SKKN về chuyển động cơ học

Lý do khách quan: Căn cứ vào nhiệm vụ chơng trình vật lý THCS là : Cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức cơ bản, ở trình độ phổ thông trung học cơ sở, bớc đầu hình thành ở học si

Phần I : mở đầu

I Lý do chọn đề tài:

1 Lý do khách quan:

Căn cứ vào nhiệm vụ chơng trình vật lý THCS là : Cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức cơ bản, ở trình độ phổ thông trung học cơ sở, bớc đầu hình thành ở học sinh những kỹ năng cơ bản phổ thông và thói làm quen làm việc khoa học, góp phần hình thành ở họ các năng lực nhận thức và các phẩm chất, nhân cách mà mục tiêu giáo dục THCS đề ra

Vật lý là cơ sở của nhiều ngành kỹ thuật quan trọng sự phát triển của khoa học vật lý gắn bó chặt chẽ tác động qua lại trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật Vì vậy hiểu vật lý có giá trị to lớn trong đời sống và sản xuất, đặc biệt trong cuộc công nghiệp hoá

và hiện đại hoá đất nớc

Căn cứ vào nhiệm vụ bồi dỡng học sinh giỏi hàng năm của trờng THCS nhằm phát hiện những học sinh có năng lực học tập môn vật lý bậc THCS để bồi dỡng nâng cao năng lực nhận thức, hình thành cho các em những kỹ năng cơ bản và nâng cao trong việc giải các bài tập vật lý Giúp các em tham gia dự các kỳ thi học sinh giỏi cấp trờng, huyện , tỉnh

đạt kết quả cao nhất mang lại thành tích cho bản thân, gia đình và thực hiện mục tiêu bồi dỡng học sinh hàng năm đã đề ra

2 Lý do chủ quan:

Trong số tất cả các bộ môn KHTN: Toán, Lý, Hoá, Sinh… thì Vật lý là 1 trong những môn khoa học khó nhất với các em : Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm đã đợc toán học hoá ở mức độ cao Đòi hỏi các em phải có những kiến thức, kỹ năng toán học nhất

đinh trong viêc giải các bài tập vật lý

Việc học tập môn vật lý nhằm mang lại cho học sinh những kiến thức về các sự vật, hiện tợng và các quá trình quan trọng nhất trong đời sống và sản xuất … kỹ năng quan sát các hiện tợng và quá trình vật lý để thu thập các thông tin và các dữ liệ cần thiết… mang lại hứng thú trong học tập cũng nh áp dụng các kiến thức và kỹ năng vào các hoạt động trong

đời sống gia đình và cộng đồng

Chơng trình vật lý THCS gồm 4 mảng kiến thức lớn:

1 Cơ học

2 Nhiệt học

3 Quang học

4 Điện , điện từ học

Trong đó các bài toán “chuyển động ” thuộc mảng kiến thức “cơ học” là những bài toán thiết thực gắn bó với cuộc sống hàng ngày của các em Tuy nhiên việc giải thích và tính toán ở loại bài tập này các em gặp không ít khó khăn

Vì vậy để giúp quá trình lĩnh hội và vận dụng giải các bài tập về “chuyển động học”

đợc tốt hơn nhằm nâng cao chất lợng dạy và học phục vụ công tác bồi dỡng học sinh giỏi

đã thôi thúc tôi quyết định lựa chọn vấn đề này để nghiên cứu và áp dụng

II Mục đích nghiên cứu:

Phân dạng bài tập chuyển động cơ học, phân tích các nội dung lý thuyết có liên quan Hớng dẫn cho học sinh vận dụng lý thuyết phân tích bài toán đề ra đợc phơng pháp giải cụ thể, ngắn gọn dễ hiểu nhất So sánh với các phơng pháp khác tình huống có thể xảy ra với bài toán để mở rộng hiểu sâu tờng tận bài toán

Mục đích đó thực hiện dới sự chỉ đạo, thiết kế, tổ chức hớng dẫn các em học tập Học sinh là chủ thể của hoạt động nhận thức tự học, rèn luyện từ đó hình thành và phát triển năng lực , nhân cách cần thiết của ngời lao động với mục tiêu đề ra

III Nhiệm vụ nghiên cứu:

1 Phân tích thực trạng.

Việc tiếp cận phân tích và giải các bài tập nâng cao “ chuyển động cơ học” của học sinh gặp không ít những khó khăn Nguyên nhân do các em còn thiếu những hiểu biết kỹ năng quan sát phân tích thực tế, thiếu các công cụ toán học trong việc giải thích phân tích

và trả lời các câu hỏi của bài tập phần này

2 Đề xuất giải pháp.

Để nâng cao năng lực giải các bài tập liên quan tới “Chuyển động cơ học” của các vật tôi mạnh dạn đa ra các giải pháp

+ Tăng cờng cho học sinh quan sát các chuyển động cơ học trong cuộc sống hàng ngày, các hiện tợng thực tế

+Làm các thí nghiệm có thể

+ Trang bị cho các em công cụ toán và hệ phơng trình, bậc nhất 2 ẩn, kiến thức về tam giác vuông, hệ thức lợng trong tam giác, căn bậc hai để giải các bài tập thuộc thể loại này

+ Kết hợp việc tự học , tự đọc tài liệu tham khảo của các em

IV Đối tợng nghiên cứu:

+ Nghiên cứu phong pháp bồi dỡng học sinh giỏi môn vật lý bậc THCS thông qua tài liệu và qua đồng nghiệp

+ Các loại tài liệu tham khảo có liên quan tới phần “chuyển động cơ học”

+ Chơng trình vật lý 8 phần cơ học

+ Các em học sinh đội tuyển vật lý trờng THCS Phơng Thịnh năm học 2003 -> 2005

và THCS Thanh Uyên qua học kì I năm 2005

V Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu:

+ Ph¬ng ph¸p chÝnh: Tæng kÕt kinh nghiÖm

+ Ph¬ng ph¸p hç trî:

+ Ph¬ng ph¸p ®iÒu tra c¬ b¶n

+ Ph¬ng ph¸p nghiªn cøu tµi liÖu : c¸c lo¹i s¸ch tham kh¶o, tµi liÖu ph¬ng ph¸p d¹y vËt lý

VI môc tiªu nghiªn cøu :

XuÊt ph¸t tõ môc tiªu cÊp häc vµ môc tiªu bé m«n vËt lý ë trêng THCS lµ: Ph¸t

hiÖn båi dìng nh÷ng häc sinh cã n¨ng lùc häc tËp nh÷ng bé m«n VËt lý ( §Æc biÖt lµ phÇn c¬ häc cña líp 8 ) nh»m mang l¹i c¸c kiÕn thøc n©ng cao, c¸c thµnh tÝch cao trong cuéc thi häc sinh giái cÊp huyÖn, tØnh ®em vinh quang vÒ cho b¶n th©n cho trêng cho líp N©ng cao chÊt lîng gi¶ng d¹y häc sinh mòi nhän m«n VËt lý nãi chung cña trêng THCS vµ cña huyÖn nhµ

PhÇn II: Néi dung

I Thực trạng :

1 Thực trạng:

Qua nghiên cứu trong 1 vài năm trở lại đây việc học sinh tiếp thu vận dụng các kiến thức phần chuyển động cơ học còn nhiều hạn chế, kết quả cha cao Sự nhận thức và ứng dụng thực tế cũng nh vận dụng vào việc giải các bài tập Vật lý ( Đặc biệt là phần cơ học ) còn nhiều yếu kém Cụ thể là :

Năm học Lần

KS

Kết quả các bài KSCL Giỏi Khá Trung bình Yếu

2 Một số thuận lợi và khó khăn:

a, Những thuận lợi:

Việc thực hiện nhiệm vụ luôn nhận đợc sự quan tâm giúp đỡ của đồng nghiệp BGH

và các cấp lãnh đạo Vì vậy đề tài của tôi nhận đợc sự chỉ đạo kịp thời

Tài liệu nghiên cứu nh: sách giáo khoa vật lý 8, các loại sách tham khảo bồi dỡng học sinh giỏi luôn có sẵn trong th viện trờng, đại đa số học sinh tham gia bồi dỡng trong

đội tuyển vật lý có ý thực tập tốt, chịu khó tham khảo tài liệu hỏi thầy hỏi bạn trong việc giải các bài tập từ dễ đến khó

b, Những khó khăn:

Là 1 giáo viên trẻ, bớc vào công tác bồi dỡng học sinh giỏi năm 2005 – 2006 là năm thứ ba Bản thân tôi gặp không ít khó khăn những khó khăn trong việc lựa chọn tài liệu giảng dạy phần chuyển động cơ học Kinh nghiệm truyền thụ kiến thức cho học sinh còn thiếu thốn

Bên cạnh đó, 1 số học sinh mặc dù trong đội tuyển nhng những kiến thức cơ bản của các em về chuyển động cơ học còn thiếu thốn, ý cá nhân lớn, đôi khi còn trây lời Đã gây không ít khó khăn cho tôi thực hiện để tài này

II Những biện pháp tác động.

Qua thực tế giảng dạy, nghiên cứu, tôi đa ra 1 số các hoạt động của học sinh nhằm nâng cao chất lợng học tập phần “ Chuyển động cơ học” đối với học sinh giỏi cụ thể:

1 Hoạt động tìm hiểu lý thuyết cơ bản phần chuyển động cơ học:

* Tóm tắt lý thuyết

Thông qua các ví dụ thực tế hình thành cho các em khái niệm về chuyển động cơ học , chuyển động đều, chuyển động không đều…cụ thể

a, Sự thay đổi vị trí của một vật so với các vật khác theo thời gian gọi là chuyển động

cơ học

+ Một vật có thể coi là đứng yên so với vật này nhng lại là chuyển động so với vật khác

b, Chuyển động thẳng đều là chuyển động trong đó vật đi đợc những quãng đờng

bằng nhau trong những khoảng thời gian bất kỳ

+ Chuyển động không đều là chuyển động mà vận tốc của vật có độ lớn thay đổi theo thời gian

c, Vận tốc của chuyển động thẳng đều cho biết mức độ nhanh hay chậm của chuyển

động và đợc đo bằng quãng đờng đi đợc trong 1 đơn vị thời gian:

v = s /t Trong đó :

s: Quãng đờng đi đợc.(m,km) t: Thời gian (s, h)

v: Vận tốc: m/s ; km/h 1m/s=100cm/s=3,6km/h

Véc tơ vân tốc v có:

d, Phơng trình xác đinh vị trí của 1 vật:

0 A x

* Các bớc lập phơng trình:

x = x0 vt± x: Vị trí của vật so với gốc tại thời điểm bất kỳ

x0 : Vị trí của vật so với gốc toạ độ tại t=0

“+”: Chuyển động cùng chiều dơng

“ – “ : Chuyển động ngợc chiều dơng

Hệ quả:

+Nếu hai hay nhiều vật gặp nhau:

x1 = x2 = … = xn

+ Nếu hai vật cách nhau 1 khoảng l: sảy ra 2 trờng hợp: Các nhau 1 khoảng l trớc

x1 – x 2 = l

e, Vẽ sơ đồ thị chuyển động của vật:

Bớc 1: Lập phơng trình, xác định vị trí của vật

Bớc 2 : Lập bảng biến thiên

Bớc 3: Vẽ đồ thị

Bớc 4: Nhận xét đồ thị ( nếu cần)

- Tổng hợp vận tốc:

- Phơng trình véc tơ v B = v12 + v23

Hệ quả

+ Nếu hai chuyển động này cùng chiều:

v13 = v12 + v23

+ Nếu 2 vật chuyển động ngợc chiều:

v13 = {v12 – v23}

+ Nếu 2 chuyển động có phơng vuông góc:

v13 = v122 + v 232

+ Nếu 2 chuyển động tạo với nhau 1 góc bất kỳ:

v132 = v 122 + v232+2v12v23; cos

v23: vận tốc vật 2 so với vật 3

v13: vận tốc vật 1 so với vật 3

* Bài tập vận dụng:

Sau khi hớng dẫn học sinh tìm hiểu lý thuyết ta có thể đa ra 1 số bài tập chắc nghiệm và tự luận cơ bản để các em khắc sâu phần lý thuýêt:

Đề bài:

Câu 1: Điền từ hay cụm từ thích hợp vào chỗ chống của những câu sau đây sao cho

đúng nghĩa:

a, Khi vị trí của 1 vật…… theo thời gian so với vật mới ta nói vật ấy đang………

so với vật mốc

b, Khi ………… của 1 vật không thay đổi, so với vật mốc ta nói vật ấy đang ………

so với vật mốc đó

Câu 2: Trong các trờng hợp sau đây:

a, Một mẩu phấn đợc ném ra từ tay thầy giáo

b, Một chiếc lá rơi trong không gian

c, Một viên bi rơi từ trên cao xuống

d, Chuyển động đầu van xe đạp quanh trụ của bánh xe

e, Ngăn bàn đợc kéo ra

Chỉ rõ trờng nào là chuyển động thẳng, chuyển động cong và chuyển động tròn?

Câu 3: Trong các chuyển động sau đây chuyển động nào là chuyển động đều,

chuyển động không đều?

a, Chuyển động bay của 1 con chim

b, Chuyển động của ô tô khi bắt đầu khởi hành

c, Chuyển động của bánh xe với vận tốc không đổi

d, Chuyển động của đoàn tàu vào ga

Câu 4: Khi nói về chuyển động, hai học sinh phát biểu nh sau:

so với vật B

chuyển động so với vật B

Theo em, ý kiến nào đúng, ý kiến nào sai? Tại sao?

(Tuỳ theo thời gian vận dụng lợng chơng trình bồi dỡng mà ta có thể đa ra từ 1-> 8 bài text nhỏ để các em khắc sâu kiến thức, lý thuyết )

2 Hoạt đông phân tích phơng pháp và vận dụng giải các dạng bài tập cơ bản:

Giáo viên đa ra một số loại bài tập cơ bản Trong mỗi loại bài đều có việc phân tích

lý thuyết, tìm ra phơng pháp và vận dụng giải 1 số bài tập cơ bản

2.1.Lập công thức đờng đi, công thức vị trí của vật.

Bài tập 1 :

Cùng một lúc có hai xe xuất phát từ hai điểm A và B cách nhau 60 km , chúng chuyển động cùng chiều nhau Xe thứ nhất khởi hành từ A với vận tốc

thẳng đều )

a, Tính khoảng cách giữa hai xe sau một giờ kể từ lúc xuất phát

b, Sau khi xuất phát đợc 1 giờ 30 phút xe thứ nhất đột ngột tăng tốc với vận tốc

Ph ơng pháp giải:

a, Vẽ hình biểu diễn vị trí cuả hai xe ở thời điểm khởi hành

của mỗi xe đối với A

b, Vẽ hình biểu diễn vị trí cuả hai xe ở thời điểm sau khi xuất phát 1 giờ 30 phút

- Viết biểu thức đờng đi của mỗi xe sau thời gian 1 giờ 30 phút , từ đó suy ra công thức định vị trí của mỗi xe đối với A

Giải:

a, Công thức xác định vị trí của hai xe :

Giả sử hai xe chuyển động trên đoạn đờng thẳng AN

V1 V2

A M B N

*Quãng đờng mỗi xe đi đợc sau thời gian t = 1h là :

Sau 1 giờ thì khoảng cách giữa hai xe là đoạn MN ( Vì sau 1 giờ xe 1 đi đợc từ A đến

M, xe 2 đi đợc từ B đến N và lúc đầu hai xe cách nhau đoạn AB = 60 km ) Nên :

MN = BN + AB – AM

b

V1 V1’ V2 V2’

A M’ B N’ C

Sau khi xuất phát đợc 1 giờ 30 phút thì quãng đờng mà hai xe đi đợc là :

Khoảng cách giữa hai xe lúc đó là đoạn M’N’ Ta có :

- Xe 1 : S1’ = V1’ t = 50 t

- Xe 2 : S2’ = V2’ t = 40 t

Khi hai xe gặp nhau tại C thì :

S1’ = M’N’ + S2’

<=> 10t = 75 => t = 75/10 = 7,5 ( giờ )

Vị trí gặp nhau cách A một khoảng l (km) Ta có :

l = S1’ + S1 ( Chính là đoạn AC )

Do đó : l = 375 + 45 = 420 km

Vậy sau 7,5 giờ kể từ lúc hai xe gặp nhau thì vị trí gặp nhau cách A một đoạn đờng là 420 km

Bài tập 2 :

Luc 7 giờ một ngời đi xe đạp đuổi theo một ngời đi bộ cách anh ta 10 km Cả hai ngời đều chuyển động đều với vận tốc là 12km/h và 4km/h Tìm vị trí và thời gian ngời đi xe đạp

đuổi kịp ngời đi bộ

Phơng pháp giải :

- Vẽ hình biểu diễn vị trí mà hai ngời khởi hành và quãng đờng mà họ đi đợc trong thời gian t

- Thiết lập công thức tính quãng đờng của hai ngời

- Xác định thời gian mà ngời đi xe đạp đuổi kịp ngời đi bộ

- Xác định vị trí hai ngời gặp nhau

Giải :

A B C

Ta có :

Khi ngời đi xe đạp đuổi kịp ngời đi bộ thì hai ngời sẽ gặp nhau tại C

Hay : AC = AB + BC

 S1 = S + S2  V1.t = S + V2 t

 ( V1 - V2 )t = S => t = S/(V1 - V2 ) => t = 1,25 giờ )

Vì xe đạp khởi hành lúc 7 giờ nên thời điểm mà hai ngời gặp nhau là :

t' = 7 + t = 7 + 1,25 = 8,25 giờ hay t' = 8 giờ 15 phút

Vị trí gặp nhau cách A khoảng AC :

Vậy vị trí mà hai ngời gặp nhau cách A khoảng 15 km

2.2 Vẽ đồ thị đờng đi, ý nghĩa giao điểm của đồ thị

Bài tập :

Tại hai điểm A và B trên cùng một đờng thẳng cách nhau 30 km có hai xe cùng khởi hành một lúc, chạy cùng chiều AB Xe ô tô khởi hành từ A với vận tốc 45 km/h Sau khi chạy đợc nửa giở thì dừng lại nghỉ 1 giờ, rồi tiếp tục chạy với vận tốc 30km/h Xe

đap khởi hành từ B với vận tốc 15km/h

a, vẽ đồ thị đờng đi của hai xe trên cùng một hệ trục toạ độ

b, căn cứ vào đồ thị này xác định thời điểm và vị trí lúc hai xe đuổi kịp nhau

Phơng pháp giải:

a Viết biểu thức đờng đi của mỗi xe

- Lập bảng biến thiên của đờng đi s theo thời gian t kể từ vị trí khởi hành

- Vẽ hệ trụ toạ độ SOt có gốc toạ độ O trùng với A; gốc thời gian là lúc hai xe xuất phát

- Căn cứ vào bảng biến thiên, biểu diễn các điểm thuộc đồ thị lên hệ trục toạ

độ( chỉ cần xác định hai điểm) Nối các điểm này lại ta đợc đồ thị

b, Từ điểm giao nhau chiếu xuống trục hoành Ot ta đợc thời điểm hai xe đuổi kịp nhau, chiếu xuống trục tung OS ta đợc vị trí hai xe đuổi kịp nhau cách A là bao nhiêu

Giải:

a, Vẽ đồ thị đờng đi của hai xe:

Đờng đi của hai xe từ điểm xuát phát:

• 1 giờ nghỉ: s1 =45 km Sau hai giờ : s1= 45+v1t

s1 = 45 +30 t

s2 = v2 t = 15t

Bảng biến thiên:

b, Thời điểm và vị trí đuổi kịp nhau:

Giao điểm của hai đồ thị là I và K

cách A 45km

này cách A 75km Sau 3 giờ ô tô luôn chạy trớc xe đạp

2.3 Tính vận tốc trung bình.

Bài 1 :

Tính vận tốc trung bình của một vật trong hai trờng hợp sau:

c, So sánh vận tốc trung bình trong hai trờng hợp câu a) và b)

Phơng pháp giải:

và s3 ở trên trong mối quan hệ s = s1 + s2 để suy ra vận tốc trung bình va

quan hệ t = t1 + t2 để suy ra vận tốc trung bình của vb

c, Ta xét hiệu va – vb.

Giải:

Quãng đờng vật đi đợc

- Trong nửa thời gian đầu: s1 = v1..t/2 (1)

- Trong nửa thời gian sau: s2 = v2t/2 (2)

- Trong cả khoảng thời gian: s = va t (3)

Ta có: s = s1 + s2 (4)

Thay (1), (2) , (3) vào (4) ta đợc:

va t = v1.t/2 + v2 t/2

 va =

2

2 1

v

v + ] (a)

Thời gian vật chuyển động:

1

2v

s

(5)

2

2v

s

(6)

b

v

s

(7)

Ta có: t = t1 + t2 (8)

Thay (5), (6), (7) vào (8) ta đợc:

b

v

s

=

1

2v

s

+

2

2v

s

b

v

l

=

1

2v

l

+

2

2v

l

vb = 2

1 2 2

v v

v v

+ (b)

c, So sánh va và vb

Xét hiệu:

va – vb = (

2

2 1

v

1 2 2

v v

v v

) (

2

) (

2 1

2 2 1

v v

v v

+

−

0

≥

Vậy va > vb

Dấu bằng sảy ra khi : v1 = v2

vb = 48km/h

Bài 2 :

Một ngời dự định đi bộ trên một quãng đờng với vận tốc không đổi 5 km/h Nhng đi đến

đúng nửa đờng thì nhờ đợc một bạn đèo xe đạp và đi tiếp với vận tốc không đổi 12 km/h do

đó đến sớm hơn dự định 28 phút