skkn phân tích lực trên hình vẽ để giải các bài tập liên quan đến máy cơ ròng rọc ở chương trình vật lý thcs

Hai lực cân bằng l hai là b ực cùng điểm đặt trên một vật, cùng cường độ có phương nằng trên cùng một đường thẳng, chiều ngược nhau.. Tác dụng của hai lực cân bằng lên cùng một vật đang

PH N T CH L ÂN TÍCH L ÍCH L ỰC TRÊN HÌNH VẼ ĐỂ GIẢI C C B I ÁC BÀI ÀI

TẬP LIÊN QUAN ĐẾN M Y C ÁC BÀI Ơ RÒNG RỌC Ở

CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ THCS

A MỞ ĐẦU.

Trong qúa trình giảng dạy học sinh, đặc biệt l bà b ồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lý tôi thấy học sinh rất lúng túng trong việc xác định, phân tích

v tìm mà b ối liên hệ giữa các lực trong những b i tà b ập liên quan đến máy cơ ròng rọc Tôi đã tìm tòi suy nghĩ v rút ra à b được một số kinh nghiệm trong khi giải các b i tà b ập

Nội dung của b i vià b ết n y nhà b ằm ôn lại những kiến thức đã học, rèn luyện kỹ năng giải các b i tà b ập vật lý giúp học sinh (đặc biệt l h à h ọc sinh giỏi) có thêm những kinh nghiệm trong giải b i tà b ập vật lý nâng cao có liên quan đến ròng rọc bằng phương pháp phân tích lực trên hình vẽ

Nội dung được chia l m 3 phà b ần:

Phầ n I : Các b i tà b ập liên quan đến ròng rọc cố định

Phầ n II : Các b i tà b ập liên quan đến ròng rọc động

Phầ n III : Các b i tà b ập kết hợp giữa ròng rọc cố định, ròng rọc động v các à b máy cơ đơn giản khác

Trong mỗi phần có phần lý thuyết v b i tà b à b ập Phần lý thuyết giúp các

em nhớ lại những công thức v nhà b ững vấn đề chung Phần b i tà b ập nhằm rèn luyện kỷ năng giải v tìm ra nhà b ững phương pháp giải cho những b i tà b ập tương tự Những b i tà b ập trong mỗi phần được trình b y tà b ừ mức độ đơn giản đến khó Sau nhưng b i tà b ập đó có các b i tà b ập tương tự giúp học sinh tự rèn luyện kỹ năng v tà b ự kiêm tra mức độ tiếp thu kiến thức

B NỘI DUNG.

1

Kiến thức cơ bản về lực(đối với học sinh THCS)

Lực l mà b ột đại lượng vecto biểu diễn bằng một mũi tên có:

+ Gốc l à b điểm đặt của lực

+ Phương, chiều trung với phương chiều của lực

+ Độ d i bià b ểu thị cường độ của lực theo tỷ lệ xích cho trước

Hai lực cân bằng l hai là b ực cùng điểm đặt trên một vật, cùng cường độ có phương nằng trên cùng một đường thẳng, chiều ngược nhau

Tác dụng của hai lực cân bằng lên cùng một vật đang chuyển động: Dưới tác dụng của các lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, một vật chuyển động thẳng đều sẽ chuyễn động thẳng đều N

Hình vẽ biểu diễn hai lực cân bằng:

P

I C C B I TÁC BÀI ÀI ẬP LIÊN QUAN ĐẾN RÒNG RỌC CỐ ĐỊNH.

1 Lý thuy ế t :

Ròng rọc cố định l m à b đổi hướng lực kéo, không

có lợi về lực v công à b

Ví d ụ : Khi treo vật như hình 1 Vật A chịu tác dụng của T

các lực l : trong là b ực P có phương thẳng đứng, chiều từ trên Fk

xuống dưới v là b ực căng dây T có phương thẳng đứng,chiều từ

dưới lên trên Ta biểu diễn các lực như hình vẽ(H.1) Khi vật đứng yên hay chuyển động đều thì trọng lực P có độ lớn bằng P

lực căng day T tức P = T(Tổng lực hướng lên trên bằng hợp lực hướng

xuống dưới) Khi đó ta phải tác dụng v o à b đầu dây B một lực có độ lớn bằng lực căng dây T: FK = T hay Fk = P

Sau đây l mà b ột số b i tà b ập áp dụng theo mức độ tăng dần tính phức tạp

nhằm mục đích rèn luyện tư duy v kà b ỷ năng của học sinh:

H.1





(Các b i t à h ập được bỏ qua khối lượng của ròng rọc)

2 B i t ài t ậ p

B i t ài t ậ p 1 : Vật A có khối lượng mA = 0,2Kg được treo

v o mà b ột ròng rọc cố định như hình vẽ Tính lực kéo đầu B

để vật đứng yên

L ờ i gi ả i Để giữ vật A đứng yên cần phải tác dụng lên T

đầu dây B một lực FB sau cho: FB = PA FB

Hay FB = 10.mA = 10.0,2 = 2(N) A

Vậy cần tác dung lên đầu B một lực 2N thì vật A đứng yên P

B i t ài t ậ p 2 :

Vật A được mắc v o ròng rà b ọc như hình vẽ Vật A có khối lượng

m = 0,2(Kg), thể tích V = 0,1.10-3 m3 Tính lực keo đầu dây B để vật A đứng yên khi nhúng vật A ngập trong nước.(dnước = 104N/m3)

Phân tích:

Khi vật A nhúng ngập trong nước thì vật A chịu

tác dụng của các lực: Trọng lực P, lực đẩy Acsimet F,

lực căng dây T Ta biểu diễn các lực như hình vẽ(H.2)

Khi vật A đứng yên hoặc chuyển động đều ta có: F FK

T + F = P => T = P – F Để vật A đứng yên phải

tác dụng lên đầu dây B một lực Fk = T hay Fk = P – F

Lờ i gi ả i: Các lực tác dụng lên vật A l trà b ọng lực P, P

lực đẩy Acsimet F v là b ực căng dây T Khi vật A

đứng yên ta có T + F = P => T = P – F = 10mA – V.dn

hay T = 10 0,2 – 0.1 10-3 104 =1(N)

B i t ài t ậ p 3: Hai vật có khối lượng m1 = 1,5(Kg) v mà b 2 = 1(Kg)

được treo v o hai à b đầu sợi dây vắt qua một ròng rọc cố định vật m1 tì lên

s n Hà b ảy xác định áp lực do m1 ép lên s n.à b

3 H.2

H.1’





Các lực tác dụng lên m1 l : Trà b ọng lực P1 có phương T 1 T 2

thẳng đứng v chià b ều xuống dưới, lực căng dây T1 v à b

m2

phản lực N có phương thẳng đứng v chià b ều lên trên Ta m 1 P 2

biểu diễn các lực trên hình vẽ(H.3).

Khi vật m1 đứng yên thì: N + T1 = P1  T1=P1 – N P1

Tại vât m2 chịu tác dụng của lực căng dây T2 có phương thẳng đứng chiều

lên trên, trọng lực P2 có phương thắng đứng, chiều xuống dưới Khi vật m2

đứng yên thì: P2 = T2 Khi hệ cân bằng thì T1 = T2  P1 – N = P2 

N = P1 – P 2 Phẩn lực tác dụng lên vật có độ lớn bằng áp lực của vật tác

dụng lên s n: F = N à b  F = P1 – P2

L ờ i gi ả i: Gọi P1, P2 l trà b ọng lực của vật m1 v mà b 2, T1, T2 l là b ực căng

dây, N l phà b ản lực của s n tác dà b ụng lên vật Để m1 đứng yên thì: T1 = P1

– N Để m2 đứng yên thì T2 = P2 Khi hệ cân bằng thì T1 = T2  P1 – N =

P2

=>N = P1 – P2

Gọi F l áp là b ực của vật tác dụng lên s n ta có F = N à b

hay F = P1 – P2 = 10m1 – 10m2 = 10.1,5 – 10.1 =5(N)

B i t ài t ậ p t ươ ng t ự :

Cho hệ vật như hình vẽ với m1 = m2 = 1,5(Kg), vật m2

có thể tích V2 = 0,05 10-3 m3 Vật m1 được đặt trên s n à b

Hãy xác định áp lực của m2 tác dụng lên s n mà b 1

(d nước = 10 4 N/m 3 )

m2

H.4

H.3





F k

II C C B I TÁC BÀI ÀI ẬP LIÊN QUAN ĐẾN RÒNG RỌC ĐỘNG.

1 Lý thuy ế t :

Dùng ròng rọc động có lợi hai lần về lực thì thiệt hai T 1

lần về đường đi, không có lợi về công

Khi treo vật v o ròng rà b ọc động như hình vẽ Vật chịu tác T

dụng của hai lực trọng lực P có phương thẳng đứng v à b

chiều hướng xuống dưới, lực căng dây T có phương thẳng

đứng v chià b ều hướng lên trên ta biểu diễn các lực trên hình P

vẽ Khi vật A chuyển động đều hoặc đứng yên thì P = T

với T = 2T1 => T1= P2 Khi đó lực kéo dây ở đầu B l Fà b k =T1hay Fk = P2 Nếu gọi s l quà b ảng đường vật A đi được thì quảng đường đi của đầu dây B

l s’: à b

s’ =2s Khi đó công A để kéo vật A l : A = Fà b k.s’ = P.s

2.B i t ài t ậ p

B i 1 ài t Vật có khối lượng m = 1(Kg) Mắc v o mà b ột sợi dây vắt qua ròng rọc như H.5 Tính lực kéo đầu B để vật A đứng yên

Giải: Vật A mắc v o mà b ột ròng rọc động nên lực kéo tác dụng lên đầu B l :à b

Fk =

2

P

hay Fk =

2

10m A

2

1 10

N

B i 2 ài t (b i t à h ập tương tự) Vật A có khối lượng m = 1(Kg), thể tích

V = 0,2.10-3 m3 được vắt qua ròng rọc như b i tà b ập 1 Tính lực kéo đầu B để vật A đứng yên khi nhúng vật A ngập trong nước

III C C B I TÁC BÀI ÀI ẬP KẾT HỢP GIỮA RÒNG RỌC CỐ ĐỊNH V RÒNG RÀI ỌC ĐỘNG.

1.Lý thuy ế t :

5 H.5



Hệ rũng rọc l kà b ết hợp giữa rũng rọc cố định v rũng rà b ọc động với mục đớch l m à b đổi hướng của lực kộo v già b ảm về độ lớn của lực Cú cỏc dạng thường gặp như sau:

B i 1: ài t

Cho hệ rũng rọc như hỡnh vẽ, mA = 0,3(kg)

Tớnh lực kộo đầu dõy B để vật chuyển động đều đi lờn T’ Tớnh cụng kộo khi vật chuyển động được quảng đường h =2cm

Phõn tớch:Hợp lực tỏc dụng lờn vật A l là b ực căng dõy T v trà b ọng B T

lực P biểu diễn như trờn hỡnh vẽ Khi vật A cõn bằng thỡ PA =T F k

A

với T = 2T’ =>PA = 2T’ Gọi FK l là b ực kộo đầu B để vật A P A

chuyển động đều đi lờn khi đú: FK = T’ => FK =

2

A

P

Giả i: Lực kộo đầu B để vật chuyển động đi lờn l : à b

Fk =

2

A

P

2

3 , 0 10 2

10

N



Cụng kộo vật A khi vật đi lờn 2cm l : A=P h =3.2 10à b -2 =6.10-2(J)

B i 2 ài t Cho hệ rũng rọc như hỡnh vẽ Vật A cú

khối lượng m = 2(Kg) Hỏi lực kộo đầu B l bao nhiờu à b để

vật A chuyển động đều đi lờn Muốn vật A đi lờn 4 cm T 2

thỡ tay phải kộo đầu dõy đi bao nhiờu cm Tớnh cụng

Giả i : Vật A chịu tỏc dụng của lực căng dõy T, trọng F k T 1

lực P đợc biểu diễn nh trên hình vẽ Khi vật A cân

bằng thỡ T = PA m T = 2Tà b 1, T1 =2T2=> T2=

4

A

P

T

Khi vật A chuyển động đều cần phải kộo đầu B một P A

lực Fk sao cho: Fk =T2=>Fk =

4

A

P

Thay m = 2(Kg) ta cú:

H.6

H.7





FK = 5 ( ).

4

2

.

10

N



Vật A đi lên một đoạn s= 4cm thì đầu dây B phải chuyển động một đoạn

S’ = 4s = 4.4 = 16 (cm)

Công thực hiện l A=Fà b k.s’ =5.16 10-2 = 0,9(N)

B i t ài t ậ p t ươ ng t ự :

B i 1: ài t Vật A được mắc v o hà b ệ ròng rọc như hình 7 nhưng vật A được nhúng v o trong nà b ước biết VA = 0,4.10-3 m3 Tính lực kéo đầu B để A đứng yên

B i 2: ài t Cũng như yêu cầu trên ta có thể mở rộng hệ ròng rọc như sau:

Tổ ng quát : Lực kéo dây Fk = P n (n

2 l s à h ố ròng rọc động).

Dạ ng 2 : Vật được treo v o mà b ột Palăng(H8):

B i t à h ậ p 1 : Cho hệ ròng rọc như hình vẽ

Vật A có khối lượng mA= 5(Kg) Tính lực kéo

đầu dây để vật A cân bằng T 1 T 2 T 3 T 4

Vật A chịu tác dụng của trọng lực P v là b ực T T’

căng dây T v Tà b ’ Biểu diễn các lực trên hình vẽ Fk

Ta có: Khi vật A cân bằng thì T + T’= P m à b

7 H.8 H.7’



T = T1 + T2, T’ = T3 + T4 => T1 + T2 + T3 + T4 = P PA

Với T1 = T2 = T3 = T4 = Fk => Fk = 4P

Thay số: MA = 5 (Kg) ta có Fk =

4

10m A

= 104.5=12,5 (N)

B i t ài t ậ p t ươ ng t ự :

Có thể mở rộng cho học sinh hệ

ròng rọc với nhiều ròng rọc động v cà b ố định

như sau: …

Với yêu cầu tính hợp lực tác dụng

lên giá treo hoặc tính lực keo đầu B B

Tổng quát: Lực kéo đầu B l Fà b k =

n

P

.

2 (n l sà b ố ròng rọc động)

Dạ ng 3: Vật được mắc v o ròng rà b ọc như H.10

B i t à h ậ p : Cho hệ ròng rọc như hình vẽ Biết

Khối lượng của vật l m tính là b ực kéo đầu A khi vật

Lờ i gi ả i: Vật M chịu tác dụng bởi các lực: Trọng lực F k

P v là b ực căng dây T Ta biểt diễn các lực lên hình vẽ

Khi vật M cân bằng: T = P với T = T1 + T2 + T3 trong T

đó T1 = T2 = T3 = Fk => Fk =

3

P

Vật được mắc v o hà b ệ ròng rọc sau:

Tính lực kéo đầu B để hệ cân bằng

H.9

H.10

H.11



P

Dạ ng 4 : Vật được mắc v o hà b ệ ròng rọc như H.12

B i t ài t ậ p: Cho hệ ròng rọc như hình vẽ Vật A v B có khà b ối

lượng m1 v mà b 2 Tìm mối quan hệ giữa m1 v mà b 2 để hệ cân

bằng

Lờ i gi ả i : Vật A chịu tác dụng của các lực: Trọng lực PA T 1 T 1

Lực căng dây T1 ở vị trí cân bằng thì: PA = T1(ta biểu diễn

các lực như hình vẽ) Vật B chịu tác dụng của các lực: A T 2

Trọng lực PB v là b ực căng dây T2 khi cân bằng: T2 =PB với B

T1 = 2T2  T1 =2PB  PA =2PB  mA = 2mB P A PB

B i t ài t ậ p t ươ ng t ự :

B i 1 ài t :

Cho hệ như hình vẽ Tính khối lượng vật M để hệ

cân bằng, với khối lượng của tấm ván l m = 20(kg).à b

B i 2 ài 2 : Một người đứng trên một tâm ván được

treo v o hà b ệ ròng rọc như hình vẽ Trọng lượng

của người l Pà b 1 =600(N) v trà b ọng lượng của ván

l Pà b 2 = 300(N) Hỏi người đó kéo dây với lực là b

bao nhiêu để tấm ván đứng yên

H

ướ ng d ẫ n:

Người đó kéo dây bằng lực T2 nên người đó đè T 1 T 2 T 2

9

H.12

H.13

H.14





lên tâm ván một lực có độ lớn: P1 – T2

Các lực tác dụng lên tâm gổ gồm:

- Trọng lực tấm gỗ P2

- Lực đè lên tâm ván của người P1 – T2 P2

- Sức căng dây T1,T2 với T1 = 2.T2 P1

Khi thanh cân băng: P2 + (P1 – T2) = T1 + T2 <=> P1+ P2 = 4.T2 =>

T2 =

4

2

1 P

P 

Dạ ng 5: B i tà b ập liên quan đến đòn bẩy

Cho hệ thống cân bằng như hình vẽ Khối

lượng của vật l M, khà b ối lượng của thanh

l M’ Bià b ết thanh AB nằm ngang Tìm T’ M’

mối quan hệ giữa M v M’ à b để hệ cân bằng A B

L ờ i gi ả i: Vật M chịu tác dụng của các lực trọng lực T P’

P, lực căng dây T với P = T trong đó T = 2T’ M

Thanh M’ chịu tác dụng của các lực: Trọng lực P’ P

lực căng dây T’ Khi hệ cân bằng T’ AB = P’ AB2  P2 AB =P’ AB2

<=> P = P’ hay M = M’

III

K Ế T LU Ậ N:

Trên dây l phà b ương pháp phân tích lực để giải các b i tà b ập về máy

cơ đơn giản l ròng rà b ọc Trong quá trình giảng dạy khi chưa vận dụng

phương pháp n y tôi thà b ấy học sinh rất lúng túng trong khi giải b i tà b ập về ròng rọc Nhưng từ khi tôi vận dụng phương pháp n y v o già b à b ảng dạy,

hướng dẫn cho học sinh thi tôi thấy các em tiếp thu rất nhanh, vận dụng

v o già b ải các b i tà b ập rất hiệu quả Cụ thể, tôi chọn ra 10 học sinh bồi dưỡng thì có 9 học sinh l m b i rà b à b ất tốt đạt từ 8 đến 10 điểm, 1 học sinh đạt 7 điểm



H.15

Tuy nhiên trong b i vià b ết n y dù rà b ất cố gắng nhưng không thể không thiếu sót, mong các đồng nghiệp góp ý để ng y c ng ho n thià b à b à b ện hơn

IV. ĐỀ XU Ấ T KI Ế N NGH Ị

- Trong quá trình công tác tôi thấy Sở GD - ĐT v phòng GD thà b ường

tổ chức các đợt bồi dưỡng thường xuyên cho giáo viên nhưng ít thấy tổ chức chuyên đề bồi dưỡng về phương pháp giải các dạng b i tà b ập vật lý cho giáo viên Nên tôi thiết nghĩ các cấp có thẩm quyền tạo điều kiện cho giáo viên tham gia các buổi bồi dưỡng về phương pháp để nâng cao nhận thức, trau dồi chuyên môn nghiệp vụ để giảng dạy có hiệu quả hơn

- Vì mỗi sáng kiến l mà b ột t i lià b ệu rất quan trọng nên tôi nghỉ rằng nếu Sở v Phòng sau mà b ỗi năm nên lựa chọn các sáng kiến tiêu biểu trong tĩnh cũng như ngo i tà b ĩnh in th nh sách phát cho giáo viên l m t i lià b à b à b ệu học tập cho mình

11