(SKKN 2022) Phương pháp giải một số bài tập về định luật bảo toàn cơ năng

MỤC LỤC NỘI DUNG Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lý luận đề tài 2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu 2.2.1 Thời gian bước tiến hành 2.2.2 Khảo sát chất lượng đầu năm môn vật lý 2.2.3 Tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến kết 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vần đề 2.3.1 Đối với giáo viên: 2.3.2 Đối với học sinh 2.3.3 Các biện pháp tiến hành đề tài 2.3.3.1) Kiến thức 2.3.3.2) Phương pháp giải 2.3.3.3) Các ví dụ cụ thể 2.3.3.4) Bài tập nhà 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục với thân đồng nghiệp Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị Tài liệu tham khảo TRANG 1 2 2 3 3 4 5 25 25 26 26 27 28 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Mỗi mơn học chương trình phổ thơng có vai trị quan trọng việc hình thành phát triển tư học sinh Trong trình giảng dạy, người thầy ln phải đặt đích giúp học sinh nắm kiến thức bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ động học tập đắn để học sinh có khả tiếp cận chiếm lĩnh nội dung kiến thức theo xu phát triển thời đại Môn Vật lý môn khoa học nghiên cứu vật, tượng xảy hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn cao, cần vận dụng kiến thức toán học Học sinh phải có thái độ học tập nghiêm túc, có tư sáng tạo vấn đề nảy sinh để tìm hướng giải phù hợp Trong chương định luật bảo tồn vật lí lớp 10, định luật bảo toàn kiến thức trọng tâm Khi giảng dạy phần định luật bảo tồn năng, tơi nhận thấy hầu hết tốn định luật bảo tồn thiết thực, gắn bó với sống hàng ngày em Phần có nhiều tập hay, liên quan nhiều đến kiến thức phần học lớp 12 thi THPT quốc gia Tuy nhiên việc giải tốn này, em cịn gặp khơng khó khăn, đa số học sinh lúng túng làm tập định luật bảo toàn Bởi phần có nhiều dạng tập chuyển động vật rơi tự do, chuyển động vật ném thẳng đứng, ném ngang, ném xiên, chuyển động vật mặt phẳng nghiêng khơng ma sát, lắc đơn, lắc lị xo Đa số học sinh biết áp dụng định luật vật chịu tác dụng lực trọng lực lực đàn hồi Còn vật chịu tác dụng lực uu r ur lực không lực căng T , phản lực N học sinh cho không bảo tồn Do giáo viên phải cho học sinh thấy công lực không khơng, vật bảo tồn Ví dụ vật chuyển động mặt phẳng nghiêng, không ma sát vật chịu tác dụng lực trọng uu r uu r ur lực P (lực thế) phản lực N (lực không thế) công phản lực N không nên vật bảo toàn Mặt khác em khơng biết phương pháp giải tốn áp dụng định luật bảo toàn Để giúp em có kĩ giải tập dạng này, nhằm nâng cao chất lượng dạy học, phục vụ công tác bồi dưỡng học sinh khối A, A1, học sinh giỏi trường THPT nơi công tác, nhằm đáp ứng yêu cầu đổi phương pháp giảng dạy, giúp học sinh tháo gỡ giải tốt khó khăn, vướng mắc học tập, đồng thời nâng cao chất lượng môn, thúc định chọn đề tài: Phương pháp giải số tập định luật bảo toàn 1.2 Mục đích nghiên cứu Ơn tập, hệ thống lại kiến thức lý thuyết có liên quan thơng qua tập phát triển lực tư duy, rèn luyện kỹ giải tập cho học sinh Giúp học sinh biết được, vật chịu tác dụng lực trọng lực lực đàn hồi, vật bảo tồn Nếu vật chịu tác dụng lực không mà cơng lực khơng khơng vật bảo toàn Giúp học sinh biết phương pháp giải tập định luật bảo tồn Thơng qua việc giải tập giúp em rèn luyện tính cẩn thận, kiên trì, u thích mơn học 1.3 Đối tượng nghiên cứu Định luật bảo toàn Nghiên cứu phương pháp bồi dưỡng học sinh khối A, A1, học sinh khá, giỏi môn Vật lý bậc THPT thông qua tài liệu học hỏi đồng nghiệp 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực mục đích nhiệm vụ đề tài, q trình nghiên cứu tơi sử dụng nhóm phương pháp sau: Phương pháp điều tra giáo dục (Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài) Phương pháp thực nghiệm sư phạm (Kiểm tra tiếp thu học sinh tập nhà) Phương pháp thống kê Phương pháp so sánh, suy luận logic (Đánh giá đưa điều chỉnh phương pháp cho phù hợp với đối tượng học sinh) Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận “Đào tạo nhân lực, nâng cao dân trí, bồi dưỡng nhân tài” mục tiêu mà Đảng, Nhà nước ta đề để hoàn thành mục tiêu giáo dục toàn diện cho học sinh Một nhiệm vụ quan trọng nâng cao chất lượng học tập học sinh từ nhà trường phổ thơng Mỗi giáo viên nói chung, giáo viên mơn vật lí nói riêng mong muốn học sinh tiến bộ, chủ động lĩnh hội kiến thức, phát huy tư sáng tạo, rèn tính tự học để trở thành nhân tài, góp phần đào tạo nhân lực cho đất nước Việc học mơn Vật lí, khơng phải học sách giáo khoa (SGK), không làm tập thầy giáo, giáo giao cho mà cịn phải nghiên cứu đào sâu suy nghĩ, tìm tịi vấn đề, tổng quát hoá vấn đề rút điều bổ ích Để giúp em học tốt hơn, giáo viên cần tạo cho học sinh hứng thú học tập, cần giúp em làm tập rèn luyện tư môn học Cần cho học sinh thấy nhu cầu nhận thức quan trọng, người muốn phát triển cần phải có tri thức cần phải học hỏi Đối với mơn vật lí giáo viên cần biết định hướng, giúp đỡ đối tượng học sinh, quan trọng phải tạo tình giúp em nâng cao lực tư Để thực tốt điều này, đòi hỏi giáo viên cần xây dựng cho học sinh kĩ quan sát, nhận xét, đánh giá toán, đặc biệt kĩ giải toán, kĩ vận dụng vào toán, tuỳ theo đối tượng học sinh, mà tập cho phù hợp sở phương pháp học, để giúp học sinh học tập tốt mơn Bài tập định luật bảo tồn phương tiện có hiệu cao việc rèn luyện kỹ giải tập rèn luyện tư cho học sinh, rèn luyện cho em phương pháp làm việc khoa học, độc lập góp phần hình thành cho học sinh lực tư khoa học Có thể sử dụng tập định luật bảo tồn nghiên cứu, hình thành kiến thức mới; luyện tập, rèn luyện kỹ cho học sinh; kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ ghi nhớ học sinh Khi giải tập, học sinh phải biết vận dụng kiến thức phương pháp đưa tập để giải 2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu 2.2.1 Thời gian bước tiến hành Tìm hiểu đối tượng học sinh năm học 2018 – 2019, 2019- 2020, 2020- 2021 2.2.2 Khảo sát chất lượng đầu năm mơn vật lí Thơng qua việc cho học sinh làm tập phần định luật bảo tồn Kết thu có học sinh làm tập ném ngang, ném xiên lắc đơn, chuyển động mặt phẳng nghiêng không ma sát, chuyển động vật mặt phẳng nghiêng tiếp tục chuyển động đường trịn Số cịn lại khơng làm làm số ý đơn giản Kiểm tra kết khảo sát chất lượng kì II Thời gian Đầu học kỳ II đến học kỳ II Chưa áp dụng giải pháp TS HS 43 Trung bình trở lên Số lượng Tỉ lệ (%) 24 55,81% 2.2.3 Tìm hiểu ngun nhân dẫn đến kết Tơi nhận thấy đa số học sinh có kết thấp Vì vậy, việc lĩnh hội kiến thức rèn luyện kĩ học sinh địi hỏi nhiều cơng sức thời gian Sự nhận thức học sinh thể rõ: Các em lúng túng việc tìm hướng giải tập định luật bảo toàn Kiến thức nắm chưa chắc: Học sinh đọc thuộc định luật áp dụng định luật Học sinh biết vận dụng định luật trường hợp vật chịu tác dụng lực trọng lực lực đàn hồi giải toán vật rơi tự do, ném thẳng đứng, ném ngang, ném xiên, lắc lò xo Khi vật chịu tác dụng lực lực không mà cơng lực khơng khơng học sinh lúng túng áp dụng định luật bảo tồn Ví dụ học sinh giải toán lắc đơn, chuyển động mặt phẳng nghiêng, đường cong không ma sát … Ý thức học tập học sinh chưa thực tốt, lười suy nghĩ gặp toán lạ Nhiều học sinh thấy mơn Vật lí trừu tượng, có nhiều cơng thức phải nhớ nên có tâm lí sợ học mơn Đây mơn học địi hỏi tư duy, phân tích em Thực khó khơng học sinh mà cịn khó giáo viên việc truyền tải kiến thức tới em Hơn nữa, điều kiện kinh tế khó khăn, môi trường giáo dục, động học tập… nên chưa thực phát huy hết mặt mạnh học sinh Nhiều em hổng kiến thức từ lớp kì thi vượt cấp thi mơn Tốn, Văn, Anh nên ý thức học tập mơn Vật lí chưa cao, chưa xác định động học tập, chưa thấy ứng dụng to lớn mơn Vật lí đời sống Giáo viên cần nắm rõ đặc điểm, tình hình đối tượng học sinh để có biện pháp giúp đỡ em, song song với việc bồi dưỡng học sinh giỏi cần giúp đỡ học sinh yếu Việc cần thực tiết học biện pháp rèn luyện tích cực Tuy nhiên, việc dạy tốt lên lớp, giáo viên nên có biện pháp giúp đỡ đối tượng học sinh để học sinh yếu theo kịp với yêu cầu chung tiết học, học sinh không nhàm chán Qua nghiên cứu vài năm trở lại thấy việc học sinh tiếp thu vận dụng kiến thức định luật bảo tồn cịn nhiều hạn chế, kết chưa cao Sự nhận thức ứng dụng thực tế vận dụng vào việc giải tập Vật lí cịn nhiều yếu Để làm tốt vấn đề người giáo viên phải ln ln tìm tịi đưa hướng giải khắc phục cho học sinh đạt kết cao kì thi Song, trình dạy học trường THPT nói chung, trường nơi tơi cơng tác nói riêng thầy giáo gặp khơng khó khăn Các khó khăn bao gồm yếu tố chủ quan, yếu tố khách quan là: Chất lượng học sinh không đồng đều, thời gian làm tập lớp cịn thiếu Kĩ phân tích tập học sinh yếu, nhiều học sinh chưa tự làm tập dạng giảng giải thầy giáo Mặt khác, tài liệu tham khảo sách giáo khoa chưa quan tâm đến việc hướng dẫn phương pháp tỉ mỉ để giải tập cụ thể Để tháo gỡ khó khăn khắc phục tình trạng đó, người thầy phải tìm cách giải phù hợp dạng tập để truyền thụ cho HS Thực trạng động lực giúp nghiên cứu đề tài 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vần đề 2.3.1 Đối với giáo viên Hệ thống hóa kiến thức trọng tâm cách logic khái quát Xây dựng hệ thống tập mang tính đa dạng, đảm bảo trọng tâm chương trình phù hợp với đối tượng học sinh Tận dụng thời gian để hướng dẫn giải lượng tập nhiều Hệ thống tập tự luận từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp để HS vận dụng phương pháp từ nhớ, hiểu nắm vững phương pháp Phát triển tư duy, tính sáng tạo HS hệ thống tập tự luận Qua kiểm chứng, đánh giá phương pháp đưa có phù hợp với lực nhận thức học sinh hay không? Do lực em không đồng nên sử dụng tập khác để cho phù hợp với lực điều kiện mà có Khi hoạt động cụ thể học sinh thay đổi cho phù hợp; ln quan tâm có biện pháp giúp đỡ em học sinh có học lực yếu, kém, khơng ngừng tạo tình có vấn đề em học sinh giỏi 2.3.2 Đối với học sinh Nắm kiến thức Sách giáo khoa nâng cao vật lí 10, đọc thêm sách tham khảo Nắm phương pháp giải dạng tập định luật bảo toàn Phải rèn cho học sinh lực tự đánh giá trình học tập em Khi giải tập tự luận, học sinh phải biết vận dụng kiến thức phương pháp giải để vận dụng giải tập cụ thể 2.3.3 Các biện pháp tiến hành đề tài 2.3.3.1 Kiến thức Cơ vật chuyển động trọng trường a Định nghĩa Cơ vật chuyển động tác dụng trọng lực tổng động vật: W = Wđ + Wt = mv2 + mgz m (kg) khối lượng vật v V(m/s) vận tốc vật v Trong Z (m) độ cao vật so với mốc chọn độ cao b Sự bảo toàn cơvnăng vật chuyển động tác dụng trọng lực Khi vật chuyển động trọng trường chịu tác dụng trọng lực vật đại lượng bảo toàn W= Trong mv2 + mgz = số m (kg) khối lượng vật v V(m/s) vận tốc vật v Z (m) độ cao vật so với mốc chọn độ cao v Xét vị trí quỹ đạo chuyển động ta có 1 mv12 + mgz1 = mv22 + mgz2 2 c Hệ Trong trình chuyển động vật trọng trường: Nếu động giảm tăng ngược lại (động chuyển hoá lẫn nhau) Tại vị trí động cực đại cực tiểu ngược lại Cơ vật chịu tác dụng lực đàn hồi a Định nghĩa Cơ vật chuyển động tác dụng lực đàn hồi tổng động đàn hồi vật: W= 1 mv2 + k(∆l)2 2 m(kg) khối lượng vật V(m/s) vận tốc vật Trong K(N/m) độ cứng lò xo (m) biến dạng lị xo b Sự bảo tồn vật chuyển động tác dụng lực đàn hồi Khi vật chịu tác dụng lực đàn hồi gây biến dạng lị xo đàn hồi vật đại lượng bảo toàn: W= 1 mv2 + k(∆l)2 = số 2 m(kg) khối lượng vật V(m/s) vận tốc vật K(N/m) độ cứng lò xo (m) độ biến dạng lị xo Xét vị trí quỹ đạo chuyển động ta có 1 1 mv12+ k(∆l1)2= mv22+ k(∆l2)2 = … 2 2 Chú ý: + Khi vật chịu tác dụng lực vật bảo tồn Ví dụ: vật thả rơi tự do, vật ném thẳng đứng lên trên, ném thẳng đứng xuống dưới, ném ngang, ném xiên Cơ vật bảo tồn + Nếu vật cịn chịu tác dụng thêm lực khác lực mà cơng lực khơng khơng vật bảo tồn Ví dụ: vật chuyển động mặt phẳng nghiêng không ma sát, lắc đơn vật bảo toàn 2.3.3.2 Phương pháp giải Bước1: Phân tích lực tác dụng vào vật biểu diễn lực lên hình vẽ Chứng minh vật bảo toàn Bước 2: chọn mốc tính vật (thường chọn điểm thấp quỹ đạo chuyển động) Xác định vật vị trí (thường vị trí ban đầu vị trí khảo sát) Bước 3: Áp dụng định luật bảo tồn ta có: W1 = W2 (1) Bước 4: giải phương trình (1) kết hợp với kiện tốn để tìm kết 2.3.3.3) Các ví dụ cụ thể Ví dụ 1) Một hịn bi có khối lượng 80g ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 6m/s từ độ cao 1,2 m so với mặt đất a Tính hệ quy chiếu trái đất, giá trị động hịn bi lúc ném b Tìm độ cao cực đại mà viên bi đạt [ 1] Giải Vật chịu tác dụng trọng lực nên vật bảo tồn Chọn mốc tính vật mặt đất: Wtđ =0 a) Tính hệ quy chiếu trái đất, giá trị động A bi lúc ném Gọi vị trí ném vật 1 2 Thế 0: Wt = mgz = 0, 08.9,8.1, = 0,94 J Động 0: Wđ = mV = 0, 08.62 = 1, 44 J Cơ là: W0=Wt0 +Wđ0 = 1,44 +0,94=2,38J b) Tìm độ cao cực đại mà viên bi đạt Gọi A vị trí vật lên đến độ cao cực đại Khi lên đến độ cao cực đại VA=0 Cơ A là: WA=WtA +WđA=mgzmax Áp dụng định luật bảo tồn ta có WA = W0 ⇒ 2,38 = mgZ max ⇒ Z max = uu r V0 O u r P Đ 2,38 = 3m 0, 08.9,8 Ví dụ 2) Vật khối lượng m = 100g ném thẳng đứng từ lên với v0 = 20(m/s) Sử dụng phương trình chuyển động vật ném đứng, tính năng, động toàn phần vật: a) Lúc bắt đầu ném b) Khi vật lên cao c) 3s sau ném d) Khi vật vừa chạm đất So sánh kết kết luận Cho g = 10(m/s2) Bài giải Chọn gốc trọng lực mặt đất, chiều dương thẳng đứng hướng lên (hình vẽ) a) Lúc bắt đầu ném: Ta có: h = 0; v = v0 + Thế năng: Wt = mgh = 2 = 20 J + Động năng: Wñ = mv0 = ,120 + Cơ tồn phần: W = Wt + Wđ = + 20 = 20 J b) Khi vật lên cao nhất: Ta có: h = hmax = H ,v = với: hmax = H = v0 20 = = 20 m g 2.10 20 = 20 J + Thế năng: Wt = mgH = ,110 + Động năng: Wđ = mv2 = + Cơ tồn phần: W = Wt + Wñ = 20 + = 20 J c) 3s sau ném: Ta có: 1 h = v0 t − gt2 = 20.3 − 10.3 = 15 m;v = v0 − gt = 20 − 10.3 = −10 ( m/ s) 2 15 = 15 J + Thế năng: Wt = mgh = ,110 2 + Động năng: Wñ = mv2 = ,1.( −10 ) = J + Cơ tồn phần: W = Wt + Wđ = 15 + = 20 J * Lưu ý: Có thể tính vận tốc v sau: + Thời gian (t1) vật lên đến độ cao cực đại: v = v0 − gt1 = ⇒ t1 = v0 20 = = 2s g 10 + Vận tốc: v2 − v0 = −2 gh ⇒ v = ± v0 − gh = ± 20 − 2.10.15 = ±10 (m/s) Vì t = 3s > t1 nên lúc vật xuống, suy ra: v = -10(m/s) d) Khi vật vừa chạm đất: Ta có: h = 0; v = v0 − gt2 ; với t2 = 2t1 = s ⇒ v = 20 - 10.4 = -20(m/s) + Thế năng: Wt = mgh = 10 Chọn hệ tọa độ Oxy hình vẽ Xét điểm cao I mà vật đạt Ta có: + Vận tốc: v = v0 cosα + Độ cao cực đại: H = v0 sin2 α 2g + Thế năng: Wt = mgH = + Động năng: Wñ = mv0 sin2 α 2 mv2 mv0 cos α = 2 + Tỉ số động Wt sin2 α = = tan2 α Wñ cos α - Thế động Wt = ⇒ tan2 α = ⇒ α = 45° (loại nghiệm α = −45° ) Wñ Vậy: Hệ thức động vật điểm cao Wt = tan2 α , động α = 45° Wñ Ví dụ 8) Một cầu nhỏ lăn mặt phẳng nghiêng, α = 30°, vA = 0, AB = 1,6m, g = 10(m/s2) Bỏ qua ảnh hưởng ma sát (hình vẽ) a) Tính vận tốc cầu B b) Tới B, cầu rơi khơng khí Tính vận tốc cầu chạm đất, biết B cách mặt đất h = 0,45m Bài giải a) Vận tốc cầu B - Áp dụng định luật bao toàn cho điểm A B (hình vẽ) WA=WB ⇔ mgh0 = mv 2 B ⇒ vB = gh0 = gl sinα = 2.10.1,6 ,5 = (m/s) Vậy: Vận tốc cầu B vB = 4(m/s) b) Vận tốc cầu chạm đất - Áp dụng định luật bảo toàn cho điểm B C (hình vẽ) 1 WB =WC ⇔ mgh + mvB2 = mvC 2 15 ⇒ vC = vB2 + gh = + 2.10.0 ,45 = (m/s) Vậy: Vận tốc cùa cầu C vC = 5(m/s) * Lưu ý: Có thể tính vC cách áp dụng định luật bảo toàn cho q trình chuyển động AC, ta có: WA=WC ⇔ mg( h0 + h) = mvC 2 ⇒ vC = g( h0 + h) = g( l sinα + h) = 2.10.( 1,6 sin30° + ,45 ) = (m/s) Ví dụ Một vật ném với vận tốc V0 = 16m / s theo phương làm với đường nằm ngang góc α = 600 a) Tính độ cao cực đại mà đạt tới b) Tính độ lớn vận tốc vật độ cao h=4,6 m g=10m/s2 [ ] Giải a) Tính độ cao cực đại mà đạt tới ur Vật chịu tác dụng trọng lực P nên vật bảo toàn Tại điểm cao B, véc tơ vận tốc tiếp tuyến với quỹ đạo nên véc tơ vận tốc có phưong nằm ngang Theo kiến thức chuyển động ném xiên V1 = V0 cos 600 = 16.0,5 = 8m / s *Gọi H độ cao B Áp dụng định luật bảo tồn B ur V1 Ta có mV0 mV = mgH + (1) 2 2 2 V − V1 16 − 192 ⇒H = = = = 9, 6m / s 2g 2.10 20 WA = WB ⇔ uuCr ' V0 b) Tính độ lớn vận tốc vật độ cao h=4,6 m Gọi C điểm vật có độ cao h=4,6m Áp dụng định luật bảo tồn năng.Ta có mV0 mV2 WA = Wc ⇔ = mgh + (1) 2 ⇒ V2 = V0 − gh = 162 − 2.10.4, h C α ur P ⇒ V2 = 162 − 2.10.4, = 12,8m / s Ví dụ 10 Một đá ném với vận tốc V0 = 10 m/s theo phương xiên góc độ cao h = 5m Bỏ qua sức cản khơng khí Hãy tính vận tốc vật chạm đất Lấy g = 10m/s2 [ 2] Giải ur Vật chịu tác dụng trọng lực P nên vật bảo toàn 16 uu r Vo Chọn mốc độ cao mặt đất Z A = Áp dụng định luật bảo tồn ta có WA = W0 α O 1 mV2 = mgh + mV 2 V= V02 + gh = 102 + 2.9,8.5 = 14,14 m/s A ur P Chú ý: áp dụng định luật bảo tồn để giải tốn này, học sinh làm nhanh nhiều sử dụng kiến thức chuyển động ném xiên Ví dụ 11) Hai vật có khối lượng tổng cộng m1 + m2 = 3kg nối dây qua rịng rọc nhẹ (hình vẽ) Buông cho vật chuyển động, sau quãng đường s = l,2m vật có vận tốc v = 2(m/s) Bỏ qua ma sát Dùng định luật bảo tồn năng, tính m1 m2 Cho g = 10(m/s2) Bài giải Giả sử m1 > m2, suy P1 > P2 Sau buông nhẹ, vật m1 xuống m2 lên quãng đường s Chọn gốc riêng cho vật vị trí ban đầu (khi bng tay) Chọn chiều dương chiều chuyển động vật Khi đó: v1 = v2 = v > uu r uu r - Các lực tác dụng vào hệ vật trọng lực P1 P2 có phương, chiều hình vẽ - Cơ ban đầu hệ: W - Cơ sau hệ: = W1 + W2 = (1) 1 2 W' = W'1 + W'2 = −mgs + mv + m2 gs + mv 1 2 ⇒ W' = − gs( m1 − m2 ) + ( m + m2 ) v2 (2) - Vì hệ hai vật chuyển dộng tác dụng trọng lực (lực thế) nên hệ hai vật bảo toàn: W = W' (3) (m +m) v - Thay (1) (2) vào (3), ta được: m − m = 1 2 gs 3.2 ⇒ m1 − m2 = = ,5 kg (4) 2.10.1,2 - Mặt khác: m1 + m2 = 3kg (5) ⇒ m1 = 1,75 kg; m2 = 1,25 kg Vậy: Khối lượng hai vật m1= 1,75kg m2 = 1,25kg 17 Ví dụ 12) Dây đồng chất chiều dài l = 1,6 m có trọng lượng, vắt qua rịng rọc nhỏ khơng ma sát nằm n (hình vẽ) Sau dây bắt đầu trượt khỏi rịng rọc với vận tốc đầu v0 = 1(m/s) Tính vận tốc dây dây vừa rời khỏi ròng rọc Bài giải Ban đầu, dây trạng thái cân đứng yên nên nhánh có chiều dài l có trọng tâm G trung điểm nhánh Chọn trung điểm G làm gốc (hình vẽ) Chọn chiều dương theo chiều chuyển động dây xích - Khi dây vừa rời khỏi rịng rọc khối tâm dây xích G cách G khoảng l phía + Cơ ban đầu: W0 = mv0 (1) l + Cơ sau: W = −mg + mv2 (2) - Vì vật chuyển động tác dụng trọng lực (lực thế) nên vật bảo toàn: W0 = W (3) - Thay (1) (2) vào (3), ta được: l mv0 = −mg + mv2 ⇒ v = v0 + gl 10.1,6 = 12 + = ( m/ s) 2 Vậy: Vận tốc dây dây vừa rời khỏi ròng rọc v = 3(m/s) Ví dụ 13) Ở đầu sợi dây khơng dãn có chiều dài l có gắn vật nặng Hỏi điểm thấp A phải truyền cho vật vận tốc để chuyển động trịn mặt phẳng thẳng đứng qua 0( HV) [ 2] Giải ur Vật chịu tác dụng lực: Trọng lực P , Lực ur căng T Chia đường tròn thành đoạn ∆s nhỏ cho B l O uu r A VA 18 ur coi ∆s thẳng đoạn ∆s , T vng góc với ∆s u r nên công lực căng T khơng Cơ lắc đơn bảo tồn Chọn mốc tính A: WtA = ur ur uur Tại B: Áp dụng định luật II Niu Tơn ta có : P + T = maht Chiếu lên phương OB chiều dương hướng vào tâm ta có mg + T =m B ur Tur ur TOP A uu r VA VB ≥ mg l Áp dụng định luật bảo toàn : WA = WB 1 mV2A = mV2B + mg.2l 2 2 V B = V A – gl ≥ gl ⇒ VA ≥ g.l ur ur Chú ý: Tại vị trí cao B lực căng T trọng lực P có phương thẳng đứng hướng vào tâm đường trịn Ví dụ 14) Một bi nhỏ khối lượng m= 50 kg lăn khơng vận tốc đầu từ điểm A có độ cao h dọc theo đường rãnh trơn ABCDE có dạng hình vẽ Phần BCDE có dạng hình trịn bán kính R= 30 cm Bỏ qua ma sát a)Tính bi vị trí M cung BCD, xác định cung ¼ = α Chọn gốc mặt phẳng nằm ngang qua B MOD b) Tính vận tốc hịn bi lực bi nén lên đường rãnh M, h =1m góc α = 600 c)Tìm giá trị nhỏ h để bi vượt qua hết phần hình trịn BCDE rãnh Lấy g=10 m / s [ 3] A D E Giải a) Tính bi vị trí M α M C B 19 Chọn mốc tính mặt phẳng nằm ngang qua B Thế bi M là: A WtM = mg HB = mgR (1 + cos α ) D M u u r E H N α u rC P B b) Tính vận tốc hịn bi lực bi nén lên đường rãnh M uu r ur Trên đoạn AB vật chịu tác dụng trọng lực P , phản lực N Chia đường cong AB thành đoạn ∆s nhỏ cho coi ∆s uu r uu r thẳng đoạn ∆s , N vng góc với ∆s nên công phản lực N không Cơ vật AB bảo toàn uu r ur Trên đường tròn vật chịu tác dụng trọng lực P , phản lực N , Công uu r phản lực N không Cơ đường trịn bảo tồn Áp dụng định luật bảo tồn ta có: WA = WM ⇔ + mgh = mV + mgR (1 + cos α )(1) Từ (1) ta suy V = g [ h − R(1 + cos α ) ] = 2.10 1 − 0,3(1 + cos 600 )  = 3,32 m/s ur uu r r Áp dụng định luật II Niu tơn cho bi M ta có: P + N = ma (2) Chiếu lên trục OM chiều dương hướng phía ta được: mV (3) R ur Lực Q hịn bi nén lên rãnh có độ lớn phản lực đàn hồi rãnh p cos α + N = tác dụng lên bi : mV Q=N = − mg cos α (4) R Thay biểu thức (2) vào (5) ta Q = mg ( 2R 2.0,3 − − 3cos α ) = 0, 05.10( − − 3cos 600 ) =1,58 N h C) Tìm giá trị nhỏ h để hịn bi vượt qua hết phần hình trịn BCDE rãnh Để vật trượt hết vòng tròn BCDE bi phải ln nén lên vịng trịn chuyển động , nghĩa phải có Q>0 với giá trị góc α Từ biểu thức Q ta 20 thấy Q nhỏ cos α = hay α =0(hòn bi vị trí cao D) Điều kiện để bi vượt qua hết phần cung trònBCDE rãnh là: Qmin ≥ → mg ( 2h − 5) ≥ → h ≥ 2,5 R → h ≥ 0, 75m R Chú ý: Bài này, học sinh sử dụng định lí động để giải sử dụng định luật bảo toàn dễ hiểu Ví dụ 15) Viên đạn m1 = 50g bay theo phương ngang với vận tốc v = 20(m/s) đến cắm vào vật m2 = 450g treo đầu sợi dây dài l = 2m Tính góc α lớn mà dây treo lệch so với phương thẳng đứng sau viên đạn cắm vào m2) Bài giải ur v Gọi vận tốc hệ (m1 + m2) sau va chạm - Theo định luật bảo tồn động lượng (khi va chạm), ta có: mv = ( m1 + m2 ) v1 ⇒ v1 = ur mv m1 + m2 (Vecto v1 nằm ngang hướng sang phải (hình vẽ)) Gọi α góc lớn mà dây treo lệch so với phương thẳng đứng - Theo định luật bảo toàn (cho A B), ta có: WA = WB ⇔ m1 + m2 ) v12 = ( m1 + m2 ) gh = ( m1 + m2 ) gl ( − cosα ) ( m12 v0 v12 ⇒ cosα = − = 1− 2 gl gl ( m1 + m2 ) ⇒ cosα = − ,05 20 2.10.2 ( ,05 + ,45 ) = ,9 ⇒ α = 25 ,84° ≈ 26° Vậy: Góc α lớn mà dây treo lệch so với phương thẳng đứng sau viên đạn cắm vào m2 26° Ví dụ 16) lĐể đo vận tốc viên đạn, ta m uu r V0 21 M dùng lắc thử đạn Đó bao cát có khối lượng m treo đầu sợi dây dài l (hình vẽ) Viên đạn có khối lượng m có vận tốc V0 chui vào bao cát nằm yên Sau bao cát viên đạn lệch khỏi vị trí cân dây treo lệch với phương thẳng đứng góc α Tính vận tốc viên đạn Áp dụng số M=10 kg, m=100 g , l=1m ; α = 600 [ 5] Giải Sau viên đạn chui vào bao cát Xét lắc đơn có khối lượng (m+M) lắc bảo tồn Gọi O vị trí cân A vị trí sợi dây tạo với phương thẳng đứng góc α Áp dụng định luật bảo tồn ta có: W0 = WA ⇒ Wđ0+Wt0=WđA+WtA ( VA = 0, Wto = ) ⇔ B α A (m + M )V0 '2 = ( M + m) g l (1 − cos α ) ( V0 ' vận tốc M+m M+m Zo đạn cát sau va chạm) V '0 = 2.g.l (1 − cos α ) =0 Hệ đạn cát trước sau va chạm hệ kín Theo định luật bảo tồn động lượng ta có: mV0 = ( M + m)V0 ' ( V0 vận tốc đạn trước va chạm) V0 = M +m 10 + 0,1 gl (1 − cos α ) = 2.10.1(1 − cos 60o ) =320m/s m 0,1 Chú ý: học sinh lúng túng giải tốn khơng nắm kiến thức phần định luật bảo toàn động lượng tốn lắc đơn Do giáo viên cần giảng giải cho học sinh chi tiết để em dễ hiểu Ví dụ 17) Một lị xo có độ cứng k = 100 N / m vật nặng m=100g nối với hình vẽ Lúc vật lò xo chưa biến dạng, kéo giãn lò xo cho vật đến A với OA = 10 cm truyền cho vật vận tốc V0 = 2m / s Tính vận tốc sau vật qua [ 2] K Giải Vật chịu tác dụng lực: ur uuu r uu r u u r N Trọng lực P , phản lực N , lực đàn hồi Fdh uur uuu r ur uu r uuu r Hợp lực tác dụng lên vật : Fhl = Fdh + P + N = Fdh A K uuu r Fdh u r P A 22 Cơ vật bảo toàn 1 1 mV + k 02 = mV0 + kx 2 2 k 100 ⇒ V = V + x = 22 + 0,12 = 3, 74m / s m 0,1 W0 = WA ⇒ Ví dụ 18) Một lắc nặng 100g gắn vào với dây dài 90 cm không co giãn, lấy g=10m/s2 Kéo lắc khỏi vị trí cân góc 600 bng tay khơng vận tốc đầu a, Tính vận tốc vật xuống thấp sức căng lúc b Sau dây lại vướng vào đinh đỉnh B(OB=30cm) Tính góc β vật lên đến điểm cao A' Bỏ qua ma sát [ 6] B A' A Giải C a) Tính vận tốc vật xuống thấp sức căng lúc ur u r lực tác dụng vào vật: P (lực thế), T (lực khơng thế) , Chia cung trịn ¼ ACA thành đoạn ∆s nhỏ cho α coi ∆s thẳng đoạn ur ∆s , T vng góc với ∆s nên công u r lực căng T không Cơ lắc đơn bảo toàn B A' WA = Wc ⇔ mgl (1 − cos 600 ) = m.Vc 2 α uur Tc A C u r P Vc = gl (1 − cos 600 ) = 2.10.0,9(1 − 0,5) = 3m / s ur ur ur uur Hợp lực: F = P + T = maht Chiếu lực xuông 0C ( chiều dương từ C → 0) 23 ur hình chiếu hợp lực F hướng tâm nên có giá trị m Tc - P = m Vc2 , đó: l Vc2 l V2 V2 => Tc = m c + mg = m c + mg l ⇒ Tc = m( g + l Vc 32 ) = 0,1(10 + ) = 2N l 0,9 b) Khi dây bị vướng đinh B Cơ bảo toàn nên WA = WA, ⇔ mgZ A = mgZ A' Z A' = Z A ⇒ (l − 0,3)(1 − cos β ) = l (1 − cos 600 ) l (1 − cos 600 ) 0,9(1 − 0,5) (1 − cos β ) = = = 0, 75 (l − 0,3) (0,9 − 0,3) cos β = 0, 25 ⇒ β = 75,50 Ví dụ 19) Hịn đá m = 0,5kg buộc vào dây dài l = ,5m quay mặt phẳng thẳng đứng Biết lực căng dây điểm thấp quỹ đạo T = 45N Biết vị trí vận tốc hịn đá có phương thẳng đứng hướng lên dây đứt Hỏi hịn đá lên tới độ cao dây đứt (tính từ nơi dây bắt đầu đứt)? Bài giải ur - Các lực tác dụng vào vật: trọng lực P ur lực căng dây T - Gọi v0 vận tốc vật vị trí cân bằng, theo định luật II Niu-tơn ta có: ur ur r P + T = ma (1) - Chiếu (1) xuống phương bán kính với chiều dương hướng điểm treo O, ta được: v0 T − mg = maht = m l ⇒ v0 = l ( T − mg) m (2) - Giả sử B, dây đứt Gọi v vận tốc vật lúc đứt dây Theo định luật bảo tồn năng, ta có: WA=WB ⇔ mv0 mv2 = mgl + 2 24 ⇒ v2 = v0 − gl (3) - Độ cao cực đại mà vật lên sau dây đứt (tính từ nơi dây đứt): v2 H= (4) 2g - Từ (1), (2) (2) ta có: H = l ( T − mg) 2mg −l = ,5 ( 45 − 0.5 ,10 ) 2.0 ,5.10 − ,5 = 1,5 m Vậy: Hòn đá lên tới độ cao H = 1,5m Ví dụ 20) Quả cầu nhỏ M có khối lượng m = 100g treo A dây chiều dài l = 81cm Tại O thấp A khoảng l có đinh, AO có phương thẳng đứng Kéo cầu đến vị trí dây AM nằm ngang bng tay Tính lực căng dây trước sau vướng đinh Bài giải Lực căng dây treo B trước sau vướng đinh - Áp dụng định luật bảo toàn cho hai điểm B, C (gốc trọng trường vị trí cân bằng): WM0 = WM ⇔ mgl = mv0 2 v0 ⇒ = g (1) l - Lực căng dây treo trước vướng đinh v0 Tt = mg + m (2) l ⇒ Tt = mg + m.2 g = 3mg = 30 ,110 = 3N - Lực căng dây treo sau vướng đinh v2 v2 Ts = mg + m = 2m l l (3) ⇒ Ts = mg + 2m.2 g = 5mg = 5.0 ,110 = 5N Vậy: Lực căng cùa dây treo trước vướng đinh 3N sau vướng đinh 5N 2.3.3.4 Bài tập nhà 25 Bài tập 1) Một vật có khối lượng 900g đặt đỉnh dốc dài 75cm cao 45cm Cho trượt không vật tốc ban đầu từ đinh dốc Lấy g = 10m/s2 Sử dụng định luật bảo toàn a Xác định vận tốc vật cuối chân dốc? b Xác định vị trí để Wđ = 2Wt vận tốc vật Tính vật? Bài tập 2) Từ độ cao 15m so với mặt đất, người ném vật có khối lượng lkg thẳng đứng lên với vận tốc ban đầu l0m/s Bỏ qua ma sát khơng khí Lấy g = 10m/s2 a Chứng tỏ vận tốc vật không phụ thuộc vào khối lượng b Xác định độ cao cực đại mà vật lên được? c Xác định vận tốc vật động gấp ba lần năng, vị trí vật đó? d Khi rơi đến mặt đất đất mềm nên vật sâu xuống đất đoạn 8cm Xcác định độ lớn lực càn trung bình đất tác dụng lên vật? Bài tập 3) Một lắc đơn có sợi dây dài lm vật nặng có khối lượng 500g Kéo vật lệch khỏi vị trí cân cho cho dây làm với đường thẳng đứng góc 60° thả nhẹ Lấy g = 10m/s2 a Xác định lắc đơn trình chuyên động b Tính vận tốc lắc qua vị trí mà dây làm với đường thẳng đứng góc 30°; 45° xác định lực căng dây hai vị trí Lấy g = 10m/s2 c Xác định vị trí để vật có: v = l,8(m/s) d Ở vị trí vật có độ cao 0,18m vật có vận tốc e Xác định vận tốc vị trí 2Wt = Wđ 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục với thân đồng nghiệp Sáng kiến kinh nghiệm đề tài nhỏ bé song lại kết suốt thời gian dài nghiên cứu tơi từ học kì năm học 20182019 đến Đề tài nghiên cứu thành cơng q trình dạy lớp 10 trường THPT nơi công tác Trong thời gian thử nghiệm năm học 2021 – 2022 thu kết đáng khích lệ Kết thực nghiệm lớp 10 A2, trường THPT nơi trực tiếp giảng dạy sau: Kết đánh giá kiểm tra tiết lớp Lần 1: Kiểm tra tiết 26 Thời gian Đầu học kỳ II đến kỳ II Kết áp dụng giải pháp TS HS 43 Trung bình trở lên Số lượng Tỉ lệ(%) 35 81,39 % Nhận xét: Học sinh hệ thống, nắm kiến thức công thức định luật bảo toàn giải tập vật lí, nắm phương pháp giải trình bày hợp lý, mạch lạc giải tập Lần 2: Kiểm tra học kì II Thời gian Từ học kỳ II đến cuốihọc kỳ II Kết áp dụng giải pháp TS HS 43 Trung bình trở lên Số lượng Tỉ lệ(%) 41 95,34% Kết thực nghiệm cho thấy thành công bước đầu đề tài nghiên cứu Việc áp dụng đề tài nâng cao hiệu giảng dạy trường THPT Nông Cống nơi công tác b) Khả phổ biến ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm Hiện tơi áp dụng có hiệu đề tài trình giảng dạy vật lý 10 áp dụng vào việc kiểm tra khảo sát chất lượng đánh giá lực khối 10 Đề tài đồng nghiệp trường áp dụng Tôi ứng dụng đề tài cách linh hoạt việc ôn tập củng cố kiến thức cuối chương, cuối học kì, cuối năm Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Trên sở tập dạng sử dụng hầu hết tiết học như: dạy mới, ơn tập - luyện tập Ngồi dùng tập để kiểm tra kết học tập học sinh Trong trình thực triển khai đề tài, tơi nhận thấy đề tài góp phần nhỏ bé vào việc đổi phương pháp dạy học mơn là: Giúp học sinh nắm lí thuyết, phát triển tư kiểm tra kiến thức định luật bảo toàn Góp phần nâng cao chất lượng dạy vật lí trường THPT Thực tế giảng dạy cho thấy, việc áp dụng phương pháp giải tập định luật bảo toàn năng, thu kết tốt Học sinh hiểu áp dụng phương pháp giải tập tương đối dễ dàng, xác 27 Tuy nhiên phận học sinh, việc nắm bắt phương pháp giải tương đối khó khăn lượng cơng thức nhiều địi hỏi thời gian tới tơi cần tiếp tục hồn chỉnh đề tài cho đối tượng học sinh 3.2 Kiến nghị * Đối với nhà trường: Thường xuyên tổ chức buổi sinh hoạt chuyên đề, bồi dưỡng nâng cao trình độ cho giáo viên Tổ chức sinh hoạt chuyên môn đổi phương pháp dạy học để tập thể giáo viên nêu ý kiến đóng góp cho phù hợp với nội dung phương pháp học Tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất, phương tiện dạy học để góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy * Đối với giáo viên: Không ngừng học hỏi nâng cao trình độ chun mơn cho thân Soạn cách chu đáo, kỹ lưỡng, chuẩn bị nội dung câu hỏi cho lơgíc có hệ thống nhằm dẫn dắt phù hợp trình tự dạy Cần biết phối hợp cách linh hoạt hình thức phương pháp dạy học nhằm gây hứng thú cho học sinh XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày tháng 05 năm 2022 Tơi xin cam đoan SKKN không coppy người khác Lưu Thị Thuỳ Liên TÀI LIỆU THAM KHẢO KIẾN THỨC CƠ BẢN VẬT LÍ 10 – NGUYỄN THANH HẢI – NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 28 423 BÀI TỐN VẬT LÍ 10 –TRẦN TRỌNG HƯNG - NHÀ XUẤT BẢN TRẺ GIẢI TOÁN VẬT LÍ 10- BÙI QUANG HÂN, ĐÀO VĂN CƯ, PHẠM NGỌC TIẾN, NGUYỄN THÀNH TƯƠNG –NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC BÀI TẬP CƠ BẢN NÂNG CAO– VŨ THANH KHIẾT – NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 10- LÊ VĂN THÔNG – NHÀ XUẤT BẢN TRẺ CHUN ĐỀ BỒI DƯỠNG VẬT LÍ 10- NGUYỄN ĐÌNH ĐỒN – NHÀ XUẤT BẢN ĐÀ NẴNG BÀI TẬP VẬT LÍ 10 – DƯƠNG TRỌNG BÁI – TƠ GIANG –NGUYẾN ĐỨCTHÂM – BÙI GIA THỊNH- NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC KIẾN THỨC CƠ BẢN NÂNG CAO VẬT LÍ THPT- VŨ THANH KHIẾTNHÀ XUẤT BẢN HÀ NỘI KHÁM PHÁ TƯ DUY SÁNG TẠO BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI THPT- CHU VĂN BIÊN – NHÀ XUẤT BẢN TỔNG HỢP TP HỒ CHÍ MINH 29 ... 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục với thân đồng nghiệp Sáng kiến kinh nghiệm đề tài nhỏ bé song lại kết suốt thời gian dài nghiên cứu tơi từ học kì năm học 201 82019 đến Đề tài nghiên... Kết thực nghiệm cho thấy thành công bước đầu đề tài nghiên cứu Việc áp dụng đề tài nâng cao hiệu giảng dạy trường THPT Nông Cống nơi công tác b) Khả phổ biến ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm Hiện... logic (Đánh giá đưa điều chỉnh phương pháp cho phù hợp với đối tượng học sinh) Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận “Đào tạo nhân lực, nâng cao dân trí, bồi dưỡng nhân tài” mục tiêu mà