Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 1 - L DO CHN TI C hc l mt trong nhng phn hc khú ca chng trỡnh vt lớ PTTH. Trong phn ny cú nhiu bi toỏn hay trong giỳp phỏt trin mnh t duy hs, ni bt l nhng bi tp vn dng nh lut bo ton ng lng v nh lut bo ton c nng. Tuy nhiờn qua quỏ trỡnh ging dy tụi thy rng hs cũn gp nhiu khú khn khi vn dng hai nh lut ny nh: Xỏc nh h kho sỏt; xỏc nh cỏc lc tỏc dng lờn vt, h vt Vi nhng lớ do nờu trờn l nguyờn nhõn v ng lc thụi thỳc tụi lm ti vn dng nh lut bo ton ng lng v nh lut bo ton c nng vo gii bi tp vt lớ. MC TIấU Mc tiờu ca ti ny l gii quyt nhng khú khn m hs gp phi t ú phỏt trin kh nng t duy vt lớ ca hs, rốn k nng gii bi tp vt lớ tiờu biu l cỏc bi tp vn cỏc nh lut bo ton vo gii. LI CM N Tụi chõn thnh cm n cỏc ng nghip c bit l cỏc GV thuc t Toỏn Lớ trng THPT Bỡnh sn ó nhit tỡnh giỳp tụi hon thnh ti ny. Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 2 - NI DUNG A. VN DNG NH LUT BO TON NG LNG Khi dy bi tp phn ny tụi a ra cho hc sinh phỏp gii nh sau: Xỏc nh h kho sỏt Phõn tớch lc tỏc dng lờn h Xột xem cú th ỏp dng c nh lut bo ton ng lng khụng Xỏc nh cỏc giai on ca quỏ trỡnh kho sỏt Vit ng lng cho h vt mi giai on Vit phng trỡnh ca nh lut bo ton ng lng a phng trỡnh ca nh lut bo ton ng lng v dng i s t PT ny suy ra i lng cn tỡm. Tuy nhiờn hc sinh vn gp nhiu khú khn khi gii bi tp phn ny. Nhng khú khn m hs gp phi v cỏch gii quyt tụi s a ra trong cỏc bi toỏn c th ngay sau õy: Dng 1: Tng tỏc ca h vt cú cỏc vộc t vn tc cựng phng (cỏc vt ca h chuyn ng cựng phng). BI TON 1: nh lut bo ton ng lng trong cựng h qui chiu Baỡ tp 1: Hai xe goũng chuyn ng trờn cựng ng ray nm ngang. Xe th nht cú khi lng m 1 = 30T chuyn ng vi tc v 1 = 3m/s, ti va chm vi xe th hai cú khi lng m 2 = 20T chuyn ng ngc chiu vi xe th nht vi tc v 2 = 2m/s. Sau va cham hai xe dớnh vo nhau. Xỏc nh vn tc ca hai xe sau va chm? Li gii H kho sỏt l hai xe goũng õy l vn m hu ht hc sinh gp khú khn, cỏc em khụng xỏc nh c h kho sỏt l nhng vt no. Vn ny s c gii quyt nh sau: h m ta kho sỏt gm nhng vt m vn tc ca chỳng thay i do chỳng va chm vi nhau. Xỏc nh cỏc lc tỏc dng lờn h (hai xe goũng) õy cng l mt vn khú khn vi hs, gii phỏp tt nht gii quyt vn ny l GV yờu cu hs v hỡnh v tr li cỏc cõu hi: H chuyn ng õu? Cỏc vt trong h chu tỏc dng ca nhng lc no? Nhng lc no l ni lc, ngoi lc? Trong bi tp ny cỏc xe goũng chu tỏc dng ca trng lc, phn lc ca ng ray, lc ma sỏt ln rt nh c th hin trờn hỡnh 1. Xỏc nh h kho sỏt l h cụ lp Vn ny s c gii quyt nu hs tr li c cõu hi sau: Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 3 - Trc tng tỏc v ngay sau tng tỏc cỏc vt ca h chuyn ng th no, ni lc cú ln th no so vi ngoi lc? Trong bi tp ny trc v sau va chm hai xe chuyn ng u ta suy ra cỏc ngoi lc tỏc dng lờn h phi cõn bng nhau. vy h m ta kho sỏt l h cụ lp. Vit ng lng cho h vt mi giai on ng lng ca h trc va chm: 2211 vmvmp t ng lng ca h sau va chm: vmmp s )( 21 vn ny hc sinh thng nhm ln gia vộc t v vụ hng do ú GV cn nhn mnh cho hs ng lng l mt i lng vộc t. H ỡnh 1 H cụ lp ng lng ca h bo ton nờn ts pp vmmvmvm )( 212211 Chn chiu dng nh hỡnh v v gi thit sau va chm hai xe chuyn ng cựng chiu dng. vmmvmvm )( 212211 )( 21 2211 mm vmvm v Thay s vo ta c )/(1 smv Vy sau va chm hai xe chuyn ng vi tc 1m/s v theo hng ca xe goũng th nht. õy l trng hp thun li nhng hc hs s gp phi khú khn nu gi s sau va chm hai xe chuyn ng cựng chiu vi xe th hai. 1 v 2 v 1 N 1 p 2 N 2 p (+) Sau va chm Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 4 - Nu nh vy s thu c kt qu l )/(1 smv do ú GV cn phõn tớch cho hs hiu ti sao nh vy. kt qu õm chng t gi s ca ta l sai, ỳng ra sau va chm hai vt phi chuyn ng theo chiu ngc li vi chiu ta gi thit. Bi tp 2: Mụt khu sỳng i bỏc nm ngang khi lng m s = 1000kg, bn mt viờn n khi lng m d = 2,5kg. Vn tc viờn n khi ra khi nũng sỳng l v d = 600m/s. Tỡm vn tc ca sỳng? Bi ny tụi dựng luyn tp v hng dn cho hs T gii. Kt qu l hu ht hs gii c bi tp ny. BI TON 2: Tng tỏc trong h qui chiu khỏc nhau Cỏc bc gii bi tp loi ny nh bi toỏn 1. Nhng phi lm thờm mt thao tỏc l a cỏc vt v cựng h qui chiu õy l vn khú khn vi hs. Khú khn ny s c gii quyt trong tng dng bi tp c th sau õy: Bi tp 1: Mt tờn la cú khi lng tng cng M = 100T ang bay vi vn tc v o = 200m/s i vi trỏi t thỡ pht ra (tc thi) m = 20T khớ vi vn tc v = 500m/s i vi tờn la. Tớnh vn tc tờn la sau khi pht khớ trong hai trng hp: a) Pht ra phớa sau b) pht ra phớa trc Li gii H m ta kho sỏt l tờn la v khi khớ pht ra t tờn la Trc khi pht khớ tờn la chuyn ng vi tc khụng i nờn cỏc lc tỏc dng lờn h cõn bng nhau. Trong khong thi gian tng tỏc rt nh ( giai on pht khớ) ni lc (lc y gia khi khớ v tờn la) ln hn nhiu so vi ngoi lc (trng lc). Nh vy h ta kho sỏt l h cụ lp. ng lng ca h trc tng tỏc: ot vMp ng lng ca h sau tng tỏc: 21 )( vmvmMp s Khú khn m hc sinh gp phi phng trỡnh ny nm cỏc cõu hi sau: Ti sao h s ca 1 v li l (M m)? 2 v cú liờn quan gỡ n v ? Vỡ ng lng ca h c bo ton nờn st pp )1( ).( 21 o vMvmvmM Ta ch cú mt PT nhng cú hai n? Vy ta cn tỡm c mt PT na Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 5 - Bi cho vn tc v ca khi khớ i vi tờn la, cũn 2 v l vn tc ca tờn la i vi trỏi t (h qui chiu quỏn tớnh) iu ny gi ý cho ta nh n cụng thc cng vn tc: 23 1213 vvv n õy khú khn m hc sinh gp phi ó c gii quyt. Vn dng vo bi tp ny ta cú o vvv 2 thay vo PT (1) ta c: )2(.).().( 1 oo vMvvmvmM chn chiu dng trựng chiu chuyn ng ca tờn la (cựng chiu 1 v v o v ) a) Trng hp khớ pht ra phớa sau Chiu PT (2) lờn chiu dng ó chn ta c: oo MvvvmvmM )()( 1 m M mvvmM v o )( 1 Thay s )/(325 10).20100( 50010.20200.10).20100( 3 33 1 smv GV nhc hs i n v cỏc i lng v n v trong h SI. b) Trng hp khớ pht ra phớa trc Khớ pht ra phớa trc ngha l v cựng chiu dng. Chiu (2) lờn chiu dng ó chn ta c. oo MvvvmvmM )()( 1 )( )( 1 mM vvmMv v oo Thay s smv /75 1 Bi tp 2: (bi ny cho hs t gii) Mt ngi khi lng m 1 = 50kg nhy t mt chic xe cú khi lng m 2 = 80kg ang chuyn ng theo phng ngang vi vn tc v = 3m/s. Bit vn tc nhy i vi xe l v o = 3m/s. Tớnh vn tc ca xe sau khi ngi y nhy trong cỏc trng hp: a) Cựng chiu b) Ngc chiu Dng 2: Tng tỏc ca h vt cú cỏc vộc t vn tc khụng c ựng phng (cỏc vt ca h chuyn ng khụng cựng phng). Bi tp 1: Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 6 - Mt viờn n ang bay ngang, cỏch mt t 200m, vi vn tc 300m/s thỡ n v thnh hai mnh cú khi lng m 1 = 10kg v m 2 = 20kg. Mnh 1 bay lờn theo phng thng ng vi tc v 1 = 519m/s. Xỏc vn tc ca mnh 2 ngay sau khi n? Li gii H kho sỏt l viờn n v hai mnh n. Trong thi gian n n ni lc ln hn nhiu so vi ngoi lc nờn h ta kho sỏt l h cụ lp. ng lng ca viờn n trc khi n: vmmpp t )( 21 ng lng ca hai mnh n ngay sau khi n: 221121 vmvmppp s ng lg ca h bo ton nờn st pp 21 ppp n õy GV lu ý hs ng lng ca vt cựng hng vi vn tc ca vt. Trong bi tp ny vỡ lỳc u viờn n bay ngang, sau khi n mnh 1 bay lờn theo phng thng ng nờn vộc t ng lng ca mnh 1 vuụng gúc vi vộc t ng lng ca viờn n. s m kgp 1038951909000 22 2 M s m kg m p vvmp 4,519 20 10389 2 2 2222 p 2 p 1 p Quan sỏt hỡnh v ta thy 2 p l cnh huyn ca tam giỏc vuụng cú hai cnh gúc vuụng l 1 p v 2 p . 2 1 2 2 ppp Vi s m kgvmp 5190519.10 111 s m kgvmmp 9000300).2010()( 21 Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 7 - T hỡnh v ta cú o p p 3058,0 9000 5190 tan 1 Khú khn m hs gp phi khi gii bi tp thuc loi ny ú l cỏc em khụng biu din c cỏc vộc t ng lng trờn hỡnh v. Vỡ vy GV phi nhc cỏch tỡm vộc t tng theo qui tc hỡnh bỡnh hnh hoc qui tc cng vộc t theo hỡnh tam giỏc. Bi tp 2: Mt ht nhõn phúng x ban u ng yờn phõn ró thnh ba ht: ờlờctrụn, ht nhõn con v ntrụn. ng lng ca ờlờctrụn l p e = 12.10 -23 kg.m/s. ng lng ca ntrụn vuụng gúc vi ng lng ca ờlờtrụn v cú tr s p n = 9.10 -23 kg.m/s. Tỡm hng v tr s ng lng ca ht nhõn con? Bi ny cho hs t gii B. VN DNG NH LUT BO TON C NNG Khi dy phn ny tụi ó a ra cho hc sinh phng phỏp chung gii bi tp nh sau: Xỏc nh xem c nng ca vt hoc h vt cú bo ton khụng. Chn mc tớnh th nng Vit biu thc c nng ca vt ti cỏc v trớ cn kho sỏt p dng nh lut bo ton c nng t ú suy ra i lng cn tỡm Tuy ó a ra phng phỏp gii nh vy nhng gi bi tp hs cũn gp rt nhiu khú khn. Nhng khú khn ú s c tụi trỡnh by trong mt s bi tp sau: Bi tp 1: Xỏc nh xem c nng ca vt hoc h vt cú bo ton khụng. õy l vn khú vi hc sinh cho nờn GV phi a ra nhng cõu hi hng cỏc em n vn . V phõn tớch vn ny tht rừ rng vỡ nú l ca vo duy nht ca dng b tp ny. M t bỏn cu tõm o b ỏn k ớnh R t c nh trờn mt phng ngang. mt vt nh trt xung khụng vn tc u t nh A ca bỏn cu. B qua ma sỏt v lc cn. ca khụng khớ. Xỏc nh v trớ ti ú vt bt u ri khi bỏn cu. A M Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 8 - Trong bi tp ny vt nh chu tỏc dng ca trng lc v phn lc. Trong ú phn lc cú phng vuụng gúc vi mt tip xỳc (vuụng gúc vi phng chuyn ng ca vt) do ú cụng ca nú bng khụng. Nh vy ch cú trng lc tỏc dng lờn vt sinh cụng nờn c nng ca vt bo ton. Chn mc tớnh th nng Trong vn ny hc sinh thng nhm ln v cỏch chn mc tớnh th nng, cỏc em thng chn mc tớnh th nng l mt im. Nhng mc tớnh th nng phi c chn l mt phng m th nng ca vt ti mi im trờn ú u bng khụng. Trong bi ny mc tớnh th nng c chn ti mt phng ngang. Vit biu thc c nng cho vt ti cỏc v trớ kho sỏt PT (*) cú 2 n vy ta phi tỡm c mt phng trỡnh th 2. õy l mt vn khú m hu ht hs khụng t duy c.Vỡ vy GV phi hng dn hs bng cỏch t cỏc cõu hi nh: Vt chuyn ng th no quanh tõm o ca bỏn cu? Khi vt bt u ri bỏn cu thỡ phn lc ca bỏn cu tỏc dng lờn vt cú giỏ tr th no? Ta tr li bi toỏn: Vỡ vt chuyn ng trũn quanh tõm o ca bỏn cu nờn ta cú: )1( ht amNP Chiu PT (1) lờn phng, chiu ca gia tc hng tõm (Chiu dng c chn trựng vi chiu ca gia tc hng tõm). => Pcos N = ma ht vi a ht = r v 2 => Pcos N = m R v 2 Khi vt bt u ri khi bỏn cu thỡ N = 0 mgcos = R mv 2 (2) A M N p C nng ca vt nh ti A l W 1 = mgR C nng ca vt nh ti M l W 2 = mgR(1 cos) + 2 2 mv C nng bo ton nờn W 1 = W 2 => mgR = mgR(1 cos) + 2 2 mv (*) Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 9 - Thay (2) vo (*) ta c mgR = mgRcos + 0,5mgRcos cos = 2/3 48 o Vy vt nh ri bỏn cu ti v trớ m ng thng ni t tõm o n vt lm vi ng thng ng mt gúc 48 o . Bi tp 2: Mt vt khi lng 1kg trt khụng ma sỏt t nh mt mt phng di 10m v nghiờng gúc = 30 o so vi mt phng nm ngang. Vn tc ban u bng khụng. Tớnh vn tc ca vt chõn mt phng nghiờng. Bi ny cú th gii bng phng phỏp ng lc hc tuy nhiờn GV yờu cu hs s dng nh lut bo ton c nng gii bi ny. C. BI TP TNG HP õy l dng bi tp s dng c hai nh lut bo ton ng lng v nh lut bo ton c nng. Bi tp 1: Bn mt viờn n khi lng m = 10g vi tc v vo mt tỳi cỏt c treo ng yờn cú khi lng M = 1kg. Va chm l mm, n mc vo trong tỳi cỏt v chuyn ng cựng vi tỳi cỏt. Sau va chm, tỳi cỏt c nõng lờn cao h = 0,8m so vi v trớ cõn bng ban u. Ly g = 9,8m/s 2 . Xỏc nh v ? Li gii H kho sỏt gm tỳi cỏt v viờn n Trc khi mc vo tỳi cỏt viờn n chuyn ng u, tỳi cỏt ng yờn nờn ngoi lc tỏc dng lờn h cõn bng nhau. Ngay trc v sau tng tỏc ngoi lc tỏc dng lờn h theo phng ngang bng khụng (b qua lc cn ca khụng khớ) nờn ng lng ca h theo phng ngang bo ton. H kho sỏt chu tỏc dng ca trng lc v lc cng ca dõy treo tỳi cỏt. Cụng ca lc cng dõy tỏc dng lờn vt bng khụng nờn c nng ca vt bo ton. p dng nh lut bo ton ng lng ta cú: )1( )( )( Mm mv V VMmvm Chn mc tớnh th nng l mt phng ngang i qua v trớ cõn bng ca tỳi cỏt. Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 10 - C nng ca h ti v trớ cõn bng (ngay sau khi n mc vo tỳi cỏt) l 2 )( w 2 1 VMm C nng ca h cao h l ghMm )(w 2 p dng nh lut bo ton c nng ta cú: )2(2 2 )( )( 2 2 11 ghV VMm ghMm ww Thay (2) vo (1) ta c: s m v gh m Mm vgh Mm vm / 400 2 )( 2 )( 2 22 Bi tp 2: Bi ny cho hs t gii rốn kh nng t duy ca hs. M m Mt vt khi lng m = 1kg trt t nh mt phng nghiờng di l = 4m hp vi mt ngang mt gúc = 30 o . Sau khi ri mt nghiờng thỡ vt ri vo xe goũng nm yờn trờn ng ray. Xe goũng cú khi lng M = 4kg. Tớnh vn tc ca xe goũng sau khi vt ri vo. B qua ma sỏt ly g = 10m/s 2 . S 1,1m/s [...]...Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn KT LUN Trờn õy l nhng kinh nghim tụi ó thu c trong quỏ trỡnh dy hc Vi cỏch ging dy nh vy tụi ó thu c nhng kt qu kh quan, ú l hu ht hc sinh bit vn dng cỏc nh lut bo ton ng lng v nh lut bo ton . ma sỏt ly g = 10m/s 2 . S 1,1m/s Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 11 - KT LUN Trờn õy l nhng kinh nghim tụi ó thu c trong quỏ trỡnh dy hc. Vi cỏch. giỳp tụi hon thnh ti ny. Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 2 - NI DUNG A. VN DNG NH LUT BO TON NG LNG Khi dy bi tp phn. sỏt l h cụ lp Vn ny s c gii quyt nu hs tr li c cõu hi sau: Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn - 3 - Trc tng tỏc v ngay sau tng tỏc cỏc vt ca h chuyn ng th no,