Rèn luyện kỹ năng phân tích tổng hợp bài tập vật lí chương cân bằng và chuyển động của vật rắn cho học sinh lớp 10

MỞ ĐẦU1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sứcquan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lí ở nhà trường phổ thông.Thôn

MỤC LỤC

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI -& -

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

RÈN LUYỆN KỸ NĂNG PHÂN TÍCH – TỔNG HỢP BÀI TẬP VẬT LÍ “CHƯƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN”CHO HỌC SINH LỚP 10

Người thực hiện: Hà Thị Thanh Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc môn: Vật lí

THANH HOÁ NĂM 2017

I.MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài 01

2 Mục đích nghiên cứu 01

3 Đối tượng nghiên cứu 02

4 Phương pháp nghiên cứu 02

II.NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1 Cơ sở lý luận 02

2 Thực trạng vấn đề 02

3 Các giải pháp giải quyết vấn đề 03

3.1 Cơ sở lý thuyết 03

3.2 Phân loại bài tập theo các chủ đề 06

3.2.1.Chủ đề 1: Hợp lực của các lực đồng qui cân bằng……… 06

3.2.2 Chủ đề 2: Hợp lực song song 09

3.2.3 Chủ đề 3: Cân bằng của vật rắn quay 12

4 Hiệu quả 17

III Kết luận 18

I MỞ ĐẦU

1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sứcquan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lí ở nhà trường phổ thông.Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lí các học sinh sẽ có được những kỹ năng sosánh, phân tích, tổng hợp…Do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duycủa học sinh Đặc biệt bài tập vật lí giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thốngcũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống

cụ thể, làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn

Bài tập vật lí là một trong những công cụ không thể thiếu được trong quá trìnhdạy học Với tính chất là một phương tiện dạy học, bài tập vật lí giữ vị trí đặc biệtquan trọng trong việc hoàn thành dạy học vật lí:

- Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lí, biết phân tíchchúng và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn

- Thông qua bài tập vật lí, với sự vận dụng linh hoạt kiến thức đã học để tự lựcgiải quyết tốt những tình huống có vấn đề thì các kiến thức đó trở nên sâu sắc, hoànthiện hơn

- Bài tập vật lí là phương tiện tốt để phát triển óc tưởng tượng, tính độc lập trongsuy luận, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn

- Bài tập vật lí là một hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức trongmột chương hay một phần

- Đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức thì bài tập vật lí còn là phươngtiện kiểm tra kiến thức và kĩ năng của học sinh

Việc vận dụng phương pháp phân tích – tổng hợp để giải bài tập vật lí ở chươngnày sẽ mở cho các em một hướng giải bài tập linh hoạt hơn Trên cơ sở những dữkiện đề ra, phân tích những đại lượng và tìm mối liên hệ giữa những đại lượng đódựa trên các định luật vật lí đã học, tổng hợp lại và tìm ra hướng giải phù hợp vàđúng nhất của bài toán, nhờ đó rèn luyện khả năng phân tích – tổng hợp, tư duysáng tạo cho học sinh

1

- Phân loại và đưa ra phương pháp giải.

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Bài tập phần ‘‘Cân bằng và chuyển động của vật rắn’’

- Học sinh THPT

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp thực nghiệm, phương pháp thống kê

- Tham khảo các tài liệu liên quan đến đề tài

- Đề xuất phương pháp giải tổng quát

II NỘI DUNG

1 Cơ sở lý luận

Là một giáo viên dạy học bộ môn vật lí đã nhiều năm qua quá trình thực tếdạy học, qua trao đổi với các bạn đồng nghiệp và qua tìm hiểu học sinh Tôi thấytrong quá trình giải bài tập vật lí nói chung và giải bài tập phần: “ Cân bằng vàchuyển động của vật rắn nói riêng”, đối với tất cả học sinh kể cả học sinh khágiỏi thì quá trình giải bài tập vật lí còn gặp nhiều khó khăn Bởi lẽ số tiết để các

em củng cố lại kiến thức chưa nhiều, mối liên quan giữa toán học và vật lí rấtchặt chẽ kỹ năng vận dụng toán học vào giải bài tập còn lúng túng Vì vậy kếtquả đạt được của các em trong các kỳ thi chưa cao

Đề tài về chương ‘‘Cân bằng và chuyển động của vật rắn’’ là một trong nhữngnội dung quan trọng của chương trình vật lí của lớp 10 Thông qua nội dung của đềtài cung cấp cho học sinh được kỹ năng giải được những bài tập và phân loại cácdạng bài tập Nếu học sinh nắm vững được nội dung của đề tài này sẽ góp phầntrong việc nâng cao chất lượng học tập ôn học sinh giỏi và nâng cao chất lượng bộmôn

2 Thực trạng của vấn đề

Hiện nay đa số học sinh học bài chưa bao quát được hết các kiến thức đã họcmột cách có hệ thống, chưa có một phương pháp cụ thể để phân loại cách giải chotừng dạng một cách phù hợp và kỹ năng giải bài tập còn rất nhiều hạn chế, đặc biệt

là trong quá trình làm bài thường bị sai sót khi tính toán công thức, sai đơn vị, quátrình thay số, …Thường bị bế tắc khi giải những bài tập định tính có liên quan đếncác hiện tượng vật lí

Các em ít chịu khó đầu tư vào những bài tập khó và ít tham khảo những tàiliệu liên quan đến môn học, có nhiều dạng bài tập khi vận dụng kiến thức để giảicác em còn lúng túng…

Qua thực tế cho thấy, học sinh lớp 10A7 ở năm học (2013-2014) khi chưa vậndụng đề tài này vào giảng dạy, chất lượng qua kiểm tra học sinh đạt kết quả là:Lớp 10A7 ( Tổng số học sinh : 45)

Nguyên nhân :

- Một số học sinh chưa nắm được phương pháp giải hợp lý

- Học sinh còn sai sót nhiều trong tính toán

3 Các giải pháp giải quyết vấn đề.

3.1 Cơ sở lý thuyết

3.1.1 Khi vật rắn không chuyển động tịnh tiến, không có chuyển động quay

Theo định luật II Niu-tơn Fm a, ở trạng thái cân bằng a 0 nên F 0

-Trường hợp vật chịu tác dụng của hai lực cân bằng:

2 1 2

3 2

-Bước 1: Xác định được vật cần được khảo sát

-Bước 2: Phân tích các lực tác dụng lên vật, biểu diễn các lực đồng quy trênhình vẽ

3

3 , 2

-Bước 3: Viết điều kiện cân bằng của vật: F 0 (1.3)

-Bước 4: Giải phương trình (1.3) để tìm các giá trị đại số, theo các cách sau:

+ Phương pháp chiếu phương trình véc tơ (1.3) lên các trục tọa độ Ox,

Oy (OxOy) để đưa về phương trình đại số:

+ Di chuyển các lực trên giá của chúng về điểm đồng quy, tổng hợp véc

tơ lực theo quy tắc hình bình hành và vận dung các hệ thức lượng trong tam giác,định lý pytago, định lý sin, cosin [6]

*Chú ý: Khi một vật rắn cân bằng, chịu tác dụng của n lực Nếu hợp của

(n- 1 ) lực có giá đi qua điểm O thì lực còn lại cũng phải có giá đi qua điểm O.[6]

3.1.2 Khi vật rắn có trục quay cố định (hoặc tạm thời) thì điều kiện cân bằng làtổng mômen của các lực làm vật quay theo một chiều phải bằng tổng mômen củacác lực làm vật quay theo chiều ngược lại: M  M'[1]

Khi vật rắn có trục quay cố định (hoặc tạm thời) ta vận dụng quy tắc mô menlực để giải: M  M' (2.1)

Trong đó:

-M là tổng mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ

-M'là tổng mômen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.[3]

3.1.3 Khi vật rắn chịu tác dụng của nhiều lực song song

* Khi hợp lực F , F1 2 song song cùng chiều, ta có :

Cho hai véc tơ a,bgọi c=ab (3.1)

là véc tơ tổng của hai véc tơ đó

thì cđược xác định theo quy tắc hình bình hành

+ Nếu a,b cùng hướng thì: | c | = |a| + |b| (3.2)+Nếu a,b ngược hướng thì: | c | = ||a| - |b||

3.1.4.3 Định lý hàm số sin

Trong tam giác bên ta có: sina A sinb B sinc C (3.9)[9]

3.1.4.4 Hệ thức lượng trong tam giác vuông

+sin  CA AB (3.10)+cos  CB CA (3.11)+tan  CB AB (3.12)+cotan  CB AB (3.13)[11]

3.2.Phân loại bài tập theo các chủ đề.

3.2.1.Chủ đề 1: Hợp lực của các lực đồng qui cân bằng.

3.2.1.1Phương pháp

Cách 1:

+ Xác định vật cân bằng cần khảo sát

+ Phân tích lực tác dụng lên vật

+ Viết phương trình cân bằng lực  FF1 F2 F3  0 (1)

+ Dùng qui tắc cộng vectơ theo quy tắc hình bình hành

Cách 2:

+ Có thể chọn hệ trục tọa độ 0xy

+ Chiếu (1) lên trục 0x ta được :F  x 0 (2)

+ Chiếu (1) lên trục 0y ta được : F  y 0(3)

+ Từ (2) và (3) ta tìm được kết quả

3.2.1.2 Ví dụ minh họa.

Bài 1:

Một chiếc đèn có trọng lượng P=40N được treo vào

tường nhờ một dây xích Muốn cho đèn ở xa tường người

ta dùng một thanh chống nằm ngang một đầu tì vào tường

còn một đầu tì vào điểm B của dây xích Bỏ qua trọng

lượng của thanh chống, dây xích và ma sát ở chỗ thanh tiếp

xúc với tường Cho biết dây xích hợp với tường một góc 450

a) Tính lực căng của đoạn xích BC và AB

b) Tính phản lực Q của tường lên thanh.[6]

Chú ý: Do tường không có ma sát nên xích

phải có ma sát mới giữ được thanh chống,vì vậy T2 phải lớn hơn T1

1 Độ dài tự nhiên của lò xo l0=50cm,

treo vật 200g vào một đầu lò xo (h.a) Hỏi chiều dài của lò xo khi treo vật làbao nhiêu?

2 Đặt vật đó trên mặt nghiêng sao cho lò xo nằm dọc theo mặt nghiêng Hệnằm cân bằng, góc nghiêng α=300

a Tính chiều dài của lò xo (h.b)

b Tính phản lực của mặt nghiêng lên vật

Bỏ qua khối lượng lò xo và ma sát giữa vật và mặt nghiêng

- Điều kiện cân bằng của quả cầu là: P+Q+T =0 (*)

- Chiếu (*) lên các trục tọa độ

7

a

0

30

b.Hình

Quả cầu khối lượng m = 2,4kg, bán kính R = 7cm tựa vào

tường trơn nhẵn và được giữ nằm yên nhờ một dây treo gắn

vào tường tại A, chiều dài AC = 18cm Lấy g = 10m/s2 Tính

lực căng của dây và lực nén của quả cầu vào tường?[5]

A



B

CO

Ox: Q – Tsin = 0 (1)

với sin = OB/OA = R/(AC +R) = 7/(18+7) = 0,28

cos = 1  sin2 = 0,96

Lực căng sợi dây là: Từ (2) => T = P/cos = 2,4.10/0,96 = 25N

Lực nén của quả cầu lên tường có độ lớn bằng phản lực của tường lên quả cầu:

Từ (1) => Q = Tsinα = 25.0,28 = 7N

*Nhận xét: Cũng có thể vận dụng hệ thức lượng trong tam giác vuông vào bài tập

này, ta dễ dàng có được: Q = P.tanα ;T = Q/sinα

BÀI TẬP ÁP DỤNG :

Bài 1 Vật có cân bằng không nếu chịu tác dụng của ba lực đồng phẳng, cùng độlớn F và góc tạo bởi hai lực kế tiếp nhau là 1200?[6]

ĐS: độ lớn F và góc tạo bởi hai lực kế tiếp nhau là 1200

Bài 2 Vật nặng m chuyển động thẳng đều trên mặt phẳng ngang nhờ hai dây kéonằm trong mặt phẳng ngang và hợp với nhau góc  không đổi Lực kéo đặt vàomỗi dây là F Tìm hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang.[8]

Bài 4 Vật có khối lượng m = 2kg treo trên trần và tường

bằng các dây AB, AC Xác định lực căng của các dây

Bài 3 Một giá treo như hình gồm:

-Thanh nhẹ AB = 1m tựa vào tường ở A

-Dây BC = 0,6m nằm ngang

Treo vào đầu B một vật nặng khối lượng m = 1kg

Khi thanh cân bằng hãy tính độ lớn của phản lực đàn hồi do

tường tác dụng lên thanh AB và sức căng của dây BC?

αβ

3.2.2.1.Phương pháp

Áp dụng quy tắc hợp lực song song cần chú ý

* Khi hợp lực F , F1 2 song song cùng chiều, ta có :

a) Hãy tính lực giữ của tay

b) Nếu dịch chuyển gậy cho bị cách vai 30cm và tay cách vai 60cm, thì lực giữbằng bao nhiêu ?

c) Tính áp lực lên vai người trong hai trường hợp.[4]

2 30

1 2

1 60

Trọng lượng của mỗi tấm tỉ lệ với diện tích

giải hệ phương trình ta được GG1 0,88cm

trọng tâm G nằm trên đoạn thẳng G G1 2

- Gọi I là điểm đặt của hợp lực P , P   1 2

Theo quy tắc hợp lực song song, cùngchiều, ta có:

1 2

P P P 100 200 300N 

2 1

Vậy: Hợp lực của P1 và P2 có độ lớn P = 300N và có điểm đặt tại I với

AI 56, 67cm.

b, Lực nén lên hai giá đỡ ở hai đầu thanh

Gợi N1, N2 là lực nén lên giá đỡ ở hai đầu thanh tại A và B Theo quy tắc hợplực song song, ta có:

ĐS: FA = 80N ; FB = 160N

Bài 3: Hai người dùng một chiếc gậy để khiêng một cỗ máy nặng 1000N Điểmtreo cỗ máy cách vai người đi trước 60cm và cách vai người đi sau 40cm Bỏ quatrọng lượng của gậy, hỏi mỗi người chịu một lực bằng bao nhiêu?[6]

có chiều dài OA=20cm, quay dễ dàng quanh trục

O nằm ngang Một lò xo gắn vào điểm C

Người ta tác dụng lên điểm A một lực vectơ F

vuông góc với bànđạp và có độ lớn 20N Bàn đạp ở trạng tháicân bằng khi lò xo cóphương vuông góc với OA

L F

đầu bên trái 1,5m Hỏi phải tác dụng vào đầu bên phải một lực bằng bao nhiêu đểgiữ thanh ấy nằm ngang?[1]

Hướng dẫn :

Momen của trọng lực của thanh đối với trục O là M P  210 1,5 1, 2    63 N m.Momen của lực F đặt ở đầu bên phải thanh chắn phải cân bằng với momen củatrọng lực, tức là có giá trị bằng:

a) Lực vectơ F vuông góc với tấm gỗ

b) Lực vectơ F hướng thẳng đứng lên trên.[4]

F 

N P

4

3 200 2

13

B G O

A

BC

Biết   0

30 [5]

Hướng dẫn:

Các lực tác dụng vào thanh:

- Trọng lực P, phản lực Q, lực căng dây T, lực kéo F.

- Áp dụng quy tắc momen lực đối với trục quay qua B

(hình 2.4) Tìm lực kéo F nằm ngang đặt trên trục để

bánhxe có thể vượt qua bậc có độ cao h = 30cm

+Phản lực của sàn Q tại điểm I

-Điều kịên để bánh xe có thể lăn lên bậc thềm là:

F

M ≥ M P (đối với trục quay tạm thời qua I, M Q  0)

F.IK ≥ P.IH với IK= R – h; IH  R2  (R h) 2 = h( 2R h)

h R

h R h



2 (

≈1145N

BÀI TẬP ÁP DỤNG :

Câu 1 : Thanh nhẹ OB có thể quay quanh O Tác dụng lên thanh các lực  F , F 1 2 đặttại A và B Biết F1 20N,OA10cm, AB40cm Thanh cân bằng, F 1 và F2 hợpvới AB các góc   , Tìm F2 nếu:

14A

A

BC

h I

Câu 2 : Một thanh AB đồng chất khối lượng m = 4kg đặt trên bàn nằm ngang, nhô

ra khỏi bàn 1/5 chiều dài của thanh Cần treo thêm vào đầu thanh nhô ra một vật có

khối lượng bằng bao nhiêu để thanh bắt đầu nghiêng và mất cân bằng.[8]

a) Bỏ qua trọng lượng của thanh AB

b) Thanh AB có trọng lượng trọng lượng P = 10N.[8]

ĐS: a, m = 2,8kg; b, m=3kg

Câu 5 : Cho thanh AB đồng chất khối lượng m=100g,

có thể quay quanh A được bố trí như hình m1 = 500g ;

m 2 = 150g BC = 40cm; Tìm chiều dài AB biết hệ cân

βα

β

Câu 6 : Thanh AB có trọng lượng P1 = 100N, dài 1m Vật treo có trọng lượng P2 =200N tại C AC = 60cm Tìm lực nén

lên hai giá đỡ ở hai đầu thanh.[7]

Kết quả Giỏi Khá Trungbình Yếu Kém TB trởlênKết quả ban đầu 3,5% 32,22% 42,14% 22,14% 0% 77,86%Kết quả sau khi thực

hiện 20,43% 42,86% 35,21% 1,5% 0% 98,5% Kết quả trên cũng được khẳng định qua kì thi học sinh giỏi cấp trường của khối

10 năm học 2015-2016 vừa qua

Qua các năm giảng dạy bản thân tôi nhận thấy rằng học sinh khối 10 khi học tớiphần cân bằng của vật rắn thì việc giải bài tập còn gặp không ít những khó khănnhất định trong quá trình vận dụng chưa thật sự có hiệu quả cao Vì thế bản thân

A

B

CG

1

P

giáo viên trong quá trình giảng dạy, phải làm sao cho các em khi học tới phần kiếnthức này, có được sự hứng thú tiếp thu kiến thức hơn Do đó đề tài “RÈN LUYỆN

KỸ NĂNG PHÂN TÍCH – TỔNG HỢP BÀI TẬP VẬT LÍ CHƯƠNG CÂN

BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN” đã phần nào góp phần giúp cho

các em học sinh nắm được kiến thức vững vàng hơn, hiểu sâu hơn, từ đó có thái độhọc tập tích cực hơn, tạo điều kiện thuận lợi để các em có thể giải quyết được cácbài toán dạng tổng hợp và nâng cao trong kì thi học sinh giỏi

- Tham khảo thêm ý kiến của học sinh về dạng bài tập đưa ra để thay đổihoặc củng cố lý thuyết, phương pháp giải cho phù hợp với các đối tượng học sinhkhác nhau

- Nhà trường tạo điều kiện cho giáo viên được áp dụng rộng rãi cho các đốitượng học sinh

III KẾT LUẬN

Đối với bộ môn Vật lí việc nắm vững kiến thức giáo khoa là rất quan trọngnhưng để vận dụng kiến thức vào để giải một bài tập cụ thể mang lại kết quả chínhxác và khoa học là vô cùng quan trọng Do đó việc hướng dẫn học sinh lựa chọnphương pháp giải thích hợp để học sinh khắc sâu kiến thức thì đòi hỏi người dạyphải cung cấp cho học sinh một hệ thống các phương pháp, các kỹ năng đã đượcđúc kết cho bản thân để vận dụng vào từng đối tượng cụ thể, có như thế mới manglại kết quả giảng dạy như mong muốn

Với đề tài trên đã giúp cho học sinh rất nhiều cả về phương pháp giải toán lẫnthái độ học tập môn Vật lí cũng được nâng lên đáng kể Từ đó học sinh có thể vậndụng để giải các dạng bài toán có liên quan một cách dễ dàng hơn

Phương pháp phân loại như vậy có thể chưa phải là phương pháp tối ưu, nhưngtôi thấy có thể áp dụng được cho các đối tượng học sinh khác nhau trong quá trìnhgiảng dạy trực tiếp trên lớp

Tuy nhiên, đề tài tôi làm vẫn còn thiếu sót mong nhận được những đóng góp

và bổ sung thêm những ý kiến và bài tập hay của các đồng nghiệp để đề tài của tôihoàn thiện hơn

17