài cực tiểu của lò xo( khi vật ở vị trí cao nhất) lmin = l0 + Δl – A l max  l min  l cb  2 2.2.2. hƣơng pháp giải chung ể giải bài toán dao động điều hòa của con lắc lò xo “ sử dụng các định luật bảo toàn” khi kích thích dao động bằng va chạm, ta phải: - Bƣớc 1: Phân tích dữ kiện bài toán( đại lượng đã biết; đại lượng cần tìm). - Bƣớc 2: Sử dụng các định luật bảo toàn: Khi vật M gắn với lò xo đang đứng yên, người ta bắn một vật m với vận tốc v vào M: 0 + Nếu là va chạm mềm, sau va chạm hai vật dính vào nhau, trường hợp này áp dụng định luật bảo toàn động lượng: m v0  (m  M )v ' , từ đó ta thu được mv vận tốc của hệ sau va chạm là: v  ' 0 m  M + Nếu là va chạm đàn hồi, sau va chạm hai vật tách rời nhau, ngoài định luật bảo toàn động lượng, ta còn sử dụng định luật bảo toàn cơ năng:  mv 0  mv m  Mv M  1 1 1  mv 0  mv m  2 2 2 Mv M 2 2 2 iải hệ phương trình ta thu được vận tốc mỗi vật: 2 mv m  M vM  0 và vm  v0 m  M m  M - Bƣớc 3: Sử dụng các công thức liên quan đến dao động điều hòa của con lắc lò xo; các dữ kiện bài toán và các định luật bảo toàn trên, để giải và tìm ra kết quả. 2.2.3. Một số bài toán mẫu cơ bản có hƣớng dẫn giải Bài toán 1: Cơ hệ dao động như hình vẽ gồm một vật M = 200g gắn vào lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể. Vật M có thể trượt không ma sát trên mặt ngang. Hệ ở trạng thái cân bằng người ta bắn một vật m = 50g theo phương ngang với vận tốc v0 = 2(m/s) đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với M. Sau va chạm, vật M dao động điều hòa, chiều dài cực đại và cực tiểu của lò xo lần lượt là 28cm và 20cm. Chu kỳ dao động của vật M là A. 0,314(s) B. 3,140(s) C. 0,628(s) D. 6,280(s) Lời giải cụ thể của bài nhƣ sau:
7 - Gọi: là vận tốc của vật có khối lượng m trước tương tác. v0 v là vận tốc của vật có khối lượng m sau tương tác. V là vận tốc của vật có khối lượng M sau tương tác. - Theo bài toán: Do vật m chuyển động với vận tốc v đến va chạm đàn hồi 0 xuyên tâm với vật M. Nên, ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng và cơ năng ta có:  v M  v1  0 + Trước tương tác:  vm  v2  v0  M m v 0  m v  M v  mv  mv  MV  v 0  v  V (1 )  0 + Sau tương tác:  m  1 mv 2  1 mv 2  1 MV 2  v 2  v0  2 M 2 V (2)  2 0 2 2 m  2 mv 0 V   M  m  + Kết hợ ( 1) và (2)    v  v  1  2M    0  M  m  Thay số, ta được: V = 0,8 m/s = 80cm/s l max  l min Mặt khác: A   4 cm 2 - Vận tốc của M ngay sau va chạm là vận tốc cực đại trong dao động của vật 2 2 2 .4 M, ta có: V  v m ax   A  A  T    0 , 314 ( s ) T v m ax 80 Chọn đáp án: A  v1  0 * ƣu ý: Ban đầu chưa tương tác:  v2  0  ' 2 m 1v 2 v   1  m1  m 2 Sau khi tương tác ta có:   v '  v  1  2m1   2    2 m1  m 2    Bài toán 2: Một vật M có khối lượng 300g được treo ở đầu một lò xo nhẹ có độ cứng k = 100 N/m, đầu còn lại của lò xo mắc vào một giá cố định. Lấy g = 10 m/s2. Khi vật M đang đứng yên, một vật m có khối lượng 200g bay theo phương thẳng đứng từ dưới lên với tốc độ 1m/s, tới va chạm với M. Sau va chạm hai vật dính vào nhau và cùng dao động điều hòa theo phương thẳng đứng. Biên độ dao động và động năng cực đại của hệ là A. 2 3 ( cm ) và 40 mJ B. 2 3 ( cm ) và 60 mJ C. 2 2 ( cm ) và 40 mJ D. 2 2 ( cm ) và 60 mJ
8 Lời giải cụ thể của bài nhƣ sau: - Gọi: v là vận tốc của vật có khối lượng m trước tương tác. V là vận tốc của hệ vật có khối lượng ( M + m) sau tương tác. - Theo bài toán: Do vật m chuyển động với vận tốc v theo phương thẳng đứng từ dưới lên va chạm vào vật M và dính vào M cùng dao động, tức là va chạm mềm. Nên, ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng. mv - Theo định luật bảo toàn động lượng: mv  ( M  m )V  V   40 cm / s M  m mg - Khi m dính vào M thì lò xo dãn thêm:  l max   2 cm  x 0 k k - Tần số góc của hệ:    10 2 ( rad / s ) M  m 2 V  + Biên độ dao động của hệ: A  x0   2   2 3 ( cm )   1 + ộng năng cực đại của hệ: Wđ max  kA 2  60 mJ 2 Chọn đáp án: B Bài toán 3: Một vật có khối lượng m = 150g được treo vào một lò xo nhẹ có độ cứng k = 100 N/m đang đứng yên ở vị trí cân bằng (VTCB) của nó thì có một vật nhỏ khối lượng m0 = 100g bay theo phương thẳng đứng lên va chạm tức thời và dính vào m với tốc độ ngay trước va chạm là v0 = 50 cm/s. Sau va chạm hệ dao động điều hòa với biên độ là A. 2 3 ( cm ) B. 3 ( cm ) C. 2 2 ( cm ) D. 2 ( cm ) Lời giải cụ thể của bài nhƣ sau: - Gọi: v là vận tốc của vật có khối lượng m0 trước va chạm. 0 V là vận tốc của hệ vật có khối lượng ( m + m0) sau tương tác. - Theo bài toán: Do vật m0 chuyển động với vận tốc v theo phương thẳng 0 đứng từ dưới lên va chạm tức thời vào vật m và dính vào m cùng dao động, tức là va chạm mềm. Nên, ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng. m 0v0 m 0 v 0  ( m  m 0 )V  V   20 cm / s m  m0 - Khi đó hệ vật (m + m0) dao động điều hòa xung quanh vị trí cân bằng mới m0g và lúc t = 0: x   1 cm k - Sử dụng công thức độc lập:
9 2 V  400 A  x    1   2 2  2 ( cm )   k m  m0 Chọn đáp án: D Bài toán 4: Một con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát, có độ cứng lò xo k = 1,6 (N/m) và khối lượng vật nặng m = 100g. Ban đầu giữ vật m ở vị trí mà lò xo bị nén 6 cm so với vị trí cân bằng. Tại vị trí cân bằng đặt vật M = 200g đứng yên. Buông nhẹ, để vật m chuyển động và va chạm đàn hồi xuyên tâm với vật M. Sau va chạm, vật m dao động với biên độ là A. 2 , 5 ( cm ) B. 2 , 0 ( cm ) C. 3 , 0 ( cm ) D. 3 , 5 ( cm ) Lời giải cụ thể của bài nhƣ sau: k - Tần số góc:    4 ( rad / s ) m - Vì thả nhẹ vật, nên A0 = 6cm. Tốc độ của vật khi qua vị trí cân bằng: v 0   A 0  24 ( cm / s ) - Vì bỏ qua mọi ma sát, va chạm đàn hồi. Nên, ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng và động năng được bảo toàn: m v 0  m v m  M v M (1) 1 1 1   2 2 2 mv 0 mv m Mv M (2) 2 2 2 - Chiếu (1) lên phương ngang, ta có: mv 0  mv m  Mv M (3) - Từ (2) và (3) ta suy ra được: vm = 24 cm/s (loại vì vM = 0) và v = -8 cm (nhận) v Vậy: v  A  A   2 cm  Chọn đáp án: B Bài toán 5: Một con lắc lò xo nằm ngang có vật nhỏ khối lượng m, dao động điều hòa với biên độ 4 cm khi vật đến vị trí có động năng bằng 3 lần thế năng thì một vật khác m’ (cùng khối lượng với vật m) rơi thẳng đứng và dính chặt vào vật m thì khi đó 2 vật tiếp tục dao động điều hòa với biên độ là A. 5 ( cm ) B. 2 2 ( cm ) C. 10 ( cm ) D. 2 7 ( cm ) Lời giải cụ thể của bài nhƣ sau: - Tại thời điểm va chạm thì vận tốc vật m là: 2 A 3 3 A v  A   A  v max ;x  2 4 2 2 2
10 - Khi đó hệ vật ( m + m’) dao động điều hòa xung quanh vị trí cân bằng mới A và lúc t = 0; x  2 - Khi vật khác m’ (cùng khối lượng với vật m) rơi thẳng đứng và dính chặt vào vật m thì khi đó hai vật tiếp tục dao động, đây là va chạm mềm. Nên, áp m 0v0 3 dụng định luật bảo toàn động lượng: m 0 v 0  ( mv  m 0 ) v  v   v max m  m0 2 - p dụng công thức độc lập, biên độ dao động của hệ khi đó là: 2 k 2 2 3A  v  A m  A  x     ' 2  10 ( cm )   4 16 k 2m Chọn đáp án: C Bài toán 6: Một quả cầu có khối lượng M = 2kg, gắn trên một lò xo nhẹ thẳng đứng có độ cứng k = 800N/m, đầu dưới gắn với một vật khác làm đế có khối lượng Mđ. Khi M đang đứng yên ở vị trí cân bằng thì một vật nhỏ có khối lượng m = 400g rơi tự do từ độ cao h = 1,8m xuống va chạm đàn hồi với vật M. Lấy g = 10m/s2. Sau va chạm, vật M dao động điều hòa theo phương thẳng đứng trùng với trục của lò xo. Muốn đế không bị nhấc lên khỏi sàn thì Mđ không nhỏ hơn A. 4kg B. 5kg C. 6kg D. 7kg Lời giải cụ thể của bài nhƣ sau: - Tốc độ của vật m ngay trước khi va chạm: v  2 gh  6 m / s - Do vật m rơi tự do xuống va chạm đàn hồi với vật M. Nên, áp dụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng ta có tốc độ của vật M( 2 mv chính là vận tốc cực đại ban đầu) là: vM   2m / s m  M - Sau tương tác, M dao động với biên độ: vM M 2 vM   A  A   vM  2  0 ,1 m  k 800 - Nếu lò xo luôn bị nén thì đế luôn bị ép xuống. Nhưng, nếu ngoài nén còn giãn thì có lúc lò xo sinh lực kéo đế hướng lên phía trên. Muốn đế không nhấc lên khỏi sàn thì lực kéo lên của lực đàn hồi hải nhỏ hơn trọng lượng của đế. iều này luôn thỏa mãn khi ta cho lực kéo lớn nhất: F  M g max đ  Mg  Mà: F m ax  k ( A   l )  k  A    kA  Mg  k 
11 kA 800 . 0 ,1 Nên: kA  Mg  M đ g  M đ   M   2  6 kg g 10 Chọn đáp án: C 2.2.4. Một số bài toán tự luyện Bài toán 1: Một con lắc có lò xo nhẹ độ cứng k = 50 N/m đặt thẳng đứng, đầu dưới gắn chặt vào giá cố định, đầu trên gắn vào một vật có khối lượng m = 300g có hình dạng như một chiếc đĩa nhỏ. iữ hệ thống sao cho luôn thẳng đứng mà không ảnh hưởng đến dao động của hệ vật. Từ độ cao h so với m người ta thả vật nhỏ m0 = 200 g rơi xuống dính chặt vào m và cùng dao động điều hòa với biên độ 10 cm. Lấy g = 10m/s2, giá trị độ cao h bằng A. 26,25 m B. 25 m C. 12,25 m D. 15 m Bài toán 2: Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng k = 100 N/m, một đầu cố định, đầu kia gắn với vật có khối lượng m = 1 kg, hệ được đặt trên mặt sàn nằm ngang không ma sát. Tại thời điểm ban đầu người ta đưa vật đến vị trí lò xo bị nén 5 cm rồi buông nhẹ cho vật dao động điều hòa. Chọn móc thế năng ở vị trí cân bằng, tại thời điểm vật đi qua vị trí mà động năng bằng thế năng lần thứ hai, vật m va chạm với vật m0 = m đang chuyển động ngược chiều với m có vận tốc v  2 cm / s . Sau va chạm, hai vật dính vào nhau và tiếp tục dao 0 động điều hòa, vận tốc cực đại sau va chạm của hệ là A. 25 2 cm / s B. 50 cm / s C. 25 cm / s D. 50 2 cm / s Bài toán 3: Một con lắc lò xo đặt nằm ngang gồm vật nặng M = 400g; lò xo có độ cứng k = 40N/m đang dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng với biên độ 5cm. Khi M đi qua vị trí cân bằng ta thả nhẹ vật m = 100g dính chặt ngay với vật M. Sau đó hệ ( M + m) sẽ dao động với biên độ là A. 2 5 cm B. 5 2 cm C. 2 , 25 cm D. 4 , 25 cm Bài toán 4: Một lò xo có độ cứng k = 16 N/m có một đầu được giữ cố định còn đầu kia gắn vào quả cầu có khối lượng M = 240g đang đứng yên trên mặt phẳng nằm ngang. Một viên bi khối lượng m = 10g bay với vận tốc v  10 m / s 0 theo phương ngang đến gắn vào quả cầu và sau đó quả cầu cùng viên bi dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang. Bỏ qua ma sát và sức cản không khí. Biên độ dao động của hệ là A. 5 cm. B. 10 cm. C. 12 cm D. 8 cm. Bài toán 5: Một con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang với chu kì T = 2π (s), vật nặng là một quả cầu có khối lượng m . Khi lò xo có 1 chiều dài cực đại và vật m có gia tốc -2cm/s2 thì một quả cầu có khối lượng 1 m  0 , 5 m chuyển động dọc theo trục của lò xo đến va chạm đàn hồi xuyên tâm 2 1 với m và có hướng làm cho lò xo bị nén lại. Vận tốc của vật m trước khi va 1 2 chạm là 3 3 cm / s . Khoảng cách giữa hai vật kể từ lúc va chạm đến khi lò xo có
12 độ giãn cực đại lần đầu tiên kể từ sau va chạm là A. 3,63 cm. B. 7,06 cm. C. 9,63 cm. D. 2,37 cm. Bài toán 6: Một con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng nằm ngang với chu kỳ T = 2π (s), quả cầu nhỏ có khối lượng m . Khi lò xò có độ dài cực đại 1 và vật m có gia tốc là -2cm/s2 thì một vật có khối lượng m (với m  2 m ) chuyển 1 2 1 2 động dọc theo trục của lò xo đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với vật m , có 1 hướng làm lò xo nén lại. Biết tốc độ chuyển động của vật m ngay trước lúc va 2 chạm là 3 3 cm / s . Quãng đường mà vật m đi được từ lúc va chạm đến khi vật 1 m đổi chiều chuyển động là 1 A. 6 cm. B. 8 cm. C. 4 cm. D. 2 cm 2.3. ính thực tiễn của sáng kiến. Việc vận dụng giải toán về dạng “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 va chạm, rất phù hợp hiện tại với đối tượng học sinh lớp 12 chuẩn bị cho kỳ thi tốt nghiệp THPT và bồi dưỡng học sinh giỏi văn hóa cấp tỉnh của trường THPT Lê Lợi. Qua đó, học sinh nắm được vững kiến thức, rèn luyện khả năng phân tích, tư duy lô gíc; giúp học sinh có cơ sở để giải đúng, nhanh dạng bài toán trên. Hơn nửa, góp phần tạo cho học sinh yêu thích môn học và giải thích được các hiện tượng liên quan đến thực tế thông qua các bài toán Vật lí về va chạm. 2.4. ính hiệu quả của sáng kiến Trong nhiều năm giảng dạy bộ môn Vật lí ở bậc THPT. ặc biệt, là dạy ôn thi tốt nghiệp THPT và bồi dưỡng học sinh giỏi 12 cấp tỉnh, tôi luôn trăn trở làm thế nào để giúp học sinh có thể học được, học tốt và nắm vững kiến thức, vận dụng để giải toán dạng trên đạt kết quả cao nhất. Tôi, đã đưa ra nhiều phương án hướng dẫn cho học sinh thực hiện, trao đổi với đồng nghiệp, rồi so sánh kết quả và đã tìm ra được phương pháp hướng dẫn cho học sinh như trên là phương pháp tối ưu nhất. ã góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy bộ môn Vật lí của trường; Cụ thể: những năm lại gần đây, điểm thi tốt nghiệp THPT môn Vật lí của Trường nằm vượt trên tỉ lệ % so với mặt bằng của Tỉnh( năm học 2019-2020 tỉ lệ điểm trung bình thi tốt nghiệp THPT môn Vật lí toàn tỉnh là 5,92đ, đối với trường Lê Lợi tỉ lệ điểm thi tốt nghiệp THPT môn Vật lí là 6,25đ vượt 0,33đ) và tỉ lệ đạt giải học sinh giỏi văn hóa lớp 12 cấp Tỉnh môn Vật lí ( năm học 2020 – 2021 học sinh giỏi văn hóa cấp tỉnh môn Vật lí lớp 12 đạt: 1giải/2 học sinh đi thi, chiếm 50%) luôn đạt yêu cầu đề ra( tuy đầu vào học sinh của Trường luôn thấp hơn so với các Trường bạn trên địa bàn) trong các năm học.
13 Ầ : KẾ UẬ Sau khi hướng dẫn học sinh nắm được những kỹ năng cơ bản để học bộ môn Vật lí nói chung và phương pháp giải bài tập phần dao động điều của con lắc lò xo sử dụng các định luật bảo toàn nói riêng. Giáo viên, cần phải tạo điều kiện cho các em học sinh có khả năng nhận thức tốt, có điều kiện phát triển tư duy và có thể chiếm lĩnh được những tri thức, linh hoạt hơn trong việc vận dụng kiến thức, kỹ năng vào những vấn đề phức tạp trong quá trình học tập, tăng cường được sự vận dụng kiến thức toán học vào học tập bộ môn Vật lí nói chung và giải các bài tập phần dao động điều của con lắc lò xo sử dụng các định luật bảo toàn nói riêng. Trên đây, là những kinh nghiệm trong giảng dạy phần “Dao động cơ” lớp 12 về dạng bài tập “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 mà tôi đúc rút được. Do thời gian có hạn, nên chắc chắn còn nhiều hạn chế, sai sót là điều không thể tránh khỏi. Rất mong nhận được sự đóng góp, chia sẻ ý kiến của quý thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để sáng kiến kinh nghiệm này thiết thực, bổ ích trong việc truyền thụ kiến thức về dạng bài tập trên nói riêng và phần “ Dao động cơ” lớp 12 nói chung cho học sinh Trường THPT Lê Lợi có hiệu quả tốt hơn. Tôi xin chân thành cám ơn! XÁC Ậ CỦA Ủ ƢỞ Đông hà, ngày 01 tháng 3 năm 2021 ĐƠ VỊ Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác. (Ký và ghi rõ họ tên) ê am Quốc
14 À ỆU AM K ẢO 1. S K Vật lí 12- Cơ bản( năm 2008): Lương Duy Bình( Tổng Chủ biên)- NXBGD. 2. S K Vật lí 12- Nâng cao( năm 2008): Nguyễn Thế Khôi( Tổng Chủ biên)- NXBGD. 3. Cẩm nang ôn luyện thi ại học môn Vật lí- Tập 1( năm 2011): Nguyễn Anh Vinh( Chủ biên)- NXB HSP. 4. Tài liệu: Phân loại và phương pháp giải Vật lí qua các bài toán cơ bản, điển hình, hay, lạ và khó lớp 12 - Tập 1( năm 2013): Nguyễn Anh Vinh( Chủ biên)- Nhà xuất bản tổng hợp TPHCM. 5. Tạp chí “ Báo tuổi trẻ Vật lí” hàng tháng năm 2019; năm 2020; năm 2021. 6. Các trang web thuvienvatly.com và violet
15