Các em giải một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giảiđược Có nhiều nguyên nhân: - Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài
Trang 1Tác giả: Lương Công Toán
Sông Lô, năm 2021
Trang 2BÁO CÁO KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
1 Lời giới thiệu
Mỗi phần học trong chương trình Vật lí phổ thông đều có vai trò rất quantrọng trong việc xây dựng nền tảng kiến thức chung và góp phần to lớn trong việchình thành và phát triển tư duy của các em Tuy các em đã làm quen với môn Vật líTHCS nhưng các em vẫn không tránh khỏi những khó khăn khi tiếp xúc với phần cơhọc lớp 10
Khi giảng dạy phần chương trình vật lí phổ thông trung học, đặc biệtchương trình vật lí lớp 10 tôi nhận thấy rằng các em học sinh thường lúng túngkhi gặp phải các bài toán động lực học Các em giải một cách mò mẫm, không
có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giảiđược Có nhiều nguyên nhân:
- Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập Vật lý
- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phântích các hiện tượng vật lý để đi đến bản chất Vật lý
- Nguyên nhân là do các em hiểu còn chưa sâu phương pháp động lựchọc mà sách giáo khoa đã trình bày Mặt khác còn có một nguyên nhân mangtính chất thói quen của học sinh là khi giải một bài toán vật lí phần lớn các emchưa định hình được hướng đi của bài (Như để đạt được yêu cầu của bài toán đặt
ra ta phải tìm đại lượng nào? và phải sử dụng đến những công thức liên quannào? ) mà làm bài theo thói quen và theo kiểu suy luận xuôi
Phương pháp động lực học rất quan trọng giúp giải được các bài toán cơhọc trong chương trình học Đây là phần có nhiều dạng bài tập ,có nhiều côngthức cần nhớ và việc áp dụng các công thức toán học tương đối phức tạp Khókhăn lớn nhất của các em là việc xác định bài toán thuộc dạng nào để ra đưahươngpháp giải phù hợp cho việc giải bài toán đó
Việc định hướng cho học sinh giải bài tập là rất cần thiết và phương pháp động lựchọc sẽ giúp cho các em giải quyết được các bài tập về chuyển động của chất điểmdạng cơ bản đến nâng cao, từ đó các em sẽ cảm thấy hứng thú hơn đối với bộ mônVật lí
Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc trung học phổ thông là thựchiện được những mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề ra là:
- Nắm vững được kiến thức của bộ môn
- Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn
- Có hứng thú học tập bộ môn
- Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng đạt hiệu quả cao trong học môn vật lý
- Hình thành ở học sinh những kỹ năng tư duy đặc trưng của bộ môn
Bộ môn vật lý được phân phối theo chương trình đồng tâm Lớp 10 và 11 học
để chuẩn bị cho lớp 12, nhiệm vụ của vật lý lớp 10 là tạo cho học sinh là tạo cho họcsinh kỹ năng học tập theo đúng đặc trưng bộ môn Vật lý lớp 10 có vai trò quan trọngnhất, có toàn bộ cách tiếp cận bộ môn, cách vận dụng kiến thức và phát triển tư duyvật lý cho học sinh Trong môn Vật lý lớp 10 THPT, phần Động lực học chất điểm cótác dụng rất tốt, giúp học sinh phát triển tư duy Phần này thể hiện rất rõ các thao tác
cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duytrừu tượng đến thực tiễn khách quan như:
Trang 3- Phân tích hiện tượng và huy động các kiến thức có liên quan để đưa ra kết quả của từng nội dung được đề cập.
- Sử dụng kiến thức toán học có liên quan như để thực hiện tính toán đơn giản hoặcsuy luận tiếp trong các nội dung mà bài yêu cầu
- Sử dụng kiến thức thực tế để suy luận, để biện luận kết quả của bài toán (Xác nhậnhay nêu điều kiện để bài toán có kết quả)
2 Tên sáng kiến:
Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài toán động lực học chất điểm
3 Tác giả sáng kiến:
- Họ và tên: Lương Công Toán
- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Bình Sơn – Sông Lô- Vĩnh Phúc
- Số điện thoại: 0984124421 E_mail: toanthovp@gmail.com
4 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Tác giả sáng kiến
5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến:
Đề tài “Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài toán động lực học chất
điểm-Vật Lí 10” giúp học sinh lớp 10 THPT có kỹ năng vận dụng kiến thức vào giải
quyết các bài tập vật lý phần Động lực học chất điểm nói riêng một cách lôgíc, chặtchẽ, đặc biệt là làm thế nào để qua việc rèn luyện kỹ năng giải các bài tập động lực họcchất điểm là một nội dung cụ thể giúp học sinh phát triển tư duy
6 Ngày sáng kiến được áp dụng: Từ tháng 7/2019
7 Mô tả bản chất của sáng kiến:
7.1 Nội dung của sáng kiến:
CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT A/ KIẾN THỨC CƠ BẢN:
I/ Các khái niệm cơ bản:
1/ Chất điểm: là vật có kích thước có thể bỏ qua khi nghiên cứu
Các trường hợp mà vật có thể coi là chất điểm:
- Kích thước của vật rất nhỏ so với chiều dài quỹ đạo của vật và chỉ xác định vị trí củavật trên quỹ đạo
- Vật rắn chuyển động tịnh tiến: Mọi điểm trên vật có quỹ đạo giống nhau nên chỉ cầnxác định chuyển động của một điểm trên vật
2/ Hệ quy chiếu: Là công cụ giúp nghiên cứu chuyển động của vật
- Hệ quy chiếu gồm: Hệ tọa độ (thường dùng hệ tọa độ Đềcác vuông góc) gắn với vậtlàm mốc và mốc thời gian, đồng hồ
- Có hai trường hợp sử dụng hệ quy chiếu:
+ Hệ quy chiếu quán tính: Trong Vật lý lớp 10 đó là hệ quy chiếu đứng yên hoặcchuyển động thẳng đều so với mặt đất
+ Hệ quy chiếu phi quán tính: Trong Vật lý lớp 10 đó là hệ quy chiếu gắn với vậtchuyển động có gia tốc không đổi đối với mặt đất
Trang 4+ Hướng của lực: Là hướng tác dụng của tương tác gồm phương và chiều
+ Độ lớn của lực: Là mức độ mạnh yếu của tương tác
- Biểu diễn lực: Bằng vectơ
+ Gốc vectơ biểu diễn điểm đặt của lực
+ Hướng của vectơ biểu diễn hướng của lực, đường thẳng mang vectơ lực là giá củalực
+ Chiều dài vectơ biểu diễn độ lớn của lực theo tỷ lệ xích quy ước
- Quy tắc: Cộng vectơ
Trong vật lý thường dùng quy tắc hình bình hành: Hợp lực của hai lực đồng quy đượcbiểu diễn bằng đường chéo (kẻ từ điểm đồng quy) của hình bình hành mà hai cạnh lànhững vectơ biểu diễn hai lực thành phần
b/ Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời và gâyhiệu quả giống hệt như lực ấy
- Quy tắc: Quy tắc hình bình hành
Để phân tích một lực thành hai lực thì cần phải biết phương tác dụng của hai lực đó.Nếu phương tác dụng của hai lực thành phần vuông góc với nhau thì lực thành phần làhình chiếu của hợp lực trên các phương đó
5/ Các lực cơ học:
a/ Lực hấp dẫn: Là lực hút giữa hai vật bất kỳ trong vũ trụ
- Đặc điểm của lực hấp dẫn giữa hai chất điểm
+ Điểm đặt: Ở chất điểm đang xét
+ Hướng: Phương: trùng đường thẳng nối hai chất điểm
Chiều: biểu diễn lực hút
+ Độ lớn: 12 2
hd
r
mmG
Chiều từ trên xuống
+ Độ lớn: P = mg g: gia tốc rơi tự do (gia tốc trọng trường)
b/ Lực đàn hồi: Là lực xuất hiện ở vật khi vật đàn hồi bị biến dạng
- Lực đàn hồi của lò xo đồng đều bị kéo hoặc bị nén:
Đặc điểm:
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực đàn hồi
+ Hướng: Ngược với hướng của biến dạng (hướng biến dạng là hướng chuyển độngtương đối của đầu ấy so với đầu kia)
+ Độ lớn: Fđh = k l l = l – l0: độ biến dạng của lò xo
- Lực căng của dây:
Đặc điểm:
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực căng dây
+ Hướng: Phương trùng với dây
Chiều hướng về phần giữa của dây
Trang 5- Lực đàn hồi của một mặt bị ép
Đặc điểm:
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực đàn hồi
+ Hướng: Phương vuông góc với bề mặt vật
Chiều ngược với chiều của áp lực gây ra lực đàn hồi đó
c/ Lực ma sát: Là lực xuất hiện khi một vật chuyển động hoặc có xu hướng chuyểnđộng trên mặt một vật khác
Có ba trường hợp:
- Lực ma sát trượt: xuất hiện khi ở mặt tiếp xúc khi một vật trượt trên mặt vật khác: Đặc điểm:
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực ma sát
+ Hướng: Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc
Chiều: ngược chiều chuyển động tương đối của vật ấy so với vật kia
+ Độ lớn: Fms = t.N t: hệ số ma sát trượt
- Lực ma sát lăn: xuất hiện khi một vật lăn trên mặt vật khác
Đặc điểm:
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực ma sát
+ Hướng: Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc
Chiều: ngược chiều chuyển động tương đối của vật ấy so với vật kia
+ Độ lớn: Fms = l.N l: hệ số ma sát lăn
Chú ý: Hệ số ma sát lăn l nhỏ hơn hệ số ma sát trượt t hàng chục lần
- Lực ma sát nghỉ: xuất hiện khi một vật có xu hướng chuyển động trên mặt vật khác.Lực ma sát nghỉ xuất hiện để cân bằng với các ngoại lực khác tác dụng vào vật
Đặc điểm:
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực ma sát
+ Hướng: Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc
Chiều: ngược chiều với xu hướng chuyển động tương đối của vật ấy so vớivật kia
+ Độ lớn: Cân bằng với các ngoại lực khác tác dụng lên vật Bằng độ lớn hợp lực củacác ngoại lực khác tác dụng lên vật
Độ lớn của lực có giá trị cực đại Fmscđ = n.N n : Hệ số ma sát nghỉ
+ Hướng: Ngược hướng với gia tốc của hệ quy chiếu
+ Độ lớn: Fqt = ma với a là độ lớn gia tốc của hệ quy chiếu quán tính so với mặtđất
II/ Các định luật Niu Tơn
1/ Định luật I Niu - Tơn:
Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của những lực cânbằng nhau thì vật sẽ đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều
2/ Định luật II Niu - Tơn:
Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng đã gây ra nó, có độ lớn tỷ lệ thuậnvới độ lớn của lực và tỷ lệ nghịch với khối lượng của vật
Trang 6hay F m a
m
F
a
3/ Định luật III Niu – Tơn:
Nếu vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực, hailực này là trực đối Nghĩa là cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều
III/ Phương pháp giải bài tập Vật lý: 4 bước
Bước 1: Tóm tắt đầu bài, đổi đơn vị, vẽ hình (nếu có)
Bước 2: Phân tích đầu bài tìm cách giải
Bước 3: Thực hiện giải
Bước 4: Biện luận và đáp số
IV/ Phương pháp giải bài tập phần Động lực học chất điểm:
Phương pháp động lực học là phương pháp khảo sát chuyển động cơ của các vật dựatrên cơ sở các định luật Niu-ton Phương pháp động lực học bao gồm các bước cơ bảnsau :
Bước 1: Chọn hệ quy chiếu
Đa số các bài toán khảo sát chuyển động của vật trên một đường thẳng hoặc trong mộtmặt phẳng xác định Khi đó ta chọn hệ trục toạ độ có một trục song song với chuyểnđộng của vật hoặc trong mặt phẳng chuyển động của vật; cũng nên chọn một trục toạ
độ song song với nhiều lực tác dụng
Bước 2: Biểu diễn các lực tác dụng lên vật
-Các lực tác dụng do các trường lực gây ra như trường hấp dẫn, điện trường, từtrường…
-Các lực tác dụng do liên kết giữa các vật: Lực căng, lực đàn hồi…
-Các lực tác dụng khi vật chuyển động trên một mặt: Lực ma sát, phản lực pháptuyến…
Bước 3: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn cho hợp lực tác dụng lên vật
a m F
hay
m
F
a (Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật)
Bước 4: Chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số và tính đại lượng yêu cầu
V/ Việc chia dạng bài tập:
Các bài tập về động lực học chất điểm có thể chia thành hai dạng chính:
Dạng 1: Bài toán một vật: có ba trường hợp:
B/ THỰC HIỆN ÁP DỤNG TRONG CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN.
1- Dự đoán một vật sẽ thuộc loại chuyển động nào:
Căn cứ: dựa vào quan hệ giữa vectơ vận tốc ban đầu v0 và vectơ gia tốc a (trong phầnnày ta chỉ xét vật chuyển động có gia tốc không đổi hoặc có độ lớn không đổi) Có cáctrường hợp sau:
+ v0 = 0 ↔ vật đứng yên
+ v0 = 0 và a 0 ↔ vật chuyển động thẳng nhanh dần đều
Trang 7+ v0 0 và a = 0 ↔ vật chuyển động thẳng đều.
+ v0 0 và a 0: Nếu v0 a ↔ vật chuyển động thẳng nhanh dần đều
Nếu v0 a ↔ vật chuyển động thẳng chậm dần đều
+ v0 0 và a 0: Nếu v0, a 0 hoặc 1800 ↔ vật chuyển động parabol Nếu v a ↔ vật chuyển động tròn đều
2- Việc chọn hệ quy chiếu có các lưu ý sau:
+ Nếu chọn hệ quy chiếu quán tính: Các lực tác dụng vào vật là lực tương tác giữa vật
ấy với các vật khác
+ Nếu chọn hệ quy chiếu phi quán tính: Các lực tác dụng vào vật gồm lực tương tácgiữa vật ấy với các vật khác và lực quán tính
+ Khi chọn hệ quy chiếu gồm hai trục vuông góc với nhau thì hình chiếu của mộ vectơ
là vectơ thành phần trong phép cộng vectơ
+ Hệ quy chiếu thuận lợi nhất cho việc giải các bài tập gồm hai trục vuông góc vớinhau, một trục cùng phương với vectơ gia tốc, trục kia vuông góc với vectơ gia tốc củavật ta xét
3- Khi giải bài toán có lực ma sát nghỉ:
Chuyển bài toán về tính lực ma sát nghỉ Fmsn và phản áp lực N gây ra lực ma sát nghỉ
đó Nếu lực ma sát nghỉ chỉ có một chiều thì dùng Fmsn ≤ n.N
Nếu lực ma sát nghỉ có thể có hai chiều ngược nhau thì giải bài toán với mộtchiều cụ thể của lực ma sát nghỉ đó rồi dùng Fmsn ≤ n.N
CHƯƠNG 2 BÀI TẬP VẬN DỤNG Dạng 1: Bài toán áp dụng định luật II Newton
Phương pháp giải:
Bước 1: Chọn hệ quy chiếu
Bước 2: Biểu diễn các lực tác dụng lên vật
Bước 3: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn
Bước 4: Chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số và tính đại lượng yêu cầu
Bài 1 Một vật nhỏ khối lượng m chuyển động theo trục Ox (trên một mặt ngang),
dưới tác dụng của lực F nằm ngang có độ lớn không đổi Xác định gia tốc chuyểnđộng của vật trong hai trường hợp :
thẳng đứng hướng lên trên
Phương trình định luật II Niu-tơn dưới
x
Trang 8F F
Bài 2 Một vật nhỏ khối lượng m chuyển động theo trục Ox trên mặt phẳng nằm ngang
dưới tác dụng của lực kéo F theo hướng hợp với Ox góc 0 Hệ số ma sát trượttrên mặt ngang bằng t.Xác định gia tốc chuyển động của vật
thẳng đứng hướng lên trên
Phương trình định luật II Niu-tơn dưới
dạng véc tơ:
F+ Fms+ P+N = m a (1)
Chiếu (1) lên Ox : ma = F2 - Fms
ma = Fcos - Fms (2)Chiếu (1) lên Oy : 0 = F1 + N – P
N = P - Fsin (3)
Từ (2) và (3) ta có :
ma = Fcos - t (mg - Fsin ) = F(cos +tsin ) - t mg
* Lưu ý :1 Tìm gia tốc a từ các dữ kiện động học
3 Khi hệ có ròng rọc : đầu dây luồn qua ròng rọc động đi đoạn đường s thìtrục ròng rọc đi đoạn đường s/2, độ lớn các vận tốc và gia tốc cũng theo tỉ lệ đó
Trang 94 Nếu hệ có 2 vật đặt lên nhau, khi có ma sát trượt thì khảo sát chuyển độngcủa từng vật ( vẫn dùng công thức a =
m
F
F k c
)
5 Nếu hệ có 2 vật đặt lên nhau, khi có ma sát nghỉ thì hệ có thể xem là 1 vật
Bài 1 : Hai vật A và B có thể trượt trên mặt bàn nằm ngang và được nối với nhau bằng
dây không dẫn, khối lượng không đáng kể Khối lượng 2 vật là mA = 2kg, mB = 1kg, tatác dụng vào vật A một lực F = 9N theo phương song song với mặt bàn Hệ số ma sátgiữa hai vật với mặt bàn là m = 0,2 Lấy g = 10m/s2 Hãy tính gia tốc chuyển động
1
2 1
s / m 1 1
2
10 ).
1 2 ( 2 , 0 9 m
m
g ).
m m (
Bài 2 :Hai vật cùng khối lượng m = 1kg được nối với nhau bằng sợi dây không dẫn và
khối lượng không đáng kể Một trong 2 vật chịu tác động của lực kéo F hợp vớiphương ngang góc a = 300 Hai vật có thể trượt trên mặt bàn nằm ngang góc a = 300
Hệ số ma sát giữa vật và bàn là 0,268 Biết rằng dây chỉ chịu được lực căng lớn nhất là
10 N Tính lực kéo lớn nhất để dây không đứt Lấy 3 = 1,732
Bài giải:
Trang 10Chiếu xuống Ox ta có: F.cos 300 T1 F1ms = m1a1
Chiếu xuống Oy : Fsin 300 P1 + N1 = 0
0 0
t 2
) 30 sin 30
1 268 , 0 2 3
10 2 30
sin 30
Bài giải:
Trang 11Khi thả vật A sẽ đi xuống và B sẽ đi lên do mA > mB và
A
B
400 600
400 600 g m
Bài 4: Ba vật có cùng khối lượng m = 200g được nối với nhau bằng dây nối không dãn
như hình vẽ Hệ số ma sát trượt gjữa vật và mặt bàn là = 0,2 Lấy g = 10m/s2 Tínhgia tốc khi hệ chuyển động
4
2
m s 3
2
1 1
ma F
T
ma F
T T
ma T
mg
Vì
a a a
a
' T T
T
T T
T
3 2
1
4 3
T
ma F
T T
ma T
mg
ms '
ms '
mg
ma 3 F 2
2
s / m 2 10 3
2 , 0 2 1 g 3
2
1
a