(SKKN 2022) Hướng dẫn giải dạng bài toán tính công khi lực thay đổi đều trong bồi dưỡng HSG Vật lý 8

Sáng kiến kinh nghiệm MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Trong trình thực đổi ngành giáo dục nước ta phù hợp với xu phát triển kinh tế xã hội nay, bồi dưỡng mũi nhọn, phát triển nhân tài mục tiêu thiếu vô cần thiết Trong năm học 2021 2022 năm học gần chịu nhiều ảnh hưởng từ dịch bệnh Covid 19 giáo dục địa phương huyện nhà giữ vững mục tiêu nâng cao chất lượng mũi nhọn Bản thân giáo viên người trực tiếp tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi nhiều năm ln trăn trở cố gắng tìm tịi đưa phương pháp bồi dưỡng đạt hiệu cao năm học Đối với học sinh THCS, phần Cơ học thách thức em giáo viên giảng dạy Phần có nhiều nội dung nhỏ, tập thường dạng tổng hợp đòi hỏi áp dụng liên hợp kiến thức học Đã có nhiều tài liệu tham khảo đề cập tới phần nội dung nhiên nhiều học sinh lúng túng việc định hướng giải dạng tập Nhiều giáo viên loay hoay tìm phương pháp hiệu để dẫn dắt học sinh tiếp cận dạng tập Qua kinh nghiệm nhiều năm bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí cấp THCS, tơi mạnh dạn đề xuất đề tài: Hướng dẫn giải dạng toán công học lực thay đổi bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí 8, góp phần nhỏ công tác bồi dưỡng trường nâng cao chất lượng mũi nhọn huyện, ngành 1.2 Mục đích nghiên cứu Thơng qua đề tài hình thành học sinh lớp phương pháp giải dạng tốn cơng học lực thay đổi theo phương pháp giúp em đạt hiệu cao trình bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THCS Từ đó, hình thành em phương pháp học mơn Vật lí nâng cao kĩ tự học, tự nghiên cứu, tìm tịi u thích mơn 1.3 Đối tượng nghiên cứu Phương pháp giải dạng tốn cơng học lực thay đổi Vật lí xét phạm vi nhỏ vật chuyển động chất lỏng 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thu thập xử lí thơng tin: thơng qua phiếu điều tra, phiếu học tập, qua tài liệu mạng xã hội Năm học 2021 -2022 Sáng kiến kinh nghiệm - Phương pháp điều tra - xử lí số liệu: thông qua kiểm tra điều tra trước sau áp dụng - Phương pháp xây dựng sở lí thuyết: Tài liệu mơn, tài liệu đổi phương pháp mơn Vật lí NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận Chun đề Cơng học Vật lí lớp nội dung khó học sinh Chuyên đề kết hợp với chuyên đề khác phần Cơ học tạo nên nhiều dạng thách thức học sinh Tuy học sinh hiểu sâu chuyên đề cảm thấy hứng thú học Vật lí Từ em hiểu gốc rễ tượng Vật lí thực tế, giải thích, tạo nên tượng đó, phát huy tối đa tính sáng tạo Trong phạm vi đề tài nghiên cứu tính cơng học vật chuyển động chất lỏng Để học tốt dạng toán học sinh cần phải nắm kiến thức sau: Công học - Một lực tác dụng lên vật chuyển dời theo phương lực lực thực công học (gọi tắt công) - Cơng thức tính cơng học vật di chuyển theo phương lực: Trong đó: AA:= Cơng F.s học (J) F: Lực tác dụng (N) s: Quãng đường vật dịch chuyển (m) * Định luật công: Không máy đơn giản cho ta lợi cơng Được lợi lần lực thiệt nhiêu lần đường ngược lại Định luật công trường hợp bỏ qua hao phí tượng học Khi có hao phí, ta có hiệu suất : H = Aích 100% Atp Lực đẩy Ác - si - mét Một vật nhúng vào chất lỏng bị chất lỏng đẩy thẳng đứng từ lên với lực có độ lớn trọng lượng phần chất lỏng mà vật chiếm chỗ Lực gọi lực đẩy Ac - si - mét Năm học 2021 -2022 Sáng kiến kinh nghiệm * Lực đẩy Ac - si - mét có phương thẳng đứng, chiều từ lên * Cơng thức tính độ lớn lực đẩy Ac - si - met: FA = d.V Trong đó: d trọng lượng riêng chất lỏng (N/m3) V thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m3) Ngồi ra: FA = P - P1 Trong đó: P số lực kế treo vật khơng khí P1 số lực kế vật nhúng chất lỏng Sự vật Khi vật bị nhúng ngập hoàn toàn chất lỏng có hai lực tác dụng lên vật, là: - Trọng lực có phương thẳng đứng ,chiều từ xuống (P) - Lực đẩy Ác si met có phương thẳng đứng, chiều từ lên (FA) * Vật chìm xuống đáy khi: P >FA * Vật lên : P < FA * Vật lơ lửng lòng chất lỏng khi: P = FA Khi vật mặt thoáng chất lỏng (đã đứng yên theo phương thẳng đứng) lúc P = FA * Lưu ý: Gọi dv trọng lượng riêng vật dl trọng lượng riêng chất lỏng thì: + Vật chìm xuống : dv > dl + Vật lơ lửng chất lỏng : dv = dl + Vật lên mặt chất lỏng : dv < dl - Khi vËt n»m cân b»ng trªn mặt chất lỏng FA=P 2.2 Thc trng Trong trình bồi dưỡng thân tìm hiểu nhận thấy số vấn đề học sinh giáo viên tiếp cận dạng tốn tính công học với lực thay đổi sau: - Đây dạng toán phức tạp nên nhiều giáo viên giảng dạy giơi thiệu vài phần công học Học sinh luyện tập nên lúng túng gặp - Khi giải dạng toán học sinh không tới thay đổi lực đẩy Ác - si - mét thay đổi mực nước vật di chuyển chất lỏng Do học sinh giải toán sai Năm học 2021 -2022 Sáng kiến kinh nghiệm - Trong năm gần có chỉnh lí phương pháp giải tối ưu cho dạng tốn tài liệu tham khảo thay đổi, học sinh gặp khó khăn tham khảo kênh thơng tin - Do tài liệu nên nhiều giáo viên giảng dạy không trọng dạy lướt qua dạng nên nhiều học sinh dù làm lần tốn dạng khó làm gặp lại 2.3 Hướng dẫn giải dạng toán tính cơng lực thay đổi Dạng tốn tính cơng phong phú dạng, nội dung đề tài xin tiếp cận dạng nhỏ: tính cơng lực tác dụng lên vật chuyển động chất lỏng Khi vật chuyển động chất lỏng học sinh trọng tới thay đổi độ lớn lực đẩy Ác - si - mét thay đổi mực chất lỏng Khi lực tác dụng lên vật bị thay đổi khơng thể áp dụng cơng thức tính cơng thơng thường A= F.s Giả sử tác dụng lực F thay đổi từ giá trị F đến F2 làm cho vật di chuyển quãng đường s theo phương lực Khi cơng lực F tính là: A = Ftb s = (F1 + F2) s / 2.3.1 Phương pháp giải chung Khi gặp dạng toán học sinh thực theo bước sau: - Bước 1: Xác định lực F1 F2 + Xác định lực trực tiếp tác dụng lên vật, trường hợp phức tạp biểu diễn hình vẽ + Để cơng tối thiểu tối thiểu lực F phải thõa mãn điều kiện: “Tổng lực hướng lên tổng lực hướng xuống” Viết mối liên hệ F lực khác + Xét cho trường hợp bắt đầu di chuyển, từ liên hệ tính F1 + Xét cho trường hợp kết thúc di chuyển, từ liên hệ tính F2 - Bước 2: Xác định quãng đường di chuyển s trình tác dụng lực Xét xem mực chất lỏng có thay đổi hay khơng để xác định xác s - Bước 3: Áp dụng cơng thức tính cơng giai đoạn: A = Ftb s = (F1 + F2) s / Nếu tốn có nhiều trường hợp lực thay đổi khác phải chia nhỏ thành giai đoạn, tính cơng giai đoạn sau suy cơng tồn q trình Đối với dạng toán này, giáo viên hướng dẫn cụ thể tỉ mỉ bước 1, bước để học sinh định hướng cách làm áp dụng linh hoạt vào cụ thể Sau Năm học 2021 -2022 Sáng kiến kinh nghiệm giáo viên nên cho học sinh giải toán dạng nhiều lần, chấm chữa cho em để em nhận thấy điểm sai làm 2.3.2 Ví dụ minh họa a Bài tốn bỏ qua thay đổi mực chất lỏng trỡnh tỏc dng lc Vớ d 1: Một khối gỗ hình hộp chữ nhật, tiết diện đáy 200cm2, cao h = 50cm đợc thả hồ nớc cho khối gỗ thẳng đng Biết nớc hồ sâu H = 1,5 m vµ dn = 10000N/m3, dg = 8000N/m3 a Tính chiều cao phần khối gỗ mặt nớc b Tính công thực để nhấn chìm khối gỗ đến đáy hồ Hng dn gii: a Gọi h, S, Vc chiều cao, tiết diện đáy thể tích phần chìm gỗ hc, hn phần gỗ chìm mặt nớc Do dg F hn = 1J Năm học 2021 -2022 A1 = Sáng kiến kinh nghiệm * Xét giai đoạn nhấn khối gỗ va chỡm ht xung ỏy h: Vì lực tác dụng lên vật vừa nhấn chìm hoàn toàn không ®ỉi nªn A2 = F.(H-h) = 20.(1,5 – 0,5) = 20 J Vậy tng công để nhấn chìm vật tới ®¸y hå: A = A1+A2 = 21 J Ví dụ 2: Một khối gỗ hình hộp có khối lượng 76g có tiết diện đáy S = 38cm có chiều cao H =5cm, nước a Hãy xác định chiều cao h phần nhô lên khỏi mặt nước khối gỗ b Để nhấn chìm hồn tồn khối gỗ, ta cần phải công tối thiểu bao nhiêu? Biết khối lượng riêng nước D = 1000kg/m3 Bỏ qua thay đổi mực nước Hướng dẫn giải: a) Khi khối gỗ cân nước ta có: FA = P ⇔ 10D.Vc = 10.m ⇔ 10.D.S.(H - h) = 10.m ⇒h = H - 0,076 m = 0,05 - 1000.0, 0038 = 0,05 - 0,02 = 0,03m D.S Vậy phần nhô kên khỏi mặt nước khối gỗ là: 0,03m = 3cm b) Gọi F lực cần ấn để vật chìm hồn tồn nước: Khi ta có: F + P = FA => F = FA - P = 10D.S.H - 10.m = 10.(1000.0,0038.0,05 - 0,076) = 1,14 N Lực tối thiểu tác dụng lên vật để nhấn vật chìm hồn tồn thay đổi từ đến 1,14 N Ta có Ftb = F 1,14 = = 0,57 N 2 Vậy công tối thiểu nhấn vật là: A = Ftb (H - h) = 0,57 ( 0,05 - 0,03) = 0,0114 J Ví dụ 3: Một khối gỗ hình trụ tiết diện đáy 150m 2, cao 30cm thả hồ nước cho khối gỗ thẳng đứng Biết lượng riêng gỗ d g = d (do trọng lượng riêng nước d o=10 000 N/m ) Biết hồ nước sâu 0,8 m, bỏ qua thay đổi mực nước hồ a) Tính công lực để nhấc khối gỗ khỏi mặt nước b) Tính cơng lực để nhấn chìm khối gỗ đến đáy hồ Hướng dẫn giải: a - Thể tích khối gỗ: Vg = S.h = 150 30 = 4500 cm3 = 0,0045 m3 Năm học 2021 -2022 Sáng kiến kinh nghiệm - Khối gỗ nên: P = FA ⇒ dgVg = doVc ⇒ hc = d gVg d o S = 4500 = 20 cm = 0,2 m 150 - Trọng lượng khối gỗ là: P = dgVg = 2 d Vg = 10000.0,0045 = 30 N 3 - Vì lực nâng khối gỗ thay đổi từ đến F = 30 N nên Công để nhấc khối gỗ khỏi mặt nước là: A = F 30.0,2 hc = = (J) 2 b) Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng lên toàn khối gỗ là: FA = doVg = 10 000.0,0045 = 45 N Lực nhấn khối gỗ chìm nước: F = FA - P = 45 - 30 = 15 N - Phần gỗ mặt nước : h = 10 cm = 0,1 m Vì lực nâng khối gỗ thay đổi từ đến F = 15 N nên cơng để nhấn chìm khối gỗ vừa chìm hồn tồn nước: A1 = F 15.0,1 h= = 0,75 (J) 2 * Cơng để nhấn chìm khối gỗ xuống đáy hồ: A2 = F.s = 15.(0,8 - 0,3) = 7,5 (J) * Tồn cơng thực A = A1 + A2 = 0,75 + 7,5 = 8,25 (J) Ví dụ 4: Hai vật rắn A B có dạng khối lập phương cạnh a=20cm, khối lượng m1 =12kg, m2 = 6,4kg nối với sợi dây mảnh không giãn dài L = 50cm, điểm nối dây mặt đáy vật, thả hai vật vào bể nước rộng đáy bể cách mặt nước h =150cm Sau chúng nằm ổn định nước Biết khối lượng riêng nước D =1 g/cm3 a Hãy xác định lực căng dây nối b Kéo từ từ hai vật lên theo phương thẳng đứng lực đặt vào đáy vật B Tính cơng thực để từ kéo đến hai vật khỏi mặt nước Hướng dẫn giải: Năm học 2021 -2022 Sáng kiến kinh nghiệm a D0 = 1g/ cm3 = 1000kg/m3 Khối lượng riêng hệ vật: DV = m1 + m2 12 + 6,4 = = 1150 (kg / m3 ) 2V 2.(0,2)3 Vì DV > D0 nên hệ vật chìm hồn tồn nước Vì m1 > m2 nên thả hệ hai vật vào nước vật A chạm đáy vật B (hình vẽ) Xét vật B: Tác dụng lên vật B có: Trọng lực P2 , lực căng dây T , lực đẩy Acsimet FA Vì vật B cân ta có: P2 + T = FA2 => T = FA2 - P2 => T = 10.D0.a3 – 10.m2 = 10.1000.(0,2)3 – 10.6,4 = 16(N) b Khi kéo từ từ vật lên khỏi mặt nước ta chia nhỏ thành giai đoạn sau: + Giai đoạn 1: Kéo hệ từ từ đến vật B chạm mặt nước Lực kéo không đổi: F1 = (P1 + P2) - (FA1 + FA2) = 24N Quãng đường di chuyển: s1 = h - L - a - a = 150 - 50 - 20 - 20 = 60 cm = 0,6 m Công kéo vật: A1= F1 s1 = 24 0,6 = 14, J + Giai đoạn 2: Kéo hệ từ vật B chạm mặt nước đến B vừa khỏi mặt nước Khi B khỏi mặt nước lực kéo tác dụng lên hệ vật tối thiểu là: F2 = (P1 + P2) - FA1 = 104 N Do kéo lực FA2 thay đổi nên F thay đổi từ 24 N đến 104 N 24 + 104 nên ta có Ftb = = 64 N Quãng đường di chuyển: s2 = a = 20 cm = 0,2 m Công kéo vật: A2 = Ftb s2 = 64 0,2 = 12,8 J + Giai đoạn 3: Kéo hệ từ vật B vừa khỏi mặt nước đến A chạm mặt nước Lực kéo không đổi: F3 = (P1 + P2) - FA1 = 104 N Quãng đường di chuyển: s3 = L = 50 cm = 0,5 m Công kéo vật: A3 = F3 s1 = 104 0,5 = 52 J Năm học 2021 -2022 Sáng kiến kinh nghiệm + Giai đoạn 4: Kéo hệ từ vật A chạm mặt nước đến A vừa khỏi mặt nước Khi A khỏi mặt nước lực kéo tác dụng lên hệ vật tối thiểu là: F4 = P1 + P2 = 184 N Do kéo lực FA1 thay đổi nên F thay đổi từ 104 N đến 184 N nên ta có Ftb = 104 + 184 = 144 N Quãng đường di chuyển: s4 = a = 20 cm = 0,2 m Công kéo vật: A4 = Ftb s4 = 144 0,2 = 28,8 J Vậy tổng công kéo hệ vật là: A = A1 + A2 + A3 + A4 = 14,4 + 12,8 + 52 + 28,8 = 108 J b Bài tốn có thay đổi mực nước trình tác dụng lực Ví dụ 1: Một bình hình trụ chứa nước có diện tích đáy S = 300cm2 Trong bình có thẳng đứng khúc gỗ hình trụ có chiều cao h = 20cm diện tích đáy S1 = 100cm2 Biết khối lượng riêng gỗ D =300kg/m3, nước D0 = 1000kg/m3 a) Tính chiều cao phần khúc gỗ chìm nước b) Cần thực công tối thiểu để kéo khúc gỗ hoàn toàn khỏi nước? Hướng dẫn giải a Thể tích gỗ là: V = S1.H = 100.20 = 2000 cm3 = 0,002 m3 Thể tích phần chìm gỗ nước là: P = FA ⇔ dg.V = dn.Vc⇔ Dg.V = Dn.Vc ⇔ 300.0,002 = 1000.Vc ⇔ 0,6 = 1000.Vc ⇒Vc = 0,0006 m3 = 600 cm3 Chiều cao phần gỗ chìm nước là: h= Vc 600 = = cm = 0,06 m 100 S b Khi vật khỏi nước mực nước giảm thêm: Vc 600 h1 = = = cm 300 S2 Vậy quãng đường vật di chuyển khỏi mặt nước s = h - h1 = - = cm = 0,04 m Khi lực kéo tăng dần từ lên P = dg h.S1 Lực kéo trung bình tác dụng lên vật là: Năm học 2021 -2022 Sáng kiến kinh nghiệm Ftb = P d g h.S1 3000 0, 0, 01 = = = 3N 2 Cần phải thực công để kéo khối gỗ khỏi nước là: A = Ftb.s = 0,04 = 0,12 J Ví dụ 2: Trong bình hình trụ,tiết diện S chứa nước có chiều cao H = 15cm Người ta thả vào bình đồng chất, tiết diện cho nước mực nước dâng lên đoạn h = 8cm a) Nếu nhấn chìm hồn tồn mực nước cao ?(Biết khối lượng riêng nước D1 = 1g/cm3 ; D2 = 0,8g/cm3 b) Tính cơng thực nhấn chìm hồn tồn thanh, biết có chiều dài l = 20cm ; tiết diện S’ = 10cm2 Hướng dẫn giải S a Gọi tiết diện chiều dài S’ l ’ l Ta có trọng lượng thanh: h P P = 10.D2.S’.l H Thể tích nước dâng lên thể tích phần chìm nước F1 V = ( S – S’).h Lực đẩy Acsimet tác dụng vào : F1 = 10.D1(S – S’).h S Do cân nên: P = F1 ’ F ⇒ 10.D2.S’.l = 10.D1.(S – S’).h ⇒l = D1 S − S ' h (*) D2 S ' Khi chìm hồn toàn nước, nước dâng lên lượng thể tích Gọi Vo thể tích Ta có : Vo = S’.l Thay (*) vào ta được: ∆h = h l V0 D = h S − S ' D2 Từ chiều cao cột nước bình là: H’ = H +∆h =H + D1 h D2 P H F2 => H’ = 25 cm b Lực tác dụng vào lúc gồm : Trọng lượng P, lực đẩy Acsimet F2 lực tác dụng F Do cân nên : F = F2 - P = 10.D1.Vo – 10.D2.S’.l F = 10( D1 – D2).S’.l = 2.S’.l = 0,4 N Từ pt(*) suy : Năm học 2021 -2022 10 Sáng kiến kinh nghiệm D l  S =  + 1.S ' = 3.S ' = 30cm  D1 h  Do vào nước thêm đoạn x tích ∆V = x.S’ nước dâng thêm đoạn: y= ∆V ∆V x = = S − S ' 2S ' Mặt khác nước dâng thêm so với lúc đầu: D  x ∆h − h =  − 1.h = 2cm nghĩa : = ⇒ x = cm  D2  x Vậy di chuyển thêm đoạn: x + = 3x = ⇒ x = cm Và lực tác dụng tăng từ đến F = 0,4 N nên lực tác dụng trung bình : Ftb = F: Vậy công thực được: A= Ftb x 2 => A = F x = 0,4 .10 −2 = 5,33.10 −3 J Ví dụ 3: Một thùng hình trụ đứng đáy chứa nước, mực nước thùng cao 80cm Người ta thả chìm vật nhơm có dạng hình lập phương có cạnh 30cm Mặt vật móc sợi dây (bỏ qua trọng lượng sợi dây) Nếu giữ vật lơ lửng thùng nước phải kéo sợi dây lực 429N Biết: Khối lượng riêng nước, nhôm D1 = 1000kg/m3, D2 = 2700kg/m3, diện tích đáy thùng gấp lần diện tích mặt vật a Tính lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật Vật nặng rỗng hay đặc? Vì sao? b Kéo vật từ đáy thùng lên theo phương thẳng đứng với công lực kéo A Fk = 380J Hỏi vật có kéo lên khỏi mặt nước khơng ? Hướng dẫn giải a Thể tích vật V = 0,33 = 27.10-3 m3, Lực đẩy Acsimet tác dụng lên vật : FA = V.d1 = 270N giả sử vật đặc trọng lượng vật P = V d2 = 729N - Tổng độ lớn lực nâng vật F = 429N + 270N = 699N Do F< P nên vật bị rỗng Trọng lượng thực vật 699N b Khi nhúng vật ngập nước Sđáy thùng = 3Svât nên mực nước dâng thêm thùng là: 10cm Mực nước thùng là: 80 + 10 = 90(cm) Năm học 2021 -2022 11 Sáng kiến kinh nghiệm Giai đoạn 1: Công lực kéo vật từ đáy thùng đến mặt vật vừa chạm mặt nước: - Quãng đường kéo vật: l = 90 – 30 = 60(cm) = 0,6(m) - Lực kéo vật: F = 429N - Công kéo vật : A1 = F.l = 429.0.6 = 257,4(J) Giai đoạn 1: Công tối thiểu lực kéo tiếp vật đến mặt vật vừa lên khỏi mặt nước: - Lực kéo vật tăng dần từ 429N đến 699N ⇒ Ftb = 429 + 699 = 564(N) Kéo vật lên độ cao x mực nước thùng hạ xuống đoạn y Vdâng= Vhạ s.x = ( S – s) y Và x +y = 30cm Nên ta có nên quãng đường kéo vật : l/ = x = 20 cm = 0,2m - Công lực kéo Ftb : A2 = Ftb l′ = 564.0, = 112,8(J) ==> Tổng công lực kéo: A = A1 + A2 = 370,2 J Ta thấy A F = 380J > A vật kéo lên khỏi mặt nước k Ví dụ 4: Một khối gỗ đồng chất, phân bố đều, hình lập phương có cạnh dài 10cm, nhúng chìm hồn tồn thùng nước hình trụ Khối gỗ giữ sợi dây nhẹ không dãn, cho mép cách mặt nước đoạn x = cm (hình vẽ) Khi sức căng sợi dây có giá trị F = 20N Biết trọng lượng riêng nước d2 = 10000 N/m3, tiết diện ngang đáy thùng S2 = 0,03 m2 1) Xác định trọng lượng riêng khối gỗ 2) Kéo từ từ sợi dây để khối gỗ chuyển động thẳng đứng lên Bỏ qua lực cản Hỏi: Công tối thiểu để kéo khối gỗ lên khỏi mặt nước Hướng dẫn giải - Các lực tác dụng lên khối gỗ: Trọng lực P, lực đẩy Ác-si-mét: FA, lực căng dây: F0 - Khi khối gỗ cân bằng: F0 + FA = P F0 + d2.V1 = d1.V1 - Thể tích khối gỗ là: V = d3 = 103 cm3 = 10-3 m3 F 20 4 => d1 = d + V = 10 + 10−3 = 3.10 N/m3 Năm học 2021 -2022 12 Sáng kiến kinh nghiệm Công tối thiểu để kéo khúc gỗ lên khỏi mặt nước chia làm giai đoạn nhỏ: + Giai đoạn 1: Kéo cho vật chạm mặt nước, vật chuyển động đều: F1 = F0 = 20N Quãng đường di chuyển x0 = 2cm = 0,02 m Công kéo vật: A1 = F1 x0 = 20 0,02 = 0,4 J + Giai đoạn 2: Công tối thiểu lực kéo tiếp vật đến mặt vật vừa lên khỏi mặt nước: - Lực kéo vật tăng dần từ 20 N đến 30 N ⇒ Ftb = 20 + 30 = 25(N) Kéo vật lên độ cao x mực nước thùng hạ xuống đoạn y Vdâng= Vhạ d2.x = ( S2 – d2) y Và x +y = 10cm Nên ta có nên quãng đường kéo vật : x= 20 20 cm = 10 -2 m 3 - Công lực kéo Ftb : A2 = Ftb x = 25 20 10 -2 = J 3 ==> Tổng công lực kéo: A = A1 + A2 ≈ 2,07 J c Một số tập tự luyện: Bài tập 1: Thả khối sắt hình lập phương cạnh a = 20 cm vào bể hình hộp chữ nhật, đáy nằm ngang, chứa nước đến độ cao H = 80 cm a Tính lực khối sắt sắt đè lên đáy bể b Tính cơng tối thiểu để nhấc khối sắt khỏi nước Cho trọng lượng riêng sắt d1 = 78000 N/m3, sắt d2 = 10000N/m3 Bỏ qua thay đổi mực nước bể Gợi ý đáp án: a Lực đè lên đáy F = FA - P = 544 N b Công tối thiểu nhấc vật : A= 443,2 J Bài tập 2: Một khối gỗ đặc hình trụ, tiết diện đáy 300 cm2, chiều cao h = 50 cm, có trọng lượng riêng d = 6000 N /m3 giữ ngập bể nước có độ sâu x= 40 cm sợi dây mảnh nhẹ, không giãn (mặt đáy song song với mặt thống) a Tính lực căng sợi dây Năm học 2021 -2022 13 Sáng kiến kinh nghiệm b Tính cơng tối thiểu để nhấn khối gỗ ngập sát đáy Biết độ cao mức nước bể H = 100cm, đáy bể rộng, trọng lượng riêng nước d0= 10000N/m3 Gợi ý đáp án: a Lực căng sợi dây: T = FA - P = 30 N b Đáy bể rộng nên bỏ qua thay đổi mức nước Công nhấn vật 34,5 J Bài tập 3: Một vật rắn hình lập phương khơng thấm nước, có cạnh a = 6cm thả chìm bình nước hình trụ tiết diện S = 108cm2 (hình 1) Khi mực nước bình cao h = 22cm a Tính lực tối thiểu để kéo vật lên theo phương thẳng đứng h Biết khối lượng riêng vật D = 1200kg/m3, khối lượng riêng nước D0 = 1000kg/m3 b Cần kéo vật quãng đường nhỏ để nhấc hồn tồn khỏi nước bình ? Hình c.Tính công tối thiểu để kéo vật khỏi nước bình Gợi ý đáp án: a Lực tối thiểu kéo vật: F = P - FA = 0,432 N b vật lên s nước tụt y ta có : s a.a = (S- a.a).y Quãng đường cần nhấc khỏi nước: s = cm c A = 0,12 J Bài tập 4: (Một thùng hình trụ đứng đáy chứa nước, mực nước thùng cao 80cm Người ta thả chìm vật nhơm có dạng hình lập phương cạnh 20cm Mặt vật móc sợi dây (bỏ qua trọng lượng sợi dây) Nếu giữ vật lơ lửng thùng nước phải kéo sợi dây lực 120N Biết trọng lượng riêng nước, nhôm d = 10000N/m3, d2 = 27000N/m3, diện tích đáy thùng gấp lần diện tích mặt vật a) Vật nặng rỗng hay đặc ? Vì ? b) Kéo vật từ đáy thùng lên theo phương thẳng đứng với công lực kéo A Fk = 120J Hỏi vật có kéo lên khỏi mặt nước không ? Gợi ý đáp án: a Vật bị rỗng Trọng lượng thực vật 200N b Công lực kéo vật từ đáy thùng đến mặt tới mặt nước: A1 = F.l = 120.0.7 = 84(J) Công lực kéo tiếp vật đến mặt vật vừa lên khỏi mặt nước: Năm học 2021 -2022 14 Sáng kiến kinh nghiệm - Lực kéo vật tăng dần từ 120N đến 200N ⇒ Ftb = 120 + 200 = 160(N) Kéo vật lên độ cao mực nước thùng hạ xuống nhiêu nên quãng đường kéo vật : l/ = 10 cm = 0,1m - Công lực kéo Ftb : A2 = - Tổng công lực kéo : A = A1 + A2 = 100 J Ta thấy A F = 120J > A vật kéo lên khỏi mặt nước k 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Bản thân mạnh dạn vừa nghiên cứu vừa áp dụng đề tài đối tượng học sinh lớp 8, năm học 2020-2021 năm học 2021-2022 nhận thấy số kết tích cực sau: - Học sinh dễ dàng tiếp cận dạng tốn này, nêu trường hợp tính cơng nhỏ tốn, khơng cảm thấy lúng túng bế tắc, áp dụng linh hoạt tập tương tự - Học sinh có tài liệu chuyên đề tự tin, tự giác học tập, thu thập thêm lượng nhỏ kiến thức thư viện kiến thức cá nhân - Học sinh hào hứng hơn, u thích mơn, khơng cảm thấy Vật lí q khó, nhận thấy Vật lí giải thích gốc rễ tượng học sống - Số lượng học sinh đăng kí tham gia bồi dưỡng môn thân đảm nhiệm ngày nhiều, năm sau cao năm trước - Đối với giáo viên dễ dàng định hướng, hướng dẫn học sinh giải dạng toán đạt hiệu cao - Chất lượng học sinh đội tuyển mà thân bồi dưỡng đạt kết cao năm gần Năm học Cấp huyện Cấp tỉnh 2018-2019 giải nhì giải ba giải nhì, giải ba 2020-2021 giải nhì, giải khuyến khích giải nhì 2021-2022 giải ba giải khuyến khích KẾT LUẬN Với kinh nghiệm thân nhiều năm đảm nhiệm công tác bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí, thực áp dụng nhiều biện pháp góp phần nâng cao chất lượng mơn có biện pháp đề cập đề tài Tơi mong muốn đóng góp phần nhỏ việc nâng cao chất lượng Năm học 2021 -2022 15 Sáng kiến kinh nghiệm mũi nhọn môn trường, huyện chất lượng chung tỉnh mơn Để đạt kết vậy, giáo viên giảng dạy có sáng tạo phương pháp giảng dạy khơng dạng tập đề tài mà dạng tập phức tạp khác nội dung bồi dưỡng Giáo viên ln trọng đến cách thức trình bày học sinh, không qua loa đại khái trình bày giải Giáo viên thường xuyên cho học sinh luyện tập chấm, chữa lỗi sai để em rút kinh nghiệm Trên phần nhỏ chun đề tính cơng, từ giáo viên bồi dưỡng hình thành cho em kĩ năng, phương pháp tiếp cận dạng tốn khó Từ giúp em u thích mơn Thơng qua đề tài thân mong muốn giúp cho giáo viên bồi dưỡng tham khảo để tìm phương pháp bồi dưỡng tối ưu Rất mong góp ý chân thành đồng nghiệp để giúp cho đề tài áp dụng rộng rãi Tài liệu tham khảo Sách giáo khoa, sách tập, sách giáo viên Vật lí nhà xuất giáo dục hành Tài liệu bồi dưỡng môn Tài liệu tham khảo Bồi dưỡng HSG Vật lí 8, Bồi dưỡng thi chọn vào trường chuyên Vật lí Năm học 2021 -2022 16 ... = 184 N Do kéo lực FA1 thay đổi nên F thay đổi từ 104 N đến 184 N nên ta có Ftb = 104 + 184 = 144 N Quãng đường di chuyển: s4 = a = 20 cm = 0,2 m Công kéo vật: A4 = Ftb s4 = 144 0,2 = 28, 8 J... Công kéo vật: A4 = Ftb s4 = 144 0,2 = 28, 8 J Vậy tổng công kéo hệ vật là: A = A1 + A2 + A3 + A4 = 14,4 + 12 ,8 + 52 + 28, 8 = 1 08 J b Bài tốn có thay đổi mực nước q trình tác dụng lực Ví dụ 1: Một... lớn lực đẩy Ác - si - mét thay đổi mực chất lỏng Khi lực tác dụng lên vật bị thay đổi khơng thể áp dụng cơng thức tính cơng thông thường A= F.s Giả sử tác dụng lực F thay đổi từ giá trị F đến