MỘT SỐ KINH NGHIỆM PHÂN LOẠI VÀ GIẢI BÀI TẬP NÂNG CAO VẬT LÝ THCS PHẦN MÁY CƠ ĐƠN GIẢN

PHẦN I: MỞ ĐẦU I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1- cơ sở lý luận Để học tập môn Vật lý đạt kết quả cao đặc biệt là đạt kết quả trong các cuộc thi học sinh giỏi các cấp, thì ngoài việc nắm vững lý th

PHẦN I: MỞ ĐẦU I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1- cơ sở lý luận

Để học tập môn Vật lý đạt kết quả cao đặc biệt là đạt kết quả trong các cuộc thi học sinh giỏi các cấp, thì ngoài việc nắm vững lý thuyết cần phải biết ứng dụng lý thuyết vào giải bài tập một cách thành thạo nhưng để giải bài tập thành thạo thì việc định hướng, phân loại bài tập là vô cùng cần thiết

2- Cơ sở thực tiễn

Trong môn Vật lý ở trường trung học cơ sở, bài tập Cơ học tương đối khó đối với học sinh Trong phần Cơ học thì bài tập về Máy cơ đơn giản có nhiều dạng nhất Vậy ,làm thế nào để giải bài tập về Máy cơ đơn giản dễ dàng hơn ?Đó là câu hỏi đặt ra không chỉ riêng tôi mà là câu hỏi chung cho những giáo viên dạy bồi dưỡng và học sinh học bồi dưỡng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại sách bài tập nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu học tập của học sinh nhưng qua tham khảo một số sách tôi nhận thấy, đa phần các sách này đều đưa ra các bài tập cụ thể và hướng dẫn giải Các bài tập thuộc nhiều dạng khác nhau được đặt kế tiếp nhau, các bài tập cùng loại lại đặt cách xa nhau hoặc trong một quyển sách không có đủ các dạng bài tập cơ bản về phần Máy cơ đơn giản Nói chung là các sách viết ra chưa phân loại các dạng bài tập một cách cụ thể Chính vì cách viết sách như vậy dẫn đến việc các giáo viên trong quá trình giảng dạy rất mất nhiều thời gian cho việc đầu tư trong một buổi dạy , còn học sinh làm bài tập một cách tràn lan và làm bài nào biết bài đó, không có phương pháp giải chung nên kết quả học tập chưa đạt hiệu quả cao Việc học tập trở nên khó khăn hơn và gây cho các em có nhiều nản chí khi muốn tự nâng cao kiến thức của mình

Trong những năm gần đây, phần bài tập về máy cơ đơn giản luôn xuất hiện trong các đề thi HSG các cấp và chiếm từ 3 đến 4 điểm

Vì lý do trên, qua nhiều năm công tác với những hiểu biết và chút kinh nghiệm của bản thân, tôi mạnh dạng nêu lên

một số suy nghĩ của mình về : “Một số kinh nghiệm phân loại và giải bài tập nâng cao Vật lý THCS – phần Máy cơ đơn giản”

với mong muốn hoạt động dạy và học của giáo viên cũng như học sinh sẽ thu được kết quả cao hơn Ngoài ra, cũng muốn tạo

ra hướng đi mới trong việc tham khảo các loại sách bài tập nâng cao

II- NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

+ Mô tả thực trạng

+ Phân ra từng loại bài tập

+ Đưa ra phương pháp giải cho loại bài tập đó

+ Cho bài tập cụ thể theo từng dạng

+ Giải các bài tập đó

+ Một số bài tập luyện tập

III- PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH

Trong quá trình dạy bồi dưỡng HSG lớp 8 tôi nhận thấy có rất nhiều sách nâng cao, các bài tập có trong sách là các bài tập thuộc nhiều thể loại khác nhau nhưng lại không theo hệ thống, không phân loại rõ ràng Vì vậy việc tự nghiên cứu và giải các bài tập có nhiều khó khăn

Ngoài ra việc tự bồi dưỡng nâng cao kiến thức của học sinh trong khi tham khảo sách cũng chưa đạt hiệu quả cao Do vậy cần phải có phương pháp giải chung cho một loại toán, loại bài tập để giúp người dạy cũng như người học có định hướng giải nhanh theo một hệ thống tư duy lơgic

IV – C Ơ SỞ VÀ THỜI GIAN TIẾN HÀNH

Thực hiện và đối chiếu kết quả thi HSG cấp huyện lớp 8, 9 trong 3 năm gần đây :2006 – 2007;2007 – 2008;2008 – 2009

PHẦN II: NỘI DUNG I.MÔ TẢ TÌNH TRẠNG SỰ VIỆC HIỆN TẠI :

1.Mặt phẳng nghiêng :

+ Trong chương trình học chính khóa học sinh chỉ học được những kiến thức cơ bản sau:

-Mặt phẳng nghiêng có độ nghiêng càng ít thì lực cần để kéo vật lên mặt phẳng nghiêng càng nhỏ

- Nếu ma sát không đáng kể ,dùng mặt phẳng nghiêng được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường

đi ,không được lợi gì về công

+ Trong chương trình nâng cao thì học sinh phải được biết những kiến thức nâng cao sau:

- Trường hợp có ma sát :Hiệu suất mặt phẳng nghiêng H =

(Với A1 = Ph;A = F.l = A1 + A2 ;A2 = Fms.l)

- Khi gặp dạng bài tập có n vật trên mặt phẳng nghiêng thì học sinh lúng túng không phân tích được lực F và lực P nên áp dụng sai và tính sai kết quả

- Đối với bài tập mà hai vật nằm trên mặt phẳng nghiêng của tam giác thường thì học sinh càng gặp khó khăn hơn vì khi đó học sinh không xác định được độ cao h là đoạn nào , lực F1 và F2

2.Đòn bẩy :

Bài tập về đòn bẩy rất đa dạng nhưng để làm các bài tập đó trước tiên học sinh phải nắm vững được các khái niệm

cơ bản như: Khái niệm đòn bẩy, cánh tay đòn của lực

2 GV: Lê

Ngoài việc nắm vững khái niệm, học sinh cũng phải biết xác định điểm tựa , các lực tác dụng lên đòn bẩy ,chiều dài các cánh tay đòn của lực và nắm được điều kiện cân bằng của đòn bẩy

Khi đã xác định được các yếu tố trên thì việc tiến hành giải bài toán sẽ thuận lợi hơn

Với mỗi bài toán về đòn bẩy, cần phải phân tích cụ thể như :

* Đâu là điểm tựa của đòn bẩy?

Việc xác định điểm tựa cũng không đơn giản vì đòn bẩy có nhiều loại như :

- Điểm tựa nằm trong khoảng hai lực (Hình A)

Hình A

- Điểm tựa nằm ngoài khoảng hai lực (Hình B)

Hình B

- Ngoài ra trong một bài toán về đòn bẩy còn có thể có nhiều cách chọn điểm tựa ví dụ như hình C

Hình C

Ta thấy, hình C có thể chọn điểm tựa tại điểm B khi này có hai lực tác dụng lên đòn bẩy đó là lực F tại điểm O và lực thứ hai là lực căng T tại điểm A

Cũng có thể chọn điểm tựa tại điểm A khi này cũng có hai lực tác dụng lên đòn bẩy là lực kéo F tại điểm O và phản lực tại B

O

F1

F2

O

F1

F2

O

B

A F

T

* Các lực tác dụng lên đòn bẩy có phương chiều như thế nào?

* Xác định cánh tay đòn của các lực

Theo định nghĩa : “ Khoảng cách giữa điểm tựa O và phương của lực gọi là cánh tay đòn của lực” Việc xác định cánh tay đòn của lực rất quan trọng vì nếu xác định sai sẽ dẫn đến kết quả sai Trên thực tế học sinh rất hay nhầm cánh tay đòn với đoạn thẳng từ điểm tựa đến điểm đặt của lực (các phần của đòn bẩy ).Cánh tay đòn và các phần của đòn bẩy chỉ bằng nhau khi đòn bẩy nằm ngang

Sau khi phân tích có thể áp dụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy để giải bài tập

3.Ròng rọc :

Trong phần Máy cơ đơn giản ,thì phần Ròng rọc đơn giản hơn Vì chỉ có hai loại ròng rọc đó là ròng rọc cố định và ròng rọc động Tuy nhiên ,trong phần kiến thức nâng cao thì lại kết hợp trong một hệ thống gồm hai loại ròng rọc

Ví dụ :một ròng rọc động và một ròng rọc cố định ,nhiều ròng rọc động và nhiều ròng rọc cố định ,,một ròng rọc cố định và nhiều ròng rọc động …Do đó học sinh gặp rất nhiều khó khăn trong việc áp dụng kiến thức của từng ròng rọc trong từng bài làm

Đây là dạng tổng hợp cả mặt phẳng nghiêng ,đòn bẩy ,ròng rọc trên cùng một hệ thống :

- Khi gặp dạng bài tập này học sinh thường bối rối và không biết sẽ áp dụng kiến thức nào về máy cơ đơn giản để giải

- Có khi xác định được hệ thống gồm mấy máy cơ đơn giản nhưng áp dụng kiến thức nào vào để giải thì cũng gặp rất khó khăn

II – ĐỊNH HƯỚNG SỬA CHỮA SAI LẦM :

Để đơn giản và làm được nhiều bài tập thì phải phân ra từng loại bài tập ,nêu phương pháp giải , cho bài tập luyện tập để học sinh khắc sâu được kiến thức và làm bài tập có lôgic hơn

1.Mặt phẳng nghiêng :

a Phân loại bài tập và phương pháp giải bài tập.

Loại 1:Vật nằm trên mặt phẳng nghiêng có dạng tam giác vuông và ma sát không đáng kể

Phương pháp :-Aùp dụng Định luật về công cho mặt phẳng

nghiêng :Ph = Fl ,rồi tìm các đại lượng còn lại

-Nếu có hai vật (một vật ở cạnh huyền và một vật ở cạnh góc vuông )thì Thực chất lực P của vật trên cạnh góc vuông gây ra lực F của vật trên cạnh huyền của mặt phẳng nghiêng

b.

Một số bài tập thường gặp :

4 GV: Lê

Bài tập 1:Hai vật A và B ở hình vẽ đứng yên Cho biết MN =

80cm ,NH = 5cm Tính tỉ số khối lượng của hai vật B và A

Lời giải :

Lực do vật kéo dây xuống dọc theo

mặt phẳng nghiêng là

Suy ra FA = PA/16

Lực do vật B kéo dây xuống là FB = PB

Hai lực kéo này phải bằng nhau nên ta có PA/16 = PB hay

Ta suy ra tỉ số khối lượng của hai vật là

ĐS:

Bài tập 2(Đề thi HSG lớp 8 cấp huỵện NH:2003 - 2004)

Một vật hình trụ có thể lăn không ma sát trên một mặt phẳng nghiêng AB như hình vẽ .Người ta nhận thấy khi góc nghiêng  = 0o thì lò xo dài l0 = 20cm và khi  = 90o thì lò xo dài 26cm Hỏi lò xo dài bao nhiêu khi :

a/  = 30o

b/ = 60o

Biết độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với lực tác dụng vào đầu lò xo

Lời giải Chiều dài l0 = 20 cm (khi  = 0o)chính là chiều dài tự nhiên của lò xo ,tức là chiều dài của lò xo khi chưa bị tác

lò xo khi nó bị tác dụng một lực bằng trọng lượng P của vật trụ Ta suy ra trọng lượng P đã làm lò xo dãn ra

26 cm – 20 cm = 6cm

Khi  = 30othì lực kéo lò xo là lực F được tính như sau :

.Nếu lực P làm lò xo dãn 6cm thì lực F = P/2 làm lò xo dãn thêm x cm Tính ra được x = 3cm

Vậy chiều dài của lò xo khi  = 30 o là l1 = 20cm + 3cm = 23cm

A

B N H M

A

C B

B

b/Nếu  = 60 o thì :h = BC = =

Tương tự như trên ta có lực kéo lò xo xuống là F = P

Chiều dài lò xo lực này làm dãn thêm được tính tương tự như trên ,tức là

25,1cm

Đ S:23cm ;25,1cm

Loại 2:Vật nằm trên mặt phẳng nghiêng có dạng tam giác thường và ma sát không đáng kể

Phương pháp :-Từ đỉnh của mặt phẳng nghiêng hạ đường

vuông góc để tạo thành hai mặt phẳng nghiêng có chung đường cao

- Aùp dụng định luật về công cho từng mặt phẳng nghiêng và tìm ra đại lượng cần tìm

Một số bài tập thường gặp

Loại 3:Vật di chuyển trên mặt phẳng nghiêng khi có ma sát với mặt phẳng nghiêng

Phương pháp : - Trường hợp có ma sát :Hiệu suất mặt phẳng

nghiêng H =

(Với A1 = Ph;A = F.l = A1 + A2 ;A2 = Fms.l)

Một số bài tập thường gặp

-

-2- Đòn bẩy

a Phân loại bài tập và phương pháp giải bài tập.

Bài tập về “Đòn bẩy” có rất nhiều loại cụ thể có thể chia ra làm nhiều loại như sau:

Loại 1: Xác định lực và cánh tay đòn của lực

Bài tập 1:

Một thanh kim loại dài ,đồng chất ,tiết diện đều được đặt trên mặt bàn sao cho 1/4 chiều dài của nó nhô ra khỏi mặt bàn (HV).Tác dụng lên đầu A một lực F = 40N thẳng đứng xuống dưới thì đầu B bắt đầu bênh lên Hãy xác định trọng lượng của thanh sắt

6 GV: F Lê

A

*Phương pháp :

Xem điểm tựa ngay tại góc cạnh bàn O

Trọng lượng P của thanh xem như đặt tại tâm thanh với cánh tay đòn của lực này là (l :là chiều dài của thanh)

Lực F có cánh tay đòn là OA =

Lời giải :Khi thanh nằm cân bằng F = P

Suy ra P = F = 40N Vậy trọng lượng của thanh là P = 40N

ĐS:40N

Bài tập 2 :

Người ta dùng một xà beng có dạng như hình vẽ để nhổ một cây đinh cắm sâu vào gỗ

a) Khi tác dụng một lực F = 100N vuông góc với OB tại đầu B

ta sẽ nhổ được đinh Tính lực giữ của gỗ vào đinh lúc này ? Cho biết OB bằng 10 lần OA và  = 450

b) Nếu lực tác dụng vào đầu B vuông góc với tấm gỗ thì phải tác dụng một lực có độ lớn bằng bao nhiêu mới nhổ được đinh?

Phương pháp :

Xác định được điểm tựa là O

a) Vì F vuông góc với OB nên OB là cánh tay đòn của F

b) Vì F có phương vuông góc với mặt gỗ nên OH là cánh

của lực ta áp dụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy và tính được các đại lượng cần tìm

Lời giải :

đòn bẩy ta có:

FC OA = F.OB

OA

OB

F  .10100 .101000

cân bằng của đòn bẩy ta có:

FC.OA = F’.OH

FC

F

F/

B

H



Với OH = cosOB = OB

2

2 = OB2

10 2

OA

OA OB

F OA

Đ/S: 1000 N; 100 2

Bài tập 3 :

Hai bản kim loại đồng chất tiết diện đều có cùng chiều dài l = 20cm và cùng tiết diện nhưng có trọng lượng riêng khác

được treo bằng sợi dây Để thanh nằm ngang người ta thực hiện hai biện pháp sau:

a) Cắt một phần của thanh thứ nhất và đem đặt lên chính giữa của phần còn lại Tìm chiều dài phần bị cắt

b) Cắt bỏ một phần của bản thứ nhất Tìm phần bị cắt đi

Phương pháp:

Trong mỗi lần thực hiện các biện pháp cần xác định lực tác dụng và cánh tay đòn của lực

+ Ở biện pháp 1: Vì cắt một phần của bản thứ nhất và lại đặt lên chính giữa của phần còn lại nên lực tác dụng không thay đổi, cánh tay đòn của lực này thì thay đổi

+ Ở biện pháp 2: Do cắt bỏ một phẩn của bản thứ nhất nên cả lực và cánh tay đòn của lực đều thay đổi

- Khi xác định được lực và cánh tay đòn của lực ta áp dụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy vào giải bài toán:

Lời giải :

a) Gọi x là chiều dài phần bị cắt Do đó được đặt lên chính giữa của phần còn lại nên trọng lượng của bản thứ nhất không thay đổi

Vì thanh nằm cân bằng nên ta có:

2

2

1 l x P l

Gọi S là tiết diện của mỗi bản, ta có:

2

2

1sl l x d sl l

=> d1 (l-x) = d2l

 x (1 d d )l

1

2





Với d1 = 1,25 d2

l = 20

8 GV: Lê

O

l x

l l

O

=> ).20 (1 0,8)20 4

25 , 1 1 (

2





d

d x

Vậy chiều dài phần bị cắt là: 4 cm

b) Gọi y là phần bị cắt bỏ đi Trọng lượng còn lại của bản là P/

1

2

'

2 )(

1s l y l y d sl l

1

2 2

)

d

d y

1

2

d

d ly

y

=> y2  40y800

’ = 400 – 80 = 320 =>  8 517,89

5 8 20





20 8 5

1

Vậy chiều dài phần bị cắt bỏ là 2,11 cm

ĐS: 4 cm; 2,11 cm

Loại 2: Chọn điểm tựa của đòn bẩy

Loại 3: Khi đòn bẩy chịu tác dụng của nhiều lực

Loại 4: Lực đẩy Acsimét tác dụng lên vật treo ở đòn bẩy

Với dạng toán liên quan đến lực đẩy Acsimét cần nhớ một số công thức hay sử dụng:

là trọng lượng riêng của chất lỏng

V là thể tích chất lỏng bị vật chiếm chỗ

Cần nhớ các quy tắc hợp lực

+ Hợp lực của hai lực F1, F2 cùng phương ngược chiều có độ lớn là:

F = | F1- F2 |

lớn là

F = F1 + F2

* Phương pháp giải của dạng toán liên quan đến lực đẩy Acsimet

- Khi chưa nhúng vật vào trong chất lỏng, đòn bẩy thăng bằng xác định lực, cánh tay đòn và viết được điều kiện cân bằng của đòn bẩy

- Khi nhúng vào trong một chất lỏng, đòn bẩy mất cân bằng Cần xác định lại điểm tựa, các lực tác dụng và cánh tay đòn của các lực Sau đó áp dụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy để giải bài toán

Loại 5: Khi điểm tựa dịch chuyển

Xác định giá trị cực đại, cựa tiểu

Bài tập 1:

Cho một thước thẳng AB đồng chất tiết diện đều, có độ

= 2 N Thước đặt lên một giá đỡ nằm ngang CD = 4 cm Xác định giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của khoảng cách BD để cho thước nằm cân bằng trên giá đỡ

Lời giải :

Xét trạng thái cân bằng của thước quanh trục đi qua mép D của giá đỡ ứng với giá trị nhỏ nhất của AD Lúc đó thước chia làm hai phần:

+ Phần BD có trọng lượng P3 đặt ở G1 là trung điểm của DB + Phần OA có trọng lượng P2 đặt ở G2 là trung điểm của AD Mép D ở điểm E trên thước

Điều kiện cân bằng của trục quay D là:

P3.AD + P2.GE = P1.G1D



2

22 3 1

2 2

1l P l P l

Về thước thẳng đồng chất tiết diện đều nên trọng lượng của một phần thước tỷ lệ với chiều dài của phần đó ta có:

l

l P P l

l

P

3 1

l

l P

2 2

l2 = (l – l1) ; P1 = 2 N = P2

Thay vào (1) ta được

2

2

) ).(

( ) (

l l

l P l

l l l l P l

l

1

2 1 1

2 1

2 Pl l P(l 2ll l ) Pl

3

2 3

2 3

2 2

l

l

với điểm E trên thước BE = BD = 16 cm

Nếu ta di chuyển thước từ phải sang trái sao cho điểm E trên thước còn nămg trên giá CD thì thước vẫn cân bằng cho tới khi E trùng với C thì đến giới hạn cân bằng E lệch ra ngoài

10 GV: Lê

O 1

D C

P 3

P 2

P 1

B A

CD về phía trái thì thước sẽ quay quanh trục C sang trái Vậy giá trị nhỏ nhất của BD khi C trùng đến E là BE = BC

Mà BC = BD + DC => BD = BC – DC = 16 – 4 = 12 (cm)

ĐS: 16 cm, 12 cm

Bài tập 2:

Một thanh thẳng đồng chất tiết diện đều có trọng lượng P

= 100 N, chiều dài AB = 100 cm, được đặt cân bằng trên hai giá đỡ ở A và C Điểm C cách tâm O của thước một đoạn OC = x a) Tìm công thức tính áp lực của thước lên giá đỡ ở C theo x

b) Tìm vị trí của C để áp lự ở đó có giá trị cực đại, cực tiểu

Lời giải :

a) Trọng lượng p của thanh đặt tại trọng tâm O là trung điểm của thanh tác dụng lên hai giá đỡ A và B hai áp lực P1 và P2 Vì thanh đồng chất tiết diện đều nên ta có:

l

x OA

OC

P

2

1 do đó P1 P2 x l và P1P2 P100 (N)

x l

l P





2

khi giá đỡ trùng với đầu B

x l

l P





Loại 6: Các dạng khác của đòn bẩy

Đòn bẩy có rất nhiều dạng khác nhau Thực chất của các loại này là dựa trên quy tắc cân bằng của đòn bẩy Do vậy phương pháp giải cơ bản của loại này là:

- Xác định đúng đâu là điểm tựa của đòn bấy Điểm tựa này phải đảm bảo để đòn bẩy có thể quay xung quanh nó

- Thứ hai cần xác định phương, chiều của các lực tác dụng và cánh tay đòn của các lực

- Lưu ý phương của trọng lực trùng với điểm tựa thì trọng lực của vật không ảnh hưởng đến sự quay của vật

- Cuối cùng áp dụng quy tắc cân bằng của đòn bẩy để giải bài toán

4.Một số bài tập luyện tập chung cho các loại :

Bài 1 : Một thanh đồng chất ,tiết diện đều ,,đặt thanh trên

thành bình của một bình đựng nước ,ở đầu thanh có buộc một

C

x O l

P 1

P

P 2

B A