Trong phần này thể hiện rất rõ các thaotác cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn khách quan, như: Vấn đề đặt ra là:
Trang 1MỤC LỤC 1
I MỞ ĐẦU……… …… 2
1.1 Lí do chọn đề tài 2
1.2 Mục đích nghiên cứu 3
1.3 Đối tượng nghiên cứu 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu 3
II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM………4
2.1 Cơ sở lý luận 4
2.2 Thực trạng 4
2.3 Các giải pháp - giải quyết vấn đề 5
2.3.1.Các giải pháp 5
2.3.2.Giải quyết vấn đề 5
A KIẾN THỨC CƠ BẢN 5
1 Các khái niệm về động lượng 5
2 Định luật bảo toàn động lượng 6
3 Cơ năng - Định luật bảo toàn cơ năng 6
4 Các khái niệm về va chạm 6
B PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TOÁN VA CHẠM 7
1 Bài toán va chạm xuyên tâm trực diện (các vật chuyển động trên cùng một trục) 7
2 Bài toán va chạm không xuyên tâm (các vật không chuyển động không trên cùng một trục) 11
3 Bài tập vân dụng 15
3.1 Bài tập tự luận 15
3.2 Bài tập trắc nghiệm 19
2.4.Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 20
III KẾT LUẬN-KIẾN NGHỊ……… 21
3.1 Kết luận 21
3.2 Kiến nghị 21
DANH SÁCH TÀI LIỆU THAM KHẢO………22
Trang 2I MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài.
Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình giáo dục phổthông, trong hệ thống giáo dục phổ thông của nước ta Học tập tốt bộ môn vật
lý giúp con người nói chung và học sinh nói riêng có kỹ năng tư duy sáng tạo,làm cho con người linh hoạt và năng động hơn trong cuộc sống cũng nhưtrong công việc Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc trung học phổthông là thực hiện được những mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục và Đào tạo
đã đề ra: Làm cho học sinh đạt dược các yêu cầu sau:
- Nắm vững được kiến thức cơ bản của bộ môn
- Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn
- Có hứng thú học tập bộ môn
- Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng hợp lý, đạt hiệu quả cao trong học tập
bộ môn vật lý
- Hình thành ở học sinh những kỹ năng tư duy đặc trưng của bộ môn
Bộ môn vật lý được phân phối theo chương trình đồng tâm Lớp 10 và
11 học để chuẩn bị cho lớp 12, nên nhiệm vụ chính của vật lý lớp 10 là tạocho học sinh là tạo cho học sinh kỹ năng học tập vật lý theo đúng đặc trưng
bộ môn Vật lý lớp 10 có vai trò quan trọng nhất, có toàn bộ cách tiếp cận bộmôn vật lý, cách vận dụng kiến thức và phát triển tư duy vật lý cho học sinh.Trong nội dung môn Vật lý lớp 10, các định lật bài toàn có tác dụng rất tốt,giúp học sinh phát triển tư duy vật lý Trong phần này thể hiện rất rõ các thaotác cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng,
từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn khách quan, như:
Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để học sinh có những kỹ năng, hướnggiải bài tập về các định luật bảo toàn một cách lôgíc, chặt chẽ, đặc biệt là làmthế nào để qua việc rèn luyện kỹ năng Hướng dẫn các bài tập các định luậtbảo toàn là một nội dung cụ thể có thể phát triển tư duy Vật lý, và cung cấpcho học sinh cách tư duy cũng như cách học đặc trưng của bộ môn Vật lý ởcấp trung học phổ thông
Trong những năm giảng dạy bộ môn Vật lý ở bậc trung học phổ thông,tôi nhận thấy: Ở mỗi phần kiến thức đều có yêu cầu cao về vận dụng kiếnthức đã học được vào Hướng dẫn bài tập Vật lý Vì vậy ở mỗi phần ngườigiáo viên cũng cần đưa ra được những phương án hướng dẫn học sinh vậndụng kiến thức một cách tối ưu để học sinh có thể nhanh chóng tiếp thu vàvận dụng dễ dàng vào Hướng dẫn các bài tập cụ thể:
Theo nhận thức của cá nhân tôi, trong việc hướng dẫn học sinh Hướngdẫn bài tập cần phải thực hiện được một số nội dung sau:
- Phân loại các bài tập của các phần theo hướng đơn giản nhất
- Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức và thứ tự cácthao tác cần thực hiện
- Hình thành cho học sinh cách trình bày bài Hướng dẫn đặc trưng của phầnkiến thức đó
Trang 3Qua tình hình trên, dựa vào đặc điểm chung của cấp học và những nămcông tác giảng dạy tại trường THPT Quảng Xương 3 tôi đã cố gắng để khắcphục những khó khăn và tìm tòi các bước đi khi vận dung lí thuyết vào giải
các bài tập cụ thể Với đối tượng học sinh học chương trình chuẩn kiến thức
vật lí 10
[7] sách giáo khoa ban khoa học tự nhiên và sách cơ bản[8],[9] các em lànhững học sinh có tư chất tôt về các môn tự nhiên Việc hướng dẫn các emkhai thác sâu lý thuyết giúp sẽ giúp các em nắm được bản chất các hiện tượngvật lí từ đó vận dụng vào giải các bài tập một cách nhanh nhất Do dó tôi chọn
đề tài "Hướng dẫn học sinh lớp 10 Trường THPT Quảng Xương 3 vận dụng định luật bảo toàn để giải bài toán va chạm”
Trong khuôn khổ của một sáng kiến kinh nghiệm Tôi đưa ra vấn đề vachạm trong phần các định luật bảo toàn – Vật lý 10 [7], thuộc chương trìnhTHPT phù hợp với chương trình cải cách sách giáo khoa Với một mongmuốn làm cho các em có cách tiếp cận một cách dễ dàng hơn với bộ môn Vật
lí, từ đó yêu thích bộ môn và tìm hiểu sâu hơn về Vật lí
1.2 Mục đích nghiên cứu.
Đề tài nêu và giải quyết một số vấn đề sau:
2-1 Cơ sở lí luận liên quan đến đề tài:
2-2 Cơ sở thực tế và hiện trạng của việc giảng dạy và hướng dẫn học sinhlàm bài tập vật lí ở trường THPT
2-3 Hướng dẫn học sinh lớp 10 vận dụng định luật bảo toàn giải bài toán vachạm
2-4 Kết quả đạt được
1.3 Đối tượng nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Hướng dẫn học sinh lớp 10 THPT, vận dụng định luật bảo toàn (Định
luật bảo toàn động lượng,Định luật bảo toàn cơ năng) để giải bài toán va
chạm
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu:
Học sinh lớp 10A2 ; 10A5 và 10A6 Trường THPT Quảng Xương 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau:
- Phương pháp điều tra giáo dục
- Phương pháp quan sát sư phạm
- Phương pháp thông kê, tổng hợp, so sánh
- Phương pháp vật lí
Trang 4II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
phương pháp tư duy lôgíc để giải bài tập vật lí thì học sinh sẽ tiên đoán mò
không nắm vững và biết khi nào sử dụng luật bảo toàn động lượng dưới dạngđại số.Khi nào thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng tổngquát.Các công thức giải nghiệm tổng quát bài toán va chạm có được áp dụngtrong các bài toán trắc nghiệm, nếu được thì áp dụng trong trường hợp nào?
2.2 Thực trạng
Trong quá trình hướng dẫn học sinh tiếp cận kiến thức chương các địnhluật bảo toàn, phần lớn các em đã nhận biết được hai định luật bảo toàn đượcvận dụng trong chương này là: Định luật bảo toàn động lượng và định luậtbảo toàn cơ năng
Khi vận dụng hai định luật này cho bài toán va chạm chuẩn kiến thức vật lí
10 [7] không chỉ rõ trong trường hợp nào thì áp dụng định luật bảo toàn động
lượng dưới dạng đại số, trong trường hợp nào thì cần áp dụng dưới dạng tổngquát (dạng phương trình véc tơ), nên gây cho học sinh những thắc mắc khihọc tập, cụ thể:
+ Khi nào thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số
+ Khi nào thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng tổng quát + Các công thức giải nghiệm tổng quát bài toán va chạm có được áp dụngtrong các bài toán trắc nghiệm, nếu được thì áp dụng trong trường hợp nào? Những vấn đề nảy sinh ở trên khiến học sinh chưa có suy luận sâu sắc vềbản chất bài toán va chạm Vì vậy khi vận dụng các định luật bảo toàn cho bàitoán va chạm các em còn gặp nhiều bỡ ngỡ, khó khăn nhất định
-Trước khi đưa vào vận dụng thì tôi đã vận dụng vào năm học
2015-2016 thì thấy có hiệu quả vì vậy để kiểm chứng, năm học 2015-2016-2017 tôi tiến hành khảo sát ở 3 lớp theo bảng sau:
Trang 5Bảng số liệu khảo sát trước khi vận dụng
- Đối với lớp 10A3 thì tôi dự định sử dụng phương pháp thảo luân nhóm
và định hướng cho học sinh giải
- Đối với lớp 10A2 và 10A5 thi tôi đã "Hướng dẫn học sinh lớp 10Trường THPT Quảng Xương 3 vận dụng định luật bảo toàn để giải bài toán va chạm” để giảng dạy.
2.3 Các giải pháp - giải quyết vấn đề.
2.3.1.Các giải pháp.
Để giúp các em giải đáp những thắc mắc trên, tôi đã giới thiệu và phân loại
cho các em hai dạng bài toán va chạm xảy ra trong thực tế đó là va chạm trựcdiện xuyên tâm (vận tốc của các vật trước và sau va chạm luôn cùng phương)
và va chạm không xuyên tâm trực diện (vận tốc của các vật trong hệ khôngcùng phương)
Đề tài đã đưa ra được cơ sở lý thuyết hướng dẫn các em phương pháp ápdụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng trong bàitoán va chạm, chỉ rõ trong trường hợp nào vận dụng định luật bảo toàn độnglượng dưới dạng đại số, trường hợp nào áp dụng dưới dạng tổng quát (dạngvéctơ), nêu một số công thức tổng quát tính vận tốc của hệ trong trường hợpđơn giản Qua đó giúp các em vận dụng giải bài toán va chạm một cách dễdàng hơn
Các bài toán ví dụ được đưa ra theo thứ tự phương pháp áp dụng để hướngdẫn học sinh làm quen với công thức tổng quát tính vận tốc của hệ trongtrường hợp đơn giản từ đó vận dụng tính trong các trường hợp tổng quát
2.3.2.Giải quyết vấn đề.
A KIẾN THỨC CƠ BẢN
1 Các khái niệm về động lượng.
- Động lượng p của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc
v là một đại lượng được xác định bởi biểu thức: p = m v
Trang 6- Động lượng của hệ: p p1 p2 p n
Hay: p m v m v 1 1 2 2 m v n n
- Quy tắc tổng hợp động lượng theo quy tắc hình bình hành
Nếu vật chịu tác dụng của 2 lực P P 1 , 2 thì P P P1 2
2 Định luật bảo toàn động lượng.
2.1 Hệ kín: Hệ không trao đổi vật chất đối với môi trường bên ngoài.
2.2 Hệ cô lập : Hệ không chịu tác dụng của ngoại lực, hoặc chịu tác dụng của
ngoại lực cân bằng
2.3 Định luật bảo toàn động lượng: Hệ kín, cô lập thì động lượng của hệ
được bảo toàn
3 Cơ năng - Định luật bảo toàn cơ năng
3.1 Khái niệm cơ năng: Là tổng động năng và thế năng của vật.
( Z là độ cao của vật so với vị trí tính mốc thế năng)
3.2 Định luật bảo toàn cơ năng: Cơ năng của hệ trong trường lực thế được
Như vậy trong va chạm đàn hồi cả động lượng và động năng được bảo toàn
4.2 Va chạm không đàn hồi : là va chạm kèm theo sự biến đổi của tính chất
và trạng thái bên trong của vật Trong va chạm không đàn hồi, nội năng nhiệt
độ, hình dạng của vật bị thay đổi
Trang 7- Trong va chạm không đàn hồi có sự chuyển hoá động năng thành cácdạng năng lượng khác (ví dụ như nhiệt năng) Do đó đối với bài toán va chạmkhông đàn hồi động năng không được bảo toàn
Nhiệt năng tỏa ra trong va chạm bằng độ giảm động năng của hệ
Q = WđT - WđS
B PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TOÁN VA CHẠM
1 Bài toán va chạm xuyên tâm trực diện (các vật chuyển động trên cùng một trục)
1.1 Phương pháp:
Bước 1: Chọn chiều dương.
Bước 2: Lập phương trình hoặc hệ phương trình
+ Viết biểu thức định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số
+ Viết phương trình bảo toàn động năng (nếu va chạm là đàn hồi)
Bước 3: Giải phương trình hoặc hệ phương trình trên để suy ra các đại
m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1v1' + m 2v'2
Trong trường hợp này ta cần quy ước chiều dương của chuyển động.
+ Nếu vật chuyển động theo chiều dương đã chọn thì v > 0;
+ Nếu vật chuyển động ngược với chiều dương đã chọn thì v < 0.
- Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) kh ông cùng phương, thì ta cần sử dụng hệ thức vector: p s p t
và biểu diễn trên hình vẽ Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của bài toán - Điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
+ Tổng ngoại lực tác dụng lên hệ bằng không.
+ Ngoại lực rất nhỏ so với nội lực
+ Không có ngoại lực tác dụng lên vật.
+ Nếu F ngoai luc 0
nhưng hình chiếu của Fngoai luc trên một phương nào
đó bằng không thì động lượng bảo toàn trên phương đó.
1.2 Các bài toán ví dụ:
Bài 1 : Một xe chở cát có khối lượng 38 kg đang chạy trên đường nằm ngang không ma sát với vận tốc 1m/s Một vật nhỏ khối lượng 2 kg bay ngang với vận tốc 7 m/s (đối với mặt đất) đến chui vào cát nằm yên trong
Trang 8đó Xác định vận tốc mới của xe và nhiệt lượng tỏa ra trong va chạm Xét hai trường hợp
a) Vật bay đến ngược chiều xe chạy.
b) Vật bay đến cùng chiều xe chạy.[1]
38.1 2.7
1,3 / 40
Chọn chiều (+) là chiều chuyển động của vật (1) trước vận chuyển
áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:
m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’ (1)
Va chạm là đàn hồi nên:
* Chú ý: Đây là bài toán va chạm mềm, sau va chạm hai vật dính vào nhau
chuyển động cùng vận tốc, ta có thể áp dụng công thức tính vận tốc của hệ dưới dạng tổng quát: MV0 mv0
V
m M
(Với V0 , v0 , V là các giá trị đại số)
Trong va chạm mềm một phần cơ năng (động năng) bị hao hụt để chuyển thành nhiệt: Q = WđT - WđS
Trang 9
2 2 '2 '2
1 1 2 2 1 1 2 2
2m v 2m v 2m v 2m v (2)(1) và (2)
v > 0 các vật vẫn chuyển động theo chiều (+) (chiềuchuyển động ban đầu
Bài 3 : Một quả cầu thép khối lượng m 1 được treo bằng sợi dây dài l = 70cm, đầu kia cố định và được thả rơi lúc dây nằm ngang khi quả cầu về tới vị trí, phương của dây treo thẳng đứng thì nó va trạm với một khối bằng thép m 2
đang đứng yên trên mặt bàn không ma sát, va chạm là đàn hồi
a Khi m 1 = 0,5kg, m 2 = 2,5kg Tìm vận tốc quả cầu và khối thép ngay sau
va chạm
b Nhận định hướng chuyển động của m 1 và m 2 sau va chạm trong các trường hợp: m1m2; m1m2 và m1 m2.[4]
Hướng dẫn:
a Gọi v1 là vận tốc của quả cầu ngay trước va chạm
Theo định luật bảo toàn cơ năng
- áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:
* Chú ý: Đây là bài toán va chạm đàn hồi xuyên tâm, sau va chạm hai vật
chuyển động với các vận tốc khác nhau nhưng phương chuyển động không đổi so với các vận tốc trước va chạm, ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số, kết hợp với định luật bảo toàn động năng ta được công thức tính vận tốc của các vật sau va chạm dưới dạng tổng quát:
Trang 103, 7(0,5 2, 5)
2, 47 / 0,5 2, 5
2.0,5.3, 7
1, 233 / 0,5 2,5
m s
m s
v v
Hướng dẫn:
Gọi m m1, 2 là khối lượng của các vật, v v1 , 2 là vận tốc tương ứng
- Chọn chiều (+) là chiều chuyển động của vật m1 trước va chạm
- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:
m v1 1m v2 2 m v1 1' m v2 2' (1)
- Va chạm là đàn hồi nên động năng được bảo toàn do đó:
* Chú ý: Đây là một ví dụ khác về bài toán va chạm đàn hồi xuyên tâm, có
đưa ra một số trường hợp trong tương quan khối lượng giữa hai vật từ đó giúp học sinh hiểu rõ hơn công thức xác định vận tốc các vật sau va chạm
và liên liên hệ thực tế các trường hợp
Trang 112 100 3
m
Quả cầu không bị dừng có khối lượng 100 (g)
2 Bài toán va chạm không xuyên tâm (các vật không chuyển động không trên cùng một trục)
+Viết phương trình bảo toàn động lượng ( nếu va chạm là đàn hồi)
- Giải phương trình hoặc hệ các phương trình trên tìm ra các đại lượng đề yêucầu
Cách 2: - Chọn trục toạ độ ox hoặc hệ toạ độ oxy.
- Viết biểu thức định luật bảo toàn động lượng dưới dạng véc tơ: ' '
p p p p
* Chú ý: Đây là một ví dụ nữa về bài toán va chạm đàn hồi xuyên tâm, xác
định một trong các đại lượng từ công thức nghiệm tổng quát xác định vận tốc trong va chạm đàn hồi xuyên tâm, từ đó giúp học sinh vận dụng được thành thạo công thức này
Trang 12- Thiết lập phương trình hoặc hệ phương trình: Vẽ giản đồ véc tơ vàchiếu các véc tơ lên các trục toạ độ, chuyển phương trình véc tơ về phươngtrình đại số Phương trình bảo toàn động lượng( nếu va chạm là đàn hồi)
- Giải hệ các phương trình trên tìm ra các đại lượng đề yêu cầu
2.2 Các bài toán ví dụ:
Bài 1 : Một xe cát có khối lượng M đang chuyển động với vận tốc V trên mặt nằm ngang Người ta bắn một viên đạn có khối lượng m vào xe với vận tốc V
hợp với phương ngang một góc và ngược lại hướng chuyển động của xe Bỏ qua ma sát giữa xe và mặt đường Tìm vận tốc của xe sau khi đạn đã nằm yên trong cát [2]
Hướng dẫn: - Chọn chiều (+) là chiều chuyển động của xe
- Xe chịu tác dụng của hai lực: trọng lực p, phản lực N trong đó:p+ N o
Theo phương ngang không có lực tác dụng nên động lượng của hệ được bảotoàn MV mv (M m u )
(1) Chiếu (1) lên ox: MV mvcos (M m u ) u MV mvcos
Bài 2: Một xà lan có khối lượng 1,5.10 5 kg đi xuôi dòng sông với tốc độ 6,2 m/s trọng sương mù dày, và va chạm vào một mạn xà lan hướng mũi ngang dòng sông, xà lan thứ 2 có khối lượng 2,78.10 5 kg chuyển
động với tốc độ 4,3m/s Ngay sau va chạm thấy
hướng đi của xà lan thứ 2 bị lệch đi 18 0 theo
phương xuôi dòng nước và tốc độ của
nó tăng tới 5,1 m/s Tốc độ dòng nước
thực tế bằng 0, vào lúc tai nạn xảy ra
Tốc độ và phương chuyển động của xà lan thứ
nhất ngay sau va chạm là bao nhiêu?
Bao nhiêu động năng bị mất trong va chạm?[6]
Hướng dẫn:
Xét hệ hai xà lan trong va chạm là hệ kín
áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có :
m v m v1 1 2 2 m v m v1 1' 2 2'
1
2
xuôi dòng
* Chú ý: Đây là một ví dụ về bài toán vận dụng định luật bảo toàn động
lương theo một phương xác định Để giải bài toán này học sinh cần xác định được các lực tác dụng lên vật trong thời gian va chạm , từ đó xác định theo phương nào vật có hợp lực bằng không( hệ kín theo phương đó) để áp dụng định luật bảo toàn động lương theo phương đó
* Trong thực tế không nhất thiết người làm phải chọn trục ox, có thể trong quá trình làm người ngầm chọn chiều (+) là chiều chuyển động của vật nào
đó ví dụ chiều chuyển động của xe trước va chạm.
