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.Thông
Trang 1SỞ 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
MỤC LỤC
Trang 2I.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
Trang 3I 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 tích chúng 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 trong một chương hay một phần
- Đứng về mặt điều khiển hoạt động nhận thức thì bài tập vật lí còn là phương tiện 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
Trang 4- 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
Trang 5Các 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 chưavận dụng đề tài này vào giảng dạy, chất lượng qua kiểm tra học sinh đạt kết quả là:Lớp 10A7 ( Tổng số học sinh : 45)
- 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.
nên F 0
Theo định luật II Niu-tơn F ma , ở trạng thái cân bằng a 0
-Trường hợp vật chịu tác dụng của hai lực cân bằng:
-Hợp lực F2,3 của F2 ,F3 cân bằng với F1 [3]
- Đối với vật rắn khi không có chuyển động tịnh tiến, không có chuyển độngquay, điều kiện cân bằng như một chất điểm Do vậy có thể vận dụng điều kiện cânbằng F0 để giải quyết bài toán theo các bước sau:
-Bước 1: Xác định được vật cần được khảo sát
Trang 6-Bước 2: Phân tích các lực tác dụng lên vật, biểu diễn các lực đồng quy trên hình vẽ.
-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: F x0;F y0
+ 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 ngượcchiều kim đồng hồ.[3]
3.1.3 Khi vật rắn chịu tác dụng của nhiều lực song song
* Khi hợp lực F1 , F2 song song cùng chiều, ta có :
Trang 73.1.4.3 Định lý hàm số sin
Trong tam giác bên ta có: a b c (3.9)[9]
sin A sin B sin C
Trang 83.1.4.5 Công thức hình chiếu
Hình chiếu của véc tơ AB trên trục Ox là A'B' được xác định theo công
thức:
A' B ' =|AB |.cosαα=|AB |.sαin [6]
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 F1 F2 F3 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)
45 0
Bài 1:
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 T2
b) Tính phản lực Q của tường lên thanh.[6] T2
Trang 9Chú 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
Bài 2:
Một lò xo có độ cứng k=50N/m
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 là bao nhiêu?
2 Đặt vật đó trên mặt nghiêng sao cho lò xo nằm dọc theo mặt nghiêng Hệ nằm 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
Quả cầu khối lượng m = 2,4kg, bán kính R = 7cm tựa vào C
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 B O
lực căng của dây và lực nén của quả cầu vào tường?[5]
Hướng dẫn:
- Các lực tác dụng lên quả cầu đồng quy tại O gồm:
Trang 10+Trọng lực P AT
y
C+Lực căng dây T
với sin = OB/OA = R/(AC +R) = 7/(18+7) = 0,28cos = 1 sin 2 = 0,96 F Q
Lực căng sợi dây là: Từ (2) => T = P/cos = 2,4.10/0,96 = 25N P
cầu:
Lực nén của quả cầu lên tường có độ lớn bằng phản lực của tường lên quảP
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 Vât co cân băng không nêu chiu tac dung cua ba lưc đông phăng, cung đô lơn F va goc tao bơi hai lưc kê tiêp nhau la 1200?[6] ĐS: đô lơn F va goc tao bơi hai lưc kê tiêp nhau la 1200
Bài 2 Vât năng m chuyên đông thăng đêu trên măt phẳng ngang nhơ hai dây keonăm trong măt phăng ngang va hơp vơi nhau goc không đôi Lưc keo đăt vao môidây la F Tim hê sô ma sat giưa vât va măt phăng ngang.[8]
2F cos
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?
Trang 11Bài 4 Vât co khôi lương m = 2kg treo trên trân va tương
băng cac dây AB, AC Xac đinh lưc căng cua cac dây
biêt 600, 450. [5]
ĐS: Cac lưc căng cua cac dây la T 1 14, 6N va T 2 10, 4N.
3.2.2.Chủ đề 2: Hợp lực song song.
3.2.2.1.Phương pháp
Áp dụng quy tắc hợp lực song song cần chú ý
* Khi hợp lực F 1 ,F2 song song cùng chiều, ta có :
+ FF1F2
Aβ
a) Hãy tính lực giữ của tay
b) Nếu dịch chuyển gậy cho bị cách vai 30cm và tay cách vai 60cm, thì lực giữ bằng bao nhiêu ?
c) Tính áp lực lên vai người trong hai trường hợp.[4]
Hướng dẫn :
P 30
Trang 12c) Áp lực bằng F + P = 150 N (trường hợp a)
F + P = 75 N (trường hợp b)Bài 2: Hay xac đinh trong tâm cua môt ban mong, đông chât, hinh chư nhât, dai 12cm, rông 6cm, bi căt mât môt mẩu hinh vuông co canh 3cm (Hinh a).[3]
Hướng dẫn : 12cm
Coi tấm cần xét gồm hai tấm ghép lại
Trọng lượng của mỗi tấm tỉ lệ với diện
giải hệ phương trình ta được GG10,88cm
trọng tâm G nằm trên đoạn thẳng G1G2
và cách G1 một đoạn 0,88cm
G 1
Hình b
Bài 3: Thanh AB trong lương P 1 100N, chiêu dai 1m, trong lương vât năng
P 2 200N tai C, AC = 60cm Dung quy tăc hơp lưc song song:
b Tim lưc nen lên hai gia đỡ ơ hai đâu thanh.[7]
- Thanh AB đông chât nên trong tâm G năm chinh giưa thanh:
GC AC AG 60 50 10cm
- Goi I la điêm đăt cua hơp lưc P 1 , P 2 Theo quy tăc hơp lưc song song, cung chiêu, ta co:
Trang 13b, Lưc nen lên hai gia đỡ ơ hai đâu thanh.
Gơi N1, N2 la lưc nen lên gia đỡ ơ hai đâu thanh tai A va B Theo quy tăc hơplưc song song, ta co:
ĐS: 100N ; 65cm
Bài 2: Môt tâm van năng 240N đươc băc qua môt con mương Trong tâm cua tâmvan cach điêm tưa A môt khoang la 2,4m va cach điêm tưa B môt khoang la 1,2m Hay xac đinh cac lưc ma tâm van tac dung lên hai bơ mương.[6]
ĐS: FA = 80N ; FB = 160N
Bài 3: Hai ngươi dung môt chiêc gây đê khiêng môt cỗ may năng 1000N Điêmtreo cỗ may cach vai ngươi đi trươc 60cm va cach vai ngươi đi sau 40cm Bo quatrong lương cua gây, hoi môi ngươi chiu môt lưc băng bao nhiêu?[6]
Trang 14có chiều dài OA=20cm, quay dễ dàng quanh trục
O nằm ngang Một lò xo gắn vào điểm C O
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
a) Xác định lực của lò xo tác dụng lên bàn đạp
b) Tính độ cứng của lò xo Biết rằng lò xo bị ngắn đi một đoạn 8cm so với khi
không bị nén.[4]
Hướng dẫn:
Trang 15Hướng dẫn : B GO
F P
Momen cua trong lưc cua thanh đôi vơi truc O la M P 210 1,5 1, 2 63 N.m Momencua lưc F đăt ơ đâu bên phai thanh chăn phai cân băng vơi momen cua trong lưc,tưc la co gia tri băng:
MF F 7,8 1,5 6,3 F 63 N.m Tư đo rut ra: F 6,363 10 N.
Bài 3: Một người nâng một tấm gỗ đồng chất, tiết diện đều có trọng lượng P=200N.Người ấy tác dụng một lực vectơ F vào đầu trên của tấm gỗ để giữ cho nó hợp vớimặt đất một góc α=300 Tính độ lớn của lực trong hai trường hợp
a) Lực vectơ F vuông góc với tấm gỗ
b) Lực vectơ F hướng thẳng đứng lên trên.[4]
30 P
Trang 16Bài 4 : Môt thanh nhe găn vao san tai B Tac dung lên đâu A lưc keo F = 100N theophương ngang Thanh đươc giư cân băng nhơ dây AC Ap dung quy tăc momen tim
Hướng dẫn:
- Trong lưc P, phan lưc Q, lưc căng dây T,lưc keo F.
- Ap dung quy tăc momen lưc đôi vơi truc 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:
M
F ≥ 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)
14
Trang 17F ≥ mg h(2R h) ≈1145N
R h
BÀI TẬP ÁP DỤNG :
Câu 1 : Thanh nhe OB co thê quay quanh O Tac dung lên thanh cac lưc F 1 ,F 2 đăt
F1 20N,OA 10cm,AB 40cm Thanh cân băng, F 1
b Đô lơn cua lưc F2 = 2N O
F2
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]
Câu 3 : Tìm lực F cần để làm quay vật đồng chất hình lập phương khối lượng
10kg quanh A như hình Lấy g = 10m/s2.[8] P P
a) Bỏ qua trọng lượng của thanh AB
b) Thanh AB có trọng lượng trọng lượng P = 10N.[8] C
B 15
A
Trang 18ĐS: 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 m 1 = 500g ;
m 2 = 150g BC = 40cm; Tìm chiều dài AB biết hệ cân bằng.[7]
Trang 19Kết quả sau khi thực 20,43% 42,86% 35,21% 1,5% 0% 98,5%
hiện
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 thângiáo 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
và tự rút ra phương pháp giải phù hợp cho bản thân
- 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 đối tượng 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