Bài soạn SANG KIEN KINH NGHIEM( CHUYEN DONG NEM)

Trong chương trình vật lý 10 ,phần kiến thức động lực học là một phần tương đối khó.Chẳng hạn như phần bài toán vật và hệ vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng.Trong quá trình giảng dạy

TỔNG QUAN

I.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong chương trình vật lý 10 ,phần kiến thức động lực học là một phần tương đối khó.Chẳng hạn như phần bài toán vật và hệ vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng.Trong quá trình giảng dạy,bản thân nhận thấy việc học sinh giải bài tập phần này rất khó khăn trong khâu phân tích lực.Qua những khó khăn đó ,bản thân nhận thấy khi giảng cho học sinh giải bài tập phần này cần chú ý cho học sinh cách phân tích lực

Trong quá trình viết bài này, nếu có gì thiếu sót rất mong được sự góp ý chân thành từ phía các đồng nghiệp để bài viết hoàn thiện hơn

II.NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI.

Đưa ra một trình tự các bước để giải các bài toán dạng này.Gồm các bước chính sau:

1 Chọn hệ quy chiếu thích hợp

2 Phân tích các lực tác dụng vào vật và biểu diễn chúng lên hình vẽ.Tuy nhiên trong phần này,do trọng lực có hai tác dụng(làm vật có xu hướng trượt xuống phía dưới và ép vật lên mặt phẳng nghiêng) nên cần phân tích trọng lực theo hai phương khác nhau(có thể dùng cách chiếu vectơ trọng lực lên hệ trục toạ độ chọn trước hoặc đối với học sinh từ trung bình trở xuống thì phải phân tích rõ ràng thành hai lực phù hợp với hai tác dụng đó)

3 Aùp dụng định luật II newton và chiếu biểu thức này lên hệ trục toạ độ đã chọn để tìm lực tác dụng(bài toán nghịch ) hay tìm tính chất của chuyển động(bài toán thuận)

4 Kết luận

Chú ý:1 Đối với việc tìm độ lớn của trọng lực theo tác dụng của nó,nếu tìm theo cách phân tích lực ta có thể tiến hành theo cách sau:

*Trước tiên cần phải chọn phương để phân tích cho phù hợp

VD A B

1.Liên kết dây mềm

O

P1 P2

P

O

P2

P1

P2

2.Cách thứ hai để tìm độ lớn của trọng lực là chiếu vectơ trọng lực lên hệ trục toạ độ thích hợp,sau

đó tìm độ lớn của trọng lực theo các phương của các trục toạ độ đã chọn

III.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

1.Nghiên cứu thực tế:Dựa trên bài làm kiểm tra của học sinh,các tiết giải bài tập.

2.Nghiên cứu lý thuyết:

a.Kiến thức cơ bản của phần động lực học:Các định luật newton,các lực cơ học

b.Kiến thức cơ bản phần động học:vận tốc , gia tốc,đường đi và phương trình của chuyển động

IV.PHẠM VI NGHIÊN CỨU.

1.Đối tượng:Học sinh trường THPT LÝ TỰ TRỌNG

2.Thời gian:30 ngày

NỘI DUNG

I.TẦM QUAN TRỌNG CỦA BÀI TẬP VẬT LÝ.

1.Bài tập vật lý có thể sử dụng như là một ‘’ phương tiện nghiên cứu tài liệu mới’’khi trang bị kiến thức mới cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc

2.Là phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức ,liên hệ kiến thức với thực tế,với đời sống

3.Là phương tiện có tầm quan trọng trong việc rèn luyện tư duy,bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học của học sinh.Bởi vì giải bài tập vật ly ùlà một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh.Trong khi giải bài tập học sinh phải phân tích các dữ kiện của đề bài,tự xây dựng những lập luận ,thực hiện việc tính toán ,khi cần thiết phải tiến hành các thí nghiệm,thực hiện các phép đo ,xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng,kiểm tra các kết luận của mình.Tronh những điều kiện đó tư duy lôgíc và tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển ,năng lực làm việc độc lập của của học sinh được nâng cao

4.Bài tập vật lý là phương tiện ôn tập,củng cố kiến thức đã học một cách sinh động và có hiệu quả Khi giải các bài tập đòi hỏi học sinh phải nhớ lại các công thức ,định luật ,các kiến thức liên quan.Do đó học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ vững chắc hơn những kiến thức đã học

5.Thông qua việc giải bài tập có thể rèn luyện cho học sinh những đức tính tốt như: tinh thần độc lập,tính cẩn thận ,tính kiên trì và tinh thần vượt khó

6.Bài tập vật lý là một phương tiện kiểm tra đánh giá kiến thức,kỹ năng của học sinh một cách chính xác

II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ.

Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải một bài tập vật lý một cách khoa học ,đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc làm cần thiết Nó không những làm cho học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng suy luận logíc,làm việc một cách khoa học và có kế hoạch

Bài tập vật lý rất đa dạng tuy nhiên có thể vạch ra một dàn bài chung gồm các bước chính sau:

1.Tìm hiểu đề bài

Bước này bao gồm việc xác định ý nghĩa vật lý của các thuật ngữ ,phân biệt đâu là ẩn số,đâu là dữ kiện

Với những bài tập tính toán ,sau khi tìm hiểu đề bài cần dùng các ký hiệu để tóm tắt đề bài cho

gọn.Trong những trường hợp cần thiết ,phải vẽ hình để diễn đạt điều kiện đề bài.Hình vẽ có thể cho biết diễn biến các hiện tượng ,mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý

2.Phân tích hiện tượng

Trước hết cần nhận biết các dữ kiện cho trong đề bài có liên quan đến những khái niệm, hiện tượng ,quy tắc ,định luật nào trong vật lý

Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong bài.Mỗi giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào Cần phải hình dung rõ ràng toàn bộ diễn biến của hiện tượng và các định luật chi phối nó trước khi xây dựng một bài giải cụ thể Có như vậy mới hiểu rõ hết bản chất của hiện tượng ,tránh được sự mò mẫm,máy móc khi áp dụng các công thức

3.Xây dựng lập luận.

Tìm mối quan hệ giữa ẩn số phải tìm và các dữ kiện đã cho Đối với các bài tập tổng hợp phức tạp có hai phương pháp xây dựng lập luận giải,đó là phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

3.1:Phương pháp phân tích

Theo phương pháp này thì xuất phát từ ẩn số của bài tập ,tìm ra mối quan hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định và diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số Sau đó tiếp tục phát triển lập luận hay biến đổi công thức này theo các dữ kiện đã cho Cuối cùng ,tìm được một công thức chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số và các dữ kiện đã cho

Có thể diễn đạt phương pháp phân tích theo sơ đồ sau:

Với x là đại lượng phải tìm

P,y,z là các đại lượng không cho trực tiếp trong đề bài

a,b,c là các đại lượng đã cho

VÍ DỤ:

Một vật có khối lượng m được kéo lên bằng một sợi dây cáp ,chuyển động nhanh dần đều Trong t giây đầu, nó đi lên được một đoạn là s(m).Tính lực căng của giây treo.Biết gia tốc rơi tự do là g

Lập luận theo phương pháp phân tích như sau:

Vật chịu tác dụng của 2 lực:Lực căng dây (lực phải tìm) và trọng lực

Theo định luật II newton,hợp của 2 lực này là:Fhl=T-P

Hay T=Fhl+P (công thức 1)

Mặt khác:Fhl= ma (công thức 2)

Đã biết vật chuyển động nhanh dần đều,không vận tốc đầu ta có công thức :s = 21 at2 hay a = 2s/t2(công thức 3)

Trọng lực P được tính theo công thức:P= mg(công thức 4)

Thay các giá trị của Fhl , a vàP vào công thức 1,ta được :T= m(a+g) hay T= 2as/t2 +mg

Trong công thức cuối cùng,chỉ chứa ẩn số T(đại lượng phải tìm) và các đại lượng đã biết m ,s ,t ,g

• Ta thấy các đại lượng Fhl ,a,P là các đại lượng trung gian được đưa vào lập luận mà không cần tính giá trị

Định luật 1 X= f(y,z) Công thức 1

Định luật 2

Y= f(a,p)

Công thức 2

Đinh luật 3

P=(b)

Công thức 3

Định luật 4 Z=f(c) Công thức 4

Kết quả X=f(a,b,c)

3.2:Phương pháp tổng hợp.

Theo phương pháp tổng hợp thì trình tự làm ngược lại Điểm xuất phát không phải từ ẩn số mà từ những dữ kiện của đầu bài.Xây dựng lập luận hay biến đổi các thức diễn đạt các mối quan hệ giữa các dữ kiện đã cho với các đại lượng khác để tiến dần đến các công thức cuối cùng có chứa các ẩn số và các dữ kiện đã cho Có thể diễn đạt phương pháp tổng hợp theo sơ đồ lập luận sau :

VÍ DỤ:Với cùng một bài toán trên ,nếu giải theo phương pháp tổng hợp ta có thể lập luận như sau:

Vì vật chuyển động nhanh dần đều ,không vận tốc đầu nên ta có thể tìm a theo đường đi và thời gian

chuyển động theo công thức

S= 12 at2 hay a= 2s/t2

Theo định luật II newton ,gia tốc này do một hợp lực Fhl gây ra ,được tính theo công thức :Fhl=ma

Có 2 lực tác dụng vào vật:trọng lực ,lực căng dây

Hợp lực được tính theo công thức :Fhl= T-P ;P=mg Hay T=P+Fhl

=m(2s/t2+g)

Bên cạch các bài tập về tính toán thì trong vật lý còn có các bài tập định tính

Bài tập định tính thường có 2 dạng :Giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng

3.3 Bài toán giải thích hiện tượng

Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lý giải xem tại sao hiện tượng lại diễn ra như vậy Nói cách khác là biết hiện tượng và giải thích nguyên nhân của nó Nguyên nhân là các đặc

tính ,các định luật vật lý Như vậy trong các bài tập dạng này bắt buộc phải thiết lập mối quan hệ giữa một hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hiện tượng hay một số định luật vật lý

3.4 :Bài tập dự đoán hiện tượng

Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào các điều kiện cụ thể của đề bài ,xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng gì sảy ra và sảy ra như thế nào

Như vậy là đã biết những hiện tượng cụ thể ,phải tìm quy luật chung chi phối hiện tượng cùng loại và rút

ra kết luận

• Tóm lại ,trong bài tập định tính ta có trình tự để định hướng cho việc tìm lời giải

• Bài tập định tính được giải theo các bước sau:

+Tìm hiểu đề bài ,cần chú trọng diễn đạt hiện tượng mô tả trong đề bài bằng ngôn nhữ vật lý (dùng các khái niệm vật lý thay cho các khái niệm dùng trong đời sống hằng ngày)

Định luật 1 P= f(b) Công thức 1

Định luật 2 Y=f(a,p) Công thức 2

Định luật 3 Z=f (c ) Công thức 3

Định luật 4 X= f(y,z)=f(a,b,c) Công thức 4

+Phân tích hiện tượng

+Xây dựng lập luận :* Tìm trong đề bài những dấu hiệu có liên quan đến một tính chất vật lý ,một định luật vật lý đã biết

*Phát biểu đầy đủ tính chất và định luật đó

*Xây dựng một lập luận để thiết lập mối quan hệ giữa định luật đó hiện tượng đã cho

4.Biện luận.

Trong bước này cần phân tích kết quả cuối cùng để loại những kết quả không phù hợp với những điều kiện đề bàihay không phù hợp với thực tế Việc biện luận này là một cách kiểm tra sự đúng đắng của quá trình lập luận Cũng có thể thông qua cách biện luận này mà có thể phát hiện ra những sai lầm trong quá trình lập luận ,do sự vô lý của kết qủa thu được

III.CÁC DẠNG TOÁN

*Vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng.

A.Phương pháp

+Chọn hệ quy chiếu thích hợp

+Phân tích các lực tác dụng vào vật

+Aùp dụng định luật II newton

+Liên kết các dự kiện để tìm ra kết quả

B.Bài toán.

Bài toán :Một vật đang chuyển động trên đường nằm ngang với vận tốc 20m/s thì trược lên một cái dốc

dài 100m,cao 10m.Biết hệ số masát giữa vật và mặt dốc là 0,1 Cho g=10m/s2

a> Tìm gia tốc của vật trên mặt phẳng nghiêng ?Vật có lên hết dốc không?Nếu có ,tìm vận tốc của vật tại đỉnh dốc

b> Nếu trước khi lên dốc vận tốc của vật chỉ là 15m/s2,thì vật đi được đoạn đường là bao nhiêu ?Tính vận tốc trở lại chân dốc và thời gian từ khi lên dốc cho đến khi xuống dốc?

c> Nếu vật có khối lượng 2kg thì phản lực của mặt phẳng nghiêng lên vật là bao nhiêu?(khi vật trược xuống)

d> Trong câu 1 khi vật lên đến đỉnh dốc và qua đỉnh dốc ,vật chuyển động như thế nào ?Độ cao cực đại mà vật có thể đạt tới ?Tầm xa và vận tốc của vật khi chạm đất ?

Bài giải.

*Chọn hệ quy chiếu như hình vẽ,chiều dương là chiều chuyển động

Y

h

P1

l

*Các lực tác dụng lên vật:+Trọng lực

+Phản lực đàn hồi của mặt phẳng nghiêng

+Lực masát trượt

*Aùp dụng định luật II newton và chiếu lên hai trục ox và oy ,ta được:

P2

P

Fms

-P sinα -Fms = ma (1) hay a= −PSin mα−Fms (3)

N-P cosα = 0 (2)

N = P Cosα

Độ lớn của lực masát:Fms= KmgCosα (4)

Thay (4) vào (3) ta được : a= -(g Sinα +kgCosα ) (5)

Với sin α =h/l ; cos α = 1 − sin 2 a= 1 −h2 /l2 (6).Thay (6)vào (5), các số liệu đề cho ta được:

a = -1,995m/s2.Gọi S là quãng đường lớn nhất mà vật đi được cho đến khi dừng lại:

Smax= V2

0 /2a= 100,25 m.Ta thấy Smax > l,như vậy vật lên hết dốc

Vận tốc của vật ở đỉnh dốc:V1= (V2

0 + 2al)1/2 = 1m/s.Thời gian vật đi hết dốc:t1= (V1- V0)/a = 9,52s

2.Nếu vận tốc ban đầu của vật là V/= 15m/s,thì quãng đường đi được lớn nhất của vật là:

S/

max= 56,4m(Cách tính tương tự như trên).Như vậy vật dừng lại tại điểm A cách chân dốc 56,4m Sau đó

do tác dụng của trọng lực ,vật trượctrở lại chân dốc

Gia tốc khi đi xuống:a/= g(sin α - k cos α )= 0,005m/s.Như vậy vật chuyển động nhanh dần đều với vận tốc ban đầu bằng không trở về chân dốc

Thời gian vật đi lên:t2= (V/-V/

0)/a/ = 7,5s; Thời gian đi xuống :t3= (2 S/

max/a/)1/2 = 150s

Thời gian tổng cộng:t 157,5s

Vận tốc của vật ở chân dốc :V2= a/.t3 = 0,75m/s

3.Phản lực của mặt phẳng nghiêng:R= (N2+ F2

ms)1/2= mgcos α (1+k2)1/2

4 Khi lên đến đỉnh dốc ,vật tiếp tục chuyển động giống như vật ném xiên với vận tốc ban đầu

V1=1m/s,theo phương hợp với phương ngang một góc α , ở độ cao h= 10m

Chọn gốc toạ độ tại nơi vật bị ném xiên,hệ trục toạ độ oxy như hình vẽ,gốc thời gian là lúc vật bắt đầu rời khỏi mặt phẳng nghiêng.Chuyển động của vật được phân tích theo ox và oy

Phương trình toạ độ của vật :x= V1.cos α t (a)

y = -V1.sin α t+ gt2/2(b)

Từ (a)và(b) suy ra phương trình quỹ đạo của vật:y = -tan α x +gx2/2V2

1.cos2α Từ phương trình quỹ đạo ta thấy quỹ đạo của vật là một parabol

+ Độ cao cực đại:Hmax= - V2

1.sin2α /2g =0,0005m

Vậy vật lên đến độ cao so với mặt phẳng nằm ngang một đoạn là 1,0005m

+ Tầm xa:x = V1.cos α t = 1,41m

+Vận tốc của vật khi chạm đất:V= (V2

1.cos2α +(gt-V1.sin2α ))1/2

* Hệ vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng.

a> Phương pháp

+Chọn hệ quy chiếu thích hợp

+Phân tích các lực tác dụng lên vật.

+Aùp dụng định luật II Newton cho từng vật

Chú ý:Khi giải bài toán hệ hai vật vắt qua một ròng rọc cần xem là dây không giãn và bỏ qua khối lượng của ròng rọc để hai vật chuyển động cùng gia tốc

b>Bài toán ví dụ:Hai vật A và B có khối lượng lần lược 4,5kg ,3kg được nối với nhau bằng một sợi dây không giãn vắt qua một ròng rọc gắn ở đỉnh của một mặt phẳng nghiêng α =300 Ban đầu giữ A có cùng độ cao với B.Thả cho hai vật chuyển động

+Hai vật chuyển động theo chiều nào?

+Sau thời gian bao lâu kể từ khi bắt đầu chuyển động vật nọ thấp hơn vật kia một đoạn bằng 0,75m? +Tính lực nén lên ròng rọc?

Bỏ qua masát ,khối lượng ròng rọc và dây nối Cho g=10m/s2

KẾT LUẬN

Như vậy đối với bài toán vật và hệ vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng, để có thể giải một cách hoàn chỉnh cần nắm chắc các bước như đã trình bày ở trên