Đang tải... (xem toàn văn)
sáng kiến kinh nghiệm ôn học sinh giỏi hay,giúp ích cho ôn luyện học sinh giỏi phần động lực học chất điểm.sáng kiến này có nhiều bài tập vận dụng hay và lý thú.các nài tập từ dễ đến khó,có cả hướng dẫn chi tiết các bước,giúp học sinh nắm vững kiến thức
I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Lý khách quan: Vật lý môn khoa học chương trình giáo dục phổ thông, hệ thống giáo dục phổ thông nước ta Học tập tốt môn vật lý giúp người nói chung học sinh nói riêng có kỹ tư sáng tạo, làm cho người linh hoạt hơn, động sống công việc Vì học môn vật lý không dừng lại mức hình thành kỹ giải vấn đề mà có nhu cầu phát triển cao giải tập có tính phức tạp, tính tổng hợp cao môn Vật lý Bộ môn vật lý phân phối theo chương trình đồng tâm Lớp 10 11 học để chuẩn bị cho lớp 12, nên nhiệm vụ vật lý lớp 10 tạo cho học sinh tạo cho học sinh kỹ học tập theo đặc trưng môn Vật lý lớp 10 có vai trò quan trọng nhất, có toàn cách tiếp cận môn, cách vận dụng kiến thức phát triển tư vật lý cho học sinh Trong môn Vật lý lớp 10 THPT, phần Động lực học chất điểm có tác dụng tốt, giúp học sinh phát triển tư Phần thể rõ thao tác tư vật lý từ trực quan sinh động đến tư trừu tượng, từ tư trừu tượng đến thực tiễn khách quan như: - Phân tích tượng huy động kiến thức có liên quan để đưa kết nội dung đề cập - Sử dụng kiến thức toán học có liên quan để thực tính toán đơn giản suy luận tiếp nội dung mà yêu cầu - Sử dụng kiến thức thực tế để suy luận, để biện luận kết toán (Xác nhận hay nêu điều kiện để toán có kết quả) Trong thi học sinh giỏi Vật lý cấp tỉnh,cấp Quốc gia tổ chức hàng năm,phần tập Động lực học chất điểm thiếu đề thi, giúp đánh giá khả vận dụng kiến thức học sinh Lý chủ quan: Vấn đề đặt là: Làm để học sinh có kỹ giải tập vật lý nói chung, tập động lực học chất điểm nói riêng cách lôgíc, chặt chẽ, đặc biệt làm để qua việc rèn luyện kỹ giải tập động lực học chất điểm nội dung cụ thể giúp học sinh phát triển tư Trong năm giảng dạy môn Vật lý bậc trung học phổ thông, nhận thấy: Ở phần kiến thức có yêu cầu cao vận dụng kiến thức học vào giải tập Vì phần người giáo viên cần đưa phương án hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức cách tối ưu để học sinh nhanh chóng tiếp thu vận dụng dễ dàng vào giải tập cụ thể: Theo nhận thức cá nhân tôi, việc hướng dẫn học sinh ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi, cần phải thực số nội dung sau: - Phân loại tập phần theo hướng dạng - Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức thứ tự thao tác cần thực - Hình thành cho học sinh cách trình bày giải đặc trưng phần kiến thức Nhằm giúp học sinh có hứng thú, say mê học vật lý vận dụng vào giải tập có tính phức tạp với yêu cầu cao giúp học sinh phát triển lực tối đa ,nên tìm tòi đưa đề tài: “ Phương pháp ôn học sinh giỏi phần động lực học chất điểm” II THỰC TRẠNG: Thực trạng vấn đề cần giải quyết: Kiến thức Vật lý đa dạng,phong phú,việc vận dụng kiến thức Vật lý vào giải tập đòi hỏi người học phải có hiểu biết cụ thể,chính xác,đặc biệt tập nâng cao cần thêm niềm đam mê tìm tòi,dành thời gian công sức nghiên cứu tìm hiểu Các dạng tập phần Động lực học chất điểm có nội dung,cấu trúc đa dạng,phong phú,đặc biệt đề thi học sinh giỏi Vật lý năm,các tập phần đòi hỏi tư cao từ học sinh Trong năm gần số lượng học sinh trường THPT Lộc Bình tham gia thi học sinh giỏi cấp Tỉnh môn Vật lý không nhiều, giải đạt không cao số lượng chất lượng,một phần khối lượng kiến thức ôn nhiều,đa phần kiến thức khó,nâng cao, học sinh chưa có nhiều thời gian đầu tư vào việc nghiên cứu,tìm tòi kiến thức,chưa có phương pháp ôn luyện phù hợp Cơ sở khoa học đề xuất sáng kiến Học tập tốt môn vật lý giúp người nói chung học sinh nói riêng có kỹ tư sáng tạo, làm cho người linh hoạt hơn, động sống công việc Vì học môn vật lý không dừng lại mức hình thành kỹ giải vấn đề mà có nhu cầu phát triển cao giải tập có tính phức tạp, tính tổng hợp cao môn Vật lý Trong môn Vật lý lớp 10 THPT, phần Động lực học chất điểm có tác dụng tốt,không giúp học sinh phát triển tư duy,mà giúp vận dụng vào thực tiễn sống sau Chính , vừa học hỏi kinh nghiệm từ đồng nghiệp,vừa tự dành thời gian nghiên cứu,tôi mạnh dạn đưa đề tài nhằm giúp học sinh hứng thú khám phá chân trời kiến thức,tiếp thu dễ dàng,linh hoạt ,sáng tạo kiến thức khó III NỘI DUNG Củng cố kiến thức chương “Động lực học chất điểm” 1.1 Vị trí vai trò chương “Động lực học chất điểm” Chương “ động lực học chất điểm” chương thứ hai chương trình học lớp 10 nâng cao nghiên cứu mối quan hệ biến đổi trạng thái chuyển động vật nguyên nhân làm biến đổi trạng thái chuyển động Cụ thể, chương nghiên cứu : - Mối quan hệ gia tốc chất điểm, hệ chất điểm với lực tác dụng lên - Các phương trình động lực học rút áp dụng vật có kích thước nhỏ - chất điểm 1.2 Kiến thức bản: a) Các khái niệm bản: * Chất điểm: vật thể mà kích thước bỏ qua nghiên cứu Các trường hợp mà vật coi chất điểm: - Kích thước vật nhỏ so với chiều dài quỹ đạo vật xác định vị trí vật quỹ đạo - Vật rắn chuyển động tịnh tiến: Mọi điểm vật có quỹ đạo giống nên cần xác định chuyển động điểm vật * Hệ quy chiếu: Là công cụ giúp nghiên cứu chuyển động vật - Hệ quy chiếu gồm: Hệ tọa độ (thường dùng hệ tọa độ Đềcác vuông góc) gắn với vật làm mốc mốc thời gian, đồng hồ - Có hai trường hợp sử dụng hệ quy chiếu: + Hệ quy chiếu quán tính: Trong Vật lý lớp 10 hệ quy chiếu đứng yên chuyển động thẳng so với mặt đất + Hệ quy chiếu phi quán tính: Trong Vật lý lớp 10 hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động có gia tốc không đổi mặt đất * Lực: - Lực đại lượng đặc trưng cho tác dụng vật vào vật khác, kết làm thay đổi chuyển động vật làm cho vật bị biến dạng - Lực có ba đặc trưng: + Điểm đặt: Là vị trí tác dụng tương tác + Hướng lực: Là hướng tác dụng tương tác gồm phương chiều + Độ lớn lực: Là mức độ mạnh yếu tương tác - Biểu diễn lực: Bằng vectơ + Gốc vectơ biểu diễn điểm đặt lực + Hướng vectơ biểu diễn hướng lực, đường thẳng mang vectơ lực giá lực + Chiều dài vectơ biểu diễn độ lớn lực theo tỷ lệ xích quy ước * Tổng hợp phân tích lực: a/ Tổng hợp lực thay nhiều lực tác dụng đồng thời vào vật lực có tác dụng giống hệt tác dụng toàn lực Lực thay gọi hợp lực, lực thay gọi lực thành phần F = F1 + F2 - Quy tắc: Cộng vectơ Trong vật lý thường dùng quy tắc hình bình hành: Hợp lực hai lực đồng quy biểu diễn đường chéo (kẻ từ điểm đồng quy) hình bình hành mà hai cạnh vectơ biểu diễn hai lực thành phần b/ Phân tích lực thay lực hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời gây hiệu giống hệt lực - Quy tắc: Quy tắc hình bình hành Để phân tích lực thành hai lực cần phải biết phương tác dụng hai lực Nếu phương tác dụng hai lực thành phần vuông góc với lực thành phần hình chiếu hợp lực phương * Các lực học: - Lực hấp dẫn: Là lực hút hai vật Đặc điểm lực hấp dẫn hai chất điểm: + Điểm đặt: Ở chất điểm xét + Phương: trùng đường thẳng nối hai chất điểm + Chiều: biểu diễn lực hút + Độ lớn: Fhd = G m1m2 r2 Với G = 6,67 Nm2/kg2 - Trọng lực: lực hút trái đất tác dụng lên vật Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở trọng tâm vật + Phương thẳng đứng + Chiều từ xuống + Độ lớn: P = mg g: gia tốc rơi tự (gia tốc trọng trường) - Lực đàn hồi: Là lực xuất vật vật đàn hồi bị biến dạng Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực đàn hồi + Hướng: Ngược với hướng biến dạng (hướng biến dạng hướng chuyển động tương đối đầu so với đầu kia) + Độ lớn: Fđh = k ∆l ∆l = l – l0: độ biến dạng lò xo - Lực căng dây: Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực căng dây + Hướng: Phương trùng với dây Chiều hướng phần dây - Lực đàn hồi mặt bị ép Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực đàn hồi + Hướng: Phương vuông góc với bề mặt vật Chiều ngược với chiều áp lực gây lực đàn hồi - Lực ma sát: Là lực xuất vật chuyển động có xu hướng chuyển động mặt vật khác Có ba trường hợp: • Lực ma sát trượt: xuất mặt tiếp xúc vật trượt mặt vật khác: Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực ma sát + Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc + Chiều: ngược chiều chuyển động tương đối vật so với vật + Độ lớn: Fms = µt.N µt: hệ số ma sát trượt • Lực ma sát lăn: xuất vật lăn mặt vật khác Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực ma sát + Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc + Chiều: ngược chiều chuyển động tương đối vật so với vật + Độ lớn: Fms = µl.N µl: hệ số ma sát lăn Chú ý: Hệ số ma sát lăn µl nhỏ hệ số ma sát trượt µt hàng chục lần • Lực ma sát nghỉ: xuất vật có xu hướng chuyển động mặt vật khác Lực ma sát nghỉ xuất để cân với ngoại lực khác tác dụng vào vật Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực ma sát + Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc + Chiều: ngược chiều với xu hướng chuyển động tương đối vật so với vật + Độ lớn: Cân với ngoại lực khác tác dụng lên vật Bằng độ lớn hợp lực ngoại lực khác tác dụng lên vật Độ lớn lực có giá trị cực đại Fmscđ = µn.N µn : Hệ số ma sát nghỉ Fms ≤ µn.N Nên viết : Giá trị hệ số ma sát nghỉ µn lớn hệ số ma sát trượt µt cặp mặt tiếp xúc - Lực quán tính: xuất dùng hệ quy chiếu phi quán tính Đặc điểm + Điểm đặt: Ở vật ta xét + Hướng: Ngược hướng với gia tốc hệ quy chiếu + Độ lớn: Fqt = ma với a độ lớn gia tốc hệ quy chiếu quán tính so với mặt đất - Khái niệm “ quán tính” giúp cho việc giải số toán học trở nên đơn giản (chẳng hạn toán tăng giảm trọng lượng lớp 10, toán dao động lắc đơn hệ quy chiếu có gia tốc lớp 12…) - Khái niệm “ lực quán tính” cách lập luận nhằm áp dụng định luật Niu-Tơn hệ quy chiếu phi quán tính b) Các định luật Niu Tơn - Định luật I Niu - Tơn: Nếu vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực cân vật đứng yên chuyển động thẳng - Định luật II Niu - Tơn: Gia tốc vật hướng với lực tác dụng gây nó, có độ lớn tỷ lệ thuận với độ lớn lực tỷ lệ nghịch với khối lượng vật a= F hay F = m.a m - Định luật III Niu – Tơn: Nếu vật A tác dụng lên vật B lực vật B tác dụng trở lại vật A lực, hai lực trực đối Nghĩa giá, độ lớn ngược chiều Đưa phương pháp giải tập Vật lý: a) Phương pháp giải tập Vật lý: bước Bước 1: Tóm tắt đầu bài, đổi đơn vị, vẽ hình (nếu có) Bước 2: Phân tích đầu tìm cách giải Bước 3: Thực giải Bước 4: Biện luận đáp số b) Phương pháp giải tập phần Động lực học chất điểm: Khi hướng dẫn học sinh giải tập nên đưa angorit cách vận dụng linh hoạt tập cụ thể Đối với tập phần động lực học có phương pháp chung: Bước 1: Chọn hệ quy chiếu Bước 2: Biểu diễn 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 tính đại lượng yêu cầu Việc chọn hệ quy chiếu thực cho toán giải thuận lợi Đồng thời định đến lực tác dụng vào vật quỹ đạo vật, chọn hệ quy chiếu quán tính phi quán tính c) Việc chia dạng tập: Các tập động lực học chất điểm chia thành hai dạng chính: Dạng 1: Bài toán vật: có ba trường hợp: + Một vật chuyển động thẳng + Một vật chuyển động parabol (chuyển động vật bị ném) + Một vật chuyển động tròn Dạng 2: Bài toán hệ vật: Để hướng dẫn học sinh sử dụng phương pháp động lực học vào giải toán động lực học chất điểm cần nêu thao tác hợp lý cho trường hợp cụ thể Sau cách sử dụng cá nhân trình rèn luyện cho học sinh kỹ giải toán động lực học chất điểm Thực áp dụng toán: 3.1 Lưu ý chung: a) Dự đoán vật thuộc loại chuyển động nào: Căn cứ: dựa vào quan hệ vectơ vận tốc ban đầu v vectơ gia tốc a (trong phần ta xét vật chuyển động có gia tốc không đổi có độ lớn không đổi) Có trường hợp sau: + v0 = ↔ vật đứng yên + v0 = a ≠ ↔ vật chuyển động thẳng nhanh dần + v0 ≠ a = ↔ vật chuyển động thẳng + v0 ≠ a ≠ 0: Nếu v ↑↑ a ↔ vật chuyển động thẳng nhanh dần Nếu v ↑↓ a ↔ vật chuyển động thẳng chậm dần ( ) + v0 ≠ a ≠ 0: Nếu v , a ≠ ≠ 1800 ↔ vật chuyển động parabol Nếu v ⊥ a ↔ vật chuyển động tròn b) Việc chọn hệ quy chiếu có lưu ý sau: + Nếu chọn hệ quy chiếu quán tính: Các lực tác dụng vào vật lực tương tác vật với vật khác + Nếu chọn hệ quy chiếu phi quán tính: Các lực tác dụng vào vật gồm lực tương tác vật với vật khác lực quán tính + Khi chọn hệ quy chiếu gồm hai trục vuông góc với hình chiếu mộ vectơ vectơ thành phần phép cộng vectơ 10 Trọng lực: P1 Phản áp lực: Lực ma sát: Fms1 Lực căng dây: T1 N1 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P1 + T1 + N1 + Fms1 = m1 a1 Chiếu lên Ox: T1 - Fms1 = m1a1 → T1 = Fms1 + m1a1 (1) Chiếu lên Qy: N - P1 = → N1 = P Fms1 = µ.N1 = µm1g Các lực tác dụng vào phiến nặng Trọng lực: P2 Phản áp lực: Lực ma sát: Fms Lực căng dây: T2 N2 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P2 + T2 + N + Fms = m2 a2 Chiếu lên Ox: Fms2 - T2 = m2a2 → T2 = Fms2 + m2a0 (2) Chiếu lên Qy: N – P = → N2 = P Fms2 = µ.N2 = µm2g Bỏ qua khối lượng dây: T1 = T2 m2 = 2m1 Từ (1) (2): µm1g + m1a1 = 2µm1g + 2m1a0 Chuyển động x = x0 + v0 t + thẳng biến đổi → a1 = µg + 2a0 đều: a.t 2 Đối với động cơ: x1 = x01 + v01.t + a1.t → x1 = A ( 2a0 + µg ).t 2 Đối với phiến nặng: x2 = x02 + v02 t + a2 t Thanh → x2 = l − a0 t Khi động va vào phiến nặng: x1 = x2 B Bi 33 → ( 2a0 + µg ).t = l − a0 t 2 2 →t = 2l 2l →t = 3a0 + µg 3a0 + µg Thay số: t = 2.18 = 2( s ) 3.2 + 0,3.10 Ví dụ 2: Cho hệ thống hình vẽ: Thanh dài có chiều dài l, có khối lượng m bi có khối lượng m 2, m1 > m2 Hòn bi trọc thủng lỗ trượt dọc theo sợi dây với lực ma sát Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây ma sát ròng rọc Ban đầu bi ngang đầu thanh, thả hai vật bắt đầu chuyển động với gia tốc không đổi sau t giây chuyển động bi ngang đầu Hãy xác định lực ma sát bi dây? Áp dụng số: m1 = 300g; m2 = 100g; l = 0,5m; t = 2,5s Giải Để giải toán cần hướng dẫn học sinh tư tìm phương pháp giải Giáo viên cần mô tả chi tiết diễn biến tượng để học sinh nắm được, sở phát huy khả huy động kiến thức, kỹ cần thiết cho việc giải tập Hướng dẫn học sinh trả lời câu hỏi sau: - Sau thả, dài chuyển động nào? Bi chuyển động thể nào? vị trí mà có x T1 A thể bi ngang đầu thanh? Giáo viên cần làm cho học sinh biết được: Thanh dài chuyển động tịnh Thanh tiến nên xét chuyển động chất điểm Do khối lượng lớn khối lượng bi nên chuyển động xuống dưới, bi trượt dây Nếu bi trượt dây nhanh chuyển động P1 B Fms Bi O P2 34 dây so với mặt đất bi chuyển động xuống, Nếu bi trượt dây chậm chuyển động dây so với mặt đất bi chuyển động lên bi trượt dây chuyển động dây so với mặt đất bi đứng yên Lưu ý: Lực tương tác bi dây lực ma sát, lực căng dây - Dùng biện pháp để xác định vị trí bi ngang đầu thanh? - Giải toán viết phương trình chuyển động toán hệ vật nào? Giáo viên định hướng học sinh dùng toán viết phương trình chuyển động kế hợp với toán hệ vật hướng dẫn học sinh thực kết hợp - Hệ quy chiếu toán viết phương trình chuyển động vật cần có yêu cầu nào? Trong nên chọn hệ quy chiếu nào? Lời giải cụ thể sau: Hệ quy chiếu: Tọa độ Ox: Phương thẳng đứng chiều từ lên Gốc tọa độ O: Tại vị trí ban đầu đầu Mốc thời gian: t0 = 0: thời điểm vật bắt đầu chuyển động Giáo viên hướng dẫn học sinh xác định thông số cần thiết cho việc giải toán viết phương trình chuyển động vật học phần Động học chất điểm Đồng thời tìm hiểu thông số biết, thông số chưa biết nêu cách xác định thông số chưa biết Đầu Bi Thời điểm ban đầu: t01 = t02 = Tọa độ ban đầu: x01 = l x02 = Vận tốc ban đầu: v01 = v02 = Gia tốc: a1 a2 Chuyển động thẳng biến đổi đều: x = x0 + v0 t + a.t 35 2 Đối với đầu thanh: x1 = x01 + v01.t + a1.t → x1 = l + a1.t 2 Đối với Bi: x2 = x02 + v02 t + a2 t → x2 = a2 t 2 Khi Bi ngang đầu thanh: x1 = x2 1 → l + a t = a t 2 2l + a t → a2 = t2 (1) Các lực tác dụng vào dài: Trọng lực: Lực căng dây: P1 T1 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P1 + T1 = m1 a1 Chiếu lên Ox: T1 – P1 = m1a1 → T1 = m1g + m1a1 (2) Các lực tác dụng vào Bi: Trọng lực: P2 Lực ma sát với dây: Fms Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P2 + Fms = m2 a2 Chiếu lên Ox: Fms - P2 = m2a2 → Fms = P2 + m2a2 (3) Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây ma sát ròng rọc: T1 = Fms2 Từ (2) (3): m1 g + m1a1 = m2 g + m2 → a1 = 2l + a1 t t2 m g.t + 2m l − m1g.t ( m1 − m ) t Thay vào (2): Fms = m1g + m1a1 → Fms = m1 g + m1 m2 g t + 2m2l − m1 g t ( m1 − m2 ) t → Fms = 2m1 m2 l ( m1 − m2 ) t 2.0,3.0,1.0,5 Thay số: → Fms = ( 0,3 − 0,1).2,5 = 0,024( N ) Ví dụ 3: Cho hệ vật hình vẽ vật có khối lượng m; m 1; m2 Vật m chuyển động mặt phẳng ngang Dây không dãn, bỏ qua khối lượng 36 ròng rọc, dây ma sát ròng rọc, ma sát vật m với mặt phẳng ngang sức cản không khí, gia tốc trọng trường g Hãy tính gia tốc vật m1? m A B m1 m2 Giải Đây toán hệ vật Hướng dẫn học sinh giải toán theo bước giải mô tả Tuy nhiên, giáo viên cần hướng dẫn để học sinh mô tả chi tiết diễn biến tượng, sở phát huy khả huy động kiến thức, kỹ cần thiết cho việc giải tập Hướng dẫn học sinh trả lời câu hỏi sau: - Sau thả, vác vật chuyển động nào, phương chiều chuyển động vật?Dây không dãn gia tốc m1 m2 có đặc điểm gì? Giáo viên cần làm cho học sinh biết được: Vật m mặt phẳng ngang ma sát với mặt phẳng ngang không đáng kể nên chuyển động từ trái sang phải hình vẽ Còn m1 m2 chuyển động theo phương thẳng đứng, gia tốc m m2 so với ròng rọc B có độ lớn ngược chiều, so với mặt đất điều ròng rọc B xuống nên vật xuống xuống nhanh hơn, vật lên lên chậm lại xuống chậm Để nghiên cứu chuyển động vật m nên dùng hệ quy chiếu quán tính, vật m m2 nên dùng hệ quy chiếu phi quán tính gắn với ròng rọc B Như nêu cho học sinh cách sử dụng đồng thời hai loại hệ quy chiếu quán tính phi quán tính 37 - Nêu điểm khác sử dụng hệ quy chiếu quán tính phi quán tính? - Để tính gia tốc m mặt đất cần phải sử dụng thêm công thức cộng gia tốc tương tự công thức cộng vân tốc: a1,3 = a1, + a2,3 - Giải toán hệ vật nào? Lời giải cụ thể N m sau A Hệ quy chiếu: O Đối với vật m: Tọa P độ Ox gắn với mặt đất Phương x ngang, B chiều từ trái sang phải O1 hình vẽ T1 Đối với vật m1 Fq1 m2: Tọa độ O1x1 gắn với T2 Fq m1 ròng rọc B Phương m2 thẳng P1 đứng, chiều từ xuống P2 x1 Các lực tác dụng vào vật m: Trọng lực: Lực căng dây: P Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma Chiếu lên Ox: T = ma T → P + T = ma (1) Các lực tác dụng vào vật m1: Vật m1 vật m2 xét hệ quy chiếu gắn với ròng rọc B chuyển động với gia tốc vật m, hệ quy chiếu phi quán tính Trọng lực: P1 Lực căng dây: T1 Lực quán tính: Fq1 38 → P1 + T1 + Fq1 = m1 a1 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma Chiếu lên O1x1: P1 - Fq1 – T1 = m1a1 (2) Các lực tác dụng vào vật m1: Trọng lực: P2 Lực căng dây: Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma Chiếu lên O1x1: P2 - Fq2 – T2 = m2a2 Lực quán tính: Fq T2 → P2 + T2 + Fq = m2 a2 (3) Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây, ma sát ròng rọc: T1 = T2 T = T1 + T2 Dây không dãn: Gia tốc ròng rọc B a a2 = - a1 (a1 a2 gia tốc vật m1 m2 so với ròng rọc B) Nên Fq1 = m1a; Fq2 = m2a Từ (1); (2); (3): →a = m1g + m2g - m1a – m2a – ma = (m1 – m2).a1 ( m − m ) a − m1 g − m g m1 + m + m Từ (2); (3): m1g - m2g - m1a + m2a = (m1 + m2).a1 → m1g − m g + ( m − m ) → a1 = m( m1 − m2 ) g 4m1m2 + m( m1 + m2 ) ( m1 − m ) a − ( m + m ) g m1 + m + m = ( m1 + m ) a 4m m g a = 4m m + m( m + m ) 2 Áp dụng công thức cộng gia tốc: a1 / đ = a1 / B + a B / đ → a1/đ = a1/B + aB/đ → a1 / đ = 4m1m2 + m( m1 − m2 ) g 4m1m2 + m( m1 + m2 ) 4m1m2 + m( m1 − m2 ) Đáp số: 4m m + m( m + m ) g 2 • CÁC BÀI TẬP TƯƠNG TỰ: BÀI :Hai vật A B trượt mặt bàn nằm ngang nối với dây không dẫn, khối lượng không đáng kể Khối lượng vật m A = 39 2kg, mB = 1kg, ta tác dụng vào vật A lực F = 9N theo phương song song với mặt bàn Hệ số ma sát hai vật với mặt bàn m = 0,2 Lấy g = 10m/s Hãy tính gia tốc chuyển động Bài giải: → → → → → → P1 + N + F + T1 + F1ms = m a Đối với vật A ta có: Chiếu xuống Ox ta có: F - T1 - F1ms = m1a1 Chiếu xuống Oy ta được: - m1g + N1 = Với F1ms = kN1 = km1g → * Đối với vật B: => F - T1 - k m1g = m1a1 (1) → → → → → P2 + N + F + T2 + F2 ms = m a Chiếu xuống Ox ta có: T2 - F2ms = m2a2 Chiếu xuống Oy ta được: - m2g + N2 = Với F2ms = kN2 = km2g => T2 - km2g = m2a2 (2) Vì T1 = T2 = T a1 = a2 = a nên: F - T - k m1g = m1a T - k m2g = m2a (3) (4) Cộng (3) (4) ta F - k(m1 + m2)g = (m1+ m2)a ⇒ a= F − µ(m + m ).g − 0,2(2 + 1).10 = = 1m / s m1 + m 2 +1 BÀI :Hai vật khối lượng m = 1kg nối với sợi dây không dẫn khối lượng không đáng kể Một vật chịu tác động lực 40 → kéo F hợp với phương ngang góc a = 30 Hai vật trượt mặt bàn nằm ngang góc a = 300 Hệ số ma sát vật bàn 0,268 Biết dây chịu lực căng lớn 10 N Tính lực kéo lớn để dây không đứt Lấy = 1,732 Bài giải: → → → → → → Vật có : P1 + N + F + T1 + F1ms = m a Chiếu xuống Ox ta có: F.cos 300 - T1 - F1ms = m1a1 : Fsin 300 - P1 + N1 = Chiếu xuống Oy Và F1ms = k N1 = k(m1g - Fsin 300) -> F.cos 300 - T1 - k(m1g - Fsin 300) = m1a1 → → → → → (1) → Vật 2: P2 + N + F + T2 + F2 ms = m a Chiếu xuống Ox ta có: T - F2ms = m2a2 Chiếu xuống Oy : - P + N2 = Mà F2ms = k N2 = km2g => T2 - k m2g = m2a2 Hơn m1 = m2 = m; T1 = T2 = T ; a1 = a2 = a -> F.cos 300 - T - k(mg - Fsin 300) = ma T - kmg = ma (3) (4) Từ (3) (4) 41 F (cos 30 + µ sin 30 ) ⇒ T= ≤ Tmax· => F≤ 2Tmax = cos 30 + µ sin 30 0 2.10 + 0,268 2 = 20 Vậy Fmax = 20 N BÀI 3: Ba vật có khối lượng m = 200g nối với dây nối không dãn hình vẽ Hệ số ma sát trượt gjữa vật mặt bàn µ = 0,2 Lấy g = 10m/s2 Tính gia tốc hệ chuyển động Bài giải: Chọn chiều hình vẽ Ta có: → → → → → → → → → → → → F3 + P3 + N + T4 + T3 + F2 ms + P2 + N + T2 + T1 + P1 = M a Do chiếu lên hệ trục ta có: mg − T1 = ma T2 − T3 − Fms = ma T − F = ma ms Vì 42 mg − T = ma ⇒ T − T ' − Fms = ma T3 = T4 = T ' ' a1 = a = a = a T − Fms = ma T1 = T2 = T ⇒ a= mg − Fms = 3ma ⇒ mg − 2µmg = 3ma − 2µ − 2.0,2 g = 10 = m / s 3 BÀI 4: Một xe trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng góc k = 300 Hệ số ma sát trượt µ = 0,3464 Chiều dài mặt phẳng nghiêng l = 1m lấy g = 10m/s2 = 1,732 Tính gia tốc chuyển động vật Bài giải: → → → Các lực tác dụng vào vật: Trọng lực P , Lực ma sát Fms , phản lực N mặt phẳng nghiêng Hợp lực → → → → → F = P + N + Fms = m a Chiếu lên trục Oy: - Pcosα + N = => N = mgcosα (1) Chiếu lên trục Ox : Psinα - Fms = m.ax => mgsinα – k.N = m.ax (2) từ (1) (2) mgsinα - mgkcosα = max => ax = g(sinα - kcoxα) = 10(1/2 - 0,3464 /2) = m/s2 43 IV KẾT QUẢ ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN: Thời gian áp dụng sáng kiến: Kế hoạch nghiên cứu thực năm học 2012 -2013 Nghiên cứu tài liệu có liên quan, tổng hợp, phân tích, lựa chọn tập , đưa cách phân dạng tập tối ưu cách hướng dẫn học sinh nắm phương pháp giải tập phần động lực học chất điểm Kiểm tra đánh giá hoàn thành đề tài dựa vào kết thi học sinh giỏi Vật lý 11 cấp Tỉnh tổ chức vào cuối tháng năm 2013 Phạm vi nghiên cứu: - Kiến thức: Động lực học chất điểm phương pháp vận dụng kiến thức việc giải tập phần - Kỹ năng: Vận dụng kiến thức, phương pháp tư môn phần để giải tập phần Động lực học chất điểm từ đơn giản đến phức tạp, đặc biệt trọng tập có tính chất nâng cao, vận dụng kiến thức cách tổng hợp, đáp ứng yêu cầu ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi 44 Đối tượng nghiên cứu: học sinh tham gia đội tuyển ôn học sinh giỏi Vật lý lớp 11 năm học 2012 – 2013 Kết thực đề tài: Sau vài năm áp dụng đề tài vào hướng dẫn học sinh giỏi ôn tập kiến thức giải tập vật lý phần động lực học chất điểm trường THPT Lộc Bình – Lạng Sơn, nhận thấy kỹ thực thao tác tư đặc trưng học tập vật lý học sinh nâng lên rõ rệt Tư vật lý học sinh nâng cao bước, việc kết hợp kiến thức toán học vào giải tập vật lý không khó khăn cho học sinh Thống kê kết triển khai đề tài: năm học 2012 – 2013,em Nông Thị Loan lớp 11A2 tham gia thi học sinh giỏi Vật lý 11 cấp Tỉnh,đạt giải khuyến khích,và phần tập động lực học chất điểm đề thi em làm hoàn chỉnh Hướng phát triển đề tài: + Đề tài tạo cho học sinh kỹ vận dụng kiến thức kỹ năng, thao tác cần thực có nhiệm vụ giải tập phần động lực học chất điểm lớp 10, chuẩn bị tốt cho học sinh học phần học chương trình vật lý lớp 12, phần kiến thức quan trọng sử dụng nhiều kỳ thi Với cách hướng dẫn cung cấp cho người học thao tác việc suy nghĩ, tư công việc cụ thể để giải nhiệm vụ toán phần Trong thời gian tới tiếp tục nghiên cứu để vận dụng cách hướng dẫn học sinh vào loại toán nâng cao, chuyên sâu, yêu cầu vận dụng kiến thức phức tạp,với nội dung kiến thức phong phú + Trên suy nghĩ cá nhân Vì kinh nghiệm nên vấn đề đưa nhiều mang tính chủ quan tránh khỏi sai sót, mong nhận giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp để xây dựng sáng kiến thiết thực Rất mong đánh giá, góp ý đồng nghiệp 45 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ VỀ SÁNG KIẾN (cần ghi rõ ĐT, SK đánh giá mức độ nào? triển khai cấp nào, triển khai từ thời gian nào? ký tên, đóng dấu) 46 47 [...]... các cách chọn tọa độ khác nhau Lời giải cụ thể của bài như sau: Sau khi bị ném vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực P Gia tốc của vật: a = P =g m Hệ quy chiếu: Tọa độ Oxy: Ox: phương ngang, chiều từ trái sang phải như hình vẽ Oy: phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên Gốc tọa độ O: tại vị trí ném vật Mốc thời gian: t = 0: lúc ném vật 19 v0 O x a P y Theo phương Ox: gia tốc của vật là ax = 0 → vật chuyển... tìm liên hệ giữa các lực và các gia tốc được phân tích hiện tượng, liên hệ giữa các chuyển động và cấu trúc của hệ đã cho Bài toán dạng này rất phong phú và nhiều trường hợp Trong phạm vi của sáng kiến kinh nghiệm này tôi nêu nên cách vận dụng để giải 30 những bài tập có tính phức tạp cao, giúp các học sinh khá, giỏi có điều kiện phát triển năng lực tư duy qua một vài ví dụ minh họa sau: Ví dụ 1: Trên