Sáng kiến kinh nghiệm Giải nhanh một số bài tập dao động điều hòa Vật lý 12 bằng máy tính Casio

 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
 TRUNG TÂM GDNN - GDTX HOẰNG HOÁ
 ---------
 ---------
 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
GIẢI NHANH MỘT SỐ BÀI TẬP DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 
 VẬT LÍ 12 BẰNG MÁY TÍNH CASIO 
 Người thực hiện: Lê Đình Thuận
 Chức vụ: Giáo viên
 SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Vật lý
 THANH HOÁ NĂM 2020 MỤC LỤC
Nội dung Trang
I. Mở đầu. 1
1. Lí do chọn đề tài. 1
2. Mục đích nghiên cứu. 1
3. Đối tượng nghiên cứu. 1
4. Phương pháp nghiên cứu. 1
II. Nội dung sáng kiến kinh nghiệm. 2
1. Cơ sở lí luận của SKKN. 2
2. Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng SKKN. 2
3. Giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề. 2
3.1. Mục tiêu của giải pháp. 2
3.2. Nội dung và cách thực hiện. 3
3.2.1. Các kỹ thuật giúp học sinh tránh một số lỗi thông thường 
 3
khi giải bài tập Vật Lý trên máy tính bỏ túi
3.3.2. Dùng máy tính giải một số dạng bài tập dao động điều hòa 
 3
Vật Lí 12.
3.3. Hiệu quả của SKKN. 19
III. Kết luận và kiến nghị 20
IV. Tài liệu tham khảo. 20 - Phương pháp thống kê toán học: Dựa trên số học sinh thực hiện được các yêu 
cầu.
II. NỘI DUNG
1. Cơ sở lý luận:
- Trong các năm gần đây các kỳ thi Tốt nghiệp, thi Đại học đối với môn Vật Lý 
được thi dưới hình thức trắc nghiệm khách quan. Với hình thức thi như vậy đòi 
hỏi các em học sinh phải tích lũy được rất nhiều kỹ năng: kỹ năng phân tích, dự 
đoán, tổng hợp,  và đặc biệt là kỹ năng giải nhanh các bài toán Vật Lý.
- Dao động điều hòa là một chương hết sức quan trọng trong chương trình vật lí 
12 vì nó là phần khởi đầu của chương trình lớp 12, đồng thời nó là chương cơ sở 
cho các chương tiếp theo như: Sóng cơ, điện xoay chiều, sóng điện từ. Vì vậy 
việc nắm vững kiến thức và giải được các bài tập sẽ làm các em có hứng thú hơn 
với môn vật lí cũng như có kiến thức vững chắc để học tập tốt các chương tiếp 
theo trong chương trình.
- Đề tài “ giải nhanh một số bài tập dao động điều hòa Vật Lý 12 bằng máy 
tính Casio” sẽ giúp các em học sinh khối 12 có thể tính toán nhanh hơn, chính 
xác hơn trong các kỳ thi tuyển sinh; có được sự tự tin trong các kỳ thi.
2. Thực trạng trước khi áp dụng sáng kiến:
- Đa số giáo viên chưa có nhiều kỹ năng trong việc sử dụng MTBT để giải các 
bài toán Vật lí hoặc chưa thật sự quan tâm đến khía cạnh này.
- Đại đa số học sinh sử dụng máy tính Casio nhưng phần lớn chỉ dùng để tính 
toán thông thường, việc ứng dụng nó để giải các bài toán Vật lí của học sinh là 
chưa nhiều, chưa có hệ thống.
- Đối với học sinh Trung tâm GDNN- GDTX Hoằng Hóa, các em phần lớn là 
đối tượng không thi vào THPT hoặc các em đã thi trượt vào các trường THPT vì 
vậy về mặt kiến thức giải toán không tốt. Chính từ yếu tố này nên các em tự ti về 
mặt kiến thức, khả năng tiếp thu chậm. Cần có phương pháp ngắn ngọn dễ hiểu 
ít yêu cầu về mặt giải toán để giải các bài tập. 
- Số liệu thống kê: Sử dụng phiếu điều tra trên 100 học sinh của TTGDNN-
GDTX Hoằng Hóa cho kết quả: 
+ 100%(100/100 hs) cho biết rất hứng thú với việc sử dụng máy tính bỏ túi để 
giải bài tập.
+ 100%(100/100hs) mong muốn sẽ được giáo viên giảng dạy theo phương pháp 
sử dụng máy tính bỏ túi để giải bài tập Vật lí thay cho phương pháp cũ.
+ 95%(95/100hs) cho biết chưa bao giờ được hướng dẫn hay đọc tài liệu liên 
quan đến giải bài tập Vật lí bằng máy tính bỏ túi.
3. Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề
3.1. Mục tiêu của giải pháp :
- Chỉ rõ cho học sinh nắm vững cách cài đặt máy ứng với mỗi ứng dụng tương 
thích và chỉ cho học sinh các lỗi thường gặp khi sử dụng máy tính.
- Hướng dẫn học sinh chi tiết các thao tác sử dụng máy tính bỏ túi ứng với mỗi 
dạng bài tập riêng biệt.
- Hướng dẫn học sinh giải được một số dạng bài tập Vật Lý phần dao động điều 
hòa, tối ưu bằng máy tính Casio, từ đó giúp học sinh có thể giải quyết nhanh và 
chính xác các dạng bài tập này.
 2 x0 Acos a
 x Acos(.t ) x0 Acos 
 t 0 
 v0
 v  Asin(.t ) v0  Asin Asin b
 
 a x0
 t 0 
 Vậy x Acos t  x a bi; v 
 b 0
 
2. Phương pháp số phức
 a x
 0 v
t = 0 có: 0 .
 v x x0 i A  x Acos(t )
 b 0 
 
3. Thao tác máy tính :
 SHIFT MODE 1 1: trên màn hình xuất hiện Math.
SHIFT MODE 4: Màn hình hiển thị chữ R
MODE 2: Màn hình xuất hiện CMPLX 
 v
Bấm nhập: x 0 i 
 0 
 Bấm SHIFT 2 màn hình xuất hiện như 
 hình bên
 Nếu bấm tiếp phím 3 = kết quả dạng 
 A 
 Nếu bấm tiếp phím 4 = kết quả dạng phức 
 (a+bi ) (đang thực hiện phép tính )
 Ta được biên độ A và pha ban đầu .
4. Các Ví dụ minh họa:
Ví dụ 1: Một vật dao động điều hòa với tần số 0,5 Hz, tại thời điểm ban đầu vật 
có li độ x0 = 4cm và vận tốc v0 = 4π cm/s. Viết phương trình dao động của vật?
Bài giải
 Cách giải thông thường Sử dụng máy tính Casio
 Ta có, ω = 2πf = 2π.0,5 = π (rad/s) Ta có: ω = 2πf = 2π.0,5 = π (rad/s) 
 x = Acos(ωt + φ) v0
 a = x0 = 4 ; b 4
 v = - ωAsin(ωt + φ) 
 v2
 Biên độ: A2 x2 4 2cm Ta cần nhập biểu thức: 4 – 4i
  2 Nhập: 4 – 4 ENG =
 Khi t= 0 ta có: Trên máy tính xuất hiện 
 4 2 cos 4 
 rad
 4 2 sin 4 4
 Vậy phương trình có dạng:
 x 4 2 cos t cm
 4 
 Vậy phương trình có dạng: 
 4 Câu 2: Một vật dao động điều hòa với  10 2rad/s. Chon gốc thời gian t 0 
lúc vật có ly độ x 2 3cm và đang về vị trí cân bằng với vận tốc 0,2 2m/s theo 
chiều dương. Lấy g 10m/s2. Phương trình dao động của v ật có dạng 
 2 
 A. x 4cos(10 2t + )cm. B. x 4cos(10 2t + )cm. 
 6 3
 C. x 4cos(10 2t )cm. D. x 4cos(10 2t + )cm.
 6 3
Câu 3:Một con lắc lò xo gồm quả cầu nhỏ và có độ cứng k 80N/m. Con lắc 
thực hiện 100 dao động hết 31,4s. Chọn gốc thời gian là lúc quả cầu có li độ 2cm 
và đang chuyển động theo chiều dương của trục tọa độ với vận tốc có độ lớn 40 
 3cm/s, thì phương trình dao động của quả cầu là:
 A. x 4cos(20t )cm. B. x 6cos(20t + )cm. 
 3 6
 C. x 4cos(20t + )cm. D. x 6cos(20t )cm.
 6 3
Câu 4: Một vật dao động điều hoà khi qua vị trí cân bằng vật có vận tốc v = 20 
 2
cm/s. Gia tốc cực đại của vật là a max = 2m/s . Chọn t = 0 là lúc vật qua vị trí cân 
bằng theo chiều âm của trục toạ độ. Phương trình dao động của vật là 
 A. x = 2cos(10t) B. x = 2cos(10t + ). 
 2
 C. x = 2cos(10t + π). D. x = 2cos(10t – )
 2
Câu 5: (ĐH 2013) Một vật nhỏ dao động điều hòa dọc theo trục Ox với biên độ 
5 cm, chu kì 2 s. Tại thời điểm t = 0, vật đi qua cân bằng O theo chiều dương. 
Phương trình dao động của vật là
 A. x 5cos( t ) (cm) B. x 5cos(2 t ) (cm) 
 2 2
 C. x 5cos(2 t )(cm) D. x 5cos( t ) (cm).
 2 2
 ĐÁP ÁN
 Câu 1 Câu 2 Câu 3 Câu 4 Câu 5
 C A A B A
Dạng 2: Xác định trạng thái dao động của vật 
1. Cơ sở lý thuyết:
 * Các bước giải bài toán tìm li độ, vận tốc dao động sau (trước) thời điểm t 
một khoảng thời gian t.
– Biết tại thời điểm t vật có li độ x = x0. 
– Từ phương trình dao động điều hoà: x = Acos(t + φ) cho x = x0
 6 Bài giải
 Cách giải thông thường Sử dụng máy tính Casio
 Thời điểm t thì x = 3cm=> 5cos(α)= 3 Căn cứ vào phương pháp trên ta 
 3 nhập máy 5 cos ( 4 π x 
 => arccos rad
 5 1/12 - SHIFT cos 3/5 ) ) ≈ 
 3 4,96 
 Do v>0, nên arccos rad Trên máy tính xuất hiện:
 5 
 Tại thời điểm t’ = t + 1/12 s
 Ta có x 5cos  t 
 3 
 5cos( arccos rad 0,25.4 ) 4,96cm
 5 
 => x= 4,96cm
NHẬN XÉT:
 + Thao tác máy tính đơn giản, cho kết quả nhanh.
 + Bài toán trở nên đơn giản kể cả những bài có số liệu rất lẻ
 + ‘tìm giá trị tức thời’ còn được áp dụng hữu hiệu cho: sóng cơ học, dòng 
điện xoay chiều và dao động điện từ
LUYỆN TẬP:
Câu 1: Vật dao động điều hòa theo phương trình: x = 10cos(4πt + )cm. Biết li 
 3
độ của vật tại thời điểm t là 5cm, đang giảm. Li độ của vật tại thời điểm t’ = t + 
0,3125(s). 
 A. 2,588cm. B. 2,6cm. C. -2,588cm. D. -2,6cm.
Câu 2: Tại thời điểm t, điện áp: u = 200 2 cos(100πt - )V có giá trị 100 6 và 
 2
 1
đang giảm sau thời điểm t một khoảng thời gian s, điện áp có giá trị: 
 600
 A. 100 2 V B. 100 3 V. C. 200V. D. 100V.
Câu 3: Một vật dao động điều hòa với biên độ A = 10 cm, chu kì T. Vào một 
thời điểm t, vật đi qua li độ x = 5 cm theo chiều âm. Vào thời điểm t + T/6, li độ 
của vật là
 A. 5 3 cm B. 5 cm C. 5 3 cm D. –5 cm
Câu 4: Một chất điểm dao động dọc theo trục Ox. Phương trình dao động là x = 
10 cos (2 t + )(cm). Tại thời điểm t vật có li độ x = 6cm và đang chuyển động 
 3
theo chiều dương sau đó 0,25s thì vật có li độ là:
 A. 6cm B. 8cm C. -6cm D. -8cm.
 ĐÁP ÁN 
 Câu 1 Câu 2 Câu 3 Câu 4
 A A D B
Dạng 3: Xác định thời gian ngắn nhất vật đi qua ly độ x1 đến x2 
 8