Sáng kiến kinh nghiệm Hướng dẫn giải bài tập "Viết phương trình vật dao động điều hòa bằng phương pháp lập bảng"

Cộng hò xã hội chủ nghĩa việt nam
Độc lập –Tự do- Hạnh phúc
----------------Đ-------------
Sáng kiến kinh nghiệm
 (Đổi mới phương pháp dạy học)
Đề tài
Hướng dẫn giải bài tập 
“Viết phương trình vật dao động điều hòa
bằng phương pháp lập bảng”
Người thực hiên: Nguyễn Duy Phú
Giáo viên Vật Lí
Trường THPT Phạm Hồng Thái Hưng nguyên Nghệ an
Đổi mới phương pháp dạy học
Giải bài tập viết phương trình dao động cơ học bằng phương pháp lập bảng
I/ Lý do chọn đề tài: 
Để giúp học sinh lớp 12 ôn tập tốt phần kiến thức dao động cơ học trong dạng bài toán viết phườn trình dao động cơ học. Nhằm giúp giáo viên có một phương oháp mới giảng dạy bài tập vật lý phần dao động cơ nói chung và dạng baìo toán viết phương trình dao động cơ học nói riêng. Qua quá trình giảng dạy nhiều năm và ôn luyện thi tốt nghiệp và đại học bằng cách giải quyết nhiều bài toán trắc nghiệm khách quan trong thời gian ngắn. Tôi mạnh dạn đưa ra phương pháp giải bài toán viết phương trình dao động cơ học bằng cách lập bảng: nhằm giúp học sinh hệ thống hóa nhanh kiến thức cơ bản và giải quyết đồng thời nhiều dự kiến đề bài viết phương trình dao động của vật dao động điều hòa.
I: Lý do chọn đề tài: (mục tiêu của đề tài)
 Để đổi mới phương pháp dạy học : phát huy tính tích cực chủ động tư duy của học sinh.Nhằm giúp học sinh hệ thống hóa chuẩn kiến thức về việc giải bài toán viết phương trình dao động điều hòa của vật dao động. Qua nhiều năm giảng dạy tôi đã rút ra được một kinh nghiệm hướng dẫn học sinh giải bài toán loại này và đưa ra đề tài này.
Đề tài chắc chắn chưa được trọn vẹn mong các đồng chí đồng nghiệp , các em học sinh đóng góp nhiều ý kiến . Tôi xin chân thành cảm ơn1
II/ Phạm vi áp dụng:
 Đề tài có thể dùng làm tài liệu giảng dạy dùng cho giáo viên dạy lớp 12 nâng cao và chuẩn , giúp học sinh ôn tập luyện thi tốt nghiệp và đại học – cao đẳng . Học sinh có thể dùng làm tài liệu ôn tập để luyện thi tốt nghiệp đại học và cao đẳng với ưu điểm là ôn tập nhanh , nắm vững và đầy đủ kiến thức phương pháp giải bài tập viết phương trình dao động cơ học của các hệ dao động
II/ Nội dung:
 1 :Đặt vấn đề :
Bài toán viết phương trình dao động nói chung của một vật dao động điều hòa và viết phương trình dao động của con lắc lò xo con lắc đơn , con lắc vật lí nói riêng là một trong những bài toán quan trọng trong phần dao động cơ học của chương trình vật lý 12.Để giúp giáo viên có tài liệu giảng dạy , luyện thi và giúp học sinh có tài liệu ôn tập tốt vấn đề “Giải bài tập viết phương trình dao động cơ học bằng phương pháp lập bảng” là mội phần kiến thức nhỏ giúp các bạn giải quyết tốt vấn đề đó .
 2/ Cơ sở lý luận : 
 A/ Cơ sở khoa học:
 + Phương pháp chung : Trên tinh thần đổi mới phương pháp dạy học “ Thầy tổ chức trò hành động”. Thầy giáo có nhiệm vụ hướng dẫn học sinh hệ thống hóa kiến thức và gải quyết bài tập viết phương trình dao động cơ học bằng phương pháp lập bảng.Nhằm giúp học sinh giải quyết nhanh , nhiều vấn đề cùng một lúc và có điều kiện tổng hợp , so sánh kiến thức toàn bộ phần này
 B/ Cơ sở thực tiễn:
 +Đổi mới phương pháp dạy học là giúp học sinh chủ động nắm vững kiến thức không ngoài vấn đề thầy giáo phải có kế hoạch tổ chức định hướng cho học sinh hoạt động đúng mục đích.
 +Việc ôn tập tổng hợp và dùng phương pháp lập bảng so sánh là một phương pháp tích cực trong đổi mới phương pháp dạy học môn vật lý
 3/ Thực trạng đề tài:
 +Đề tài được áp dụng cho học sinh khối 12 và giáo viên giảng dạy khối 12 trong việc giải bài tập viết phương trình dao động của vật dao động điều hòa. Nhất là giáo viện thực hiện giảng dạy ở các tiết bài tập dạng bài toán này.Học sinh ôn tập kiến thức nhanh chóng có hệ thống có phép so sánh giúp dễ nhớ , và nhớ lâu .
 4/ Giải pháp thực hiện:
 +Bằng phương pháp lập biểu bảng. Từ hệ thống câu hỏi học sinh trả lời hệ thống câu hỏi đó rồi chèn các nội dung kiến thức vào bảng mẫu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo. Học sinh vận dụng thành công vào việc giải bài toán viết phương trình dao động điều hòa của con lắc lò xo, con lắc đơn,con lắc vật lý.
 5/ Nội dung chính:
 Giải bài tập viết phương trình dao động
 của con lắc lò xo(CLLX) , con lắc đơn, (CLĐ)
 và con lắc vật lý(CLVL) 
 dao động điều hòa.
 A: Chuẩn kiến thức và phương pháp gải:
 1: Hoạt động 1: Giáo viên đưa ra hệ thống câu hỏi về chuẩn kiến thức yêu cầu học sinh trả lời và điền vào bảng đẫ được phát ở phiếu học tập
Phiếu học tập số 1:
Hệ dao động
Con lắc lò xo
Con lắc đơn
Con lắc vật lý
1, P/t tổng quát:
2,C/thức tính tần số góc , chu kì , tần số:
3,Biên độ dao động dược tính qua công thức:
4, các cách chọn gốc thời gian và chiều dương trục tọa độ đẻ xác định pha ban đầu:
Hệ thống câu hỏi:
Câu 1: Viết phương trình tổng quát phương trình dao động điều hòa của hệ dao động CLLX, CLĐ,CLVL?
Câu 2:Viết các công thức để có thể tính tần số góc của hệ dao động?
Câu 3: Để tìm biên độ dao động của hệ có thể xẩy ra các trường hợp nào em hãy đưu ra công thức tính biên độ dao động ứng với những trường hợp đó ?
Câu 4: Tùy theo cách chọn gốc tọa độ , chiều dương trục tọa độ ,gốc thời gian hãy nêu ra phương pháp tìm pha ban đầu của dao động?
Câu5; Khi đã tìm được tần số góc , biên độ, pha ban đầu làm như thế nào để có được phương trình dao động cần viết?
+Đáp án của phiếu học tập số I:
Hệ dao động
Con lắc lò xo
Con lắc đơn
Con lắc vật lý
1, P/t tổng quát:
X= A cos(
S= S0 cos(
 0 cos(
2,C/thức tính tần số góc , chu kì , tần số:
==
Đơn vị đo rad/s
==
Đơn vị đo rad/s
==
Đơn vị đo rad/s
-Đề cho ly độ cực đại
A= ỗXmỳ
-Đề cho tốc độ cực đại
A= |vm| /
-Đề cho gía trị vận tốc ứng với li độ tương ứng:
A =
-Đề cho chiều dài quỹ đạo:
A = 
-Đề cho quãng đường đi trong 1 chu kì:
A= 
- Đề cho quảng đường đi trong thời gian bất kì t
-Đề cho Lực phục hồi ccực đại:
A=||
-Đề cho lực đàn hồi cực đại
A= 
Đề cho năng lượng dao động:
A= 
-Đề cho ly độ cực đại
S0= ỗSmỳ
-Đề cho tốc độ cực đại
S0= |vm| /
-Đề cho gía trị vận tốc ứng với li độ tương ứng:
S0 =
-Đề cho chiều dài quỹ đạo:
 S0=
-Đề cho quãng đường đi trong 1 chu kì:
S0= 
Đề cho quảng đường đi trong thời gian bất kì t
 S0
-Đề cho Lực phục hồi ccực đại:S0=||l
-Đề cho lực đàn hồi cực đại S0=0i với
Cos 0= 
Đề cho năng lượng dao động:
S0 =
-Đề cho ly độ cực đại
0= ỗmỳ
-Đề cho tốc độ cực đại
0= |vm| /d
-Đề cho gía trị vận tốc ứng với li độ tương ứng:
0 =/ l
*Tùy theo dự kiện bài toán cho để tìm biên độ của CLVL trong những trường hợp còn lại
4, các cách chọn gốc thời gian và chiều dương trục tọa độ để xác định pha ban đầu:
 Chọn gốc tọa độ trục tọa độ, chọn gốc thời gian suy ra điều kiện ban đầu t0,x0,v0
*T hay điều kiện ban đầu vào 2 phương trình:
x=ACos(
v=-(
Giải hệ pt tìm phù hợp
* Chọn gốc tọa độ trục tọa độ, chọn gốc thời gian suy ra điều kiện ban đầu t0,x0,v0
*T hay điều kiện ban đầu vào 2 phương trình:s=S0 Cos(
 v=-(
Giải hệ pt tìm phù hợp
* Chọn gốc tọa độ trục tọa độ, chọn gốc thời gian suy ra điều kiện ban đầu t0,x0,v0
*T hay điều kiện ban đầu vào 2 phương trình:
 =0 Cos(
v=-(
Giải hệ pt tìm phù hợp
Sau khi tim được các đại lượng trên ta thay chúng vào phương trình tổng quát rhì được pt dao động cần viết
2/ Hoạt động 2 : Hướng dẫn học sinh giải bài tập viết phương trình dao động của con lắc lò xo:
B / Bài tập vận dụng:
Bài I:/ Con lắc lò xo có K = 100 N/m m =250g treo thẳng đứng 
1:Từ vị trí cân bằng kéo vật m xuống phía dưới dọc theo trục lò xo một đoạn
 2 cm rồi buông nhẹ. Viết phương trình dao động của vật m trong các trường hợp sau:
a/ Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng , trục tọa độ thẳng đứng hướng xuống và chọn gốc thời gian như sau
+ Lúc bắt đầu thả vật,
+ Lúc vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương trục tọa độ,
+vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều âm trục tọa độ,
+ Lúc vật ở vị trí biên cao nhất,
+ Lúc vật ở vị trí biên thấp nhất,
b/Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng lên Gốc thời gian như sau:
+ Lúc bắt đầu thả vật,
+ Lúc vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương trục tọa độ,
+vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều âm trục tọa độ,
+ Lúc vật ở vị trí biên cao nhất,
+ Lúc vật ở vị trí biên thấp nhất,
2: Từ vị trí cân bằng truyền cho vật m một vận tốc 10 cm/s hướng xuống dọc theo trục lò xo. Viết phương trình dao động của vật nếu:
a/ Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng , trục tọa độ thẳng đứng , chiều dương theo chiều truyền vận tốc Gốc thời gian khi
+ Lúc bắt đầu truyền vận tốc,
+Lúc vật lên vị trí cao nhất.
+ Lúc vật xuống đến vị trí thấp nhất
b/ Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng , trục tọa độ thẳng đứng , chiều dương ngược chiều truyền vận tốc.Gốc thời gian khi
+ Lúc bắt đầu truyền vận tốc,
+Lúc vật lên vị trí cao nhất.
+ Lúc vật xuống đến vị trí thấp nhất
3: Kéo vật khỏi vị trí cân bằng xuống dưới dọc theo trục lò xo một đoạn 2cm rồi truyền cho nó một vận tốc hướng xuống. Viết phương trình dao động khi chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng xuống gốc thời gian lúc bắt đầu truyền vận tốc
4: Kéo vật khỏi vị trí cân bằng xuống dưới dọc theo trục lò xo một đoạn 2cm rồi truyền cho nó một vận tốc10 cm/s hướng xuống. Viết phương trình dao động khi chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng lên gốc thời gian lúc bắt đầu truyền vận tốc
5: Nâng vật khỏi vị trí cân bằng sao cho lò xo trở về trạng thái tự nhiên rồi truyền cho nó một vận tốc10 cm/s hướng xuống. Viết phương trình dao động khi chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng xuống gốc thời gian lúc bắt đầu truyền vận tốc
6:Nâng vật khỏi vị trí cân bằng sao cho lò xo trở về trạng thái tự nhiên rồi truyền cho nó một vận tốc10 cm/s hướng lên. Viết phương trình dao động khi chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng xuống gốc thời gian lúc bắt đầu truyền vận tốc
B/ Hướng dẫn giải:
Giáo viên ra hệ thống câu hỏi yêu cầu học sinh giải quết điền vào bảng phiếu học tập số 2
Phiếu học tập số II:
1/ Phương trình tổn quát:
2/Tính tần số góc := 
3/Tìm biên độ A trong các câu:
Đế cho ở câu
Tìm A
Câu 1/ Đề cho:
Câu2/Đề cho:
Câu3/Đề cho:
Câu4/Đề cho:
Câu5/Đề cho:
Câu6/Đề cho:
Hệ thống câu hỏi : 
Câu 1: ở câu một dựa vào phương pháp kích thích dao động hãy co biết đề cho gì, cách tìm biên độ ra sao , kết quả bằng bao nhiêu? 
Câu 2: ở câu một dựa vào phương pháp kích thích dao động hãy co biết đề cho gì, cách tìm biên độ ra sao , kết quả bằng bao nhiêu? 
Câu 3: ở câu một dựa vào phương pháp kích thích dao động hãy co biết đề cho gì,cách tìm biên độ ra sao , kết quả bằng bao nhiêu? 
Câu 4: ở câu một dựa vào phương pháp kích thích dao động hãy co biết đề cho gì ,cách tìm biên độ ra sao , kết quả bằng bao nhiêu? 
Câu 5: ở câu một dựa vào phương pháp kích thích dao động hãy co biết đề cho gì, cách tìm biên độ ra sao , kết quả bằng bao nhiêu? 
Câu 6: ở câu một dựa vào phương pháp kích thích dao động hãy co biết đề cho gì, cách tìm biên độ ra sao , kết quả bằng bao nhiêu? 
Đáp án phiếu học tập số II: 
 Phương trình tổng quat:X= A cos(
 Tìm tần số góc: ==20 rad/s
Đế cho ở câu
Tìm A
Câu 1/ Đề cho:Li độ cực đại
Xm = 2cm
A = X m = 2cm
Câu2/Đề cho:Vận tốc cực đại 
Vm = 10 cm/s
 A= = =0,5 cm
Câu3/Đề cho:li độ x=2c ứng với vận tốc v=10cm/s
A= =2.06cm
Câu4/Đề cho:/li độ x=2cm ứng với vận tốc v=10cm/s
A= =2.06cm
Câu5/Đề cho: li độ = độ biến dạng của lò xo ở VTCB 
và vận tốc v=10cm
x= l = =0,025m = 2,5cm
A= =2,55cm
Câu6/Đề cho:li độ = độ biến dạng của lò xo ở VTCB 
và vận tốc v=10cm
x= l = =0,025m = 2,5cm
A= =2,55cm
Hãy nhận xết các cách kích thích khác nhau thì biên độ dao động như thế nào?
4/ Tìm pha ban đầu của dao động:
Giáo viên đưa ra hệ thống câu hỏi học sinh trả lời và chủ động điền vào phiếu học tập số 3
Phiếu học tập số III
Câu 1
a/ Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng trục tọa độ thẳng đứng chiều dương hướng xuống
1 Cách chọn gốc thời gian
Lúc bắt đầu thả vật:
Lúc vật đi qua VTCB theo chiều +
Lúc vật đi qua VTCB theo chiều -
Lúc vật lên biên trên
Lúc vật xuống biên dưới
2. Điều kiện ban đầu
3.Tìm pha ban đầu.
Phương trình dao động
Hệ thống câu hỏi:
Câu 1:Dựa vào cách chọn trục tọa độ trên và cá cách chọn gốc thời gian hãy tìm điều kiện ban đâu?
Câu 2: Dự vào điều kiện ban đầu tìm được hãy tìm pha ban đầu của dao động?
Câu3: Từ các đậi lượng tìm được ở trên hãy cho biết phương trình dao động của vật?
Đáp án phiếu học tập số II
1 Cách chọn gốc thời gian
Lúc bắt đầu thả vật:
Lúc vật đi qua VTCB theo chiều +
Lúc vật đi qua VTCB theo chiều -
Lúc vật lên biên trên
Lúc vật xuống biên dưới
2. Điều kiện ban đầu
t=0, x=2cm
V=0
t=0,x=0,vủ0
t=0,x=0,vỏ0
t=0,x=-2cm,
v=0
t=0,x=+2cm,
v=0
3.Tìm pha ban đầu.
=0
=
=
=
=0
Phương trình dao động
X=2cos20t cm
X=2cos(20t+)
 cm
x=2cos(20t+) 
 cm
x=2cos(20t+) cm
X=2cos20t cm
Hãy nhận xét kết quả này?
Nhận xét: Nừu chọn gốc thời gian khác nhau thì pha dao động của chúng sẽ khác nhau
Câu 1: 
Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng trục tọa độ thẳng đứng chiều dương hướng lên:
Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi , diền vào phiếu học tập số 4
Phiếu học tập số IV
1 Cách chọn gốc thời gian
Lúc bắt đầu thả vật:
Lúc vật đi qua VTCB theo chiều +
Lúc vật đi qua VTCB theo chiều -
Lúc vật lên biên trên
Lúc vật xuống biên dưới
2. Điều kiện ban đầu
3.Tìm pha ban đầu.
Phương trình dao động
Câu 2 Hãy dựa vào cách kích tìm pha dao động của các dao động
a/ Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng , trục tọa độ thẳng đứng , chiều dương theo chiều truyền vận tốcGốc thời gian khi:
+ Lúc bắt đầu truyền vận tốc,
+Lúc vật lên vị trí cao nhất.
+ Lúc vật xuống đến vị trí thấp nhất
Học sinh trả lời câu hỏi và điền vào phiếu học tập số 5
Phiếu học tập số V
1 Cách chọn gốc thời gian
Lúc bắt đầu truyền vận tốc:
Lúc vật lên vị trí cao nhất.
Lúc vật xuống vị trí thấp nhất.
2. Điều kiện ban đầu
3.Tìm pha ban đầu.
Phương trình dao động
b/ Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng , trục tọa độ thẳng đứng , chiều dương ngược chiều truyền vận tốc.Gốc thời gian khi:
+ Lúc bắt đầu truyền vận tốc,
+Lúc vật lên vị trí cao nhất.
+ Lúc vật xuống đến vị trí thấp nhất
Học sinh trả lời câu hỏi và điền vào phiếu học tập số 6
Phiếu học tập số VI
1 Cách chọn gốc thời gian
Lúc bắt đầu truyền vận tốc:
Lúc vật lên vị trí cao nhất.
Lúc vật xuống vị trí thấp nhất.
2. Điều kiện ban đầu
3.Tìm pha ban đầu.
Phương trình dao động
3: Kéo vật khỏi vị trí cân bằng xuống dưới dọc theo trục lò xo một đoạn 2cm rồi truyền cho nó một vận tốc hướng xuống. Viết phương trình dao động khi chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng xuống gốc thời gian lúc bắt đầu truyền vận tốc
4: Kéo vật khỏi vị trí cân bằng xuống dưới dọc theo trục lò xo một đoạn 2cm rồi truyền cho nó một vận tốc10 cm/s hướng xuống. Viết phương trình dao động khi chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng lên gốc thời gian lúc bắt đầu truyền vận tốc
Câu hỏi : Dựa vào các điều kiện trên hãy tìm pha dao động?
Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi và điền vào phiếu học tập số 7
Phiếu học tập số VII
Cách ch chiều dương trục tọa độ
Chiều dương hướng xuống
Chiều dương hướng lên
1/Điều kiện ban đầu
2/ cách tìm pha ban đầu và giá trị tìm được
3/ phương trình dao động:
5: Nâng vật khỏi vị trí cân bằng sao cho lò xo trở về trạng thái tự nhiên rồi truyền cho nó một vận tốc10 cm/s hướng xuống. Viết phương trình dao động khi chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng xuống gốc thời gian lúc bắt đầu truyền vận tốc
6:Nâng vật khỏi vị trí cân bằng sao cho lò xo trở về trạng thái tự nhiên rồi truyền cho nó một vận tốc10 cm/s hướng lên. Viết phương trình dao động khi chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng chiều dương hướng xuống gốc thời gian lúc bắt đầu truyền vận tốc
Câu hỏi: Dựa vào các điều kiện trên hãy tìm pha dao động?
Yêu cầu học sinh trả lời câu hỏi và điền vào phiếu học tập số 8
Phiếu học tập số VIII
Cách ch chiều dương trục tọa độ
Chiều dương hướng xuống
Chiều dương hướng lên
1/Điều kiện ban đầu
2/ cách tìm pha ban đầu và giá trị tìm được
3/ phương trình dao động:
*Hãy nhận xét chung cho cả bài toán này?
5:/ Kết quả sử dụng: Đã sử dụng ôn tập luyện thi ở các lớp 12A1,12A2,12A3,12B,12C1 ,12C4 năm học 2008-2009 thành công , kết quả học sinh tiếp thu tốt kiến thức và vận dụng giải tốt bài tập dạng này trong các bài tập trắc nghiệm khách quan