(SKKN mới NHẤT) SKKN phương pháp giải bài tập đòn bẩy dành cho học sinh giỏi lớp 8

Căn cứ vào kế hoạch bồi dưỡng học sinh giỏi hàng năm của trường THCSnhằm phát hiện những học sinh có năng lực học tập môn Vật lý bậc THCS để bồidưỡng nâng cao năng lực nhận thức, hình

PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài.

Vật lí học là cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật quan trọng sự phát triển của khoa học Vật lí gắn bó chặt chẽ và có tác động qua lại trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học

kĩ thuật và cũng là thời kỳ phát triển khoa học công nghệ 4.0 Vì vậy những hiểu biết

và nhận thức về Vật lí có giá trị to lớn trong đời sống và sản xuất, đặc biệt là trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước với giai đoạn phát triển mạnh như bây giờ

Căn cứ vào nhiệm vụ chương trình Vật lý THCS là: Cung cấp cho học sinh mộthệ thống kiến thức cơ bản, ở trình độ phổ thông trung học cơ sở, bước đầu hình thành

ở học sinh những kỹ năng cơ bản phổ thông và thói làm quen làm việc khoa học, gópphần hình thành ở họ các năng lực nhận thức và các phẩm chất, nhân cách mà mụctiêu giáo dục THCS đề ra

Căn cứ vào kế hoạch bồi dưỡng học sinh giỏi hàng năm của trường THCSnhằm phát hiện những học sinh có năng lực học tập môn Vật lý bậc THCS để bồidưỡng nâng cao năng lực nhận thức, hình thành cho các em những kỹ năng cơ bản vànâng cao trong việc giải các bài tập Vật lý Bên cạnh đó còn giúp các em thể hiệnđược chính mình khi tham gia dự các kỳ thi học sinh giỏi cấp trường, huyện, tỉnh đạtkết quả cao nhất và mang lại thành tích cho bản thân, gia đình, nhà trường và xã hội.Trong tất cả các bộ môn KHTN: Toán, Lý, Hoá, Sinh… thì môn Vật lý là mộttrong những môn khoa học khó nhất đối với các em Vật lý là một môn khoa học thựcnghiệm đã được toán học hoá ở mức độ cao Đòi hỏi các em phải có những kiến thức,

kỹ năng toán học nhất định mới vận dụng trong việc giải các bài tập Vật lý

Môn Vật lý nhằm mang lại cho học sinh những kiến thức rất thực tế về sự vật,hiện tượng xung quanh cuộc sống và đặc biệt có sự tìm tòi, sáng tạo, trong quá trìnhnghiên cứu quan trọng nhất trong khoa học, đời sống và sản xuất kĩ thuật … Kỹ năngvận dụng qua quan sát các hiện tượng, thực hành và thí nghiệm giúp học sinh thu thập

dữ liệu để vận dụng tính toán những bài tập Vật lí và mang lại hứng thú, sáng tạo

trong học tập cũng như áp dụng các kiến thức và kỹ năng vào các hoạt động trong đờisống gia đình và cộng đồng.

Chuyên đề "Máy cơ đơn giản" là một trong các chuyên đề bồi dưỡng Lượngkiến thức của phần này dạng tổng hợp khá nhiều so với các phần khác và nội dung bàitập phần này cũng khó có thể đạt được điểm tối đa Ngoài việc nắm vững lý thuyếtcần phải biết ứng dụng lý thuyết vào giải các bài tập một cách thành thạo là cả mộtcâu hỏi lớn đặt ra Vì khi các em gặp dạng bài tập này học sinh thường bối rối vàkhông biết sẽ áp dụng vào kến thức nào về các máy cơ đơn giản

Vì vậy để giúp học sinh lĩnh hội kiến thức từ cơ bản đến phức tạp của các loạimáy cơ đơn giản thì việc vận dụng vào giải các bài tập về “đòn bẩy” là quan trọngnhất để các em đạt được điểm tối đa trong dạng bài tập này thì việc nâng cao chất

lượng là vô cùng cần thiết Do đó tôi đã quyết định lựa chọn đề tài: "Phương pháp giải bài tập đòn bẩy dành cho học sinh giỏi lớp 8" với đề tài này là một phần trong

các loại máy cơ giản của chương cơ học Đây là sự đúc rút từ kinh nghiệm của bảnthân qua các năm bồi dưỡng nhằm cung cấp cho học sinh phương pháp nhận dạng bàitoán về đòn bẩy và có phương pháp giải một cách hợp lí, khoa học

1.2 Điểm mới của đề tài.

Bám sát chuẩn kiến thức kỹ năng, phân dạng bài tập đòn bẩy, phân tích các nộidung lý thuyết có liên quan, sử dụng các phương pháp đổi mới dạy học (Cho học sinh

tự kiểm tra và chấm bài cho nhau, trong số học sinh bồi dưỡng có nhóm trưởng và cửcác học sinh khác chữa bài rồi so sánh đối chiếu kết quả của GV)

Hướng dẫn cho học sinh vận dụng lý thuyết phân tích bài toán đề ra đượcphương pháp giải cụ thể, ngắn gọn dễ hiểu nhất So sánh với các phương pháp kháctình huống có thể xảy ra với bài tập để mở rộng hiểu sâu tường tận từng phần giúphọc sinh dễ dàng tiếp cận gây nên sự hứng thú trong học tập cho học sinh, kích thíchcho các em sự ham học, ham hiểu biết và lòng say mê học Vật lý Tạo một nền tảngvững chắc cho các em tiếp cận kiến thức về tính toán phức tạp hơn sau này

Mục đích đó thực hiện dưới sự chỉ đạo, thiết kế, tổ chức hướng dẫn các em họctập Học sinh là chủ thể của hoạt động nhận thức tự học, rèn luyện từ đó hình thành và

phát triển năng lực tư duy sáng tạo, nhân cách cần thiết của người lao động với mục

tiêu đề ra và đặc biệt nhất đối với dạng bài tập “Đòn bẩy” này các em vừa giải bài tập

dựa trên lý thuyết mà còn được vận dụng vào các tình huống thực tế khi gặp trongcuộc sống

1.3 Phạm vi áp dụng đề tài.

Nghiên cứu trong phạm vi các em đội tuyển học sinh giỏi ba năm học liền kề:2016-2017; 2017-2018 và 2018 - 2019 của trường nơi tôi đang công tác

2 PHẦN NỘI DUNG

2.1 Thực trạng của vấn đề nghiên cứu

Trong năm học 2016 - 2017, sau khi đội tuyển HSG của trường tham gia kì thiHSG lớp 8 môn Vật lý cấp huyện, tôi đã thống kê về kết quả chất lượng làm bài củacác học sinh (HS) phần cơ học như sau:

Câu 2 phần cơ học

(2,5 điểm)

Số HS không làm được

2.2 Biện pháp thực hiện các giải pháp của đề tài

Để thực hiện tốt các giải pháp thì hai yếu tố hầu như quyết định đó là giáo viên

và học sinh Chính vì vậy giáo viên và học sinh cần phải phối hợp nhịp nhàng, thựchiện tốt các nội dung sau:

2.2.1 Đối với giáo viên:

- Phải có sự chuẩn bị, nghiên cứu kĩ và nắm thật vững kiến thức thật tốt mớiđưa ra phương pháp giải các dạng bài toán "đòn bẩy" đạt kết quả tốt và dễ hiểu nhất

- Để giúp giáo viên giảng dạy được thành công trong chuyên đề "đòn bẩy” thìvai trò của người học là không nhỏ Vì vậy giáo viên cần phải có sự động viên hỗ trợkịp thời, nhằm kích thích cho các em sự ham hiểu biết, say mê trong học tập để đemlại hiệu quả cao

- Phải biết chọn lọc nội dung, phương pháp tập trung vào điểm mấu chốt, chọnkiến thức, kĩ năng cơ bản nào hay ứng dụng nhất để giảng tốt, luyện tốt

- Phải hướng dẫn học sinh nắm bắt kiến thức đến đâu, luyện chắc đến đấy.Tránh giảng qua loa đại khái để chạy theo số lượng bài tập với số tiết theo kế hoạch

- Suốt quá trình luyện giảng phải cho học sinh động não suy nghĩ tại sao, làmthế nào? Tại sao nghĩ như thế thì mới đạt kết quả

- Sau mỗi chuyên đề có một bài kiểm tra nhưng trong số bài tập kiểm tra cầnđưa ra nhiều dạng từ cấp độ dễ đến khó và đặc biệt đưa ra bài có cấp độ khó vượt lớp(lớp 9) giúp học sinh cọ sát, sáng tạo, tìm tòi để phát huy khả năng, trí tuệ

2.2.2 Đối với học sinh:

- Học sinh phải nắm thật chắc những kiến thức trong sách giáo khoa và các kiếnthức liên quan, để từ đó mới vận dụng tốt các phương pháp làm bài tập nâng cao

- Các em phải luôn đóng vai trò chủ động trong việc tiếp thu kiến thức, chỗ nàocòn khó khăn vướng mắc học sinh cần mạnh dạn đặt câu hỏi ngay cho giáo viên bồidưỡng

- Việc chuẩn bị và nghiên cứu các bài tập được giao về nhà làm cũng là mộtphần ôn lại kiến thức đã học trên lớp

- Việc học theo nhóm khi gặp các dạng bài tập thực tế, hiện tượng mà chưa giảiquyết được các vấn đề có liên quan đa phần các học sinh tự thảo luận và tự tìm tòi

- Thường xuyờn nghiờn cứu tài liợ̀u qua sỏch tham khảo, qua chuyờn đề củaPhũng GD& ĐT biờn soạn….hoặc tỡm cỏc bài tập cú liờn quan thụng qua mạngInternet vỡ nội dung cỏc bài tập trờn mạng hiợ̀n nay rất nhiều và phong phỳ nhưngphải đảm bảo chớnh xỏc nhưng khụng quỏ cao.

2.2.2.1 Cỏc kiến thức cơ bản và liờn quan

* Đâu là điểm tựa của đòn bẩy?

Việc xác định điểm tựa cũng không đơn giản vì đòn bẩy cónhiều loại nh :

- Điểm tựa nằm trong khoảng hai lực (Hình A)

Ta thấy, hình C có thể chọn điểm tựa tại điểm B khi này có

hai lực tác dụng lên đòn bẩy đó là lực F tại điểm O và lực thứ hai là

AF

T

Cũng có thể chọn điểm tựa tại điểm A khi này cũng có hai lực

tác dụng lên đòn bẩy là lực kéo F tại điểm O và phản lực tại B

* Các lực tác dụng lên đòn bẩy có phơng chiều nh thế nào?

* Xác định cánh tay đòn của các lực

Theo định nghĩa: “ Khoảng cách giữa điểm tựa O và phơngcủa lực gọi là cánh tay đòn của lực” Việc xác định cánh tay đòncủa lực rất quan trọng vì nếu xác định sai sẽ dẫn đến kết quả sai.Trên thực tế học sinh rất hay nhầm cánh tay đòn với đoạn thẳng từ

điểm tựa đến điểm đặt của lực

Sau khi phân tích có thể áp dụng điều kiện cân bằng của

đòn bẩy để giải bài toán

2.2.2.2 Một số phương phỏp giải bài tập vờ̀ đòn bõ̉y.

Dạng 1: Xỏc định lực và cỏch tay đòn của lực.

Bài toán1:

Ngời ta dùng một xà beng có dạng nh hình vẽ để nhổ một cây

đinh cắm sâu vào gỗ

a) Khi tác dụng một lực F = 100N vuông góc với OB tại đầu B ta

sẽ nhổ đợc đinh Tính lực giữ của gỗ vào đinh lúc này ? Cho biết

a) Vì F vuông góc với OB nên OB là cánh tay đòn của F

b) Vì F có phơng vuông góc với mặt gỗ nên OH là cánh tay đòncủa F’ sau khi đã xác định đúng lực và cánh tay đòn của lực ta ápdụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy và tính đợc các đại lợngcần tìm

d2 Hai bản đợc hàn dính lại ở một đầu O và đợc treo bằng sợi dây

Để thanh nằm ngang ngời ta thực hiện hai biện pháp sau:

a) Cắt một phần của thanh thứ nhất và đem đặt lên chínhgiữa của phần còn lại Tìm chiều dài phần bị cắt

b) Cắt bỏ một phần của bản thứ nhất Tìm phần bị cắt đi

* Phơng pháp:

Trong mỗi lần thực hiện các biện pháp cần xác định lực tácdụng và cánh tay đòn của lực

ll

O

+ Ở biện pháp 1: Vì cắt một phần của bản thứ nhất và lại

đặt lên chính giữa của phần còn lại nên lực tác dụng không thay

đổi, cánh tay đòn của lực này thì thay đổi

+ Ở biện pháp 2: Do cắt bỏ một phẩn của bản thứ nhất nên cảlực và cánh tay đòn của lực đều thay đổi

- Khi xác định đợc lực và cánh tay đòn của lực ta áp dụng điềukiện cân bằng của đòn bẩy vào giải bài toán:

Vậy chiều dài phần bị cắt là: 4 cm

b) Gọi y là phần bị cắt bỏ đi trọng lợng còn lại của bản là

’ = 400 - 80 = 320 =>

> 20 cm

20 - 17,89 = 2,11 (cm)Vậy chiều dài phần bị cắt bỏ là 2,11 cm

Dạng 2: Chọn điểm tựa của đòn bẩy

Bài toán 1: Một chiếc xà không đồng chất dài l = 8 m, khối

l-ợng 120 kg đợc tì hai đầu A, B lên hai bức tờng Trọng tâm của xàcách đầu A một khoảng GA = 3 m Hãy xác định lực đỡ của tờnglên các đầu xà

* Phơng pháp:

- Do xà có hai điểm tựa (hai giá đỡ) xà chịu tác dụng của ba lực

FA, FB và P Với loại toán này cần phải chọn điểm tựa

- Để tính FA phải coi điểm tựa của xà tại B

- Để tính FB phải coi điểm tựa của xà tại A

áp dụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy cho từng trờng hợp

để giải bài toán

Với loại toán này cần chú ý: các lực nâng và trọng lực còn thoảmãn điều kiện cân bằng của lực theo phơng thẳng đứng cónghĩa P = FA + FB

Bài giải:

Trọng lợng của xà bằng: P = 10.120 = 1200 (N)

Trọng lợng của xà tập trung tại trọng tâm G của xà

Xà chịu tác dụng của 3 lực FA, FB, P

Để tính FA ta coi xà là một đòn bẩy có điểm tựa tại B Để xà

đứng yên ta có:

P

F B

Bài toán 2: (ỏp dụng)

Một cái sào đợc treo theo phơng nằm ngang bằng hai sợi dâyAA’ và BB’ Tại điểm M ngời ta treo một vật nặng có khối lợng 70

kg Tính lực căng của các sợi dây AA’ và BB’

Cho biết: AB = 1,4 m; AM = 0,2m

Bài giải:

Trọng lợng của vật nặng là:

P = 10.70 = 700 (N)

Gọi lực căng của các sợi dây AA’ và BB’ lần lợt là: TA và TB

Cái sào chịu tác dụng của 3 lực TA, TB và P

Để tính TA coi sào nh một đòn bẩy có điểm tựa tại B

Vậy: Lực căng của sợi dây AA’ là 600 (N)

Lực căng của sợi dây BB’ là 100 (N)

Dạng 3: Khi đòn bẩy chịu tác dụng của nhiều lực

* Phơng pháp:

- Xác định tất cả các lực tác dụng lên đòn bẩy

- Xác định các lực làm đòn bẩy quay theo cùng một chiều ỏpdụng quy tắc sau:

“Đòn bẩy sẽ nằm yên hoặc quay đều, nếu tổng tác dụng củacác lực làm đòn bẩy quay trái bằng tổng tác dụng của các lực làm

đòn bẩy quay phải”

Vậy mỗi tờng chịu tác dụng một lực là 600 (N) với tờng A và 350(N) với tờng B

Hãy xác định khối lợng của vật cần cân

Bài giải

Các lực tác dụng lên thanh AC

- Trọng lợng P1, P2 của các vật treo tại A và B

- Trọng lợng P của thanh tại trung điểm của thanh thanhcân bằng

Với dạng toán liên quan đến lực đẩy Acsimét cần nhớ một sốcông thức hay sử dụng:

F = d.V Trong đó: F là lực đẩy Acsimét

D là trọng lợng riêng của chất lỏng

V là thể tích chất lỏng bị vật chiếm chỗCần nhớ các quy tắc hợp lực

+ Hợp lực của hai lực F1, F2 cùng phơng ngợc chiều có độ lớn là:

Bài toán 1: (ỏp dụng)

Hai quả cầu A, B có trọng lợng bằng nhau nhng làm bằng haichất khác nhau, đợc treo vào đầu của một đòn cứng có trọng lợngkhông đáng kể

là có độ dài l = 84 cm Lúc đầu đòn cân bằng Sau đó đemnhúng cả hai quả cầu ngập trong nớc Ngời ta thấy phải dịchchuyển điểm tựa đi 6 cm về phía B để đòn trở lại thăng bằng.Tính trọng lợng riêng của quả cầu B nếu trọng lợng riêng của quảcầu A là dA = 3.104 N/m3, của nớc là dn = 104 N/m3

O O ’

B A

Vì trọng lợng hai quả cầu cân bằng

nhau nên lúc đầu điểm tựa O ở

chính giữa đòn: OA = OB = 42 cm

Khi nhúng A, B vào nớc

O'A = 48 cm, O'B = 36 cm

Lực đẩy Acsinet tác dụng lên A và B là:

Hợp lực tác dụng lên quả cầu A là: P - FA

Hợp lực tác dụng lên quả cầu B là: P - FB

Để đòn bẩy cân bằng khi A, B đợc nhúng trong nớc ta có:

(P - FA) O’A = (P - FB).O’B

Hay các giá trị vào ta có:



Vậy trọng lợng riêng của quả cầu B là: dB = 9.104 (N/m3)

Bài toán 2: (ỏp dụng)

Hai quả cầu cân bằng nhôm có cùng khối lợng đợc treo vào hai

đầu A, B của một thanh kim loại mảnh nhẹ Thanh đợc giữ thăngbằng nhờ dây mắc tại điểm giữa O của AB Biết OA = OB = l = 25

cm Nhúng quả cầu ở đầu B vào nớc thanh AB mất thăng bằng Đểthanh thăng bằng trở lại ta phải dời điểm treo O về phía nào? Một

đoạn bao nhiêu? Cho khối lợng riêng của nhóm và nớc lần lợt là: D1 =2,7 g/cm3; D2 = 1 g/cm3

Bài giải:

Khi quả cầu treo ở B đợc nhúng vào nớc, ngoài trọng lợng P nócòn chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet nên lực tổng hợp giảm

xuống Do đó cần phải dịch chuyển điểm treo về phía A một

đoạn x để cho cánh tay đòn của quả cầu B tăng lên

Dạng 5: Các dạng khác của đòn bẩy

Đòn bẩy có rất nhiều dạng khác nhau Thực chất của các loại này

là dựa trên quy tắc cân bằng của đòn bẩy Do vậy phơng phápgiải cơ bản của loại này là:

- Xác định đúng đâu là điểm tựa của đòn bấy Điểm tựa nàyphải đảm bảo để đòn bẩy có thể quay xung quanh nó

- Thứ hai cần xác định phơng, chiều của các lực tác dụng vàcánh tay đòn của các lực

- Cuối cùng áp dụng quy tắc cân bằng của đòn bẩy để giải bàitoán

( l -x )

F

P P

C

b) Sau đó ngời ta đặt thanh nằm ngang gắn vào tờng nhờbản lề tại B Tìm lực căng của dây AC lúc này? (AB = BC)

Theo quy tắc cân bằng ta có:

P.OB = T.BH

Bài toán 2: (Bài tập nõng cao chương trình lớp 9)

Một khối trụ lục giác đều đặt trên mặt sàn Một lực tác dụng Ftheo phơng ngang đặt vào đỉnh C nh hình vẽ Trụ có thể quayquanh A

a) Xác định độ lớn của lực F để khối trụ còn cân bằng trọng ợng của khối trụ là P = 30 N

F ’

F

D C

F E

I ’

I O

P

a) Gọi cạnh chủa khối trụ lục giác là Khối trụ chịu tác dụngcủa trọng lợng P và lực F

Lúc này (hai lần của đờng cao tam giác đều)Thật vậy gọi góc ta có AI’ = AF.cos và AI’ lớn nhất khi

=0 (cos =1) lúc đó AI’ = AF

Để khối trụ còn cân bằng ta có:

FMin AF = P.AH

Dạng 6: Khi điểm tựa dịch chuyển

Xác định giá trị cực đại, cựa tiểu

Bài giải:

C

AB

B A

Xét trạng thái cân bằng của thớc quanh trục đi qua mép D củagiá đỡ ứng với giá trị nhỏ nhất của AD Lúc đó thớc chia làm haiphần:

+ Phần BD có trọng lợng P3 đặt ở G1 là trung điểm của DB

+ Phần OA có trọng lợng P2 đặt ở G2 là trung điểm của AD

Mép D ở điểm E trên thớc

Điều kiện cân bằng của trục quay D là:

P3.AD + P2.GE = P1.G1D

 (1) (với l2 = AD, l1 = ED)

Về thớc thẳng đồng chất tiết diện đều nên trọng lợng của mộtphần thớc tỷ lệ với chiều dài của phần đó ta có:

sẽ quay quanh trục C sang trái Vậy giá trị nhỏ nhất của BD khi Ctrùng đến E là BE = BC

Mà BC = BD + DC => BD = BC - DC = 16 - 4 = 12 (cm)

Bài toán 2: