Trong các bài toán áp dụng công thức cộng vận tốc học sinh thường nhầm lẫn và do đó gặp khó khăn trong việc xác định độ lớn, phương, chiều của các vectơ vận tốc tuyệt đối, vận tốc tương
Trang 1A – MỞ ĐẦU
Mỗi môn học trong chương trình Vật lý phổ thông đều có vai trò rất quan trọng trong
việc hình thành và phát triển tư duy của học sinh
Trong quá trình giảng dạy, người thầy luôn phải đặt ra cái đích đó là giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ và động cơ học tập đúng đắn để học sinh có khả năng tiếp cận và chiếm lĩnh những nội dung kiến thức mới theo xu thế phát triển của thời đại
Môn Vật lý là môn khoa học nghiên cứu những sự vật, hiện tượng xảy ra hàng ngày,
có tính ứng dụng thực tiễn cao, cần vận dụng những kiến thức toán học Học sinh phải
có một thái độ học tập nghiêm túc, có tư duy sáng tạo về những vấn đề mới nảy sinh để tìm ra hướng giải quyết phù hợp
Trong phần Cơ học lớp 10, công thức cộng vận tốc là một vấn đề khá trừu tượng đối
với học sinh Trong các bài toán áp dụng công thức cộng vận tốc học sinh thường nhầm lẫn và do đó gặp khó khăn trong việc xác định độ lớn, phương, chiều của các vectơ vận tốc tuyệt đối, vận tốc tương đối, vận tốc kéo theo
Mặt khác, vận tốc cũng là một đại lượng có tính tương đối nên phụ thuộc vào hệ quy chiếu, học sinh thường quên đặc điểm này nên hay nhầm lẫn khi giải bài toán
Để khắc phục được những khó khăn trên, giáo viên cần đưa ra các yêu cầu cơ bản, ngắn gọn để học sinh nắm được phương pháp giải của bài toán áp dụng công thức cộng vận tốc
Trang 2I/ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Công thức cộng vận tốc là một vấn đề khá trừu tượng đối với học sinh Trong các bài toán Vật lý, công thức cộng vận tốc được sử dụng để xác định vận tốc của một vật, và giải thích được nhiều hiện tượng, sự việc trong cuộc sống
Việc hiểu rõ công thức cộng vận tốc có ý nghĩa rất quan trọng đối với học sinh khi giải bài tập vật lý liên quan đến chuyển động của một vật trong các hệ quy chiếu khác nhau, và các bài tập về động lượng, áp dụng định luật bảo toàn động lượng (sgk vl 10)
Thông qua việc giải các bài tập vật lý học sinh có khả năng phát triển tư duy, phát huy được tính sáng tạo của bản thân
II/ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Giúp học sinh hiểu ý nghĩa công thức cộng vận tốc và biết vận dụng linh hoạt trong các bài toán cơ học ở lớp 10
Rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức toán học và sử dụng MTĐT vào việc giải bài toán Vật lý
Giáo dục kỹ thuật tổng hợp: học sinh giải thích được các hiện tượng thường gặp trong đời sống
III/ THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Thực hiện trong 2 tiết bài tập 10 và 11 (theo phân phối chương trình)
Trang 3Hệ thống bài tập có liên quan đến công thức cộng vận tốc trong Sách giáo khoa và sách Bài tập vật lý lớp 10 khá đầy đủ, tuy nhiên học sinh thường gặp khó khăn do khả năng tư duy và kiến thức toán học có nhiều hạn chế
Để học sinh nắm được phương pháp giải bài toán áp dụng công thức cộng vận tốc trước hết giáo viên cần kiểm tra và trang bị lại cho học sinh kiến thức về tính tương đối của vận tốc, tính tương đối của chuyển động
1) Thực trạng của học sinh trước khi thực hiện đề tài
Phần lớn học sinh không biết hay có sự nhầm lẫn trong quá trình xác định phương, chiều, độ lớn của các véc tơ vận tốc ứng với các hệ quy chiếu khác nhau
Nhiều (trên 50%) học sinh chưa có động cơ học tập đúng đắn
2) Biện pháp thực hiện
Trang bị cho học sinh các kiến thức vật lí (tính tương đối của vận tốc) và toán học cần thiết (phép chiếu một véc tơ theo một phương xác định, lượng giác, giá trị các hàm số lượng giác)
Giáo viên khai thác triệt để các bài toán trong SGK và SBT bằng cách giao bài tập về nhà cho học sinh tự nghiên cứu tìm phương pháp giải
Trong giờ bài tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải và nhiều học sinh có thể cùng tham gia giải một bài
Trang 4B – KIẾN THỨC CƠ BẢN I/ Kiến thức Toỏn học
1. Định lý hàm số cosin: a2 = b2 + c2 – 2bccosA
2 Giỏ trị của cỏc hàm số lượng giỏc cơ bản ứng với cỏc gúc đặc biệt:
180
2
2 2
2
3 0
2
3 2
2
2
1
0 21
-1
0
II/ Kiến thức Vật lý
1 Công thức cộng vận tốc: v 1,3 v1,2 v2,3
2 Tổng hợp 2 véc tơ: áp dụng quy tắc hình bình hành (hình vẽ)
1,3 1,2 2 1,2 2,3 cos 2,3
v v v v v ; (v v1,2, 2,3)
Tr ờng hợp đặc biệt:
0 0 ; v1,3 v1,2 v2,3
180 0 ; v1,3 v1,2 v2,3
2,3
v
1,3
v
1,2
v
1,2
v
2,3
v
1,3
2,3
v
1,2
1,3
B
A
C
a
Trang 5Một ô tô B đuổi theo ô tô A với vận tốc 60km/h Xác định vận tốc của ô tô B đối với ô
tô A và của ô tô A đối với ô tô B
Tóm tắt
1 40 /
v km h
2 60 /
v km h
1,2 ?
v v 2,1 ?
Bài làm
Gọi:
1,3
v là vận tốc của ô tô A so với đường
2,3
v là vận tốc của ô tô B so với đường
1,2
v là vận tốc của ô tô A so với B
2,1
v là vận tốc của ô tô B so với A
Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động của xe A
* Vận tốc của ôtô B đối với ôtô A
Ta có: v2,1 = v2,3 + v3,1
v2,1=v2,3 v3,1= 60 – 40 = 20km/h
* Vận tốc của ôtô A đối với ôtô B
Ta có v1,2= v1,3 + v3,2
v1,2 v1,3 v3,2 40 60 20km h/
Nhận xét: v 1,2 0, chứng tỏ v1,2 ngược chiều dương đã
chọn
Bài tập 2: (SGK tr38) A ngồi trên một toa tàu chuyển động với vận tốc 15km/h đang
rời ga B ngồi trên một toa tàu khác chuyển động với vận tốc 10km/h đang vào ga Hai đường tàu song song với nhau Tính vận tốc của B đối với A
Tóm tắt
1 40 /
v km h
2 60 /
v km h
2,1 ?
v
3,1
2,3
v
2,1
(+)
(+)
1,3
3,2
1,2
(+)
1
v
2
v
1
v
2
v
A
B
Trang 6Bài làm
Gọi:
1,3
v
là vận tốc của A so với ga
2,3
v là vận tốc của B so với ga
2,1
v là vận tốc của B so với A
Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động với người
B
Ta có: v2,1=v2,3+v3,1
v2,1v2,3v3,1 15 10 25 km h/
Bài tập 3: (SGK NC tr 48) Hai bến sông A và B cách nhau 18km theo đường thẳng.
Một chiếc ca nô phải mất bao nhiêu thời gian để đi từ A đến B rồi trở lại ngay từ B về A? Biết rằng vận tốc của ca nô khi nước không chảy là 16,2km/h và vận tốc của dòng nước so với bờ sông là 1,5m/s
Tóm tắt
18 18000
v km h m s
v m s
?
t
Bài làm
Gọi:
1,3
v
là vận tốc của ca nô so với bờ
2,3
v là vận tốc của dòng nước so với bờ
1,2
v là vận tốc của ca nô so với dòng nước
Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động của ca
nô
Ta có: v 1,3 v1,2 v2,3
(1)
* Ca nô đi xuôi dòng từ A đến B
Chiếu phương trình (1) theo chiều (+) đã chọn
Ta có: v1,3 v1,2 v2,3 4,5 1,5 6 / m s
- Thời gian ca nô đi từ A đến B:
1,3
18000
3000 6
A B
s
v
* Ca nô đi ngược dòng từ B đến A
Chiếu phương trình (1) theo chiều (+) đã chọn
Ta có: v1,3 v1,2 v2,3 4,5 1,5 3 / m s
- Thời gian ca nô đi từ B đến A:
18000
s
(+)
3,1
v
2,3
v
2,1
1,2
2,3
1,3
(+)
1,2
2,3
1,3
(+)
Trang 7Bài tập 4: (SGK NC tr 48) Một người lái xuồng máy dự định mở máy cho xuồng chạy
ngang con sông rộng 240m, mũi xuồng luôn luôn vuông góc với bờ sông Nhưng do nước chảy nên xuồng sang đến bờ bên kia tại một địa điểm cách bến dự định 180m về phía hạ lưu và xuồng đi hết 1min Xác định vận tốc của xuồng so với bờ sông
Tóm tắt
240
180
1min
t
1,2 2,3
v v
1,3 ?
v
Bài làm Gọi:
1,3
v là vận tốc của xuồng so với bờ
2,3
v là vận tốc của dòng nước so với bờ
1,2
v là vận tốc của xuồng so với dòng nước
Ta có: v1,3 v1,2 v2,3
Các véc tơ được biểu diễn như hình bên
Căn cứ vào hình vẽ ta có:
+ 1,2
240
4 / 60
l
t
+ 2,3
180
3 / 60
s
t
v v v m s
Bài tập 5: (Bài tập nâng cao) Một người đang đứng ở A cách đường quốc lộ BC một
đoạn d = 40 m, nhìn thấy một xe buýt ở B cách anh ta a = 200 m, đang chạy về phía C với vận tốc v = 36 km/h Hỏi muốn gặp được xe buýt người đó phải chạy với vận tốc nhỏ nhất bằng bao nhiêu và theo hướng nào? Với vận tốc đó, người ấy sẽ gặp được xe sau bao lâu?
Tóm tắt:
d = 40m
a = 200m
v = 36km/h = 10m/s
v1min = ?, = ?, t = ?
Bài làm:
Gọi: v1,3 là vận tốc của người so với mặt đất
v2,3 là vận tốc của xe buýt so với mặt đất
v1,2 là vận tốc của người so với xe buýt
Ta có: v1,3 v1,2 v2,3
Các véc tơ v1,3, v2,3, v1,2 được biểu diễn như hình vẽ
Để véc tơ v1,3đạt giá trị nhỏ nhất thì véc tơ v1,3 phải vuông góc với AB hay ADAB (
1,3 ( )
v xy )
S = 180m
1,2
v
2,3
1,3
A
B
a
d x
y
2,3
v
1,3
v
1,2
v
2,3
v
Trang 8* Xột hai tam giỏc đồng dạng ta cú:
1,3
2,3
v a 2,3
1,3
.
v d v
a
Thay số: 1,3
10.40
200
* Ta cú: cos 40 0, 2
200
d a
*
2,3
204
10
BD
Vậy: người đú phải chạy với vận tốc nhỏ nhất bằng 7,2km/h theo hướng làm với đường
* Yờu cầu cần đạt được trong cỏc bài toỏn:
Học sinh phải:
- Hiểu được quy ước của cỏc vộc tơ vận tốc trong cỏc hệ quy chiếu đang xột
- Viết được cụng thức cộng vận tốc và biểu diễn trờn hỡnh vẽ cỏc vộctơ vận tốc (phương, chiều, độ lớn)
- Có kĩ năng chiếu một phơng trình véctơ theo chiều dơng đã chọn
* Nhận xét chung:
- Một số học sinh không xác định đợc phơng, chiều, độ lớn của các véctơ vận tốc tuyệt đối, kéo theo, tơng đối
- Đối với các bài toán cần sử dụng hình vẽ học sinh dễ lúng túng do kĩ năng toán học còn hạn chế
- Do nguồn tài liệu phong phú, học sinh dễ cảm thấy lúng túng, chán nản khi giải quyết bài toán về công thức cộng vận tốc (nếu không nắm chắc ý nghĩa của các quá trình biến đổi)
Ví dụ:
Cho hình vẽ:
Ta có: v 1,3 v1,2 v2,3
(1) Cách biến đổi 1: Chiếu phơng trình (1) theo chiều dơng chọn
1,3 1,2 2,3
v v v (v1,2 0,v2,3 0) Thay số: v1,3
Cách biến đổi 2: (1) v1,3 v1,2 v2,3 (v1,2 0;v2,3 0) Thay số: v1,3
* Biện phỏp khắc phục:
- Giỏo viờn cần phõn tớch (liờn hệ vớ dụ thực tế) để học sinh hiểu và tự xỏc định được phương, chiều, độ lớn của cỏc vộc tơ vận tốc
- Đối với một số bài tập giỏo viờn cần ụn lại cho học sinh những kiến thức toỏn học
để ỏp dụng
(+)
1,2
v
2,3
v
1,3
Trang 9D – KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Với thời lượng 2 tiết bài tập giáo viên minh hoạ các bước giải bài toán qua 5 bài tập đã cho học sinh nghiên cứu trước ở nhà Kết quả, học sinh tích cực tham gia giải bài tập, nhiều em tiến bộ nhanh, nắm vững kiến thức cơ bản
Kết quả bài kiểm tra 15 phút sau khi học xong 2 tiết 10 và 11 tại 2 lớp có lực học tương đương nhau (10a3 và 10a5) (lớp học theo chương trình sgk cơ bản)
Lớp 10 a3: giáo viên chưa thực hiện đề tài (học lí thuyết và chữa bài tập, tính hệ thống chưa cao)
Lớp 10 a5 : giáo viên thực hiện đúng đề tài (bài dạy tập chung vào các yêu cầu cần đạt được đối với dạng bài tập đang xét)
Nội dung kiểm tra
Đề kiểm tra 15 phút
Học sinh được phép chọn 1 trong 2 đề sau:
Đề 1(8đ)
Hai đầu máy xe lửa cùng chạy trên một đoạn đường sắt thẳng với vận tốc 40km/h và 60km/h Tính vận tốc của đầu máy thứ nhất so với đầu máy thứ hai trong các trường hợp:
a Hai đầu máy chạy ngược chiều
b Hai đầu máy chạy cùng chiều
Đề 2(10đ)
Một ô tô chạy với vận tốc 50km/h trong trời mưa Mưa rơi theo phương thẳng đứng Trên cửa kính bên của xe, các vệt mưa rơi làm với phương thẳng đứng một góc 600
a Xác định vận tốc của giọt mưa đối với xe ô tô
b. Xác định vận tốc của giọt mưa đối với mặt đất
Mục đích
- Đề 1: học sinh chỉ cần áp dụng tương tự các bài tập trong sgk (v 1,2
//v2,3) Mức độ nhận biết - vận dụng
- Đề 2: học sinh cần nhận biết được phương chiều của các véc tơ vận tốc trong các hệ quy chiếu khác nhau (v1,2,v2,3 không cùng phương) Mức độ thông hiểu - vận dụng
Kết quả
SL % SL % SL % SL % SL % SL % SL % SL %
KẾT LUẬN
Trang 10Việc giao bài tập về nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho mỗi bài toán
Đến tiết bài tập, giáo viên tổ chức hướng dẫn học sinh trình bày bài giải chi tiết, nhiều em có thể cùng tham gia giải một bài tập, kích thích khả năng độc lập, sáng tạo của mỗi học sinh
Giúp các em có được cái nhìn tổng quan về phương pháp giải một bài tập Vật lý nói chung và bài tập áp dụng công thức cộng vận tốc nói riêng; Tạo hứng thú say mê học tập trong bộ môn Vật lý Từ đó phát huy được khả năng tự giác, tích cực của học sinh, giúp các em tự tin vào bản thân khi gặp bài toán mang tính tổng quát
Đó chính là mục đích mà chúng tôi đặt ra
E – NHỮNG KIẾN NGHỊ SAU QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Hệ thống bài tập mà chương trình cung cấp chưa mang tính thực tiễn cao Chúng tôi mong cấp trên tạo điều kiện cho giáo viên có được tập san hàng tháng về vật lí để chúng tôi học hỏi kinh nghiệm của đồng nghiệp đồng thời nâng cao vốn kiến thức của mình
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Kim Bôi, ngày 20 tháng 5 năm 2008
tác giả
Nguyễn Thị Mai
