Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8

Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8Rèn kỹ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật Lý 8

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LÀO CAI TRƯỜNG PTDTNT THCS&THPT BẢO YÊN

ĐỀ TÀI DỰ THI TRI THỨC TRẺ VÌ GIÁO DỤC

Tên đề tài:

RÈN KĨ NĂNG GIẢI BÀI TẬP CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC VẬT LÍ 8

Nhóm tác giả:

1 Nông Văn Thành

2 Nguyễn Hải Nghĩa

3 Khương Thị Hoài

Điện thoại: 01659785891 Điện thoại: 0982426016 Điện thoại: 00986168050

Đơn vị: Trường PTDTNT THCS&THPT Bảo Yên

2

1 Đặt vấn đề

Hiện nay việc đổi mới toàn diện, nâng cao chất lượng dạy và học của giáo dục Việt Nam đang được quan tâm hàng đầu Việc đào tạo các em học sinh có đủ trí, lực

và tinh thần yêu quê hương đất nước là nhiệm vụ của không riêng các thầy cô, các nhà quản lí giáo dục mà là nhiệm vụ của toàn Đảng, toàn dân

Hằng năm, việc lựa chọn, bồi dưỡng, đào tạo và phát hiện ra các em học sinh có năng lực, trí tuệ chuyên sâu ở một lĩnh vực môn học được các nhà trường đặc biệt quan tâm Việc đánh giá chất lượng giáo dục nhà trường dựa vào thành tích học sinh giỏi các cấp của học sinh đòi hỏi các nhà quản lí trường học, các thầy cô phải nỗ lực hết sức trong khâu hoạch định, đào tạo và bồi dưỡng nhân tài trong nhà trường

Tuy nhiên, để có kết quả trên cũng gặp không ít khó khăn từ khâu thành lập đội tuyển, 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 được 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 Qua việc tìm hiểu nguyên nhân từ các em học sinh tôi đã rút ra được những nguyên chính cơ bản khiến các em không tự tin khi tham gia ôn thi: môn vật lí khó hiểu, tính toán đòi hỏi nhiều kiến thức, lời giải phức tạp và khó có giải cao trong các kì thi, 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

Trong môn Vật lí THCS, thì khối lớp 8, các bài toán “chuyển động ” thuộc chuyên đề “cơ học” gây khó khăn cho học sinh trong phân định dạng toán và xây dựng phương pháp giải Hầu như các em đều nhận định đây là dạng toán rất khó tương đương với kiến thức giải bài toán bằng cách lập phương trình ở môn Đại Số Vì vậy để giúp học sinh trong quá trình lĩnh hội và vận dụng giải các bài tập về “chuyển động cơ học” được tốt hơn, nhằm nâng cao chất lượng dạy và học môn Vật lí, tôi lựa chọn nội dung “ Rèn kĩ năng giải bài tập chuyển động cơ học Vật lý 8”

để nghiên cứu và áp dụng

2 Giải quyết vấn đề

2.1 Cơ sở lý luận của vấn đề

3

- Khái niệm chuyển động cơ học: Là sự thay đổi vị trí của một vật so với các vật khác theo thời gian

- Phân loại bài tập chuyển động cơ học: Dựa vào dữ kiện và yêu cầu bài toán để tổng hợp những dạng toán có cùng phương pháp giải

2.2 Các biện pháp đã tiến hành để giải quyết vấn đề

Với nhiều năm tham gia công tác ôn thi học sinh giỏi Vật lí cấp huyện, cấp tỉnh, tôi hệ thống lại toàn bộ các dạng bài tập cơ bản và nâng cao thuộc phần chuyển động

cơ học cấp THCS, từ đó xây dựng phương pháp giải giúp học sinh tiếp cận kiến thức nhanh hơn, dễ hiểu hơn Cụ thể:

2.2.1 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 nhưng lại là chuyển động so với vật khác

b Chuyển động thẳng đều là chuyển động trong đó vật đi được những quãng

đường 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 được đo bằng quãng đường đi được trong 1 đơn vị thời gian:

v = s /t Trong đó :

s: Quãng đường đi được.(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:

- Gốc đặt tại 1 điểm trên vật

- Hướng: trùng với hướng chuyển động

4

- Độ dài tỷ lệ với độ lớn của vận tốc theo 1 tơ xích tuỳ ý cho trước

d Phương trình xác đinh vị trí của 1 vật:

0 A x

* Các bước lập phương trình:

- Chọn toạ độ gốc thời gian, chiều (+) của chuyển động

- Viết phương 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 dương

“ – “ : Chuyển động ngược chiều dương

Hệ quả

+Nếu hai hay nhiều vật gặp nhau:

x1 = x2 = … = xn

+ Nếu hai vật cách nhau 1 khoảng l: sảy ra 2 trường hợp: Các nhau 1 khoảng l trước khi gặp nhau và sau khi gặp nhau: x 2 – x 1 =l

x1 – x 2 = l

e Vẽ sơ đồ thị chuyển động của vật:

Bước 1: Lập phương trình, xác định vị trí của vật

Bước 2 : Lập bảng biến thiên

Bước 3: Vẽ đồ thị

Bước 4: Nhận xét đồ thị

- Tổng hợp vận tốc:

- Phương trình véc tơ vB = v12 + v23

Hệ quả

+ Nếu hai chuyển động này cùng chiều:

v13 = v12 + v23

+ Nếu 2 vật chuyển động ngược chiều:

v13 = {v12 – v23}

+ Nếu 2 chuyển động có phương vuông góc:

5

v13 = v122 + v 232

Trong đó V12: vận tốc vật 1 so với vật 2

v23: vận tốc vật 2 so với vật 3

v13: vận tốc vật 1 so với vật 3

2.2.2 Phân loại bài tập chuyển động cơ học và phương pháp giải

*Các bước giải chung:

+ Bước 1: Tóm tắt đề toán

+Bước 2: Vẽ biểu đồ minh họa chuyển động của vật, hệ vật và thể hiện giá trị thông

số của chuyển động trên biểu đồ

+ Bước 3: Viết biểu thức chuyển động của các vật, hệ vật tại các điểm mốc xác định trên biểu đồ

+Bước 4: Lập phương trình chuyển động của vật và xác định các yếu tố cần tìm

*Dạng bài tập thường gặp:

+ Dạng 1 Lập công thức đường 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

v1 = 30 km/h, xe hai khởi hành từ B với vận tốc v2 = 40km/h ( Hai xe đều chuyển động thẳng đều )

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

b, Sau khi xuất phát được 1 giờ 30 phút xe thứ nhất đột ngột tăng tốc với vận tốc v1’ = 50 km/h Hãy xác định thời điểm và vị trí hai xe gặp nhau

Phương pháp giải

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

- Viết biểu thức đường đi của mỗi xe sau thời gian t, từ đó suy ra công thức định vị trí 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 đường 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

- Lập phương trình tính thời gian hai xe gặp nhau kể từ lúc xe 1 tăng tốc

- Xác định vị trí hai xe gặp nhau trong thời gian trên

Giải:

6

a Công thức xác định vị trí của hai xe :

Giả sử hai xe chuyển động trên đoạn đường thẳng AN

A M B N

*Quãng đường mỗi xe đi được sau thời gian t = 1h là:

- Xe đi từ A: S1 = v1.t = 30x1 = 30 km

- Xe đi từ B: S2 = v2t = 40x1 = 40 km

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

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

MN = BN + AB – AM

MN = S2 + S – S1 = 40 + 60 – 30 = 70 km

b Sơ đồ chuyển động của các vật sau thời gian t

V1 V1’ V2 V2’

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

- Xe 1: S1 = V1 t = 30 1,5 = 45 km

- Xe 2: S2 = V2 t = 40 1,5 = 60 km

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

M’N’ = S2 + S – S1 = 60 + 60 – 45 = 75 km

Khi xe 1 tăng tốc với V1’ = 50 km/h để đuổi kịp xe 2 thì quãng đường mà hai

xe đi được là:

- 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’

<=> S1’ – S2’ = M’N’ Hay : 50 t – 40 t = 75

<=> 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 )

Mà S1’ = V1’.t = 50 7,5 = 375 km

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 đường là 420 km

Bài tập 2 Lúc 7 giờ 00 một người đi xe đạp đuổi theo một người đi bộ cách

anh ta 10 km Cả hai người đều chuyển động đều với vận tốc là 12km/h và 4km/h

7

Tìm vị trí và thời gian người đi xe đạp đuổi kịp người đi bộ

Phương pháp giải

- Vẽ hình biểu diễn vị trí mà hai người khởi hành và quãng đường mà họ đi được trong thời gian t

- Thiết lập công thức tính quãng đường của hai người

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

- Xác định vị trí hai người gặp nhau

Giải

Sơ đồ chuyển động của các vật:

Gọi vận tốc và quãng đường mà người đi xe đạp là V1, S1

Gọi vận ttốc và quãng đường mà người đi bộ là V2, S2

Gọi C là điểm hai xe gặp nhau

Ta có:

Người đi xe đạp đi được quãng đường là: S1 = V1.t Người đi bộ đi được quãng đường là: S2 = V2 t Khi người đi xe đạp đuổi kịp người đi bộ thì hai người 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 người 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:

AC = S1 = V1.t = 12 1,25 = 15 km

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

Bài 3 Lúc 6 giờ, một người đi xe đạp xuất phát từ A đi về B với vận tốc

v1=12km/h.Sau đó 2 giờ một người đi bộ từ B về A với vận tốc v2=4km/h Biết

AB=48km/h

a/ Hai người gặp nhau lúc mấy giờ? Nơi gặp nhau cách A bao nhiêu km? b/ Nếu người đi xe đạp, sau khi đi được 2km rồi ngồi nghỉ 1 giờ thì 2 người gặp nhau lúc mấy giờ? Nơi gặp nhau cách A bao nhiêu km?

Giải

Sơ đồ chuyển động của xe và người

A C B

8

a Gọi C là điểm xe và người gặp nhau

Gọi t (h) là thời điểm người đi xe đạp gặp người đi bộ

Thời gian người đi bộ gặp người đi xe đạp là t +2 (h)

Quãng đường người đi xe đạp đi được là AC: S112.t (km)

Quãng đường người đi bộ đi được là BC: S1 4(t2)(km)

Tổng quãng đường hai người đi được đến khi gặp nhau là AC + BC = AB:

S1 + S2 = 48 => 12t + 4(t - 2) = 48 => t = 3,5 (h) = 3 giờ 30 phút

Vậy hai người gặp nhau lúc 9 giờ 30 phút Và cách A một khoảng S1 = 42 km

b Gọi t là thời gian hai người gặp nhau

quãng đường đi được của mỗi người là

S’1 = v1(t-1)

S’2 = v2 (t-2)

Tổng quãng đường đi của cả hai người là

S’1 + S’2 = 48 => 12(t -1) + 4(t -2) =48 => t = 4(h)

Vậy thời điểm hai người gặp nhau lúc 10giờ và cách A một khoảng: 36km/h

Dạng 2 Tính vận tốc trung bình

Bài 1 Tính vận tốc trung bình của một vật trong hai trường hợp sau:

a Nửa thời gian đầu vật chuyển động với vận tốc v1, nửa thời gian sau vật chuyển động với vận tốc v2

b Nửa quãng đường đầu vật chuyển động với vận tốc v1 , nửa quãng đường sau vật chuyển động với vận tốcv2.

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

áp dụng : v1 = 40km/h, v2 = 60km/km

Phương pháp giải:

a, Dựa vào công thức vận tốc trung bình v s

t

 để tính các quãng đường vật đi được s1 , s2 và s trong nửa thời gian đầu, nửa thời gian sau và cả thời gian t, kết hợp 3 biểu thức s1,s2 và s3 ở trên trong mối quan hệ s = s1 + s2 để suy ra vận tốc trung bình va

b, Dựa vào công thức v s

t

 để tính các khoảng thời gian, t1, t2 và t mà vật đi nửa quãng đường đầu, nửa quãng đường sau và cả quãng đường Kết hợp ba biểu thức t1, t2 và t trong mối quan hệ t = t1 + t2 để suy ra vận tốc trung bình của vb

9

c, Ta xét hiệu va – vb.

Giải

a) Tính vận tốc trung bình va:

Quãng đường vật đi được

- Trong nửa thời gian đầu: s1 = v1. t

2 (1)

- Trong nửa thời gian sau: s2 = v2.

t

2 (2)

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

Ta có: s = s1 + s2 (4)

Thay (1), (2) , (3) vào (4) ta được:

va t = v1 t

2+ v2

t 2

 va =

2

2 1

v

v  (a) b) Tính vận tốc trung bình vb

Thời gian vật chuyển động:

- Trong nửa quãng đường đầu : t1 =

1

2v

s

(5)

- Trong nửa quãng đường sau: t2 =

2

2v

s

(6)

- Trong cả quãng đường: t =

b

v

s

(7)

Ta có: t = t1 + t2 (8) Thay (5), (6), (7) vào (8) ta được:

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

10

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

áp dụng số ta có: va = 50km/h

vb = 48km/h

Bài 2 Một ôtô xuất phát từ A đến B trên nửa quãng đường đầu đi với vận

tốc v1 và trên nửa quãng đường sau đi với vận tốc v2 Ôtô thứ 2 xuất phát từ B trong

v1 = 20km/h và v2= 60km/h Nếu xe đi từ B xuất phát muộn hơn 30 phút so với xe

đi từ A thì hai xe đến đích cùng lúc Tính chiều dài quãng đường AB

Giải Vận tốc trung bình của xe đi từ A là:

1 2 tb1

Vận tốc trung bình của xe đi từ B là

tb2



Thơi gian chuyển động của xe đi từ A: A

tb1

Thời gian chuyển động của xe đi từ B: B

tb2

Vì xe xuất phát từ B chậm hơn 30 phút = ½ giờ nên ta có phương trình:

vậy quãng đường AB dài 60km

Dạng 3: Thay đổi vận tốc theo dự định

Bài 1 Một người dự định đi bộ trên một quãng đường với vận tốc không đổi

5 km/h Nhưng đi đến đúng nửa đường thì nhờ được 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

Hỏi : Nếu người ấy đi bộ hết toàn bộ quãng đường thì hết bao nhiêu lâu ?

Phương pháp giải

11

- Thiết lập công thức tính độ dài quãng đường dựa theo công thức tính vận tốc

và thời gian đến sớm hơn dự định

- Tính thời gian đi bộ và thời gian đi nhờ xe đạp

- Tính thời gian đi toàn bộ đoạn đường

Giải

Gọi chiều dài mỗi nửa quãng đường là S ( km )

Theo đầu bài ta có : t1 = t2 + 28/60

Hay : S/5 = S/12 + 28/60  S/5 - S/12 = 28/60 hay 12S - 5S = 28 => S = 28/7 = 4 km

Thời gian đi bộ : t1 = S/ V1 = 4/5 ( giờ )

Thời gian đi xe đạp : t2 = S/ V2 = 4/12 = 1/3 ( giờ )

Thời gian đi bộ hết toàn bộ quãng đường là :

t = t1 + t2 = 4/5 +1/3 = 17/15 = 1 giờ 8 phút

Vậy người đó đi bộ toàn bộ quãng đường hết 1 giờ 8 phút

Bài 2 Một người đi xe đạp từ A đến B với dự định mất t =4h, do nửa quãng đường sau người đó tăng vận tốc thêm 3km/h nên đến sớm hơn dự định 20 phút

a Tính vận tốc dự định và quãng đường AB

b Nếu sau khi đi được 1h, do có việc người ấy phải ghé lại mất 30ph Hỏi đoạn đường còn lại người đó phải đi với vận tốc bao nhiêu để đến nơi như dự định?

Giải

Gọi S km là quãng đường AB

V (kmh) là vận tốc đi trong nửa quãng đường đầu => vận tốc đi hết nửa quãng đường còn lại là V+3 (km/h)

Thời gian đi trong nửa quãng đường đầu là t1 s (h)

2v

Thời gian đi hết quãng đường còn lại là : t2 S (h)

2(v 3)

 



Thời gian đi thực tế là t 4 1 11(h)

   

Ta có phương trình t1 + t2 = t

Hay s

2v+

s 2v6=

11

3 (1)

Độ dài quãng đường AB là s = 4v (2)