Nội dung

Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển SƠ LƢỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I. THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN : 1. Họ và tên : LÊ QUỐC VIỆT 2. Ngày tháng năm sinh : 3. Nam, nữ : Nam 4. Địa chỉ : Ấp 2a – xã Xuân Hưng, huyện Xuân Lộc, tỉnh Đồng Nai 5. Điện thoại : 6. Fax : 7. E-mail : Thoisao_notnhactinhdoi@yahoo.com 8. Chức vụ : Giáo viên 9. Đơn vị công tác : Trường THPT Xuân Hưng 13 - 01 - 1984 0983949030 II. TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO : - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cử nhân - Năm nhận bằng : 2007 - Chuyên ngành đào tạo : Vật Lí III. KINH NGHIỆM KHOA HỌC : - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm : Giảng dạy Vật lí. - Số năm có kinh nghiệm : 04 năm - Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây : o Chuyển động của vật và hệ vật trên mặt phẳng nghiêng. o Phương pháp động lực học và năng lượng khi giải bài toán cổ điển -1- Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG THPT XUÂN HƯNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Xuân Hưng, ngày 05 tháng05 năm2012 PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học : 2011 – 2012 Tên sáng kiến kinh nghiệm : “PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN CƠ HỌC CỔ ĐIỂN” Họ và tên tác giả : LÊ QUỐC VIỆT. Đơn vị (Tổ) : Tổ Vật lí - CN Lĩnh vực : Giảng dạy Quản lý giáo dục Phương pháp dạy học bộ môn : Vật lí Phương pháp giáo dục : Lĩnh vực khác : 1. Tính mới: - Có giải pháp hoàn toàn mới : - Có giải pháp cải tiến, đổi mới từ giải pháp đã có 2. Hiệu quả: - Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng trong toàn ngành có hiệu quả cao - Hoàn toàn mới và đã triển khai áp dụng tại đơn vị có hiệu quả cao Có tính cải tiến hoặc đổi mới từ những giải pháp đã có và đã triển khai áp dụng tại đơn vị có hiệu quả 3. Khả năng áp dụng: - Cung cấp được các luận cứ khoa học cho việc hoạch định đường lối, chính sách : Tốt Khá Đạt Đưa ra các giải pháp khuyến nghị có khả năng ứng dụng thực tiễn, dễ thực hiện và dễ đi vào cuộc sống : Tốt Khá Đạt Đã được áp dụng trong thực tế đạt hiệu quả hoặc có khả năng áp dụng đạt hiệu quả trong phạm vi rộng : Tốt Khá Đạt XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN -2- THỦ TRƢỞNG ĐƠN VI Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI TRƯỜNG THPT XUÂN HƯNG   SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM VẬT LÍ 1O PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN CƠ HỌC CỔ ĐIỂN GV: Lê Quốc Việt Tại sao? (Newton) Năm học 2011 - 2012 -3- Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển “PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN CƠ HỌC CỔ ĐIỂN” I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Hiện nay các giáo viên cũng như các em học sinh đều hướng tới chương trình môn vật lí 12 đơn giản vì nó giúp ích cho các kì thi của các em. Tuy nhiên theo tôi khi các em học tới chương trình 12, muốn nắm bắt tốt hơn nưa vấn đề thì chúng ta không được quên rằng nền tảng cơ bản đó là các bài toán cơ học cổ điển mà trọng tâm là các bài toán ở chương trình lớp 10. Với bài toán cơ học ở dạng cơ bản thuần túy đại đa số học sinh đều hiểu bài, say mê trong việc giải các bài tập ở lớp, tuy nhiên nếu gặp một số vấn đề khó hơn một chút như việc giải một số bài tập thực tế đòi hỏi khả năng suy luận tìm lời giải phân tích lực hay tổng hợp lực dù đơn giản nhưng đại đa số học sinh thường bị động và gặp khó khăn trong việc thực hiện lời giải. Năm trước tôi cũng đã đưa ra một số phương pháp giải bài toán phần động lực học và được các thầy cô trong tổ bộ môn áp dụng có hiệu quả rõ rệt hơn, đặc biệt với đối tượng học sinh cơ bản. Năm nay mặc dù tôi không được phân công giảng dạy lớp 10 nhưng với yêu cầu của học sinh và quý thầy cô. Đó là lí do mà năm nay tôi tiếp tục hoàn thiện đề tài của mình hơn, bổ sung phần động học nhằm đưa ra một tài liệu cơ bản đơn giản giúp các em dễ vận dụng trong việc giải bài tập. Trên cơ sở đó vận dụng chỉnh sửa làm tài liệu dạy các tiết tăng cho các em học sinh. Hơn thế nữa bài toán động học và động lực học là một dạng cơ bản và rất quan trọng không thể thiếu trong hành trình học vật lí phổ thông xuyên suốt của các em kể cả sau này. Với mục đích nhằm giúp các em học sinh nắm vững phương pháp, yên tâm hơn trong việc học tập và làm bài trong các kì thi của các em một cách nhìn tổng quát hơn cụ thể hơn về các dạng bài tập, áp dụng một cách linh hoạt các bài toán cơ học, tôi đưa ra đề tài: “PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN CƠ HỌC CỔ ĐIỂN”. II. THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ: Bài toán cơ học cổ điển thường đơn giản song đòi hỏi học sinh phải hiểu rõ bản chất vấn đề rồi từ đó đưa ra phương pháp giải, cụ thể hóa cho từng bài tập. Đặc biệt với phần chuyển động thẳng biển đổi đều, chuyển động của vật hay hệ vật trên đường thẳng, mặt phẳng nghiêng, trên đoạn đường cong hay qua ròng rọc là dạng bài toán cơ bản nhưng khó, đòi hỏi học sinh phải có, suy luận tư duy sáng tạo. Trong khi đó đại đa số học sinh chỉ học lí thuyết suông các bài tập thuần túy thì làm được, song nếu gặp bài toán khó các em thấy bế tắc trong việc tìm phương pháp giải. Việc nắm vững và vận dụng giải các dạng bài tập theo yêu cầucủa chương trình là một vấn đề khó khăn đối với học sinh cơ bản. Không phải học sinh nào cũng dễ dàng thực hiện được. Để giải quyết được vấn đề đó học sinh phải biết tổng hợp kiến thức giữa các phần với nhau, từ đó vận dụng các công thức cơ bản của chuyển động đặc biệt là định luật II Newton một cách tổng quát để giải quyết bài toán một cách tổng quát nhất. Với đề tài này tôi hy vọng các em có thể nắm vững hơn đặc biệt là các em học sinh khá cũng như trung bình nhanh chóng nắm bắt vấn đề, vận dụng một cách thiết thực vào cuộc sống. -4- Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển Mặc dù năm học 2011-2012 tôi không được phân công giảng dạy các em học sinh khối 10 nhưng tôi vẫn mạnh dạn hoàn thiện hơn đề tài này nhằm giúp các em tiến bộ hơn. Với chuyên đề này phạm vi áp dụng được cho tất cả các mức độ học lực của học sinh. Đặc biệt đạt hiệu quả tương đối cao cho đối tượng là học sinh trung bình khá. III. NỘI DUNG ĐỀ TÀI: 1. Vận tốc trung bình: A. Phƣơng pháp: S t v t  v 2 t 2  v3t 3 ... vtb  1 1 t1  t 2  t 3 ...  Dùng công thức : vtb   Dùng công thức: B. Bài tập mẫu: 1. Một xe chạy trong 6 giời, 2 giời đầu xe chạy với vận tốc 60km/h, 4 giờ sau xe chạy với vận tốc 45km/h. Tính vận tốc trung bình của xe trong quá trình chuyển động. Hƣớng dẫn vtb  v1t1  v2 t 2  50km / h t1  t 2 2. Trên một nửa quãng đường, một ô tô chuyển động với vận tốc 54km/h. Nửa quãng đường còn lại ô tô chuyển động với vận tốc 60km/h. Tính vận tốc trung bình của ô tô trên cả quãng đường. Hƣớng dẫn vtb  2. s s s  2v1 2v 2  2v1v 2  54,55km / h v1  v 2 Tìm quãng đường, vận tốc, gia tốc và thời gian A. Phƣơng pháp:  Chọn hệ quy chiếu (gốc tọa độ và gốc thời gian)  Các công thức vận dụng: 1 2  vt  v0  at  s  v0 t  at 2 (1) (2)  vt2  v02  2as (3) Đề bài cho thời gian áp dụng công thức (1) và (2). Nếu không cho thời gian áp dụng công thức (3) A. Bài tập mẫu: 1.Một đoàn tàu đang chạy với vận tốc 72km/h thì đột ngột hãm phanh và sau 5giây thì dừng lại. -5- Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển a. Hãy tìm gia tốc của đoàn tàu b. Tính quãng đường đi được cho tới khi dừng lại. Hƣớng dẫn a. Gia tốc của đoàn tàu, vận dụng công thức thứ (2): a  v0  4m / s t b. Vận dụng công thức thứ (3) ta có: s = 50m 2. Một đoàn tàu đang chuyển động với vận tốc 36km/h thì xuống dốc và chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 0,1m/s2. Khi đến chân dốc đạt vận tốc 72km/h. a. Tính thời gian tàu chuyển động trên dốc b. Tính chiều dài con dốc Hƣớng dẫn a. Ta có: vt  v0  at => t = 100s b. Vận dụng công thức thứ (3) ta có: s = 1500m 3. Viết phương trình chuyển động, tìm vị trí hai chất điểm gặp nhau. A. Phƣơng pháp:  Chọn hệ quy chiếu (gốc tọa độ và gốc thời gian).  Viết phương trình chuyển động.  Khi hai chất điểm gặp nhau thì áp dụng x1  x2  kết quả  Các công thức vận dụng: 1 2  vt  v0  at  s  v0 t  at 2  vt2  v02  2as B. Bài tập mẫu: 1. Người thứ nhất khởi hành từ A có vận tốc ban đầu là 18 km/h và lên dốc chậm dần đều với gia tốc là 20 cm/s2. người thứ hai khởi hành tại B với vận tốc ban đầu là 5,4 km/h và xuống dốc nhanh dần đều với gia tốc là 0,2 m/s 2. biết khoảng cách AB dài 130m. a. Thiết lập phương trình chuyển động của xe thứ nhất b. Thiết lập phương trình chuyển động của xe thứ 2 c. Sau thời gian bao lâu thì hai xe gặp nhau d. Tìm vị trí hai xe gặp nhau (quãng đường mỗi xe đi được) Hƣớng dẫn Viết phương trình chuển động vị trí và thời điểm hai chất điểm gặp nhau viết phương trình chuyển động, khi hai chất điểm gặp nhau thì: x1 = x2 => t 1 2 1 b. x2  x02  v02t  a2 t 2  130  1,5t  0,1t 2 (m) 2 c. x1  x2  t  20(s) a. x1  xo1  v01t  a1t 2  5  0,1t 2 (m) d. x1  60m, x2  70m -6- Trường THPT Xuân Hưng 4. Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển Sự rơi tự do. A. Phƣơng pháp:  Chọn hệ quy chiếu (gốc tọa độ là vị trí vật rơi, chiều dương hướng xuống, a=g). 1 2  Các công thức áp dụng: v  gt , h  gt 2 , v 2  2 gh 1 2  Nếu vật có vận tốc đầu: v  v0  gt , s  v0 t  gt 2 , v 2  v02  2 gh B. Bài tập mẫu: 1. Một vật được thả từ độ cao 10 m, hãy tính a. Vận tốc lúc tiếp đất b. Lúc vật ở độ cao 5 m thì có vận tốc là bao nhiêu ? c. Tìm vị trí để vật có vận tốc là 2m/s2 cho g =10m/s2 Hƣớng dẫn a. áp dụng công thức v  2 gh = 10 2 m/s b. lúc vật ở độ cao 5m thì vận tốc của vật là: v  2 gh 1  10m / s c. Vị trí vật có vận tốc là 2m/s là: v 2  2 gh' =>h’= 1 v2 = =0,447m 2g 5 vậy ta có ở độ cao h-h’=9,55m vật có vận tốc là 2m/s 5. Vật chuyển động trên đoạn đường nằm ngang A. Phƣơng pháp:  Chọn trục ox theo phương ngang trùng hướng chuyển động của vật.  Xét các lực tác dụng lên vật  N  Trọng lực P   F F ms k  Phản lực N  x 0  Lực ma sát Fms    Ngoại lực F P  Áp dụng định luật II Newton :       Fk  P  N  Fms  ma (1)  F  ma  Chiếu (1) lên phương vuông góc với ox  N P0 N  P  Chiếu (1) lên trục ox ta có: Fk  Fms ( Fms  N ) m F  0 ta có:  a  k m  Fk  Fms  ma  a   Nếu Fms  Nếu vật chuyển động thẳng đều hoặc đứng yên: o a0 o Fms  Fk  N  P Chú ý:  N vuông góc với mặt phẳng ngang hướng từ dưới lên -7- Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển  P vuông góc với mặt phẳng ngang hướng từ trên xuống  Fms song song với mặt phẳng ngang ngược chiều chuyển động  Fk trùng với hướng chuyển động. B. Bài tập mẫu: 1. Một ô tô có khối lượng 2000kg, bắt đầu chuyển động với gia tốc 0,5m/s 2. Hệ số ma sát là 0,02. Tính lực phát động. lấy g = 10m/s2.  Hƣớng dẫn: N Chọn chiều chuyển động trùng với ox   Fms Fk Các lực tác dụng lên ô tô như hình vẽ: 0  Áp dụng định luật II Newton :       Fk  P  N  Fms  ma (1)  F  ma x  P  Chiếu (1) lên phương vuông góc với ox  N P0 N  P  Chiếu (1) lên trục ox ta có:  Fk  Fms  ma  Fk  ma  Fms  ma  P  F k  ma  mg  m(a  g )  1400 N 2. Một người có khối lượng 60kg đang đứng trên thang máy. Tính lực ép của người lên thang máy trong 2 trường hợp: a. thang máy lên đề b. thang máy lên với gia tốc 0,25m/s2. lấy g =10 m/s2 Hƣớng dẫn: Chọn trục tọa độ theo phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên. Lực tác dụng lên người gồm có trọng lực của người và phản lực của sàn thang máy: F  ma  Áp dụng định luật II Newton :      P  N  ma (1) Chiếu (1) lên phương thẳng đứng Ta có: N  P  ma  N  P  ma a. Trường hợp thang máy lên đều thì a = 0 N=P =mg =600N. b. Trường thang máy lên với gia tốc 0,25 m/s2 ta có: N  P  ma  1025N 3. Một sợi dây thép có thể giữ yên được những vật có khối lượng lên tới 450kg. Dùng dây thép đó để kéo một vật có khối lượng 400kg lên cao. Hỏi gia tốc lớn nhất mà vật có thể làm dây không bị đức là bao nhiêu? Cho g =10 m/s 2 Hƣớng dẫn: Sức căng lớn nhất có thể giữ được khi vật đứng yên là: Tmã  P  mg  4500 N Khi kéo vật 400kg lên cao với gia tốc a thì khi đó ta có: F  ma  Áp dụng định luật II Newton :     P  T  ma (1) Chọn chiều dương hướng lên ta có: -8-  Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển (1)  P  T  ma  T  ma  P  T  m(a  g ) Để dây không bị đứt thì: T  Tmax  m(a  g )  Tmax a 6. Tmax  mg 2  a  1,25 m/s m Vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng: A. Phƣơng pháp:  Chọn hệ trục oxy phù hợp  Xét các lực tác dụng lên vật  Trọng lực P  Phản lực N   Lực ma sát Fms   Ngoại lực F (phân tích lực nếu cần)  Áp dụng định luật II Newton :       Fk  P  N  Fms  ma  N  Fms h  y  P ( x F  ma  Chiếu phương trình lên trục oy ta có:   P cos   N  0  N  P cos  => Fms  P cos   Chiếu phương trình lên trục ox ta có:  Fk  P sin   Fms  ma  F  P sin   P cos   ma F  mg (sin    cos  ) m  Nếu không có ngoại lực => a  g (sin    cos  ) a  g sin   Nếu không có ma sát a  Nếu vật chuyển động lên làm tương tự ta có: F  mg (sin    cos  ) m  Nếu không có ngoại lực => a  g (sin    cos  ) a  g sin   Nếu không có ma sát  a Chú ý:  N vuông góc với mặt phẳng nghiêng  P theo phương thẳng đứng  Chiều của lực ma sát ngược chiều chuyển động  Hai trục ox và oy sử dụng là trục song song với mặt phẳng nghiêng và vuông góc với mặt phẳng nghiêng B. Bài tập mẫu: 1. Một vật trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng dài 10m cao 5m, hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là 0,1. a. Tính gia tốc của vật. b. Sau bao lâu vật đến chân dốc?  y N c. Vận tốc ở chân dốc.  Fms -9h  x Trường THPT Xuân Hưng Phương pháp giải bài toán cơ học cổ điển Hƣớng dẫn: a. Tìm gia tốc của vật. o Chọn hệ trục oxy như hình vẽ. vật chịu tác dụng của trọng lực P và phản lực N và lực ma sát Fms . o Áp dụng định luật II Newton ta có: P + N + Fms = ma (1) o Chiếu phương trình lên hệ trục tọa độ oxy Ta có: ox: P sin   0  Fms  ma (2) oy:  Pcos  N  0 => N = Pcos mà Fms =  N =  Pcos thế vào (2) ta có: P sin    Pcos  ma mgsin   Pcos  ma h 5 1 => a  g (sin  cos ) mà sin        30o s 10 2 3 cos  ,   0,1, g  9,8m / s 2 2 a  9,8( Vậy: 1 3  1,1 )  4,05m / s 2 2 2 b. Tìm vận tốc ở chân dốc. Tìm thời gian 1 2s 2.10 s  at 2  t    2,22( s) 2 a 4,05 c. Tìm vận tốc ở chân dốc. Ta có: v = a.t = 4,05.2,22 = 8,99(m/s2) 7. Hệ vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng.  N1 A. Phƣơng pháp:  Chú ý: Fms  Xét từng vật riêng biệt.  Phân tích các lực tác dụng lên vật )  Áp dụng định luật II Newton cho từng vật Fms   N   P cos  .  T m 1 P1 B. Bài tập mẫu: Hệ hai vật như hình vẽ. m1 = 6kg, m2 =5kg. Hệ số ma sát  =0,3 - 10 - m2