Giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí (phần chuyển động cơ học dạng thuyền, bờ, nước

Mã số- Tên sáng kiến: “Giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí: Phần chuyển động cơ học - Dạng thuyền, bờ, nước” Bồi dưỡng học sinh giỏi vật l

Mã số

- Tên sáng kiến: “Giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả trong

công tác bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí:

(Phần chuyển động cơ học - Dạng thuyền,

bờ, nước)”

(Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí các khối lớp 8,9 và học sinh giỏi KHTN lớp 8)

- Họ tên tác giả: Trương Thị Lợi

- Đơn vị công tác: Trường TH-THCS Tân Phong – Bình Xuyên

Tháng 1, năm 2019

- Tên sáng kiến : “Giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác bồi dưỡng

học sinh giỏi môn vật lí: (Phần chuyển động cơ học - Dạng thuyền, bờ, nước)”

- Mô tả bản chất của sáng kiến:

+ Nội dung của sáng kiến.

* Trong quá trình dạy học môn vật lí, vấn đề vận dụng lý thuyết đã học vào việc giải bài tập vận dụng là điều không đơn giản Quá trình này đòi hỏi ở cả người dạy và người học phải hoạt động trí tuệ tích cực, tự lập và sáng tạo nên nó rất có tác dụng để phát triển tư duy trong quá trình giải bài tập vật lí nói chung Mặt khác trong hoạt động này cả người dạy và người học đều được thể hiện và bộc lộ khả năng tư duy của bản thân Đây là cơ hội để người dạy được thể hiện khả năng điều khiển hoạt động tư duy, nhận thức cho học sinh, để từ đó đánh giá được khả năng củng cố, đào sâu, mở rộng, hoàn thiện và vận dụng kiến thức khi đi làm bài tập

Trên cơ sở khoa học về việc nghiên cứu tìm tòi trong quá trình đi giải bài tập vật lí Ngoài việc tạo năng lượng, động lực để giúp học sinh tự giác, hăng say học tập Việc rèn cho các em các đức tính cẩn thận, tự giác, tự lập, vượt khó, kiên trì và

sự hăng say nghiên cứu để phát triển trí tuệ, tư duy độc lập trong quá trình học tập Vậy những giải pháp, định hướng giúp học sinh giải bài tập một các đơn giản

và khắc phục được tình trạng giải bài tập một cách mò mẫm, không có định hướng

rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và thậm chí làm nhưng không hiểu dẫn đến làm sai: Vậy đơn giản từ những việc thực hiện đều đặn và duy trì thường xuyên của hoạt động giữa giáo viên với học sinh đã trang bị kiến thức và hình thành những kỹ năng cho học sinh Đây là giải pháp hiệu quả và thực hiện đơn giản và mang tính khả thi nhằm:

- Kiểm tra, đánh giá các kiến thức, kĩ năng theo chuẩn kiến thức kĩ năng đã quy định mà học sinh đã học

- Rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, phân tích, so sánh, tổng hợp và khái quát hóa các kiến thức đã học

- Củng cố, ôn tập các kiến thức theo chuẩn kiến thức kĩ năng tối thiểu quy định giúp học sinh vận dụng các kiến thức đã học vào thực tiễn, góp phần giáo dục

kĩ thuật tổng hợp

- Khai hóa tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học

- Giáo dục ý thức, tinh thần tự lập, kiên trì cũng như tinh thần vượt khó trong học tập

Giải pháp chi tiết cụ thể theo phương pháp chung của giải bài tập vật lí Nhưng trong phương pháp giải chung đó cần chi tiết cụ thể hoá một cách linh hoạt và có định hướng để học sinh luôn thấy sự đơn giản trong bất kì bài tập khó nào Thực hiện giải pháp đó theo các bước chung giải bài tập vật lí cụ thể như sau:

Bước 1: Đọc và tìm hiểu đề bài (Viết tóm tắt đề bài xem bài cho gì? Cần tìm gì?)

- Đọc và tìm hiểu kĩ đề bài, tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ, những đại lượng vật lí, để tóm tắt chính xác các đại lượng vật lí bằng kí hiệu, các dữ kiện của

đề bài

- Đổi đơn vị (nếu cần) Đổi các đơn vị trong bài về cùng một hệ đơn vị theo tiêu chuẩn trong hệ SI

Lưu ý: Học sinh thường không để ý và hay quên làm thao tác này.

- Vẽ hình minh họa (nếu cần), mô tả lại tình huống được nêu trong bài tập và lưu ý nếu hiện tượng có nhiều đối tượng tham gia hay có nhiều trường hợp xảy ra

Bước 2: Xác lập mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái phải tìm để tìm

phương hướng giải

- Phân tích hiện tượng vật lí.

- Phân tích nội dung để làm sáng tỏ bản chất vật lí

- Suy nghĩ để xác lập mối liên hệ của các dữ kiện có liên quan tới công thức nào của các dữ kiện xuất phát và rút ra các dữ kiện liên quan cần tìm để xác định phương hướng giải

Bước 3: Lập kế hoạch giải, thực hiện giải.

- Lập những công thức có liên quan đến các đại lượng cho biết, đại lượng cần tìm

- Suy nghĩ những công thức nào có thể dùng để giải

- Chọn công thức giải

- Chọn cách giải phù hợp

- Tìm ra đại lượng cần tìm sau khi biến đổi và kết hợp các công thức (chưa vội thay số)

- Thay số để tìm ra kết quả cuối cùng (Nếu có)

Lưu ý: Trong quá trình thực hiện bước này, có thể sử dụng và vận dụng linh hoạt,

kết hợp giữa bước 2 với bước 3 với nhau trong quá trình giải (Tùy theo yêu cầu cụ thể của từng bài).

Bước 4: Kiểm tra, đánh giá, biện luận và kết luận.

Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm được cần kiểm tra lại việc giải bài tập (bài toán) vật lý theo một hoặc một số cách như sau:

- Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi của yêu cầu bài tập (Bài toán) chưa

- Đã xét hết các trường hợp theo yêu cầu của bài tập (Bài toán) chưa

- Kết quả tính được và đơn vị của kết quả tính được có phù hợp thực tế không

- Tìm cách giải khác cho bài (Nếu có)

* Nội dung kiến thức cụ thể liên quan.

- Chuyển động cơ học là sự thay đổi vị trí của vật so với vật khác theo thời gian.

- Công thức tính vận tốc

t

S

v 

Trong đó:

S: Quãng đường

t: Thời gian

v: Vận tốc

Chú ý về đơn vị hợp pháp trong từng trường hợp cụ thể:

Nếu: Quãng đường (m); Thời gian (s) thì vận tốc ( m/s)

Nếu: Quãng đường (km); Thời gian (h) thì vận tốc ( km/h).

- Công thức tính vận tốc trung bình của chuyển động không đều:

1 2

1 2

tb

s v

 

Lưu ý: Về việc sử dụng đơn vị:

- Nếu: Quãng đường (m); Thời gian (s) thì vận tốc ( m/s)

- Nếu: Quãng đường (km); Thời gian (h) thì vận tốc ( km/h)

+) Chuyển động của thuyền trên sông.

- Vận tốc của thuyền v1

- Vận tốc dòng nước là v2

Thuyền chuyển động xuôi theo dòng nước thì:

v12 = v1 + v2

(Hoặc v = vvật + vnước) Thuyền chuyển động ngược dòng nước thì:

v12 = v1 - v2

( Hoặc v = vvật - vnước)

* Một số bài tập minh họa:

Bài tập 1:

Một chiếc thuyền xuất phát từ A trên bờ một con sông và đi theo hướng AD với vận tốc V’ = 5(m/s) nhưng rồi cập bến tại điểm B ở bờ bên kia nằm đối diện với điểm A (Hình vẽ) Biết rằng nước chảy với vận tốc V0 = 1(m/s) và dòng sông rộng

AB = 500(m) Hãy tính thời gian chuyển động của chiếc thuyền?

Hướng dẫn:

- Đây là bài tập chuyển động có dòng nước chảy và chiếc thuyền đi theo đường thẳng AB thẳng góc vớ bờ sông thì người ấy phải luôn chèo để hướng con thuyền

đi theo đường thẳng AD nhưng rồi cập bến tại điểm B ở bờ bên kia nằm đối diện với điểm A

- Sử dụng định lý Pytago để tính vận tốc V12 = V’2 + V02

Học sinh đọc kỹ đầu bài và phân tích các dữ kiện Minh hoạ bằng hình vẽ sau:

Trả lời

Theo bài cho V’ = 5(m/s) là vận tốc của chiếc thuyền

Còn V0 = 1(m/s) là vận tốc của dòng nước

Gọi V1 là vận tốc tương đối của thuyền so với dòng nước

*Từ hình vẽ: Xét tam giác AV’V1 là tam giác vuông (vuông tại V1)

Áp dụng định lý Pytago ta có:

V’2 = V12 + (-V0)2 = V12 + V02

24 1

5 5 2

V Thời gian ca nô đi từ A hướng theo D rồi cập bến tại B là:

) ( 102 24

500

1

s V

AB

Bài tập 2:

Một chiếc thuyền và một bè thả trôi cùng xuất phát từ A đến B Khi chiếc thuyền đến B lập tức nó quay lại ngay và gặp bè ở C cách A là 4km Chiếc thuyền tiếp tục chuyển động về A rồi quay lại ngay và gặp bè ở D Tính khoảng cách AD biết AB = 20 km

Hướng dẫn:

Đây là bài tập chuyển động có dòng nước chảy nên ta sử dụng công thức:

- Vận tốc thực của thuyền khi xuôi dòng là vx = v2 + v1

- Vận tốc thực của thuyền khi ngược dòng là vn = v2 - v1

Học sinh đọc kỹ đầu bài và phân tích các dữ kiện Minh hoạ bằng hình vẽ sau:

2 0 2 ' 2

V  



Trả lời:

- Gọi vận tốc của bè (Vận tốc dòng nước) là v1 ( km/h)

- Gọi vận tốc của chiếc thuyền so với dòng nước là v2 ( km/h)

Khoảng cách từ C đến D là x (km)

( Điều kiện:v1; v2; x >0)

- Vận tốc thực của thuyền khi xuôi dòng là v2 + v1

- Vận tốc thực của thuyền khi ngược dòng là v2 - v1

- Đoạn đường thuyền đi từ A đến B là 20 (km)

- Đoạn đường thuyền đi từ B đến C là 16 (km)

- Thời gian bè trôi từ A đến C là

1

4

v

Thời gian thuyền đi từ A đến B là

2 1

20

Thời gian thuyền đi ngược từ B đến C là

2 1

16

Theo đề bài ra ta có:

1

4

2 1

20

2 1

16

Thuyền đi từ C đến A rồi quay ngược lại trở về đến điểm D thì hết thời gian là

2 1

4

2 1

4 x





Thời gian bè trôi từ C đến D là

1

x v

Theo bài ra ta có

1

x

2 1

4

2 1

4 x



 (2)

Từ (1) giải ra tìm được v2 = 9v1 ( 3)

Thay (3) vào (2) tìm được x = 1

Vậy khoảng cách từ A đến D là: AC + CD = 4 +1 = 5(km)

Bài tập 3:

Một người chèo một con thuyền qua sông nước chảy Để cho thuyền đi theo đường thẳng AB thẳng góc với bờ người ấy phải luôn chèo để hướng con thuyền đi theo đường thẳng AC Biết sông rộng 400m, thuyền qua sông hết 8 phút 20 giây, vận tốc của thuyền đối với nước là 1m/s

a) Tính vận tốc của dòng nước đối với bờ sông.

b) Tính góc CAB

Hướng dẫn:

- Đây là bài tập chuyển động có dòng nước chảy và thuyền đi theo đường thẳng AB thẳng góc với bờ sông thì người ấy phải luôn chèo để hướng con thuyền đi theo đường thẳng AC

- Sử dụng định lý Pytago để tính vận tốc: V12 = V2 + V22

Học sinh đọc kỹ đầu bài và phân tích các dữ kiện Minh hoạ bằng hình vẽ sau:

Trả lời:

- Gọi V1 vận tốc của thuyền đối với nước

- Gọi V2 là vận tốc của dòng nước đối với bờ sông

- Gọi V là vận tốc của thuyền đối với bờ, ta có:

V12 = V2 + V22 (1) Mặt khác ta có: V =

t

AB

= 400/500 = 0,8 Thay V1 = 1m/s, V = 0,8m/s vào (1) ta có:

12 = 0,82 + V22

V22 = 12 – 0,82 = 0,62

Vậy: V2 = 0,6m/s

Bài tập 4 :

Hai điểm A và B nằm trên cùng một bờ sông, điểm C nằm trên bờ sông đối

diện sao cho đoạn AC vuông góc với dòng chảy Các đoạn AB và AC bằng nhau Một lần người đánh cá từ A hướng mũi thuyền đến C1 để cập bến ở C rồi bơi ngay

về A theo cách đó thì mất t1(h) Lần sau, người đánh cá hướng mũi thuyền sang C thì bị trôi xuống C2 , phải bơi ngược lên C Sau đó bơi ngay về A theo cách đó thì mất t2(h) Lần thứ 3, người đánh cá bơi xuống B sau đó quay về A thì mất t3 (h) a) Hỏi lần nào người đánh cá bơi tốn ít thời gian nhất? Lần nào người đánh cá bơi tốn nhiều thời gian nhất?

b) Xác định tỉ số giữa vận tốc dòng nước v n và vận tốc v của thuyền Biết rằng tỉ số giữa t1và t3là 4/5 Xem vận tốc của thuyền do mái chèo và vận tốc của dòng nước trong mỗi lần là như nhau (Hình vẽ)

Hướng dẫn:

* Đây là bài tập chuyển động có dòng nước chảy và người đánh cá từ A hướng mũi thuyền đến C1 để cập bến ở C rồi bơi ngay về A theo cách đó thì mất t1 (h) Lần sau, người đánh cá hướng mũi thuyền sang C thì bị trôi xuống C2 , phải bơi ngược lên C Sau đó người đánh cá bơi ngay về A theo cách đó thì mất t2 (h) Lần thứ 3, người đánh cá bơi xuống B sau đó quay về A thì mất t3 (h)

* Sử dụng định lý Pytago để tính vận tốc ở lần 1 và lần 2

Lần 1: Vận tốc chuyển động thực của thuyền là: v2 = v12 + vn2

v1= 2 2

n

v

Lần 2: Người đó đi thuyền đến C2 với vận tốc v22 = v2 + vn2

v2= 2 2

n

v

v 

Lần 3: Thời gian người đó cả đi cả về là: t3=

n

n v v

AB v

v

AB







Trả lời.

a) Lần 1: Vận tốc chuyển động thực của thuyền là: v1= 2 2

n

v

- Thời gian người đó đi từ A đến C là:

1

v

AC

-Thời gian tổng cộng cả đi cả về của người đó là: t1=

1

2

v

AC

2

n

v v

AC

Lần 2: Người đó đi thuyền đến C2 với vận tốc v2= 2 2

n

v

v  cũng giống như là người đó đi thuyền đến C với vận tốc là v

Ta có thời gian người đó đi từ A đến C2 sau đó đi từ C2 đến C là:

n

v v

CC v

AC



 2 (1)

Mà ta lại có:

2

CC

AC

=

n

v

v

 CC2=

v

ACv n

(2) Thay (2) vào (1) ta có thời gian người đó đi từ A đến C2 sau đó đi từ C2 đến C sẽ là:

v v

CC v

AC



 2 = ( . )

n

n

v v v

v AC v

AC



n

v v

AC

Nên thời gian tổng cộng cả đi cả về của người đó trong lần thứ 2 là:

t2=

n

v v

AC

 2

Lần 3: Thời gian người đó cả đi cả về là: t3=

n

n v v

AB v

v

AB





2

n

v v

v AB

2

n

v v

v AC

Ta có:

3

1

t

t

=

2 2

2 2

2 2

n

n

v v

v AC

v v AC





=

v

v

v2 n2

v

v

=

2













v

v n < 1 Nên t 1 t3 (3)

2

3

t

t

=

n

n

v v AC

v v

v AC



 2

2

2 2

=

n

v v

v

 < 1 Nên t 3 t2 (4)

Từ (3) và (4) ta có: t1 t3 t2 Vậy nên lần thứ nhất tốn ít thời gian nhất, còn lần thứ hai mất nhiều thời gian nhất

b) Từ câu (a) ta đã có:

3

1

t

t

=

2













v

v n

Mà theo bài ra thì

3

1

t

t

=

5

4

+

2













v

v n =

5

4



v

v n

=

5

3

Bài tập 5:

Một chiếc thuyền đi ngang sông xuất phát từ A nhằm thẳng hướng tới B Biết A cách B một khoảng AB = 400m Do nước chảy nên chiếc thuyền đi đến vị trí C cách B một đoạn BC = 300m Biết vận tốc nước chảy là 3m/s

a) Tính thời gian chiếc thuyền chuyển động

b) Tính vận tốc của chiếc thuyền so với nước và so với bờ sông

Hướng dẫn:

- Đây là bài tập chuyển động có dòng nước chảy, chiếc thuyền xuất phát từ A nhằm thẳng hướng tới B Do nước chảy nên chiếc thuyền đi đến vị trí C cách B một đoạn BC

- Sử dụng định lý Pytago để tính vận tốc

v2 = v12 + v22

Học sinh đọc kỹ đầu bài và phân tích các dữ kiện Minh hoạ bằng hình vẽ sau:

Trả lời

a) Tính thời gian chuyển động của chiếc thuyền:

Từ hình vẽ Áp dụng định lý Pytago để tính vận tốc.

Ta có v2 = v12 + v22

Thời gian chiếc thuyền chuyển động từ A đến C bằng thời gian chiếc thuyền

chuyển động từ A đến B hoặc từ B đến C ta có:

s V

BC

3

300







b) Vận tốc chiếc thuyền đối với nước

) / ( 4 100

400

t

AB

Vận tốc của chiếc thuyền đối với bờ:

2 2

2

1 V V

Thay số V  4  2 3 2 = 5 (m/s)

Vận tốc của chiếc thuyền đối với bờ là 5 (m/s)

Bài tập 6:

Một chiếc thuyền chuyển động từ bờ bên này sang bờ bên kia của một dòng sông thẳng, bề rộng d với tốc độ v đối với nước Biết nước chảy với tốc độ u=2v Thuyền phải chuyển động theo hướng nào để khi sang tới bờ bên kia thì bị trôi dọc theo bờ sông một khoảng nhỏ nhất? Khi đó thời gian chuyển động của thuyền là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

- Đây là bài tập chuyển động từ bờ bên này sang bờ bên kia của một chiếc thuyền trên một dòng sông thẳng, bề rộng d với tốc độ v đối với nước

- Sử dụng định lý Pytago để tính: AC2 = AH2 + HC2

- Học sinh đọc kỹ đầu bài và phân tích các dữ kiện Minh hoạ bằng hình vẽ sau:

Trả lời

- Giả sử thuyền trôi theo hướng AB, hợp với bờ sông một góc β

- Sau thời gian t qua sông, thuyền bị trôi dọc theo bờ sông một đoạn S = HC

Từ hình vẽ, ta xét tam giác ABC đường cao AH, ta có:

BC.AH = AB.ACsinα

- Vì tam giác AHC là tam giác vuông, vuông tại H Áp dụng định lý Pytago ta có:

AC2 = AH2 + HC2  AC2 = d2 + S2  AC = d 2 S2 Mặt khác: utd = vt d 2 S2 sinα

sin 2 2

2





v u

Vì d,u,v không đổi nên S nhỏ nhất khi sinα lớn nhất Vậy sinα = 1, α = 900

Cosβ =  21

v

u BC

AB

 β = 600

Vậy thuyền phải bơi theo hướng AB hợp với bờ sông một góc 600 ngược chiều dòng nước

Thời gian chuyển động của thuyền là: t = .sin600 2 3

v

d v

d v

AB





+ Về khả năng áp dụng của sáng kiến:

Qua thời gian trực tiếp nghiên cứu và giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi Tôi nhận thấy nội dung sáng kiến này rất khả thi, có thể áp dụng phổ biến được trong bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí các khối 8,9 trong toàn trường, toàn huyện Bình Xuyên và toàn tỉnh Vĩnh Phúc Đặc biệt rất phù hợp cho các trường chất lượng cao

áp dụng trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí 8,9 và học sinh giỏi KHTN 8

Mong rằng, nội dung của sáng kiến này sẽ được nhân rộng và sử dụng rộng rãi cho cả giáo viên bồi dưỡng ở các đội tuyển vật lí khối 8,9 và học sinh đội tuyển vật lí các khối 8,9 Được ban giám hiệu nhà trường cho phép áp dụng rộng tới toàn thể giáo viên tổ toán lí tham khảo và vận dụng trong giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí ở các khối lớp 8,9 trong những năm tiếp theo

- Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả và theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu

+ Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả:

Qua nột năm sử dụng nội dung sáng kiến “Giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí: (Phần chuyển động cơ học -Dạng thuyền, bờ, nước)” Trong quá trình giảng dạy bồi dưỡng học sinh giỏi