SKKN phương pháp giải bài toán động lực học chất điểm vật lý lớp 10

Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình giáo dục phổ thông, trong hệ thống giáo dục phổ thông của nước ta. Học tập tốt bộ môn vật lý giúp con người nói chung và học sinh nói riêng có kỹ năng tư duy sáng tạo, làm cho con người linh hoạt hơn, năng động hơn trong cuộc sống cũng như trong công việc.

SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 MỤC LỤC Phần I: MỞ ĐẦU Phần II: NỘI DUNG A/ KIẾN THỨC CƠ BẢN I/ Các khái niệm .4 II/ Các định luật Niu Tơn III/ Phương pháp giải tập Vật lý IV/ Phương pháp giải tập phần Động lực học chất điểm V/ Chia dạng tập B/ THỰC HIỆN ÁP DỤNG TRONG CÁC BÀI TỐN CƠ BẢN 1- Dự đốn vật thuộc loại chuyển động 2- Việc chọn hệ quy chiếu có lưu ý sau 3- Khi giải tốn có lực ma sát nghỉ .8 Dạng 1: Bài toán vật 1/ Vận dụng phương pháp giải vào vật chuyển động thẳng 2/ Vận dụng phương pháp giải vào vật chuyển động parabol (vật chuyển động bị ném) 12 3/ Vận dụng phương pháp giải vào vật chuyển động tròn 15 Dạng 2: Bài toán hệ vật 18 Phần III: KẾT LUẬN 27 1/Kết thực đề tài 27 2/ Lời bình 28 3/ Hướng phát triển đề tài 29 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -1- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 Phần I: MỞ ĐẦU I/ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI CƠ SỞ LÝ LUẬN Vật lý môn khoa học chương trình giáo dục phổ thơng, hệ thống giáo dục phổ thông nước ta Học tập tốt mơn 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 Môn vật lý môn học quan trọng số đông học sinh Để tiếp tục học tập bậc học cao phát triển tốt tương lai học sinh phải vượt qua kỳ thi tuyển sinh vào trường Đại học, Cao đẳng Do nhu cầu thực tiễn mà khối A có tỷ lệ tuyển vào trường Đại học, Cao đẳng lớn (khoảng 60%), nên số lượng học sinh có nhu cầu học tập mơn vật lý lớn Vì học môn vật lý không dừng lại mức hình thành kỹ giải vấn đề mà cịn có nhu cầu phát triển cao giải tập có tính phức tạp, tính tổng hợp cao mơn Vật lý Nhiệm vụ giảng dạy môn vật lý bậc trung học phổ thông thực mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục Đào tạo đề là: - Nắm vững kiến thức mơn - Có kỹ để vận dụng kiến thức mơn - Có hứng thú học tập mơn - Có cách học tập rèn luyện kỹ đạt hiệu cao học mơn vật lý - Hình thành học sinh kỹ tư đặc trưng môn 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 mơn Vật lý lớp 10 có vai trị quan trọng nhất, có tồn 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 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -2- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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 tốn 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 tốn có kết quả) CƠ SỞ THỰC TIỄN 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 lơgíc, 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 giải tập 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 Năm trước tơi trình bày suy nghĩ cá nhân tơi việc hình thành cho học sinh kỹ giải tập Động lực học chất điểm thuộc Vật lý lớp 10 THPT áp dụng cho đối tượng học sinh Nay tiếp tục phát triển đề tài để nhằm giúp học sinh có hứng thú, say mê học vật lý vận dụng vào giải tập có tính phức tạp yêu cầu cao giúp học sinh Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -3- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 phát triển lực tối đa mà sử dụng năm qua để tham khảo, rút kinh nghiệm bổ sung MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tìm giải pháp hướng dẫn học sinh lớp 10 THPT có kỹ vận dụng kiến thức vào giải tập vật lý phần Động lực học chất điểm phát triển tư học tập môn vật lý ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Phương pháp giảng dạy môn Vật lý bậc THPT - 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 từ đơn giản đến phức tạp - Đối với học sinh trung bình, yếu: Yêu cầu nắm vững kiến thức bản, phương pháp giải giải tập đơn giản - Đối với học sinh khá, giỏi: Yêu cầu áp dụng phương pháp giải vào tập khó, có tính chất nâng cao, vận dụng kiến thức cách tổng hợp PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phân tích, tổng hợp dạng tập vật lý phần động lực học chất điểm thuộc mơn Vật lý lớp 10 THPT Tìm điểm chung giải tập này, đưa cách phân dạng tập tối ưu cách hướng dẫn học sinh nắm phương pháp giải tập phần động lực học chất điểm THỜI GIAN NGHIÊN CỨU Trong nhiều năm giảng dạy môn vật lý bậc THPT, trăn trở làm để giúp học sinhcó thể học được, học tốt mơn vật lý Tôi đưa nhiểu phương án hướng dẫn học sinh Thực so sánh kết tìm phương án mà tơi cho tối ưu Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -4- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 Phần II: NỘI DUNG A/ KIẾN THỨC CƠ BẢN: I/ Các khái niệm bản: 1/ 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 2/ 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 vng góc) gắn với vật làm mốc mốc thời gian, đồng hồ - Có hai trường hợp sử dụng hệ quy chiếu: + Hệ quy chiếu qn tính: Trong Vật lý lớp 10 hệ quy chiếu đứng yên chuyển động thẳng so với mặt đất + Hệ quy chiếu phi qn tính: Trong Vật lý lớp 10 hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động có gia tốc không đổi mặt đất 3/ 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 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -5- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 + Chiều dài vectơ biểu diễn độ lớn lực theo tỷ lệ xích quy ước 4/ 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 vng góc với lực thành phần hình chiếu hợp lực phương 5/ Các lực học: a/ Lực hấp dẫn: Là lực hút hai vật - Đặc điểm lực hấp dẫn hai chất điểm + Điểm đặt: Ở chất điểm xét + Hướng: Phương: trùng đường thẳng nối hai chất điểm Chiều: biểu diễn lực hút + Độ lớn: Fhd = G m1m r2 Với G = 6,67 Nm2/kg2 - Trọng lực: lục hút trái đất tác dụng lên vật Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở trọng tâm vật + Hướng: Phương thẳng đứng Chiều từ xuống Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -6- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 + Độ lớn: P = mg g: gia tốc rơi tự (gia tốc trọng trường) b/ Lực đàn hồi: Là lực xuất vật vật đàn hồi bị biến dạng - Lực đàn hồi lò xo đồng bị kéo bị nén: 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 vng góc với bề mặt vật Chiều ngược với chiều áp lực gây lực đàn hồi c/ 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 + Hướng: 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 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -7- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 + Hướng: 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 + Hướng: 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 Nên viết : µn : Hệ số ma sát nghỉ Fms ≤ µn.N Giá trị hệ số ma sát nghỉ µn lớn hệ số ma sát trượt µt cặp mặt tiếp xúc d/ 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 II/ Các định luật Niu Tơn 1/ Định luật I Niu - Tơn: Nếu vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực cân vật đứng yên chuyển động thẳng 2/ Định luật II Niu - Tơn: Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -8- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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 3/ 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 III/ 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 IV/ 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 V/ Việc chia dạng tập: Các tập động lực học chất điểm chia thành hai dạng chính: Dạng 1: Bài tốn 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 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên -9- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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 B/ THỰC HIỆN ÁP DỤNG TRONG CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN 1- 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 khơng đổi có độ lớn khơng 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 2- 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 vng góc với hình chiếu mộ vectơ vectơ thành phần phép cộng vectơ + Hệ quy chiếu thuận lợi cho việc giải tập gồm hai trục vng góc với nhau, trục phương với vectơ gia tốc, trục vng góc với vectơ gia tốc vật ta xét Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 10 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 g( sin α − µ cos α ) ω l cos α g( sin α + µ cos α ) ≤ ≤ → µ sin α + cos α cos α − µ sin α →m  2g( sin α − µ cos α ) 2g( sin α + µ cos α ) ≤ ω2 ≤ ( µ.sin α + cos α ).l cos α ( cos α − µ.sin α ).l cos α Để vật bị văng khỏi thước thì: ω2 < 2g( sin α − µ cos α ) 2g( sin α + µ cos α ) ω > ( µ.sin α + cos α ).l cos α ( cos α − µ sin α ).l cos α Dạng 2: Bài toán hệ vật Phương pháp giải: Bước 1: Chọn hệ quy chiếu cho vật Bước 2: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn cho vật Bước 3: Tìm liên hệ lực gia tốc Bước 4: Tính đại lượng yêu cầu Hướng dẫn giải tốn dạng có kế thừa kỹ mà học sinh có giải tốn vật Việc thực thao tác tốn thực vật hệ Só thể hệ vật chỗ tìm liên hệ lực gia tốc phân tích tượng, liên hệ chuyển động cấu trúc hệ cho Bài toán dạng phong phú nhiều trường hợp Trong phạm vi sáng kiến kinh nghiệm nêu nên cách vận dụng để giải tập có tính phức tạp cao, giúp học sinh khá, giỏi có điều kiện phát triển lực tư qua vài ví dụ minh họa sau: Ví dụ 1: Trên mặt phẳng ngang có hai vật ban đầu cách khoảng l, phiến nặng động Trên đầu trục động có quấn sợi dây mà đầu buộc vào phiến nặng Khi động hoạt động, hai trượt phiến nặng có gia tốc khơng đổi a0 Hệ số ma sát trượt hai vật với mặt phẳng ngang µ Khối lượng phiến nặng gấp đôi khối lượng động Bỏ qua khối lượng dây Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 26 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 a/ Sau hai vật va vào nhau? b/ Áp dụng số: l = 18m; a0 = 2m/s2; µ = 0,3; g = 10m/s2 ĐC Phiến Bài giải Đây tốn hệ vật có diễn biến khác lạ với trường hợp có sách giáo khoa sách tập 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: - Khi động hoạt động, trục động quay, có tượng diễn ra? Các vật chuyển động theo chiều Giáo viên cần làm cho học sinh biết được: Khi động hoạt động dây bị quấn lại ngắn dần, tạo lực kéo hai vật chuyển động lại gần - Dùng biện pháp để xác định thời điểm hai vật va vào nhau? - Giải tốn viết phương trình chuyển động toán hệ vật nào? - Hệ quy chiếu tốn viết phương trình chuyển động vật cần có yêu cầu nào? Trong nên chọn hệ quy chiếu nào? Giáo viên định hướng học sinh dùng tốn viết phương trình chuyển động kế hợp với toán hệ vật hướng dẫn học sinh thực kết hợp Lời giải cụ thể sau: y N1 Fms1 ĐC T1 N2 O x P1 Hệ quy chiếu: Tọa độ Oxy: Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên T2 Phiến Fms P2 - 27 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 Ox: phương ngang, chiều từ vị trí ban đầu động đến vị trí ban đầu phiến nặng Oy: phương thẳng đứng, chiều từ lên Gốc tọa độ O: vị trí ban đầu động Mốc thời gian: t = 0: lúc vật bắt đầu chuyển động Giáo viên hướng dẫn học sinh xác định thơng số cần thiết cho việc giải tốn 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 Động Phiến nặng Thời điểm ban đầu: t01 = t02 = Tọa độ ban đầu: x01 = x02 = l Vận tốc ban đầu: v01 = v02 = Gia tốc: a1 a2 = - a0 Các lực tác dụng vào động cơ: 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 a 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 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 28 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P2 + T2 + N + Fms = m a 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 → a1 = µg + 2a0 Chuyển động thẳng biến đổi đều: x = x + v t + Đối với động cơ: x = x 01 + v 01 t + → x1 = a.t a t 2 ( 2a + µg ).t 2 Đối với phiến nặng: x = x 02 + v 02 t + a t 2 → x = l − a t 2 Khi động va vào phiến nặng: x1 = x2 → ( 2a + µg ).t = l − a t 2 2 →t = 2l 2l →t= 3a + µg 3a + µg Thay số: t = 2.18 = 2( s ) 3.2 + 0,3.10 A Đáp số: 2s Thanh Ví dụ 2: Cho hệ thống hình vẽ: Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên B Bi - 29 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 Thanh dài có chiều dài l, có khối lượng m1 bi có khối lượng m2, m1 > m2 Hịn bi trọc thủng lỗ trượt dọc theo sợi dây với lực ma sát Bỏ qua khối lượng rịng 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 bi ngang đầu thanh? Giáo viên cần làm cho học sinh biết được: Thanh dài chuyển động tịnh 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 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 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 30 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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 tốn viết phương trình chuyển động toán hệ vật nào? Giáo viên định hướng học sinh dùng tốn viết phương trình chuyển động kế hợp với toán hệ vật hướng dẫn học sinh thực kết hợp - Hệ quy chiếu tốn 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 x lên Gốc tọa độ O: Tại vị trí ban đầu đầu T1 Mốc thời gian: t0 = 0: thời điểm vật A bắt đầu chuyển động Giáo viên hướng dẫn học sinh xác định thông số cần thiết cho việc giải tốn viết phương trình chuyển động vật học phần Động học chất điểm Đồng thời tìm hiểu thông Thanh P1 B Fms Bi O biết, thông số chưa biết nêu cách xác định thông số chưa biết P2 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 31 - số SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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 = x + v t + a.t 2 Đối với đầu thanh: x = x 01 + v 01 t + a t 2 → x = l + a t 2 Đối với Bi: x = x 02 + v 02 t + a t 2 → x = a 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: P1 Lực căng dây: T1 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P1 + T1 = m1 a Chiếu lên Ox: T1 – P1 = m1a1 → T1 = m1g + m1a1 (2) Các lực tác dụng vào Bi: Trọng lực: Lực ma sát với dây: P2 Fms Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P2 + Fms = m a Chiếu lên Ox: Fms - P2 = m2a2 → Fms = P2 + m2a2 (3) Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 32 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây ma sát ròng rọc: T1 = Fms2 2l + a t Từ (2) (3): m1g + m1a = m g + m t2 m g.t + 2m l − m1g.t → a1 = ( m1 − m ) t Thay vào (2): Fms = m1g + m1a1 m g.t + 2m l − m1g.t → Fms = m1g + m1 ( m1 − m ) t → Fms = 2m1 m l ( m1 − m ) t Thay số: → Fms = 2.0,3.0,1.0,5 = 0,024( N ) ( 0,3 − 0,1).2,5 Đáp số: Fms = 2m1 m l ( m1 − m ) t Fms = 0,024N Ví dụ 3: Cho hệ vật hình vẽ vật có khối lượng m; m1; m2 Vật m chuyển động mặt phẳng ngang Dây khơng dãn, bỏ qua khối lượng rịng rọc, dây ma sát ròng rọc, ma sát vật m với mặt phẳng ngang sức cản khơng khí, gia tốc trọng trường g Hãy tính gia tốc vật m1? Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 33 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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 mơ 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 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 34 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 vật?Dây khơng 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 Cịn m1 m2 chuyển động theo phương thẳng đứng, gia tốc m1 m2 so với rịng rọc B có độ lớn ngược chiều, so với mặt đất khơng có 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 qn tính, cịn 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 - Nêu điểm khác sử dụng hệ quy chiếu quán tính phi quán tính? - Để tính gia tốc m1 mặt đất cần phải sử dụng thêm công thức cộng gia tốc tương tự công thức cộng vân tốc: a 1,3 = a 1, + a 2,3 - Giải toán hệ vật nào? Lời giải cụ thể sau N m A O x P B O1 T1 Fq1 T2 Fq m1 m2 Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên P1 - 35 - P2 x1 SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 Hệ quy chiếu: Đối với vật m: Tọa độ Ox gắn với mặt đất Phương ngang, chiều từ trái sang phải hình vẽ Đối với vật m1 m2: Tọa độ O1x1 gắn với ròng rọc B Phương thẳng đứng, chiều từ xuống Các lực tác dụng vào vật m: Trọng lực: Lực căng dây: P T Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P + T = ma Chiếu lên Ox: 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 T1 Lực quán tính: Fq1 T2 Lực căng dây: Lực quán tính: Fq Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P1 + T1 + Fq1 = m1 a 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 → P2 + T2 + Fq = m a Chiếu lên O1x1: P2 - Fq2 – T2 = m2a2 (3) Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây, ma sát ròng rọc: T1 = T2 T = T1 + T2 Dây khơng dãn: Gia tốc rịng rọc B a a2 = - a1 (a1 a2 gia tốc vật m1 m2 so với ròng rọc B) Nên Fq1 = m1a; Fq2 = m2a Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 36 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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 = a = ( m1 − m ) a − ( m + m ) g m1 + m + m = ( m1 + m ) a m( m − m ) g 4m m + m( m + m ) 4m m g 4m m + m( m + m ) Áp dụng công thức cộng gia tốc: a / đ = a / B + a B / đ → a1/đ = a1/B + aB/đ → a 1/ đ = m m + m( m − m ) g m m + m( m + m ) Đáp số: 4m1 m + m( m1 − m ) g 4m1 m + m( m1 + m ) Phần III: KẾT LUẬN Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 37 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 1/Kết thực đề tài: Sau hướng dẫn học sinh nắm kỹ để học mơn vật lý nói chung giải tập phần động lực học chất điểm nói riêng, cần tạo điều kiện cho em học sinh có khả nhận thức tốt có điều kiện phát triển tư chiếm lĩnh tri thức, linh hoạt việc vận dụng kiến thức, kỹ vào vấn đề phức tạp trình học tập môn vật lý, tăng cường vận dụng kiến thức tốn học vào học tập mơn vật lý nói chung giải tập động lực học chất điểm nói riêng Sau nhiều năm áp dụng đề tài vào hướng dẫn học sinh giải tập vật lý phần động lực học chất điểm lớp 10 trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên, nhận thấy kỹ thực thao tác tư đặc trưng học tập vật lý học sinh lớp phụ trách nâng lên rõ rệt làm học sinh say mê với môn vật lý môn khoa học có giá trị cho thân học sinh sau tư duy, suy luận vấn đề sống cách khoa học, logíc, giúp người thực nhiệm vụ thân với say mê, có sáng tạo có lợi đạt suất, chất lượng cao Từng phần, chương suy nghĩ đưa nhứng giải pháp giúp học sinh thực nhiệm vụ học tập cách thuận lợi, tránh cho học sinh có cảm giác sợ mơn vật lý Trên sở tạo cho học sinh say mê học tập học tập tốt môn vật lý Sau nhiều năm thực đề tài lớp học sinh trường THPT Tiên Lữ Tôi nhận thấy việc học tập môn Vật lý sôi học sinh có khả vận dụng kiến thức Vật lý nói chung việc giải tốn động lực học chất điểm thục, tập có tính phức tạp cao tạo hứng thú cho học sinh khá, giỏi Tư vật lý học sinh nâng cao bước, việc kết hợp kiến thức toán học vào giải tập vật lý khơng cịn khó khăn cho học sinh Các thao tác tư đặc trưng học tập môn vật lý nói chung học sinh tiến hành thuận lợi linh hoạt Vì kết học tập học sinh lớp 10 trường đạt cao Thống kê kết triển khai đề tài qua năm học: Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 38 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 Năm học: 2005 – 2006 Nội dung thống kê Lớp chọn Tỷ lệ học sinh biết cách xác định loại bài, triển khai Lớp đại trà thao tác giải tập phần động lực học 100% 100% chất điểm Tỷ lệ học sinh biết cách vận dụng vào giải tập chương động lực học chất điểm Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải vào toán nâng cao Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải phát triển tư Vật lý 100% 86% 90% 60% 50% 40% Năm học: 2007 – 2008 Nội dung thống kê Lớp chọn Tỷ lệ học sinh biết cách xác định loại bài, triển khai Lớp đại trà thao tác giải tập phần động lực học 100% 100% chất điểm Tỷ lệ học sinh biết cách vận dụng vào giải tập chương động lực học chất điểm Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải vào toán nâng cao Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải phát triển tư Vật lý 100% 92% 90% 60% 60% 42% Năm học: 2008 – 2009 Nội dung thống kê Lớp chọn Tỷ lệ học sinh biết cách xác định loại bài, triển khai Lớp đại trà thao tác giải tập phần động lực học 100% 100% chất điểm Tỷ lệ học sinh biết cách vận dụng vào giải tập 100% chương động lực học chất điểm Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải vào 88% Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên 87% 62% - 39 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 toán nâng cao Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải phát triển tư Vật lý 57% 42% Năm học: 2009 – 2010 Nội dung thống kê Lớp chọn Tỷ lệ học sinh biết cách xác định loại bài, triển khai Lớp đại trà thao tác giải tập phần động lực học 100% 100% chất điểm Tỷ lệ học sinh biết cách vận dụng vào giải tập chương động lực học chất điểm Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải vào toán nâng cao Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải phát triển tư Vật lý 100% 88% 86% 65% 60% 38% 2/ Lời bình: Qua năm vận dụng phương pháp hướng dẫn học sinh giải tập Vật lý phần động lực học chất điểm, nhận thấy kỹ thực thao tác học tập Vật lý nâng cao rõ rệt góp phần đáng kể vào phát triển tư đặc trưng bô môn Vật lý nói riêng phát triển tư khoa học nói chung cho học sinh Tơi thiết nghĩ, với giáo viên có tâm huyết với giáo dục nói chung, với giáo viên Vật lý nói riêng cần phải tìm tịi, suy nghĩ nghiệp vụ sư phạm, sáng tạo nhiều cơng việc thân Việc đóng góp nhiều cho nghiệp giáo dục tỉnh nhà đất nước Muốn đạt cần phải có yêu nghề, tâm huyết với môn chọn Đặc biệt cần phải có lao động bền bỉ, say sưa để làm nảy sinh sáng tạo đáng kể cho thân có giá trị cho nghiệp giáo dục đào tạo hệ tương lai đát nước 3/ Hướng phát triển đề tài: + Đề tài tạo cho học sinh kỹ vận dụng kiến thức kỹ Vũ Xuân Lập – Trường THPT Tiên Lữ - Hưng Yên - 40 - ... -9- SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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... 40 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 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. .. - 37 - SKKN: Phương pháp giải toán động lực học chất điểm - Vật lý lớp 10 1/Kết thực đề tài: Sau hướng dẫn học sinh nắm kỹ để học môn vật lý nói chung giải tập phần động lực học chất điểm nói