Lí do chọn đề tàiTrong chương trình vật lý lớp 10 chương các định luật bảo toàn có vai trò và vị trírất quan trọng, kiến thức trong chương là cơ bản và nền tảng để giải thích nhiều hiệnt
Trang 1CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
PHÂN LOẠI BÀI TẬP BẢO TOÀN VÀ BIẾN THIÊN CƠ NĂNG VẬT LÝ
Trang 2I.1 Lí do chọn đề tài
Trong chương trình vật lý lớp 10 chương các định luật bảo toàn có vai trò và vị trírất quan trọng, kiến thức trong chương là cơ bản và nền tảng để giải thích nhiều hiệntượng, bài toán vật lý liên quan đến động lượng, cơ năng và sự biến đổi cơ năng; liênquan đến nhiều kiến thức vật lý sẽ học ở lớp 11 và 12 Do đó việc hiểu rõ và vậndụng được kiến thức về cơ năng và sự chuyển hóa năng lượng cơ học giúp học sinh
dễ dàng tiếp cận các kiến thức khác, tăng hứng thú học tập cũng như dễ dàng tiếp cậncác kiến thức liên quan Qua nhiều năm giảng dạy tôi nhận thấy nhiều học sinh gặpkhó khăn trong việc phân biệt các dạng năng lượng cơ học và vướng mắc khi giải cácbài tập phần cơ năng; vì vậy tôi đã phân loại và xây dựng theo các mức độ nhận thứcmột số bài tập cơ bản, hay và khó liên quan đến sự bảo toàn và biến thiên cơ năng từ
đó giúp nhiều đối tượng học sinh dễ tiếp cận kiến thức theo từng mức độ nhận thức,hiểu rõ bản chất của vấn đề để giải nhanh các bài tập loại này góp phần đáp ứng yêucầu hình thức thi trắc nghiệm hiện nay Với những lí do trên tôi viết SKKN với chủđề: “PHÂN LOẠI BÀI TẬP BẢO TOÀN VÀ BIẾN THIÊN CƠ NĂNG VẬT LÝLỚP 10 THEO CÁC MỨC ĐỘ NHẬN THỨC”
I.2 Điểm mới của đề tài
Việc nghiên cứu đề tài này nhằm giúp các em học sinh có một cách tiếp cận có
hệ thống từ dễ đến khó, nhẹ nhàng, có cái nhìn trực quan hơn về một số bài toán bảotoàn và biến thiên động năng, thế năng, cơ năng
Giúp học sinh hình thành kỹ năng sắp xếp, phân loại mức độ kiến thức để từ đó
có sự phân bố thời gian hợp lí để giải nhanh một số bài toán vật lý phần cơ học lớp 10bằng cách sử dụng định luật bảo toàn cơ năng, độ biến thiên động năng (định lý độngnăng)
Giúp học sinh nhận thức sâu sắc hơn, áp dụng một cách có hệ thống kiến thứcphù hợp, luyện tập thêm phương pháp năng lượng để giải toán vật lý liên quan đếnchuyển động của vật Chỉ ra các mối quan hệ trực quan của các đại lượng vật lý,phương pháp, thủ thuật sử dụng các công thức này để giải nhanh nhất, chính xác nhấtcác bài tập Thông qua đề tài rèn luyện, phát triển tư duy, tính sáng tạo của học sinh
I.3 Phạm vi áp dụng của đề tài
I.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Công cơ học, công suất, thế năng và hiệu thế năng, động năng và độ biến thiênđộng năng, cơ năng, định luật bảo toàn cơ năng, độ biến thiên cơ năng thuộc sáchgiáo khoa Vật lí 10 Sử dụng sự bảo toàn và biến thiên cơ năng để giải một số bài tập
cơ học lớp 10 trong chương trình Vật lý THPT, một số bài tập về chuyển động cơtrong đề thi THPTQG
I.3.2 Phạm vi nghiên cứu
- Các tiết lý thuyết và bài tập vật lý về chương các định luật bảo toàn
- Học sinh : Lớp 10A1, 10A2, 10A8, 10A10
Trang 3PHẦN II: NỘI DUNG II.1 Thực trạng dạy học các bài tập về bảo toàn và biến thiên cơ năng ở nhà trường THPT hiện nay
- Môn học Vật lý cũng như các môn học khác ở bậc THPT đóng một vai trò rấtquan trọng trong việc hình thành kiến thức phổ thông Các kiến thức và kỹ năng nàyrất cần thiết để các em có thể tiếp cận nhanh với các chương trình học ở bậc cao hơn,cũng như giúp các em có một nền tảng kiến thức để có thể học và trở thành các kỹ sư,
kỹ thuật viên lành nghề, đáp ứng nhu cầu ngày một cao của một xã hội công nghiệphiện đại Vật lý là môn khoa học cơ bản nên việc dạy vật lý trong trường phổ thôngphải giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, trọng tâm của bộ môn, mối quan hệgiữa vật lý và các môn khoa học khác để vận dụng các quy luật vật lý vào thực tiễnđời sống Vật lý biểu diễn các quy luật tự nhiên thông qua toán học vì vậy hầu hết cáckhái niệm, các định luật, quy luật và phương pháp… của vật lý trong trường phổthông đều được mô tả bằng ngôn ngữ toán học, đồng thời cũng yêu cầu học sinh phảibiết vận dụng tốt toán học vào vật lý để trả lời nhanh, chính xác các dạng bài tập vật
lý nhằm đáp ứng tốt các yêu cầu ngày càng cao của các đề kiểm tra thường xuyên,kiểm tra học kì, đề thi THPTQG, đề thi học sinh giỏi
- Vấn đề đặt ra là với số lượng lớn các kiến thức, công thức vật lý trong chương
trình THPT làm sao nhớ hết để vận dụng, trả lời các câu hỏi trong khi đề thi trắcnghiệm phủ hết chương trình, không trọng tâm, trọng điểm, thời gian trả lời mỗi câuhỏi ngắn; trong cùng một lớp học có nhiều đối tượng học sinh có năng lực tiếp nhậnkiến thức không đồng đều nên việc có những hệ thống câu hỏi và bài tập được phânchia theo mức độ nhận thức là rất cần thiết Trong đó các bài tập về phần bảo toàn và
biến thiên cơ năng với khá nhiều dạng công thức gần giống nhau nên khó phân biệt,
với số lượng các tiết học bài tập ít trong khi khá nhiều dạng bài tập gây ra khó khăncho học sinh trong quá trình giải bài tập Vì vậy việc phân loại các bài tập bảo toàn và
biến thiên cơ năng theo mức độ nhận thức tăng dần có thể giúp các em tiết kiệm được
thời gian học tập, hiểu rõ bản chất vật lý của các hiện tượng và bài toán, vận dụngkiến thức phù hợp để giải các bài toán vật lý; sẽ góp phần không nhỏ trong việc nângcao chất lượng dạy và học môn vật lý
II.2 Cơ sở lý thuyết
II.2.1 Công và công suất
Công của lực: Nếu lực không đổi ⃗F có điểm đặt chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc , thì công của lực ⃗F được tình theo công thức:
A = Fscos (J))
+ 0o ≤ < 90o =>cos>coscos >cos 0 =>cos>cos A >cos 0 : công phát động.
+ =>cos 90o =>cos>cos cos =>cos 0 =>cos>cos A =>cos 0: lực không thực hiện công.
+ 90o < ≤ 180o =>cos>coscos < 0 =>cos>cos A < 0 : công cản.
Công suất đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian: P=
A
t (W)
Trang 4x2 x1
(2) (1)
Hình 1.1
Biểu thức khác của công suất: P= ⃗F.⃗v
Công của trọng lực : A = mgz, với z =>cos z 1 –z 2 (z 1 , z 2 là độ cao của điểm đặt trọng lựclúc đầu và lúc cuối) (hình 1.1)
Công của lực đàn hồi : A=
k
2[x12−x22] , với k là hệ số đàn hồi ; x
1 , x 2 là độ biến dạnglúc đầu và lúc cuối (hình 1.2)
II.2.2 Động năng, thế năng, cơ năng
Động năng: Động năng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là
năng lượng mà vật đó có được do nó đang chuyển động
Wđ =>cos
1
2 mv2 Trong đó : Wđ : Động năng của vật chuyển động ( J) )
m : Khối lượng (kg)
v : Vận tốc ( m/s)
Wđ có giá trị lớn hơn hoặc bằng 0
Wđ phụ thuộc hệ quy chiếu
Định lí về độ biến thiên của động năng (hay còn gọi là định lí động năng): Độ biến
thiên của động năng bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật
Thế năng: Là dạng năng lượng có được do tương tác giữa các vật trong hệ.
Thế năng trọng trường: Wt =>cos mgz ; chọn gốc thế năng tại vị trí độ cao z =>cos 0.( Hệ vật + Trái đất)
Trong đó : Wt : Thế năng trọng trường ( J) )
Trang 5k : Độ cứng của lò xo (N/m) : Độ biến dạng của lò xo ( m)
Hiệu của thế năng: Wt1 – Wt2 =>cos AF
Thế năng là một đại lượng vô hướng có giá trị dương hoặc âm
Thế năng có tính tương đối, vì toạ độ của vật có tính tương đối, nghĩa là thếnăng phụ thuộc vào vị trí ta chọn làm gốc thế năng
Cơ năng: Cơ năng của vật bao gồm tổng động năng và thế năng của vật
Cơ năng con lắc đơn : (Gốc thế năng ở vị trí cân bằng thấp nhất của con lắc)
Định luật bảo toàn cơ năng: Cơ năng toàn phần của một hệ cô lập luôn bảo toàn
*Lưu ý khi giải bài tập bằng phương pháp năng lượng
Công thức độ biến thiên động năng thì AF là ngoại lực tác dụng lên vật
II.2.3 Cơ sở phân chia mức độ nhận thức
Định hướng chung trong đánh giá kết quả học tập của học sinh là phải xâydựng đề thi, kiểm tra theo ma trận; đánh giá kết quả học tập, rèn luyện của học sinhtrong dạy học được thực hiện qua các bài kiểm bao gồm các loại câu hỏi, bài tập theo
Trang 6- Vận dụng: học sinh kết nối và sắp xếp lại các kiến thức, kĩ năng đã học đểgiải quyết thành công tình huống, vấn đề tương tự tình huống, vấn đề đã học
- Vận dụng cao: học sinh vận dụng được các kiến thức, kĩ năng để giải quyếtcác tình huống, vấn đề mới, không giống với những tình huống, vấn đề đã đượchướng dẫn; đưa ra những phản hồi hợp lí trước một tình huống, vấn đề mới trong họctập hoặc trong cuộc sống
Bảng mô tả về 4 mức độ yêu cầu cần đạt của một số loại câu hỏi, bài tập thôngthường:
Loại câu
hỏi/bài
tập
Mức độ yêu cầu cần đạtNhận biết Thông hiểu Vận dụng Vận dụng cao
liên quan trực tiếp đến kiến thức đó
Xác định và vận dụng được nhiềunội dung kiến thức có liên quan để phát hiện, phân tích, luận giải vấn đề trong tình huốngquen thuộc
Xác định và vận dụng được nhiều nội dung kiến thức có liên quan
để phát hiện, phân tích luận giải vấn đề trong tình huống mới
số bước suy luận trung gian
Xác định và vận dụng được các mối liên hệ giữa các đại lượng liên quan để giảiquyết một bài toán/vấn đề trong tình huốngquen thuộc
Xác định và vận dụng được các mối liên hệ giữa các đại lượng liên quan để giải quyết một bài toán/vấn đề trongtình huống mới
đã tiến hành, trình bày được mục đích, dụng
cụ, các bước tiến hành và phân tích kết quả rút ra kết
Căn cứ vào phương án thí nghiệm, nêu được mục đích, lựa chọn dụng
cụ và bố trí thí nghiệm; tiến hành thí nghiệm
và phân tích kết
Căn cứ vào yêu cầu thí nghiệm, nêu được mục đích, phương án thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ và
bố trí thí nghiệm;tiến hành thí nghiệm và phân
Trang 7luận quả để rút ra kết
luận
tích kết quả để rút ra kết luận
II.3 Phân loại bài tập bảo toàn và biến thiên cơ năng theo các mức độ nhận thức II.3 1 Mức độ nhận biết
Đây là những câu hỏi và bài tập về nhận biết được các định nghĩa, công thức, đơn vịcủa các đại lượng công, công suất, động năng, thế năng trọng trường, thế năng đànhồi, cơ năng
Giúp học sinh vừa dễ nhớ đồng thời có sự so sánh để phân biệt được các đại lượng,đơn vị và công thức toán học biểu diễn liên hệ của các đại lượng vật lý
Câu 1 Đơn vị của công trong hệ SI là
Câu 2 Đơn vị của công suất hệ SI là
A.J).s B kg.m/s C J).m D W
Câu 3 Công suất được xác định bằng
A tích của công và thời gian thực hiện công
B công thực hiện trong một đơn vị thời gian
C công thực hiện đươc trên một đơn vị chiều dài
D giá trị công thực hiện được
Câu 4 Chọn phát biểu sai? Công của lực
A là đại lượng vô hướng B có giá trị đại số
C được tính bằng biểu thức F.s.cosα D luôn luôn dương
Câu 5 Kilôoat giờ (kWh) là đơn vị của
A Hiệu suất B Công suất C Động lượng D Công
Câu 6 Công thức tính công của một lực là:
A A =>cos F.s B A =>cos mgh C A =>cos F.s.cos D A =>cos ½.mv2
Câu 7 Chọn phát biểu đúng: Đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của một
vật trong một đơn vị thời gian gọi là
A Công cơ học B Công phát động C Công cản D Công suất
Câu 8 Đơn vị nào sau đây không phải là đơn vị công suất?
A J).s B W C N.m/s D HP
Câu 9 Một vật chuyển động với vận tốc dưới tác dụng của lực không đổi.
Công suất của lực ⃗F là:
A P=>cosFvt B P=>cosFv C P=>cosFt D P=>cosFv2
Câu 10 Trong các câu sau đây câu nào là sai?
Động năng của vật không đổi khi vật
Trang 8A chuyển động thẳng đều B chuyển động với gia tốc không đổi.
C chuyển động tròn đều D chuyển động cong đều
Câu 11 Động năng của một vật khối lượng m, chuyển động với vận tốc v là :
Câu 12 Chọn câu trả lời sai :
A Động năng là một đại lượng vô hướng
B Động năng luôn luôn dương
C Động năng có tính tương đối
D Động năng tỉ lệ nghịch với bình phương vận tốc
Câu 13 Một vật khối lượng m, đặt ở độ cao z so với mặt đất trong trọng trường của
Trái Đất thì thế năng trọng trường của vật được xác định theo công thức:
Câu 14 Một vật có khối lượng m gắn vào đầu một lò xo đàn hồi có độ cứng k, đầu
kia của lo xo cố định Khi lò xo bị nén lại một đoạn l (l < 0) thì thế năng đàn hồibằng:
Câu 16 Khi vật chịu tác dụng của lực đàn hồi (Bỏ qua ma sát) thì cơ năng của vật
được xác định theo công thức:
Câu 17 Chọn phát biểu đúng Cơ năng là một đại lượng
A luôn luôn dương B luôn luôn dương hoặc bằng không
C có thể âm, dương hoặc bằng không D luôn khác không
Câu 18 Chọn phát biểu đúng Một vật nằm yên, có thể có
A vận tốc B động lượng C động năng D thế năng
Câu 19 Đặc điểm nào sau đây không phải là động năng của một vật:
t
.( )2
t
.( )2
t
.2
t
Trang 9A Luôn không âm B Phụ thuộc hệ quy chiếu
C Tỷ lệ với khối lượng của vật D Tỷ lệ với vận tốc của vật
Câu 20 J) (J)un) không phải là đơn vị của
A Thế năng B Động năng C Động lượng D Cơ năng
II.3.2 Mức độ thông hiểu
Đây là các câu hỏi và bài tập đơn giản về định nghĩa, công thức độ biến thiênđộng năng, hiệu thế năng, độ biến thiên cơ năng; về so sánh, giải thích hiện tượngliên quan đến công, công suất, các dạng năng lượng cơ học
Bài tập áp dụng trực tiếp công thức để tìm các đại lượng chưa biết
Câu 1 Trong ôtô, xe máy nếu chúng chuyển động thẳng trên đường, lực phát động
trùng với hướng chuyển động Công suất của chúng là đại lượng không đổi Khi cầnchở nặng, tải trọng lớn thì người lái sẽ
A giảm vận tốc đi số nhỏ B giảm vận tốc đi số lớn
C tăng vận tốc đi số nhỏ D tăng vận tốc đi số lớn
Câu 2 Chọn phát biểu đúng.
Khi vận tốc của một vật tăng gấp hai, thì
A gia tốc của vật tăng gấp hai B động lượng của vật tăng gấp bốn
C động năng của vật tăng gấp bốn D thế năng của vật tăng gấp hai
Câu 3 Khi một tên lửa chuyển động thì cả vận tốc và khối lượng của nó đều thay
đổi Khi khối lượng giảm một nửa, vận tốc tăng gấp hai thì động năng của tên lửa:
A không đổi B tăng gấp 2 lần C tăng gấp 4 lần D giảm 2 lần
Câu 4 Một vật thực hiện công khi
A giá của lực vuông góc với phương chuyển động
B giá của lực song song với phương chuyển động
C lực đó làm vật biến dạng
D lực đó tác dụng lęn một vật lŕm vật đó chuyển dời
Câu 5 Khi vận tốc của một vật tăng gấp hai thì
A gia tốc của vật tăng gấp hai B động lượng của vật tăng gấp bốn
C động năng của vật tăng gấp bốn D thế năng của vật tăng gấp hai
Câu 6 Lực F tác dụng vào một vật không sinh công khi
A.cùng hướng chuyển động của vật
B có tác dụng cản chuyển động của vật
C hợp với hướng chuyển động của vật góc lớn hơn 900
D.vuông góc với chuyển động của vật
Trang 10Câu 7 Hệ thức liên hệ giữa động lượng p và động năng Wd của một vật có khốilượng m chuyển động là
Câu 10 Khi lực F cùng chiều với độ dời s thì
A công A >cos 0 B công A < 0 C công A ≠ 0 D công A =>cos 0
Câu 11 Độ biến thiên động năng của một vật chuyển động bằng
A công của lực ma sát tác dụng lên vật B công của lực thế tác dụng lên vật
C công của trọng lực tác dụng lên vật D công của ngoại lực tác dụng lênvật
Câu 12 Điều nào sau đây đúng khi nói về động năng?
A Động năng của một vật bằng tích khối lượng và vận tốc của vật
B Động năng của một vật là một đại lượng vô hướng
C Trong hệ kín, động năng của hệ được bảo toàn
D Động năng của một vật bằng tích khối lượng và bình phương vận tốc
Câu 13 Nếu khối lượng của vật giảm 4 lần và vận tốc tăng lên 2 lần, thì động năng
của vật sẽ
A tăng 2 lần B không đổi C giảm 2 lần D giảm 4 lần
Câu 14 Động năng của vật sẽ không đổi nếu :
A m không thay đổi , v tăng gấp đôi B v không đổi ,m tăng gấp đôi
C m giảm một nửa ,v tăng gấp 4 lần D v giảm một nửa, m tăng gấp 4 lần
Câu 15 Hai vật có cùng động năng Khối lượng của chúng có quan hệ m1 =>cos 2m2, cácvận tốc có quan hệ:
A B C D
Câu 16 Động năng của vật sẽ tăng gấp bốn nếu
A m không thay đổi, v tăng gấp đôi B v không đổi, m tăng gấp đôi
C m giảm một nửa, v tăng gấp 4 lần D v giảm một nửa, m tăng gấp 4 lần
Câu 17 1Wh bằng
A.3600J) B 1000J) C 60J) D 1CV
Câu 18 Một người kéo một hòm gỗ trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp
với phương ngang một góc 600 Lực tác dụng lên dây bằng 150N Công của lực đóthực hiện được khi hòm trượt đi được 10 mét là:
d
1
p mW2
Trang 11A A =>cos 1275 J) B A =>cos 750 J) C A =>cos 1500 J) D A =>cos 6000 J).
Câu 19 Một gàu nước khối lượng 10 kg được kéo cho chuyển động đều lên độ cao
5m trong khoảng thời gian 1 phút 40 giây (Lấy g =>cos 10 m/s2) Công suất trung bìnhcủa lực kéo là:
A 0,5 W B 5W C 50W D 500 W
Câu 20 Một vật khối lượng 0,1 kg đang chuyển động với vận tốc 2m/s ở độ cao 2m
so với đất Gốc thế năng ở mặt đất.Lấy g =>cos 10 m/s2 Cơ năng của vật là
A 2 J) B 0,2 J) C 1,2 J) D 2,2 J)
II.3.3 Mức độ vận dụng
Bài tập tính công, công suất và các đại lượng trong các công thức tính công vàcông suất Bài tập tính động năng, độ biến thiên động năng và xác định các đại lượngtrong công thức của động năng, độ biến thiên động năng
Bài tập tính thế năng, hiệu thế năng và xác định các đại lượng trong công thứccủa thế năng, hiệu thế năng
Bài tập tính cơ năng, độ biến thiên cơ năng và xác định các đại lượng trong côngthức của cơ năng, độ biến thiên cơ năng
Sử dụng từ một thao tác tư duy trở lên
Ví dụ 1 : Một vật khối lượng m =>cos 10kg được kéo đều trên sàn bằng 1 lực F =>cos 20N
hợp với phương ngang góc 300 Nếu vật di chuyển 2m trên sàn trong thời gian 4s thìcông suất của lực là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
P =>cos
Ví dụ 2 : Một viên đạn m =>cos 1kg bay ngang với v1 =>cos 300m/s xuyên qua tấm gỗ dày5cm Sau khi xuyên qua gỗ, đạn có v2 =>cos 100m/s Tính lực cản của tấm gỗ tác dụng lênviên đạn
Hướng dẫn giải:
Theo định lý động năng:
Ví dụ 3 : a, Một lò xo nằm ngang có k =>cos 250N/m, khi tác dụng lực hãm lò xo dãn ra
2cm thì thế năng đàn hồi là bao nhiêu?