Hướng dẫn thực hiện chuẩn kiến thức, kĩ năng môn Vật lí lớp 12 THPT

PHẦN THỨ HAI HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN CHUẨN KIẾN THỨC, KĨ NĂNG MÔN VẬT LÍ LỚP 12 THPT MỘT SỐ ĐIỂM CẦN LƯU Ý KHI THỰC HIỆN CHUẨN KIẾN THỨC, KĨ NĂNG 1. Phần “Hướng dẫn thực hiện chuẩn kiến thức, kĩ năng” của tài liệu này được trình bày theo từng lớp và theo các chương. Mỗi chương đều gồm hai phần là : a) Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương trình : Phần này nêu lại nguyên văn các chuẩn kiến thức, kĩ năng đã được quy định trong chương trình hiện hành tương ứng đối với mỗi chương. b) Hướng dẫn thực hiện : Phần này chi tiết hoá các chuẩn kiến thức, kĩ năng đã nêu ở phần trên dưới dạng một bảng gồm có 4 cột và được sắp xếp theo các chủ đề của môn học. Các cột của bảng này gồm : - Cột thứ nhất (STT) ghi thứ tự các đơn vị kiến thức, kĩ năng trong mỗi chủ đề. - Cột thứ hai (Chuẩn KT, KN quy định trong chương trình) nêu lại các chuẩn kiến thức, kĩ năng tương ứng với mỗi chủ đề đã được quy định trong chương trình hiện hành. - Cột thứ ba (Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn KT, KN) trình bày nội dung chi tiết tương ứng với các chuẩn kiến thức, kĩ năng nêu trong cột thứ hai. Đây là phần trọng tâm, trình bày những kiến thức, kĩ năng tối thiểu mà HS cần phải đạt được trong quá trình học tập. Các kiến thức, kĩ năng được trình bày trong cột này ở các cấp độ khác nhau và được để trong dấu ngoặc vuông [ ]. Các chuẩn kiến thức, kĩ năng được chi tiết hóa trong cột này là những căn cứ cơ bản nhất để kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh trong quá trình học tập cấp THPT. - Cột thứ tư (Ghi chú) trình bày những nội dung liên quan đến những chuẩn kiến thức, kĩ năng được nêu ở cột thứ ba. Đó là những kiến thức, kĩ năng cần tham khảo vì chúng được sử dụng trong SGK hiện hành khi tiếp cận những chuẩn kiến thức, kĩ năng quy định trong chương trình, hoặc đó là những ví dụ minh hoạ, những điểm cần chú ý khi thực hiện. 2. Đối với các vùng sâu, vùng xa và những vùng nông thôn còn có những khó khăn, GV cần bám sát vào chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương trình chuẩn, không yêu cầu HS biết những nội dung về chuẩn kiến thức, kĩ năng khác liên quan có trong các tài liệu tham khảo. Ngược lại, đối với các vùng phát triển như thị xã, thành phố, những vùng có điều kiện về kinh tế, văn hoá xã hội, GV cần linh hoạt đưa vào những kiến thức, kĩ năng liên quan để tạo điều kiện cho HS phát triển năng lực. Trong quá trình vận dụng, GV cần phân hoá trình độ HS để có những giải pháp tốt nhất trong việc tổ chức các hoạt động nhận thức cho HS. Trên đây là những điểm cần lưu ý khi thực hiện chuẩn kiến thức, kĩ năng. Sở Giáo dục và Đào tạo chỉ đạo các trường THPT tổ chức cho tổ chuyên môn rà soát chương trình, khung phân phối chương trình của Bộ, xây dựng một khung giáo án chung cho tổ chuyên môn để từ đó các GV có cơ sở soạn bài và nâng cao chất lượng dạy học. A. CHƯƠNG TRÌNH CHUẨN Ch­¬ng I. DAO §éNG C¥ 1. ChuÈn kiÕn thøc, kÜ n¨ng cña ch­¬ng tr×nh Chñ ®Ò Møc ®é cÇn ®¹t ghi chó a) Dao ®éng ®iÒu hoµ. C¸c ®¹i l­îng ®Æc tr­ng b) Con l¾c lß xo. Con l¾c ®¬n c) Dao ®éng riªng. Dao ®éng t¾t dÇn d) Dao ®éng c­ìng bøc. HiÖn t­îng céng h­ëng. Dao ®éng duy tr× e) Ph­¬ng ph¸p gi¶n ®å Fre-nen KiÕn thøc - Ph¸t biÓu ®­îc ®Þnh nghÜa dao ®éng ®iÒu hoµ. - Nªu ®­îc li ®é, biªn ®é, tÇn sè, chu k×, pha, pha ban ®Çu lµ g×. - Nªu ®­îc qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l­îng trong dao ®éng ®iÒu hoµ. - ViÕt ®­îc ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc vµ ph­¬ng tr×nh dao ®éng ®iÒu hoµ cña con l¾c lß xo vµ con l¾c ®¬n. - ViÕt ®­îc c«ng thøc tÝnh chu k× (hoÆc tÇn sè) dao ®éng ®iÒu hoµ cña con l¾c lß xo vµ con l¾c ®¬n. Nªu ®­îc øng dông cña con l¾c ®¬n trong viÖc x¸c ®Þnh gia tèc r¬i tù do. - Tr×nh bµy ®­îc néi dung cña ph­¬ng ph¸p gi¶n ®å Fre-nen. - Nªu ®­îc c¸ch sö dông ph­¬ng ph¸p gi¶n ®å Fre-nen ®Ó tæng hîp hai dao ®éng ®iÒu hoµ cïng tÇn sè vµ cïng ph­¬ng dao ®éng. - Nªu ®­îc dao ®éng riªng, dao ®éng t¾t dÇn, dao ®éng c­ìng bøc lµ g×. - Nªu ®­îc ®iÒu kiÖn ®Ó hiÖn t­îng céng h­ëng x¶y ra. - Nªu ®­îc c¸c ®Æc ®iÓm cña dao ®éng t¾t dÇn, dao ®éng c­ìng bøc, dao ®éng duy tr×. KÜ n¨ng - Gi¶i ®­îc nh÷ng bµi to¸n ®¬n gi¶n vÒ dao ®éng cña con l¾c lß xo vµ con l¾c ®¬n. - BiÓu diÔn ®­îc mét dao ®éng ®iÒu hoµ b»ng vect¬ quay. - X¸c ®Þnh chu k× dao ®éng cña con l¾c ®¬n vµ gia tèc r¬i tù do b»ng thÝ nghiÖm. Dao ®éng cña con l¾c lß xo vµ con l¾c ®¬n khi bá qua c¸c ma s¸t vµ lùc c¶n lµ c¸c dao ®éng riªng. Trong c¸c bµi to¸n ®¬n gi¶n, chØ xÐt dao ®éng ®iÒu hoµ cña riªng mét con l¾c, trong ®ã : con l¾c lß xo gåm mét lß xo, ®­îc ®Æt n»m ngang hoÆc treo th¼ng ®øng: con l¾c ®¬n chØ chÞu t¸c dông cña träng lùc vµ lùc c¨ng cña d©y treo. 2. H­íng dÉn thùc hiÖn 1. Dao ®éng ®iÒu hoµ Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 Ph¸t biÓu ®­îc ®Þnh nghÜa dao ®éng ®iÒu hoµ. [Thông hiểu] Dao ®éng ®iÒu hoµ lµ dao ®éng trong ®ã li ®é cña mét vËt lµ mét hµm c«sin (hay hàm sin) cña thêi gian. Ph­¬ng tr×nh cña dao ®éng ®iÒu hoµ cã d¹ng: x = Acos(wt + j) trong ®ã, x lµ li ®é, A lµ biªn ®é cña dao ®éng (lµ mét sè d­¬ng), j lµ pha ban ®Çu, w lµ tÇn sè gãc cña dao ®éng, (wt + j) lµ pha cña dao ®éng t¹i thêi ®iÓm t. ChuyÓn ®éng cña vËt lÆp ®i lÆp l¹i quanh mét vÞ trÝ ®Æc biÖt (gäi lµ vÞ trÝ c©n b»ng), gäi lµ dao ®éng c¬. NÕu sau nh÷ng kho¶ng thêi gian b»ng nhau, gäi lµ chu k×, vËt trë l¹i vÞ trÝ cò và chuyÓn ®éng theo h­íng cò th× dao ®éng cña vËt ®ã lµ tuÇn hoµn. Dao ®éng tuÇn hoµn ®¬n gi¶n nhÊt lµ dao ®éng ®iÒu hoµ. 2 Nªu ®­îc li ®é, biªn ®é, tÇn sè, chu k×, pha, pha ban ®Çu lµ g×. [Th«ng hiÓu] · Li ®é x cña dao ®éng lµ to¹ ®é cña vËt trong hÖ to¹ ®é cã gèc lµ vÞ trÝ c©n b»ng. §¬n vÞ ®o li ®é lµ ®¬n vÞ ®o chiÒu dµi. · Biªn ®é A cña dao ®éng lµ ®é lÖch lín nhÊt cña vËt khái vÞ trÝ c©n b»ng. §¬n vÞ ®o biªn ®é lµ ®¬n vÞ ®o chiÒu dµi. · (wt + j) gäi lµ pha cña dao ®éng t¹i thêi ®iÓm t, cã ®¬n vÞ lµ ra®ian (rad). Víi mét biªn ®é ®· cho th× pha lµ ®¹i l­îng x¸c ®Þnh vÞ trÝ vµ chiÒu chuyÓn ®éng cña vËt t¹i thêi ®iÓm t. · j lµ pha ban ®Çu cña dao ®éng, cã ®¬n vÞ lµ ra®ian (rad). · w lµ tÇn sè gãc cña dao ®éng, cã ®¬n vÞ lµ ra®ian trªn gi©y (rad/s). · Chu k× T cña dao ®éng ®iÒu hoµ lµ kho¶ng thêi gian ®Ó vËt thùc hiÖn ®­îc mét dao ®éng toµn phÇn. §¬n vÞ cña chu k× lµ gi©y (s). · TÇn sè (f) cña dao ®éng ®iÒu hoµ lµ sè dao ®éng toµn phÇn thùc hiÖn trong mét gi©y, cã ®¬n vÞ lµ mét trªn gi©y (1/s), gäi lµ hÐc (kÝ hiÖu Hz). HÖ thøc mèi liªn hÖ gi÷a chu k× vµ tÇn sè lµ Víi mét biªn ®é ®· cho th× pha lµ ®¹i l­îng x¸c ®Þnh vÞ trÝ vµ chiÒu chuyÓn ®éng cña vËt t¹i thêi ®iÓm t. Gi÷a dao ®éng ®iÒu hoµ vµ chuyÓn ®éng trßn ®Òu cã mèi liªn hÖ lµ: §iÓm P dao ®éng ®iÒu hoµ trªn mét ®o¹n th¼ng lu«n cã thÓ ®­îc coi lµ h×nh chiÕu cña mét ®iÓm M chuyÓn ®éng trßn ®Òu lªn ®­êng kÝnh lµ ®o¹n th¼ng ®ã. VËn tèc cña dao ®éng ®iÒu hoµ lµ . Gia tèc cña dao ®éng ®iÒu hoµ lµ 2. CON L¾C Lß XO Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 ViÕt ®­îc ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc vµ ph­¬ng tr×nh dao ®éng ®iÒu hoµ cña con l¾c lß xo. [Th«ng hiÓu] · Ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña dao ®éng ®iÒu hoµ lµ F = ma = - kx hay a = - trong ®ã F lµ lùc t¸c dông lªn vËt m, x lµ li ®é cña vËt m. Ph­¬ng tr×nh cã thÓ ®­îc viÕt d­íi d¹ng : x" = - w2x · Ph­¬ng tr×nh dao ®éng cña dao ®éng ®iÒu hoµ lµ víi Con l¾c lß xo gåm vËt nhá cã khèi l­îng m g¾n vµo lß xo cã khèi l­îng kh«ng ®¸ng kÓ, ®é cøng k, mét ®Çu g¾n vµo ®iÓm cè ®Þnh. §iÒu kiÖn kh¶o s¸t là lùc c¶n m«i tr­êng vµ lùc ma s¸t kh«ng ®¸ng kÓ. Lùc lu«n h­íng vÒ vÞ trÝ c©n b»ng gäi lµ lùc kÐo vÒ, cã ®é lín tØ lÖ víi li ®é vµ g©y ra gia tèc cho vËt dao ®éng ®iÒu hoµ. 2 ViÕt ®­îc c«ng thøc tÝnh chu k× (hoÆc tÇn sè) dao ®éng ®iÒu hoµ cña con l¾c lß xo. [Th«ng hiÓu] · C«ng thøc tÝnh tÇn sè gãc cña dao ®éng ®iÒu hoµ cña con l¾c lß xo lµ . · C«ng thøc tÝnh chu k× dao ®éng cña dao ®éng ®iÒu hoµ cña con l¾c lß xo lµ Trong ®ã, k lµ ®é cøng lß xo, cã ®¬n vÞ lµ niut¬n trªn mÐt (N/m), m lµ khèi l­îng cña vËt dao ®éng ®iÒu hoµ, ®¬n vÞ lµ kil«gam (kg). 3 Nªu ®­îc qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l­îng trong dao ®éng ®iÒu hoµ. [Th«ng hiÓu] Trong qu¸ tr×nh dao ®éng ®iÒu hoµ, cã sù biÕn ®æi qua l¹i gi÷a ®éng n¨ng vµ thÕ n¨ng. §éng n¨ng t¨ng th× thÕ n¨ng gi¶m vµ ng­îc l¹i. Nh­ng c¬ n¨ng cña vËt dao ®éng ®iÒu hßa lu«n lu«n kh«ng ®æi. Víi dao ®éng cña con l¾c lß xo, bá qua mäi ma s¸t vµ lùc c¶n, chän mèc tÝnh thÕ n¨ng ë vÞ trÝ c©n b»ng, th× - §éng n¨ng : W® = mv2 = Wsin2(wt + j). - ThÕ n¨ng : Wt = kx2 = Wcos2(wt + j). - C¬ n¨ng : W = kA2 = mw2A2 = h»ng sè. 4 Gi¶i ®­îc nh÷ng bµi to¸n ®¬n gi¶n vÒ dao ®éng cña con l¾c lß xo [VËn dông] · BiÕt c¸ch chän hÖ trôc to¹ ®é, chØ ra ®­îc c¸c lùc t¸c dông lªn vËt dao ®éng. · BiÕt c¸ch lËp ph­¬ng tr×nh dao ®éng, tÝnh chu k× dao ®éng vµ c¸c ®¹i l­îng trong c¸c c«ng thøc cña con l¾c lß xo. ChØ xÐt dao ®éng ®iÒu hoµ cña riªng mét con l¾c, trong ®ã, con l¾c lß xo dao ®éng theo ph­¬ng ngang hoÆc theo ph­¬ng th¼ng ®øng. Chó ý mèc thêi gian ®Ó x¸c ®Þnh pha ban ®Çu cña dao ®éng. 3. CON L¾C §¥N Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 ViÕt ®­îc ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc vµ ph­¬ng tr×nh dao ®éng ®iÒu hoµ cña con l¾c ®¬n. [Th«ng hiÓu] · Víi con l¾c ®¬n, thµnh phÇn lùc kÐo vËt vÒ vÞ trÝ c©n b»ng lµ Pt = - mg = ma = ms" hay s" = - g = -w2s trong ®ã, s lµ li ®é cong cña vËt ®o b»ng mÐt (m), l lµ chiÒu dµi cña con l¾c ®¬n ®o b»ng mÐt (m). §ã lµ ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña con l¾c ®¬n. · Ph­¬ng tr×nh dao ®éng cña con l¾c ®¬n lµ lµ trong ®ã, s0 = la0 lµ biªn ®é dao ®éng. Con l¾c ®¬n gåm vËt nhá khèi l­îng m treo vµo sîi d©y kh«ng d·n cã khèi l­îng kh«ng ®¸ng kÓ vµ chiÒu dµi l. §iÒu kiÖn kh¶o s¸t lµ lùc c¶n m«i tr­êng vµ lùc ma s¸t kh«ng ®¸ng kÓ. Biªn ®é gãc a0 nhá (a0 £ 10o). §éng n¨ng cña con l¾c ®¬n lµ ®éng n¨ng cña vËt m. ThÕ n¨ng cña con l¾c ®¬n lµ thÕ n¨ng träng tr­êng cña vËt m. Chän mèc tÝnh thÕ n¨ng lµ vÞ trÝ c©n b»ng th× NÕu bá qua ma s¸t, th× c¬ n¨ng cña con l¾c ®¬n ®­îc b¶o toµn. = hằng số 2 ViÕt ®­îc c«ng thøc tÝnh chu k× (hoÆc tÇn sè) dao ®éng ®iÒu hoµ cña con l¾c ®¬n. [Th«ng hiÓu] · C«ng thøc tÝnh tÇn sè gãc cña dao ®éng con l¾c ®¬n : lµ . · C«ng thøc tÝnh chu k× dao ®éng : cña con l¾c ®¬n lµ Trong ®ã, g : lµ gia tèc r¬i tù do, cã ®¬n vÞ lµ mÐt trªn gi©y b×nh ph­¬ng (m/s2), l lµ chiÒu dµi con l¾c, cã ®¬n vÞ lµ mÐt (m). ë mét n¬i trªn Tr¸i §Êt (g kh«ng ®æi), chu k× dao ®éng T cña con l¾c ®¬n chØ phô thuéc vµo chiÒu dµi l cña con l¾c ®¬n. 3 Nªu ®­îc øng dông cña con l¾c ®¬n trong viÖc x¸c ®Þnh gia tèc r¬i tù do. [Th«ng hiÓu] · Dïng con l¾c ®¬n cã chiÒu dµi 1 m. Cho dao ®éng ®iÒu hoµ. §o thêi gian cña mét sè dao ®éng toµn phÇn, tõ ®ã suy ra chu k× T. · TÝnh g theo c«ng thøc :: . 4 Gi¶i ®­îc nh÷ng bµi to¸n ®¬n gi¶n vÒ dao ®éng cña con l¾c ®¬n. [VËn dông] · BiÕt c¸ch chän hÖ trôc to¹ ®é, chØ ra ®­îc c¸c lùc t¸c dông lªn vËt dao ®éng. · BiÕt c¸ch lËp ph­¬ng tr×nh dao ®éng, tÝnh chu k× dao ®éng vµ c¸c ®¹i l­îng trong c¸c c«ng thøc cña con l¾c ®¬n. ChØ xÐt con l¾c ®¬n chÞu t¸c dông cña träng lùc vµ lùc c¨ng cña d©y treo. Chó ý mèc thêi gian ®Ó x¸c ®Þnh pha ban ®Çu. 4. DAO §éNG T¾T DÇN. DAO §éNG C¦ìNG BøC Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 Nªu ®­îc dao ®éng riªng, dao ®éng t¾t dÇn, dao ®éng c­ìng bøc lµ g×. Nªu ®­îc c¸c ®Æc ®iÓm cña dao ®éng t¾t dÇn, dao ®éng c­ìng bøc, dao ®éng duy tr×. [Th«ng hiÓu] · Dao ®éng cña hÖ x¶y ra d­íi t¸c dông chØ cña néi lùc gäi lµ dao ®éng tù do hay dao ®éng riªng. Dao ®éng riªng cã chu k× chØ phô thuéc c¸c yÕu tè trong hÖ mµ kh«ng phô thuéc vµo c¸ch kÝch thÝch ®Ó t¹o nªn dao ®éng. Trong qu¸ tr×nh dao ®éng, tÇn sè cña dao ®éng riªng kh«ng ®æi. TÇn sè nµy gäi lµ tÇn sè riªng cña dao ®éng, kÝ hiÖu lµ f0. · Dao ®éng t¾t dÇn lµ dao ®éng cã biªn ®é gi¶m dÇn theo thêi gian. Nguyªn nh©n g©y ra dao ®éng t¾t dÇn lµ lùc c¶n cña m«i tr­êng. VËt dao ®éng bÞ mÊt dÇn n¨ng l­îng. Biªn ®é cña dao ®éng gi¶m cµng nhanh khi lùc c¶n cña m«i tr­êng cµng lín. · Dao ®éng c­ìng bøc lµ dao ®éng mµ vËt dao ®éng chÞu t¸c dông cña mét ngo¹i lùc c­ìng bøc tuÇn hoµn. : Dao ®éng c­ìng bøc cã biªn ®é kh«ng ®æi, cã tÇn sè b»ng tÇn sè cña lùc c­ìng bøc. Biªn ®é cña dao ®éng c­ìng bøc phô thuéc vµo biªn ®é cña lùc c­ìng bøc vµ ®é chªnh lÖch tÇn sè cña lùc c­ìng bøc vµ tÇn sè riªng cña hÖ dao ®éng. Khi tÇn sè cña lùc c­ìng bøc cµng gÇn víi tÇn sè riªng th× biªn ®é dao ®éng c­ìng bøc cµng lín. · §Æc ®iÓm cña dao ®éng duy tr× : lµ biªn ®é dao ®éng kh«ng ®æi vµ tÇn sè dao ®éng b»ng tÇn sè riªng cña hÖ. Biªn ®é kh«ng ®æi lµ do : trong mçi chu k× ®· bæ sung phÇn n¨ng l­îng ®óng b»ng phÇn n¨ng l­îng hÖ tiªu hao do ma s¸t. Dao ®éng duy tr× lµ dao ®éng cã biªn ®é ®­îc gi÷ kh«ng ®æi b»ng c¸ch bï n¨ng l­îng cho hÖ ®óng b»ng n¨ng l­îng mÊt m¸t vµ tÇn sè dao ®éng b»ng tÇn sè dao ®éng riªng cña hÖ. Dao ®éng cña con l¾c lß xo, cã tÇn sè chØ phô thuéc vµo m vµ k, lµ dao ®éng riªng. NÕu dao ®éng trong chÊt láng (m«i tr­êng cã ma s¸t) th×, dao ®éng cña con l¾c ®¬n lµ dao ®éng t¾t dÇn. Dao ®éng cña th©n xe buýt g©y ra bëi chuyÓn ®éng cña pit-t«ng trong xilanh cña m¸y næ, khi xe kh«ng chuyÓn ®éng, lµ dao ®éng c­ìng bøc. 3 Nªu ®­îc ®iÒu kiÖn ®Ó hiÖn t­îng céng h­ëng x¶y ra. [Th«ng hiÓu] · HiÖn t­îng céng h­ëng lµ hiÖn t­îng biªn ®é cña dao ®éng c­ìng bøc t¨ng ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i khi tÇn sè (f) cña lùc c­ìng bøc b»ng tÇn sè riªng (f0) cña hÖ dao ®éng. · §iÒu kiÖn x¶y ra hiÖn t­îng céng h­ëng : lµ f = f0. HiÖn t­îng céng h­ëng cã thÓ cã h¹i nh­ lµm háng cÇu cèng, c¸c c«ng tr×nh x©y dùng, c¸c chi tiÕt m¸y mãc... Nh­ng còng thÓ cã cã lîi, nh­ hép céng h­ëng dao ®éng ©m thanh cña ®µn ghita, vi«lon,... 5. TæNG HîP HAI DAO §éNG §IÒU HOµ CïNG PH¦¥NG, CïNG TÇN Sè. PH¦¥NG PH¸P GI¶N §å FRE-NEN Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 Tr×nh bµy ®­îc néi dung cña ph­¬ng ph¸p gi¶n ®å Fre-nen. BiÓu diÔn ®­îc dao ®éng ®iÒu hoµ b»ng vect¬ quay. [Th«ng hiÓu] Ph­¬ng tr×nh dao ®éng ®iÒu hoµ lµ . Ta biÓu diÔn dao ®éng ®iÒu hoµ b»ng vect¬ quay cã ®Æc ®iÓm sau : : - Cã gèc t¹i gèc cña trôc täa ®é Ox. - Cã ®é dµi b»ng biªn ®é dao ®éng, OM = A. - Hîp víi trôc Ox mét gãc b»ng pha ban ®Çu vµ quay ®Òu quanh O víi tèc ®é gãc w, víi chiÒu quay lµ chiÒu d­¬ng cña ®­êng trßn l­îng gi¸c, ng­îc chiÒu kim ®ång hå. [VËn dông] BiÕt c¸ch biÓu diÔn ®­îc dao ®éng ®iÒu hoµ b»ng vect¬ quay. 2 Nªu ®­îc c¸ch sö dông ph­¬ng ph¸p gi¶n ®å Fre-nen ®Ó tæng hîp hai dao ®éng ®iÒu hoµ cïng tÇn sè, cïng ph­¬ng dao ®éng. [VËn dông] · O P2 P1 P x M1 M2 + M j Ph­¬ng ph¸p gi¶n ®å Fre-nen : : XÐt hai dao ®éng ®iÒu hßa cïng ph­¬ng, cïng tÇn sè : lµ vµ . §Ó tæng hîp hai dao ®éng ®iÒu hoµ nµy, ta thùc hiÖn nh­ sau: - VÏ hai vect¬ vµ biÓu diÔn hai dao ®éng thµnh phÇn x1 vµ x2. - VÏ vect¬ lµ vect¬ biÓu diÔn dao ®éng tæng hîp :. H×nh b×nh hµnh OMM1M2 kh«ng biÕn d¹ng, quay ®Òu víi tèc ®é w quanh O. Vect¬ còng quay ®Òu nh­ thÕ. Do ®ã x = x1 + x2 = Acos(wt + j). · Biªn ®é A vµ pha ban ®Çu j cña dao ®éng tæng hîp ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc : : ; · §é lÖch pha cña hai dao ®éng thµnh phÇn lµ : Dao ®éng tæng hîp cña hai dao ®éng ®iÒu hoµ cïng ph­¬ng, cïng tÇn sè lµ mét dao ®éng ®iÒu hoµ cïng ph­¬ng, cïng tÇn sè víi hai dao ®éng ®ã. NÕu > 0 : th× dao ®éng x2 sím pha h¬n dao ®éng x1, hay dao ®éng x1 trÔ pha so víi dao ®éng x2. NÕu < 0 : th× dao ®éng x2 trÔ pha so víi dao ®éng x1, hay dao ®éng x1 sím pha h¬n dao ®éng x2. NÕu = 2np (n = 0 ;; ±1;; ±2 ; ; ±3...) : th× hai dao ®éng cïng pha vµ biªn ®é dao ®éng tæng hîp lín nhÊt : lµ: A = A1 + A2. NÕu = (2n + 1)p (n = 0; ; ±1 ;; ±2 ;; ±3...) : th× hai dao ®éng thµnh phÇn ng­îc pha nhau vµ biªn ®é dao ®éng nhá nhÊt : lµ: 6. Thực hành: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CÁC ĐỊNH LUẬT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 Xác định chu kì dao động của con lắc đơn và gia tốc rơi tự do bằng thí nghiệm [Thông hiểu] Hiểu được cơ sở lí thuyết: - Nêu được cấu tạo của con lắc đơn. - Nêu được cách kiểm tra mối quan hệ giữa chu kì với chiều dài của con lắc đơn khi co lắc dao động với biên độ góc nhỏ. [Vận dụng] · Biết cách sử dụng các dụng cụ và bố trí được thí nghiệm: - Biết dùng thước đo chiều dài, thước đo góc, đồng hồ bấm giây hoặc đồng hồ đo thời gian hiện số. - Biết lắp ráp được các thiết bị thí nghiệm. · Biết cách tiến hành thí nghiệm: - Thay đổi biên độ dao động, đo chu kì con lắc. - Thay đổi khối lượng con lắc, đo chu kì dao động. - Thay đổi chiều dài con lắc, đo chu kì dao động. - Ghi chép số liệu vào bảng. · Biết tính toán các số liệu thu được từ thí nghiệm để đưa ra kết quả: - Tính được T, T2, T2/l. - Vẽ được đồ thị T(l) và đồ thị T2(l). - Xác định chu kì dao động của con lắc đơn bằng cách đo thời gian t1 khi con lắc thực hiện n1 dao động toàn phần, tính ; tương tự từ đó xác định . - Đo chiều dài l của con lắc đơn và tính g theo công thức . - Từ đồ thị rút ra các nhận xét. Ch­¬ng II. SãNG C¥ 1. ChuÈn kiÕn thøc, kÜ n¨ng cña ch­¬ng tr×nh. Chñ ®Ò Møc ®é cÇn ®¹t ghi chó a) Kh¸i niÖm sãng c¬. Sãng ngang. Sãng däc b) C¸c ®Æc tr­ng cña sãng : : tèc ®é truyÒn sãng, b­íc sãng, tÇn sè sãng, biªn ®é sãng, n¨ng l­îng sãng c) Ph­¬ng tr×nh sãng d) Sãng ©m. §é cao cña ©m. ¢m s¾c. C­êng ®é ©m. Møc c­êng ®é ©m. §é to cña ©m e) Giao thoa cña hai sãng c¬. Sãng dõng. Céng h­ëng ©m KiÕn thøc - Ph¸t biÓu ®­îc c¸c ®Þnh nghÜa vÒ sãng c¬, sãng däc, sãng ngang vµ nªu ®­îc vÝ dô vÒ sãng däc, sãng ngang. - Ph¸t biÓu ®­îc c¸c ®Þnh nghÜa vÒ tèc ®é truyÒn sãng, b­íc sãng, tÇn sè sãng, biªn ®é sãng vµ n¨ng l­îng sãng. - Nªu ®­îc sãng ©m, ©m thanh, h¹ ©m, siªu ©m lµ g×. - Nªu ®­îc c­êng ®é ©m vµ møc c­êng ®é ©m lµ g× vµ ®¬n vÞ ®o møc c­êng ®é ©m. - Nªu ®­îc vÝ dô ®Ó minh ho¹ cho kh¸i niÖm ©m s¾c. Tr×nh bµy ®­îc s¬ l­îc vÒ ©m c¬ b¶n, c¸c ho¹ ©m. - Nªu ®­îc c¸c ®Æc tr­ng sinh lÝ (®é cao, ®é to vµ ©m s¾c) vµ c¸c ®Æc tr­ng vËt lÝ (tÇn sè, møc c­êng ®é ©m vµ c¸c ho¹ ©m) cña ©m. - M« t¶ ®­îc hiÖn t­îng giao thoa cña hai sãng mÆt n­íc vµ nªu ®­îc c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó cã sù giao thoa cña hai sãng. - M« t¶ ®­îc hiÖn t­îng sãng dõng trªn mét sîi d©y vµ nªu ®­îc ®iÒu kiÖn ®Ó khi ®ã cã sãng dõng khi ®ã. - Nªu ®­îc t¸c dông cña hép céng h­ëng ©m. KÜ n¨ng - ViÕt ®­îc ph­¬ng tr×nh sãng. - Gi¶i ®­îc c¸c bµi to¸n ®¬n gi¶n vÒ giao thoa vµ sãng dõng. - Gi¶i thÝch ®­îc s¬ l­îc hiÖn t­îng sãng dõng trªn mét sîi d©y. - X¸c ®Þnh ®­îc b­íc sãng hoÆc tèc ®é truyÒn ©m b»ng ph­¬ng ph¸p sãng dõng. Møc c­êng ®é ©m lµ : : L (dB) = 10lg Kh«ng yªu cÇu häc sinh dïng ph­¬ng tr×nh sãng ®Ó gi¶i thÝch hiÖn t­îng sãng dõng. 2. H­íng dÉn thùc hiÖn 1. SãNG C¥ Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 Ph¸t biÓu ®­îc c¸c ®Þnh nghÜa vÒ sãng c¬, sãng däc, sãng ngang vµ nªu ®­îc vÝ dô vÒ sãng däc, sãng ngang. [Th«ng hiÓu] · Sãng c¬ lµ qu¸ tr×nh lan truyÒn dao ®éng c¬ trong mét m«i tr­êng. · Sãng däc lµ sãng trong ®ã c¸c phÇn tö m«i tr­êng dao ®éng theo ph­¬ng trïng víi ph­¬ng truyÒn sãng. Sãng däc truyÒn ®­îc c¶ trong chÊt khÝ, chÊt láng vµ chÊt r¾n. · Sãng ngang lµ sãng trong ®ã c¸c phÇn tö cña m«i tr­êng dao ®éng theo ph­¬ng vu«ng gãc víi ph­¬ng truyÒn sãng. Sãng ngang truyÒn ®­îc ë mÆt chÊt láng vµ trong chÊt r¾n. VÝ dô: Sãng ©m truyÒn trong kh«ng khÝ :, c¸c phÇn tö kh«ng khÝ dao ®éng däc theo ph­¬ng truyÒn sãng, hoÆc dao ®éng cña c¸c vßng lß xo chÞu t¸c dông cña lùc ®µn håi theo ph­¬ng trïng víi trôc cña lß xo, ®ã lµ nh÷ng dao ®éng c¬ t¹o ra sãng däc. Víi sãng trªn mÆt n­íc, : c¸c phÇn tö n­íc dao ®éng vu«ng gãc víi ph­¬ng truyÒn sãng, ®ã lµ dao ®éng c¬ t¹o ra sãng ngang. 2 Ph¸t biÓu ®­îc c¸c ®Þnh nghÜa vÒ tèc ®é truyÒn sãng, b­íc sãng, tÇn sè sãng, biªn ®é sãng vµ n¨ng l­îng sãng. [Th«ng hiÓu] · Biªn ®é sãng lµ biªn ®é dao ®éng cña mét phÇn tö m«i tr­êng cã sãng truyÒn qua. · Chu k× T (hoÆc tÇn sè f) lµ chu k× (hoÆc tÇn sè f) dao ®éng cña mét phÇn tö m«i tr­êng cã sãng truyÒn qua. · Tèc ®é truyÒn sãng v lµ tèc ®é truyÒn dao ®éng trong m«i tr­êng. · B­íc sãng l lµ qu·ng ®­êng mµ sãng truyÒn ®­îc trong mét chu k×. Hai phÇn tö n»m trªn cïng mét ph­¬ng truyÒn sãng, c¸ch nhau mét b­íc sãng th× dao ®éng ®ång pha víi nhau. · TÇn sè sãng f lµ sè lÇn dao ®éng mµ phÇn tö m«i tr­êng thùc hiÖn trong 1 gi©y khi sãng truyÒn qua. TÇn sè cã ®¬n vÞ lµ hec (Hz). · N¨ng l­îng sãng cã ®­îc do n¨ng l­îng dao ®éng cña c¸c phÇn tö cña m«i tr­êng cã sãng truyÒn qua. Qu¸ tr×nh truyÒn sãng lµ qu¸ tr×nh truyÒn n¨ng l­îng. C«ng thøc liªn hÖ gi÷a chu k× T, tÇn sè f, tèc ®é v vµ b­íc sãng , lµ : : C¸c ®¹i l­îng ®Æc tr­ng cña mét sãng h×nh sin lµ biªn ®é cña sãng, chu k× cña sãng, b­íc sãng, n¨ng l­îng sãng. 3 ViÕt ®­îc ph­¬ng tr×nh sãng. [Th«ng hiÓu] · Ph­¬ng tr×nh dao ®éng t¹i ®iÓm O lµ uO = Acosωt. Sau kho¶ng thêi gian Dt, dao ®éng tõ O truyÒn ®Õn M c¸ch O mét kho¶ng x = v.Dt. · Ph­¬ng tr×nh dao ®éng cña phÇn tö m«i tr­êng t¹i ®iÓm M bÊt k× cã täa ®é x lµ uM(t) = Acosw = Acos2p Ph­¬ng tr×nh nµy cho biÕt li ®é u cña phÇn tö cã to¹ ®é x vµo thêi ®iÓm t. §ã lµ mét hµm võa tuÇn hoµn theo thêi gian, võa tuÇn hoµn theo kh«ng gian. 2. Sù GIAO THOA Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 M« t¶ ®­îc hiÖn t­îng giao thoa cña hai sãng mÆt n­íc vµ nªu ®­îc c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó cã sù giao thoa cña hai sãng. [Th«ng hiÓu] · M« t¶ thÝ nghiÖm : : Cho cÇn rung cã hai mòi S1 vµ S2 ch¹m nhÑ vµo mÆt n­íc. Gâ nhÑ cÇn rung. :Ta quan s¸t thÊy trªn mÆt n­íc xuÊt hiÖn mét lo¹t gîn sãng æn ®Þnh cã h×nh c¸c ®­êng hypebol víi tiªu ®iÓm lµ S1 vµ S2. · HiÖn t­îng giao thoa lµ hiÖn t­îng hai sãng khi gÆp nhau th× cã nh÷ng ®iÓm chóng lu«n t¨ng c­êng lÉn nhau, cã nh÷ng ®iÓm chóng lu«n lu«n triÖt tiªu lÉn nhau. · Hai nguån dao ®éng cïng tÇn sè vµ cã ®é lÖch pha kh«ng ®æi theo thêi gian gäi lµ hai nguån kÕt hîp. Hai sãng do hai nguån kÕt hîp ph¸t ra gäi lµ hai sãng kÕt hîp. · §iÒu kiÖn ®Ó x¶y ra hiÖn t­îng giao thoa lµ trong m«i tr­êng truyÒn sãng cã hai sãng kÕt hîp vµ c¸c phÇn tö sãng cã cïng ph­¬ng dao ®éng. · HiÖn t­îng giao thoa lµ mét hiÖn t­îng ®Æc tr­ng cña sãng. Qu¸ tr×nh vËt lÝ nµo g©y ra ®­îc hiÖn t­îng giao thoa còng lµ mét qu¸ tr×nh sãng. Gi¶i thÝch : : Mçi nguån sãng S1, S2 ®ång thêi ph¸t ra sãng cã gîn sãng lµ nh÷ng ®­êng trßn ®ång t©m. Trong miÒn hai sãng gÆp nhau, cã nh÷ng ®iÓm ®øng yªn, do hai sãng gÆp nhau ë ®ã triÖt tiªu nhau. Cã nh÷ng ®iÓm dao ®éng rÊt m¹nh, do hai sãng gÆp nhau ë ®ã t¨ng c­êng lÉn nhau. TËp hîp nh÷ng ®iÓm ®øng yªn hoÆc tËp hîp nh÷ng ®iÓm dao ®éng rÊt m¹nh t¹o thµnh c¸c ®­êng hypebol trªn mÆt n­íc. 2 Gi¶i ®­îc c¸c bµi to¸n ®¬n gi¶n vÒ giao thoa. [VËn dông] · BiÕt c¸ch tæng hîp hai dao ®éng cïng ph­¬ng, cïng tÇn sè, cïng biªn ®é ®Ó tÝnh vÞ trÝ cùc ®¹i vµ cùc tiÓu giao thoa. Nh÷ng ®iÓm t¹i ®ã dao ®éng cã biªn ®é cùc ®¹i (cùc ®¹i giao thoa) lµ nh÷ng ®iÓm mµ hiÖu ®­êng ®i cña hai sãng tõ nguån truyÒn tíi b»ng mét sè nguyªn lÇn b­íc sãng. C«ng thøc øng víi cùc ®¹i giao thoa lµ d2 – d1 = kl , víi k = 0, ± 1, ± 2... Nh÷ng ®iÓm t¹i ®ã dao ®éng triÖt tiªu (cùc tiÓu giao thoa) lµ nh÷ng ®iÓm mµ hiÖu ®­êng ®i cña hai sãng tõ nguån truyÒn tíi b»ng mét sè nöa nguyªn lÇn b­íc sãng. C«ng thøc øng víi cùc tiÓu giao thoa lµ d2 – d1 = (k +)l, víi k = 0, ± 1, ± 2... · BiÕt c¸ch dùa vµo c«ng thøc ®Ó tÝnh ®­îc b­íc sãng, sè l­îng c¸c cùc ®¹i giao thoa, cùc tiÓu giao thoa. ChØ xÐt bµi to¸n cã hai nguån kÕt hîp. Gäi d1 , d2 lµ kho¶ng c¸ch tõ mét ®iÓm M lÇn l­ît ®Õn hai nguån S1, S2 (d1=MS1, d2=MS2). Quü tÝch c¸c ®iÓm cùc ®¹i giao thoa, hoÆc c¸c ®iÓm cùc tiÓu giao thoa lµ nh÷ng ®­êng hypebol cã hai tiªu ®iÓm lµ vÞ trÝ hai nguån kÕt hîp. 3. SãNG DõNG Stt ChuÈn KT, KN quy ®Þnh trong ch­¬ng tr×nh møc ®é thÓ hiÖn cô thÓ cña chuÈn KT, KN Ghi chó 1 M« t¶ ®­îc hiÖn t­îng sãng dõng trªn mét sîi d©y vµ nªu ®­îc ®iÒu kiÖn ®Ó cã sãng dõng khi ®ã. X¸c ®Þnh ®­îc b­íc sãng hoÆc tèc ®é truyÒn sãng b»ng ph­¬ng ph¸p sãng dõng. [Th«ng hiÓu] · M« t¶ hiÖn t­îng sãng dõng trªn d©y : : XÐt mét sîi d©y ®µn håi PQ cã ®Çu Q cè ®Þnh. Gi¶ sö cho ®Çu P dao ®éng liªn tôc th× sãng tíi vµ sãng ph¶n x¹ liªn tôc gÆp nhau vµ giao thoa víi nhau, v× chóng lµ c¸c sãng kÕt hîp. Trªn sîi d©y xuÊt hiÖn nh÷ng ®iÓm lu«n lu«n ®øng yªn (gäi lµ nót) vµ nh÷ng ®iÓm lu«n lu«n dao ®éng víi biªn ®é lín nhÊt (gäi lµ bông). Sãng dõng lµ sãng trªn sîi d©y trong tr­êng hîp xuÊt hiÖn c¸c nót vµ c¸c bông. Kho¶ng c¸ch gi÷a hai bông sãng liÒn kÒ vµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai nót sãng liÒn kÒ lµ . Kho¶ng c¸ch gi÷a mét bông sãng vµ mét nót sãng liÒn kÒ lµ · §iÒu kiÖn ®Ó cã sãng dõng trªn mét sîi d©y cã hai ®Çu cè ®Þnh :lµ chiÒu dµi cña sîi d©y ph¶i b»ng mét sè nguyªn lÇn nöa b­íc sãng. l = k víi k = 0, 1, 2,... · §iÒu kiÖn ®Ó cã sãng dõng trªn mét sîi d©y cã mét ®Çu cè ®Þnh, mét ®Çu tù do lµ : chiÒu dµi cña sîi d©y ph¶i b»ng mét sè lÎ lÇn . l = (2k + 1), víi k = 0, 1, 2,... [VËn dông] Cã thÓ x¸c ®Þnh tèc ®é truyÒn sãng trªn d©y b»ng c¸ch sö dông ph­¬ng ph¸p sãng dõng nh­ sau: - T¹o sãng dõng trªn mét sîi d©y cã hai ®Çu cè ®Þnh, hoÆc trªn mét sîi d©y cã mét ®Çu cè ®Þnh, mét ®