Đang tải... (xem toàn văn)
vật lý 10 - chuyên đề phương pháp động lực học có giải cực hay tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án,...
CHUYÊN Đ V PHƯƠNG PHP ĐNG LC HC I.Mc tiêu. 1. L gii đ hc sinh nm vng v pht biu đng cc đnh lut Niu-ton. 2. L gii đ hc sinh vit đng v gii thch đng phương trnh cơ bn ca đng lc hc Niu-ton. m F a Fam 3.Hưng dn hc sinh cch xc đnh đy đ cc lc tc dng lên mt vt hay mt h vt. 4.Nu phi xt mt h vt th cn phân bit ngoi lc v ni lc. 5. Sau khi vit đưc phương trnh Niu-ton đi vi vt hoc h vt dưi dng vc tơ, hc sinh cn chn nhng phương php thch hp đ chiu cc phương trnh vc tơ lên cc phương đ. 6. Sau cng hưng dn hc sinh tm ra cc kt qu ca bi ton bng cch gii phương trnh hay h phương trnh đi s đ thu đưc. 7. Đi vi cc chuyn đng trn đu cn hưng dn cho hc sinh cch xc đnh lc hưng tâm. II. Ni dung phương php đng lc hc. Phương php đng lc hc l phương php kho st chuyn đng cơ ca cc vt da trên cơ s cc đnh lut Niu-ton. Phương php đng lc hc bao gm cc bưc cơ bn sau : 1. Xc đnh đy đ cc lc tc dng lên vt hoc h vt. Vi mi lc xc đnh cn ch r đim đt, phương, chiu, đ ln. 2. Cc lc tc dng lên vt thưng l : - Cc lc tc dng do cc trưng lc gây ra như trưng hp dn, đin trưng, t trưng… - Cc lc tc dng do liên kt gia cc vt: Lc căng, lc đn hi… - Cc lc tc dng khi vt chuyn đng trên mt mt: Lc ma st, phn lc php tuyn… 3. Chn h trc to đ lm h quy chiu đ kho st chuyn đng. Đa s cc bi ton kho st chuyn đng ca vt trên mt đưng thng hoc trong mt mt phng xc đnh. Khi đ ta chn h trc to đ c mt trc song song vi chuyn đng ca vt hoc trong mt phng chuyn đng ca vt; cng nên chn mt trc to đ song song vi nhiu lc tc dng. 4. Bưc cơ bn tip theo l vit phương trnh Niu-ton cho vt hoc h vt (dng vc tơ). Vt 1 Fam (tng cc lc tc dng lên vt) H vt : 222 111 Fam Fam 5. Tip theo l chiu cc phương trnh vc tơ trên lên cc trc to đ đ chn. 6. Kho st cc phương trnh chuyn đng theo tng phương ca tng trc to đ. Lưu : Đi vi mt h nhiu vt ngưi ta phân bit: a) Ni lc l nhng lc tương tc gia cc vt trong h b) Ngoi lc l cc lc do cc vt bên ngoi h tc dng lên cc vt trong h III. CC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN. Dạng 1: Bài ton p dng định luật II Newton Bài 1. Mt vt nhỏ khi lưng m chuyn đng theo trc Ox (trên mt mt ngang), dưi tc dng ca lc F nm ngang c đ ln không đi. Xc đnh gia tc chuyn đng ca vt trong hai trưng hp : a) Không có ma sát. b) H s ma st trưt trên mt ngang bng t Giải Cc lc tc dng lên vt: Lc ko F , lc ma st ms F , trng lc P , phn lc N Chn h trc ta đ: Ox nm ngang, Oy thng đứng hưng lên trên. Phương trnh đnh lut II Niu-tơn dưi dng vc tơ: F + ms F + P + N = m. a (1) Chiu (1) lên trc Ox: F – F ms = ma (2) Chiu (1) lên trc Oy: -P + N = 0 (3) N = P và F ms = t .N Vy: +gia tc a ca vt khi c ma st l: m gmF m FF a tms +gia tc a ca vt khi không c ma st l: m F a Bài 2. Mt vt nhỏ khi lưng m chuyn đng theo trc Ox trên mt phng nm ngang dưi tc dng ca lc ko F theo hưng hp vi Ox gc 0 . H s ma st trưt trên mt ngang bng t .Xc đnh gia tc chuyn đng ca vt. Giải Cc lc tc dng lên vt: Lc ko 21 FFF ,lc ma st ms F , trng lc P , phn lc N Chn h trc ta đ: Ox nm ngang, Oy thng đứng hưng lên trên. Phương trnh đnh lut II Niu-tơn dưi dng vc tơ: F + ms F + P + N = m. a (1) Chiu (1) lên Ox : ma = F 2 - F ms ma = F cos - F ms (2) Chiu (1) lên Oy : 0 = F 1 + N – P N = P - F sin (3) T (2) v (3) ta c : ma = F cos - t (mg - F sin ) = F( cos + sin t ) - mg t Vy : g m F a tt sincos Dạng 2: Dùng phương php hệ vật - Xc đnh đưc F k , l lc ko cng chiu chuyn đng ( nu c lc F xiên th dng php chiu đ xc đnh thnh phn tip tuyn F x = Fcos N F P ms F a O y x N F ms F a O y x P 1 F 2 F - Xc đnh đưc F c , l lc cn ngưc chiu chuyn đng - Gia tc ca h : a = m FF ck ; k F tng cc lc ko , c F tng cc lc cn , m khi lưng cc vt trong h. * Lưu :1. Tm gia tc a t cc d kin đng hc 2. Đ tm ni lc , vn dng a = m FF ck ; F k tng cc lc ko tc dng lên vt , F c tng cc lc cn tc dng lên vt 3. Khi h c rng rc : đu dây lun qua rng rc đng đi đon đưng s th trc rng rc đi đon đưng s/2, đ ln cc vn tc v gia tc cng theo t l đ. 4. Nu h c 2 vt đt lên nhau, khi c ma st trưt th kho st chuyn đng ca tng vt ( vn dng công thức a = m FF ck ) 5. Nu h c 2 vt đt lên nhau, khi c ma st ngh th h c th xem l 1 vt Bài 1 :Hai vt A v B c th trưt trên mt bn nm ngang v đưc ni vi nhau bng dây không dn, khi lưng không đng k. Khi lưng 2 vt l m A = 2kg, m B = 1kg, ta tc dng vo vt A mt lc F = 9N theo phương song song vi mt bn. H s ma st gia hai vt vi mt bn l m = 0,2. Ly g = 10m/s 2 . Hy tnh gia tc chuyn đng. Bài giải: Đi vi vt A ta có: 11ms1111 amFTFNP Chiu xung Ox ta c: F T 1 F 1ms = m 1 a 1 Chiu xung Oy ta đưc: m 1 g + N 1 = 0 Vi F 1ms = kN 1 = km 1 g F T 1 k m 1 g = m 1 a 1 (1) * Đi vi vt B: 22ms2222 amFTFNP Chiu xung Ox ta c: T 2 F 2ms = m 2 a 2 Chiu xung Oy ta đưc: m 2 g + N 2 = 0 Vi F 2ms = k N 2 = k m 2 g T 2 k m 2 g = m 2 a 2 (2) Vì T 1 = T 2 = T và a 1 = a 2 = a nên: F - T k m 1 g = m 1 a (3) T k m 2 g = m 2 a (4) Cng (3) v (4) ta đưc F k(m 1 + m 2 )g = (m 1 + m 2 )a 2 21 21 s/m1 12 10).12(2,09 mm g).mm(F a Bài 2 :Hai vt cng khi lưng m = 1kg đưc ni vi nhau bng si dây không dn v khi lưng không đng k. Mt trong 2 vt chu tc đng ca lc ko F hp vi phương ngang gc a = 30 0 . Hai vt c th trưt trên mt bn nm ngang gc a = 30 0 H s ma st gia vt v bn l 0,268. Bit rng dây ch chu đưc lc căng ln nht l 10 N. Tnh lc ko ln nht đ dây không đứt. Ly 3 = 1,732. Bài giải: Vt 1 c : 11ms1111 amFTFNP Chiu xung Ox ta c: F.cos 30 0 T 1 F 1ms = m 1 a 1 Chiu xung Oy : Fsin 30 0 P 1 + N 1 = 0 Và F 1ms = k N 1 = k(mg Fsin 30 0 ) F.cos 30 0 T 1 k(mg Fsin 30 0 ) = m 1 a 1 (1) Vt 2: 22ms2222 amFTFNP Chiu xung Ox ta c: T F 2ms = m 2 a 2 Chiu xung Oy : P 2 + N 2 = 0 Mà F 2ms = k N 2 = km 2 g T 2 k m 2 g = m 2 a 2 Hơn na v m 1 = m 2 = m; T 1 = T 2 = T ; a 1 = a 2 = a F.cos 30 0 T k(mg Fsin 30 0 ) = ma (3) T kmg = ma (4) T (3) v (4) ·m 00 t 2 )30sin30(cosT T 20 2 1 268,0 2 3 10.2 30sin30cos T2 F 00 ·m Vy F max = 20 N Bài 3 :Hai vt A v B c khi lưng ln lưt l m A = 600g, m B = 400g đưc ni vi nhau bng si dây nhẹ không dn v vt qua rng rc c đnh như hnh vẽ. Bỏ qua khi lưng ca rng rc v lc ma st gia dây vi rng rc. Ly g = 10m/s 2 . Tnh gia tc chuyn đng ca mi vt. Bài giải: Khi th vt A sẽ đi xung v B sẽ đi lên do m A > m B và T A = T B = T a A = a B = a Đi vi vt A: m A g T = m A .a Đi vi vt B: m B g + T = m B .a * (m A m B ).g = (m A + m B ).a 2 B A BA s/m210. 400600 400600 g. mm mm a* Bài 4: Ba vt c cng khi lưng m = 200g đưc ni vi nhau bng dây ni không dn như hnh vẽ. H s ma st trưt gja vt v mt bn l = 0,2. Ly g = 10m/s 2 . Tính gia tc khi h chuyn đng. Bài giải: Chn chiu như hnh vẽ. Ta c: aMPTTNPFTTNPF 11222ms234333 Do vy khi chiu lên cc h trc ta c: 3ms4 2ms32 11 maFT maFTT maTmg Vì aaaa 'TTT TTT 321 43 21 maFT maFTT maTmg ms ' ms ' ma3mg2mg ma3F2mg ms 2 s/m210. 3 2,0.21 g. 3 21 a Dạng 3 : Mặt phẳng nghiêng * Mt phng nghiêng không c ma st, gia tc ca chuyn đng l a = gsin * Mt phng nghiêng c ma st: - Vt trưt xung theo mt phng nghiêng, gia tc ca chuyn đng l a = g(sin - cos ) - Vt trưt lên theo mt phng nghiêng, gia tc ca chuyn đng l a = -g(sin + cos ) - Vt nm yên hoc chuyn đng thng đu : điu kin tan < t , t l h s ma st trưt - Vt trưt xung đưc nu: mgsin > F msn/max = μ n mgcos hay tan > μ n Bài 1: Mt xe trưt không vn tc đu t đnh mt phng nghiêng gc = 300. H s ma st trưt l = 0,3464. Chiu di mt phng nghiêng l l = 1m. ly g = 10m/s 2 và 3 = 1,732 Tnh gia tc chuyn đng ca vt. Bài giải: Cc lc tc dng vo vt: 1) Trng lc P 2) Lc ma st ms F 3) Phn lc N ca mt phng nghiêng 4) Hp lc amFNPF ms Chiu lên trc Oy: Pcox + N = 0 N = mg cox (1) Chiu lên trc Ox : Psin F ms = max mgsin N = max (2) t (1) v (2) mgsin mg cox = max ax = g(sin cox) = 10(1/2 0,3464. 3 /2) = 2 m/s 2 Bài 2 :Cn tc dng lên vt m trên mt phng nghiêng gc mt lc F bng bao nhiêu đ vt nm yên, h s ma st gia vt v mt phng nghiêng l k , khi bit vt c xu hưng trưt xung. Bài giải: Chn h trc Oxy như hnh vẽ. Áp dng đnh lut II Newtơn ta c : 0FNPF ms Chiu phương trnh lên trc Oy: N Pcox Fsin = 0 N = Pcox + F sin F ms = kN = k(mgcox + F sin) Chiu phương trnh lên trc Ox : Psin F cox F ms = 0 F cox = Psin F ms = mg sin kmg cox kF sin ktg1 )ktg(mg sinkcos )kcox(sinmg F Bài 3 :Xem h cơ liên kt như hnh vẽ m 1 = 3kg; m 2 = 1kg; h s ma st gia vt v mt phng nghiêng l = 0,1 ; = 300; g = 10 m/s 2 Tính sức căng ca dây? Bài giải: Gi thit m 1 trưt xung mt phng nghiêng v m 2 đi lên, lc đ h lc c chiu như hnh vẽ. Vt chuyn đng nhanh dn đu nên vi chiu dương đ chn, nu ta tnh đưc a > 0 th chiu chuyn đng đ gi thit l đng. Đi vi vt 1: 11ms11 amFTNP Chiu h xOy ta c: m 1 gsin T N = ma m 1 g cox + N = 0 * m 1 gsin T m 1 g cox = ma (1) Đi vi vt 2: 2222 amTP m 2 g + T = m 2 a (2) Cng (1) v (2) m 1 gsin m 1 g cox = (m 1 + m 2 )a )s/m(6,0 4 10.1 2 3 3.1,0 2 1 .10.3 mm gmcosmsingm a 2 21 211 V a > 0, vy chiu chuyn đng đ chn l đng * T = m 2 (g + a) = 1(10 + 0,6) = 10,6 N Dạng 4 : Bài tập về lc hướng tâm Bài 1:Mt bn nm ngang quay trn đu vi chu kỳ T = 2s. Trên bn đt mt vt cch trc quay R = 2,4cm. H s ma st gia vt v bn ti thiu bng bao nhiêu đ vt không trưt trên mt bn. Ly g = 10 m/s 2 và 2 = 10 Bài giải: Khi vt không trưt th vt chu tc dng ca 3 lc: nghØF;N,P ms Trong đ: 0NP Lc đ vt chuyn đng trn đu nên ms F l lc hưng tâm: )2(mg.F )1(RmwF ms 2 ms g Rw g.Rw 2 2 Vi w = 2/T = .rad/s 25,0 10 25,0. 2 Vy min = 0,25 Bài 2 :Mt l xo c đ cứng K, chiu di t nhiên l 0 , 1 đu gi c đnh A, đu kia gn vo qu cu khi lưng m c th trưt không ma st trên thanh () nm ngang. Thanh () quay đu vi vn tc gc w xung quanh trc (A) thng đứng. Tnh đ dn ca l xo khi l 0 = 20 cm; w = 20rad/s; m = 10 g ; k = 200 N/m Bài giải: Cc lc tc dng vo qu cu dh F;N;P 2 o 2 o 22 o 2 mwK lmw l lmwmwKl llmwlK vi k > mw 2 m05,0 20.01,0200 2,0.20.01,0 l 2 2 Bài 3 :Vng xic l mt vnh trn bn knh R = 8m, nm trong mt phng thng đứng. Mt ngưi đi xe đp trên vng xic ny, khi lưng c xe v ngưi l 80 kg. Ly g = 9,8m/s 2 tnh lc p ca xe lên vng xic ti đim cao nht vi vn tc ti đim ny l v = 10 m/s. Bài giải: Cc lc tc dng lên xe đim cao nht l N;P Khi chiu lên trc hưng tâm ta đưc N2168,9 8 10 80g R v mN R mv NP 22 2 Dạng 5: Lc đàn hồi * Lc đn hi xut hin khi vt b bin dng , c xu hưng chng li nguyên nhân gây ra bin dng(dng đ xc đnh bn cht ca lc) * Biu thức : F = - k. l , du tr ch lc đn hi luôn ngưc vi chiu bin dng , đ ln F = k. l * Đ dn ca l xo khi vt cân bng trên mt phng nghiêng gc so vi mt phng ngang l : 0 l = mgsin /k ; khi treo thng đứng th sin = 1 * Ghép lò xo : - Ghép song song : k s = k 1 + k 2 +…+ k n - Ghp ni tip : nnt kkkk 1 111 21 * T 1 l xo ct thnh nhiu phn : k 1 l 1 = k 2 l 2 = … = k n l n = k 0 l 0 * Con lc quay : + To nên mt nn c nửa gc đnh là , khi htđh FFP + Nu l xo nm ngang th htđh FF . + Vn tc quay (vng/s) N = cos2 1 l g + Vn tc quay ti thiu đ con lc tch ri khỏi trc quay N l g 2 1 hình 1 Bài 1 :Hai l xo: l xo mt di thêm 2 cm khi treo vt m 1 = 2kg, lò xo 2 dài thêm 3 cm khi treo vt m 2 = 1,5kg. Tm tỷ s k 1 /k 2 . Bài giải: Khi gn vt l xo di thêm đon l. Ở v tr cân bng mglKPF 0 Vi l xo 1: k 1 l 1 = m 1 g (1) Vi l xo 1: k 2 l 2 = m 2 g (2) Lp tỷ s (1), (2) ta đưc 2 2 3 5,1 2 l l . m m K K 1 2 2 1 2 1 [...]... lượng không đáng kể, độ cứng lần lượt là k1 = 100 N/m, k2 = 150 N/m, có cùng độ dài tự nhiên L0 = 20 cm được treo thẳng đứng như hình vẽ Đầu dưới 2 lò xo nối với một vật khối lượng m = 1kg Lấy g = 10m/s2 Tính chiều dài lò xo khi vật cân bằng Bài giải: Khi cân bằng: F1 + F2 = Với F1 = K1l; F2 = K21 nên (K1 + K2) l = P P 1 .10 0,04 (m) K 1 K 2 250 Vậy chiều dài của... K1l; F2 = K21 nên (K1 + K2) l = P P 1 .10 0,04 (m) K 1 K 2 250 Vậy chiều dài của lò xo là: L = l0 + l = 20 + 4 = 24 (cm) l Bài 3 :Tìm độ cứng của lò xo ghép theo cách sau: Bài giải: Hướng và chiều như hình vẽ: Khi kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn x thì : Độ dãn lò xo 1 là x, độ nén lò xo 2 là x Tác dụng vào vật gồm 2 lực đàn hồi F1 ; F . (3) ta c : ma = F cos - t (mg - F sin ) = F( cos + sin t ) - mg t Vy : g m F a tt sincos Dạng 2: Dùng phương php hệ vật - Xc đnh đưc F k , l. gii phương trnh hay h phương trnh đi s đ thu đưc. 7. Đi vi cc chuyn đng trn đu cn hưng dn cho hc sinh cch xc đnh lc hưng tâm. II. Ni dung phương php đng lc hc. Phương. 5. Sau khi vit đưc phương trnh Niu-ton đi vi vt hoc h vt dưi dng vc tơ, hc sinh cn chn nhng phương php thch hp đ chiu cc phương trnh vc tơ lên cc phương đ. 6. Sau cng