Phương pháp giải bài tập Vật lí 10

Những đặc trưng của lực ma sát trượt Khi nghiên cứu về một loại lực nào đó ngoài việc trả lời câu hỏi"Lực đó xuất hiện khi nào, có tác dụng gì?" ta còn cần quan tâm tới các đặc điểm của

Bài toán vật CĐ có ma sát trượt, lăn Những điểm cần lưu ý!

I Cơ sở lý thuyết

1 Những đặc trưng của lực ma sát trượt

Khi nghiên cứu về một loại lực nào đó ngoài việc trả lời câu hỏi"Lực đó xuất hiện khi

nào, có tác dụng gì?" ta còn cần quan tâm tới các đặc điểm của lực như: Nó đặt vào đâu trên vật chịu lực, có phương chiều như thế nào, được xác định bởi biểu thức gì? Dưới

đây ta có thể tóm tắt các đặc điểm đó như sau:

* Điểm đặt của lực ma sát trượt: Đặt vào vật, nằm trong phần tiếp xúc giữa vật với sàn

trượt

* Hướng: Cùng phương và ngược chiều với vận tốc tương đối của vật đối với mặt tiếp xúc.

* Độ lớn:

- Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc

- Phụ thuộc vào chất liệu và tình trạng bề mặt tiếp xúc

- Tỉ lệ với áp lực mà vật tác dụng lên mặt tiếp xúc

Trên hình vẽ ta thấy khi vật chuyển động vật sẽ nén lên sàn trượt một lực là Q, theo định luật III Newton sàn trượt phản lại vật một phản lực N Ta có

=> ta được Q=N vậy biểu thức lực ma sát có thể viết:

II Lưu ý khi giải bài toán vật chuyển động có ma sát.

Khi tính lực ma sát trượt theo công thức(1) học sinh thường lấy N=p=mg vì cho rằng N luôn cân bằng với P khi vật chuyển động Điều này quả thật rất sai lầm Để làm rõ vấn đề này ta xét ví dụ sau:

Vật m CĐ dưới tác dụng của lực F có phương hợp với phương chuyển động một góc trong hai trường hợp

a F hướng lên

b F hướng xuống

Phân tích:

a./ Ta thấy trong trường hợp F hướng lên

theo phương vuông góc với phương chuyển động vật không chuyển động Theo định luật

I newton tổng hợp lực tác dụng lên vật trong trường hợp này phải bằng 0 suy ra ta có:

chiếu (2) lên phương OY ta được:

trong trường hợp này N nhỏ hơn P điều này là do áp lực mà vật nén lên sàn nhỏ hơn trọng lượng của vật Vậy tại sao? Chính thành phần đã làm giãm áp lực của vật lên sàn trượt.

b./ Trong trường hợp F hướng xuống

theo phương thẳng đứng OY vật không chuyển động nên ta vẫn có:

chiếu (2) lên phương OY ta được:

trong trường hợp này N lớn hơn P điều này là do áp lực mà vật nén lên sàn lớn hơn trọng lượng của vật Vậy tại sao? Chính thành phần đã làm tăng áp lực của vật lên sàn trượt.

Dùng tích véc tơ để giải các bài toán cơ học

Trong chương trình vật lý lớp 10, phần cơ học, bài toán ném xiên là một trong những dạng bài toán khó nhất Phương pháp giải thông thường như đã được giới thiệu trong sách giáo khoa là xét chuyển động theo hai phương vuông góc Đây là một cách

làm tổng quát mà về nguyên tắc có thể giải được tất cả các bài toán Nhưng đối

với một số bài toán thì cách giải này tỏ ra quả phức tạp và dài dòng Trong bài

viết này chúng tôi xin giới thiệu một cách giải mới là sử dụng các tích véctơ (cả

tích vô hướng và hữu hướng) Với phương pháp giải mới này, lời giải của các

bài toán trên sẽ trở nên đơn giản và ngắn gọn Để bạn đọc tiện theo dõi, trước hết chúng tôi xin nhắc lại một số tính chất của các tích véctơ

Nguyễn Đức Giang (Theo P&Y Club)

Phương pháp giải bài tập chất khí

Dạng 1:

Cho biết một số thông số trạng thái, qua quá trình biến đổi, tìm các thông số trạng thái  còn lại của một lượng khí Biểu diễn các quá trình lên cùng đồ thị OPV, OPT, OVT.

Dạng 2:

Cho đồ thị biểu diễn các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí Tìm các thông số trạng thái còn lại.

Phương pháp:

- Tóm tắt các thông số P,V, T của từng trạng thái theo các quá trình biến đổi từ dữ kiện

đề bài hoặc từ đồ thị Chú ý đơn vị

$

- Chú ý các tình huống sau:

+ Trong quá trình biến đổi có một số thông số không đổi

* T=const: áp dụng định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt

* V=const: áp dụng định luật Sác-lơ

* P=const: áp dụng định luật Gay Luy-xắc

+ Trong quá trình biến đổi, cả 3 thông số đều biến đổi và không cần biết đến khối lượng của chất khí thì dùng phương trình trạng thái của Khí lí tưởng

+Cần tính khối lượng chất khí hoặc cho khối lượng làm dữ kiện thì áp dụng phương trình Cla-pê-rôn - Men-đê-lê-ép

- Vẽ đồ thị, các em vẽ các điểm tọa độ tương ứng với mỗi trạng thái, nối các điểm lại theođúng các đường đã học:

+ đường đẳng nhiệt: đường hypepol (hệ OPV), đường thẳng vuông góc trục OT (hệ OPT,OVT)

+ đường đẳng tích: đường thẳng qua gốc O (hệ OPT), đường thẳng vuông góc trục OV (hệ OPV, OVT)

+ đường đẳng áp: đường thẳng qua gốc O (hệ OVT), đường thẳng vuông góc trục OP (hệ OPV, OPT)

Bài tập vận dụng

Bài 1: Có 0,4g khí Hiđrô ở nhiệt độ , áp suất Pa, được biến đổi trạng thái qua 2

giai đoạn: nén đẳng nhiệt đến áp suất tăng gấp đôi, sau đó cho dãn nở đẳng áp trở về thể tích ban đầu.

a Xác định các thông số (P, V, T) chưa biết của từng trạng thái

b Vẽ đồ thị mô tả quá trình biến đổi của khối khí trên trong hệ OPV

+ Tìm  : Từ  TT1 sang TT2 biến đổi đẳng nhiệt, ta sử dụng định luật Bôi -lơ - Ma-ri-ốt

+ Tìm : Từ  TT2 sang TT3  biến đổi đẳng áp, ta áp dụng định luật Gay-luy-xắc

+ Vẽ đồ thị  trong hệ OPV

- Xác định các điểm , , (với các giá trị  đề cho và vừa tìm ra) trên

hệ OPV

- Nối điểm (1) và (2) bằng đường hyperbol

- Nối điểm (2) và (3) là đường thẳng vuông góc với OP

Bài 2: Cho quá trình biến đổi trạng thái của chất khí như hình vẽ.

Cho biết 0,1 mol khí  ban đầu ở áp suất 4,92 atm

1, Gọi tên các quá trình biến đổi

2, Cho áp suất ở trạng thái cuối là  , tính các thông số trạng thái còn lại

1 Định luật bảo toàn động lượng:

- Điều kiện áp dụng: HỆ KÍN

- Xác định động lương của hệ trước và sau tương tác

- Hay:

- Vẽ hình các Các em cần chú ý:

- Chuyển về biểu thức đại số:

Cách 1: Chọn hệ trục Ox, Oy thích hợp và dùng phương pháp hình chiếu.

Cách 2: sử dụng quy tắc hình bình hành Thường cách này được sử dụng khi các vectơ

tạo thành các tam giác vuông, tam giác đều, tam giác cân

2 Ví dụ minh họa:

Một viên đạn khối lượng 2 kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250 m/s thì nổ thành 2 mảnh có khối lượng bằng nhau Biết mảnh 1 bay với vận tốc 250 m/s theo phương ngang Hỏi mảnh thứ hai bay theo phương nào với vận tốc bằng bao nhiêu?

Giải:

- Trước tiên, các em sẽ nhận thấy hệ này là hệ kín vì:

(làm cho viên đạn nổ) >> (ngoại lực)

- Trước khi nổ, ta có:

- Sau khi nổ, viên đạn tách ra thành 2 mảnh nên: với lần lượt là động lượng của mảnh 1 và 2

- Theo định luật bảo toàn động lượng, các em sẽ có:

Sau khi phân tích các yếu tố xong,theo yêu cầu của đề bài, các em phải xác định phương

và vận tốc của mảnh 2 Nghĩa là: cần phải xác định được

- Muốn vậy, ta tiến hành vẽ hình bình hành để xác định

- Đầu tiên, vẽ vectơ đã biết hướng









- Dùng quy tắc hình bình hành vẽ vectơ

- Chuyển về biểu thức đại số:

Chiếu (*) xuống 2 trục Ox, Oy Ta có:

Lấy (1) chia cho (2) ta có:

Theo định lý Pitago ta có:

Suy ra:

Ta lại có, Trong tam giác vuông OAB:

Vậy sau khi nổ, mảnh 2 bay theo hướng chếch lên, hợp với phương thẳng đứng 1 góc, với vận tốc 559 m/s

Đ/s: 66,7 m/s, hợp với phương ngang 1 góc

Bài 3: Viên đạn khối lượng m = 0,8 kg đang bay ngang với vận tốc thì vỡ làm hai mảnh ở độ cao H = 20 m

Mảnh 1 có khối lượng , ngay sau khi vỡ rơi thẳng đứng xuống đứng và khi sắp chạm đất có vận tốc Tìm độ lớn và hướng vận tốc của mảnh 2 ngay sau khi

- Áp dụng biểu thức dạng khác định luật II  Niu tơn:

a Tính độ biến thiên ộng lượng của bóng

b Tìm lực trung bình do tường tác dụng lên bóng trong thời gian va chạm là 0,5s

Bài giải tham khảo

- Động lượng của bóng trước và sau tương tác:

p=p’=m.v=m.v’=0,5.10=5 (kg.m/s)

- Độ biến thiên động lượng của bóng:

- Vẽ các vectơ

- Chú ý: tạo thành tam giác đều

Đáp số: 500N

Bài 2:

Một quả bóng khối lượng 0,2kg đập vuông góc với mặt tường với vận tốc 5m/s và bật ngược trở lại với vận tốc 4m/s Tính:

a Độ biến thiên động lượng của quả bóng

b Lực trung bình tác dụng lên tường, giả thiết thời gian va chạm là 0,1s

Đáp số: a 1,8kg.m/s  ; b 18N

Phương pháp giải bài toán bằng các định luật

bảo toàn năng lượng

3 Định luật bảo toàn cơ năng

- Điều kiện áp dụng: áp dụng cho vật chuyển động trong trường lực thế

+ vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, lực đàn hồi.

+ Đối  với con lắc đơn thì:

4 Biến thiên cơ năng

- Điều kiện áp dụng: áp dụng cho mọi trường hợp

+ vật chỉ chịu tác dụng của lực thế (trọng lực, lực đàn hồi ).

+ vật chỉ chịu tác dụng của lực không thế (lực ma sát, lực cản, lực kéo…).

Dùng các định luật bảo toàn, tính:

a Gia tốc của xe trên dốc và suy ra chiều dài dốc

- Vì có ngoại lực ma sát tác dụng nên không thể vận dụng định luật bảo toàn cơ năng, chỉ

có thể dùng định lí động năng hoặc biến thiên cơ năng

- Cách 2: Sử dụng biến thiên cơ năng.

+ Ta sẽ viết biểu thức biến thiên cơ năng cho vật chuyển động từ đỉnh dốc (1) đến chân dốc (2)

+ Chọn gốc thế năng tại chân dốc

a Vận tốc của con lắc khi nó đi qua vị trí cân bắng.

b Tính lực căng của dây tại vị trí cân bằng

Bài giải tham khảo

Ngoài ra ta cũng có thể giải bài 2 bằng định lí động năng

a - Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng (vị trí thấp nhất của vật)

- Viết biểu thức định luật bảo toàn cơ năng cho vị trí góc 45^0 và vị trí cân bằng

Hay

- Với

- Viết biểu thức định luật II Niu tơn cho vật tại vị trí cân bằng B:

- Chiếu phương trình lên trục hướng tâm BO:

- Suy ra:

Bài 3:

Giải lại bài toán 2: Tìm vận tốc của con lắc và lực căng dây khi nó đi qua vị trí hợp với phương thẳng đứng 1 góc