vật lý 10 - chuyên đề phương pháp động lực học có giải cực hay

vật lý 10 - chuyên đề phương pháp động lực học có giải cực hay tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án,...

CHUYÊN Đ V PHƯƠNG PHP ĐNG LC HC I.Mc tiêu. 1. L gii đ hc sinh nm vng v pht biu đng cc đnh lut Niu-ton. 2. L gii đ hc sinh vit đng v gii thch đng phương trnh cơ bn ca đng lc hc Niu-ton. m F a    Fam    3.Hưng dn hc sinh cch xc đnh đy đ cc lc tc dng lên mt vt hay mt h vt. 4.Nu phi xt mt h vt th cn phân bit ngoi lc v ni lc. 5. Sau khi vit đưc phương trnh Niu-ton đi vi vt hoc h vt dưi dng vc tơ, hc sinh cn chn nhng phương php thch hp đ chiu cc phương trnh vc tơ lên cc phương đ. 6. Sau cng hưng dn hc sinh tm ra cc kt qu ca bi ton bng cch gii phương trnh hay h phương trnh đi s đ thu đưc. 7. Đi vi cc chuyn đng trn đu cn hưng dn cho hc sinh cch xc đnh lc hưng tâm. II. Ni dung phương php đng lc hc. Phương php đng lc hc l phương php kho st chuyn đng cơ ca cc vt da trên cơ s cc đnh lut Niu-ton. Phương php đng lc hc bao gm cc bưc cơ bn sau : 1. Xc đnh đy đ cc lc tc dng lên vt hoc h vt. Vi mi lc xc đnh cn ch r đim đt, phương, chiu, đ ln. 2. Cc lc tc dng lên vt thưng l : - Cc lc tc dng do cc trưng lc gây ra như trưng hp dn, đin trưng, t trưng… - Cc lc tc dng do liên kt gia cc vt: Lc căng, lc đn hi… - Cc lc tc dng khi vt chuyn đng trên mt mt: Lc ma st, phn lc php tuyn… 3. Chn h trc to đ lm h quy chiu đ kho st chuyn đng. Đa s cc bi ton kho st chuyn đng ca vt trên mt đưng thng hoc trong mt mt phng xc đnh. Khi đ ta chn h trc to đ c mt trc song song vi chuyn đng ca vt hoc trong mt phng chuyn đng ca vt; cng nên chn mt trc to đ song song vi nhiu lc tc dng. 4. Bưc cơ bn tip theo l vit phương trnh Niu-ton cho vt hoc h vt (dng vc tơ). Vt   1 Fam   (tng cc lc tc dng lên vt) H vt :          222 111 Fam Fam     5. Tip theo l chiu cc phương trnh vc tơ trên lên cc trc to đ đ chn. 6. Kho st cc phương trnh chuyn đng theo tng phương ca tng trc to đ. Lưu : Đi vi mt h nhiu vt ngưi ta phân bit: a) Ni lc l nhng lc tương tc gia cc vt trong h b) Ngoi lc l cc lc do cc vt bên ngoi h tc dng lên cc vt trong h III. CC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN. Dạng 1: Bài ton p dng định luật II Newton Bài 1. Mt vt nhỏ khi lưng m chuyn đng theo trc Ox (trên mt mt ngang), dưi tc dng ca lc F  nm ngang c đ ln không đi. Xc đnh gia tc chuyn đng ca vt trong hai trưng hp : a) Không có ma sát. b) H s ma st trưt trên mt ngang bng t  Giải  Cc lc tc dng lên vt: Lc ko F  , lc ma st ms F  , trng lc P  , phn lc N   Chn h trc ta đ: Ox nm ngang, Oy thng đứng hưng lên trên.  Phương trnh đnh lut II Niu-tơn dưi dng vc tơ: F  + ms F  + P  + N  = m. a  (1)  Chiu (1) lên trc Ox: F – F ms = ma (2) Chiu (1) lên trc Oy: -P + N = 0 (3)  N = P và F ms = t  .N  Vy: +gia tc a ca vt khi c ma st l: m gmF m FF a tms      +gia tc a ca vt khi không c ma st l: m F a  Bài 2. Mt vt nhỏ khi lưng m chuyn đng theo trc Ox trên mt phng nm ngang dưi tc dng ca lc ko F  theo hưng hp vi Ox gc 0  . H s ma st trưt trên mt ngang bng t  .Xc đnh gia tc chuyn đng ca vt. Giải  Cc lc tc dng lên vt: Lc ko 21 FFF   ,lc ma st ms F  , trng lc P  , phn lc N   Chn h trc ta đ: Ox nm ngang, Oy thng đứng hưng lên trên.  Phương trnh đnh lut II Niu-tơn dưi dng vc tơ: F  + ms F  + P  + N  = m. a  (1)  Chiu (1) lên Ox : ma = F 2 - F ms  ma = F  cos - F ms (2) Chiu (1) lên Oy : 0 = F 1 + N – P  N = P - F  sin (3) T (2) v (3) ta c : ma = F  cos - t  (mg - F  sin ) = F(  cos +  sin t ) - mg t  Vy :   g m F a tt   sincos Dạng 2: Dùng phương php hệ vật - Xc đnh đưc F k , l lc ko cng chiu chuyn đng ( nu c lc F xiên th dng php chiu đ xc đnh thnh phn tip tuyn F x = Fcos  N  F  P  ms F  a  O y x N  F  ms F  a  O y x P  1 F  2 F  - Xc đnh đưc F c , l lc cn ngưc chiu chuyn đng - Gia tc ca h : a =     m FF ck ;  k F tng cc lc ko ,  c F tng cc lc cn ,  m khi lưng cc vt trong h. * Lưu  :1. Tm gia tc a t cc d kin đng hc 2. Đ tm ni lc , vn dng a = m FF ck  ; F k tng cc lc ko tc dng lên vt , F c tng cc lc cn tc dng lên vt 3. Khi h c rng rc : đu dây lun qua rng rc đng đi đon đưng s th trc rng rc đi đon đưng s/2, đ ln cc vn tc v gia tc cng theo t l đ. 4. Nu h c 2 vt đt lên nhau, khi c ma st trưt th kho st chuyn đng ca tng vt ( vn dng công thức a = m FF ck  ) 5. Nu h c 2 vt đt lên nhau, khi c ma st ngh th h c th xem l 1 vt Bài 1 :Hai vt A v B c th trưt trên mt bn nm ngang v đưc ni vi nhau bng dây không dn, khi lưng không đng k. Khi lưng 2 vt l m A = 2kg, m B = 1kg, ta tc dng vo vt A mt lc F = 9N theo phương song song vi mt bn. H s ma st gia hai vt vi mt bn l m = 0,2. Ly g = 10m/s 2 . Hy tnh gia tc chuyn đng. Bài giải: Đi vi vt A ta có:   11ms1111 amFTFNP Chiu xung Ox ta c: F  T 1  F 1ms = m 1 a 1 Chiu xung Oy ta đưc: m 1 g + N 1 = 0 Vi F 1ms = kN 1 = km 1 g  F  T 1  k m 1 g = m 1 a 1 (1) * Đi vi vt B:   22ms2222 amFTFNP Chiu xung Ox ta c: T 2  F 2ms = m 2 a 2 Chiu xung Oy ta đưc: m 2 g + N 2 = 0 Vi F 2ms = k N 2 = k m 2 g  T 2  k m 2 g = m 2 a 2 (2)  Vì T 1 = T 2 = T và a 1 = a 2 = a nên: F - T  k m 1 g = m 1 a (3) T  k m 2 g = m 2 a (4) Cng (3) v (4) ta đưc F  k(m 1 + m 2 )g = (m 1 + m 2 )a 2 21 21 s/m1 12 10).12(2,09 mm g).mm(F a        Bài 2 :Hai vt cng khi lưng m = 1kg đưc ni vi nhau bng si dây không dn v khi lưng không đng k. Mt trong 2 vt chu tc đng ca lc ko  F hp vi phương ngang gc a = 30 0 . Hai vt c th trưt trên mt bn nm ngang gc a = 30 0 H s ma st gia vt v bn l 0,268. Bit rng dây ch chu đưc lc căng ln nht l 10 N. Tnh lc ko ln nht đ dây không đứt. Ly 3 = 1,732. Bài giải: Vt 1 c :   11ms1111 amFTFNP Chiu xung Ox ta c: F.cos 30 0  T 1  F 1ms = m 1 a 1 Chiu xung Oy : Fsin 30 0  P 1 + N 1 = 0 Và F 1ms = k N 1 = k(mg  Fsin 30 0 )  F.cos 30 0  T 1 k(mg  Fsin 30 0 ) = m 1 a 1 (1) Vt 2:   22ms2222 amFTFNP Chiu xung Ox ta c: T  F 2ms = m 2 a 2 Chiu xung Oy : P 2 + N 2 = 0 Mà F 2ms = k N 2 = km 2 g  T 2  k m 2 g = m 2 a 2 Hơn na v m 1 = m 2 = m; T 1 = T 2 = T ; a 1 = a 2 = a  F.cos 30 0  T  k(mg  Fsin 30 0 ) = ma (3)  T  kmg = ma (4) T (3) v (4) ·m 00 t 2 )30sin30(cosT T    20 2 1 268,0 2 3 10.2 30sin30cos T2 F 00 ·m      Vy F max = 20 N Bài 3 :Hai vt A v B c khi lưng ln lưt l m A = 600g, m B = 400g đưc ni vi nhau bng si dây nhẹ không dn v vt qua rng rc c đnh như hnh vẽ. Bỏ qua khi lưng ca rng rc v lc ma st gia dây vi rng rc. Ly g = 10m/s 2 . Tnh gia tc chuyn đng ca mi vt. Bài giải: Khi th vt A sẽ đi xung v B sẽ đi lên do m A > m B và T A = T B = T a A = a B = a Đi vi vt A: m A g  T = m A .a Đi vi vt B: m B g + T = m B .a * (m A  m B ).g = (m A + m B ).a 2 B A BA s/m210. 400600 400600 g. mm mm a*        Bài 4: Ba vt c cng khi lưng m = 200g đưc ni vi nhau bng dây ni không dn như hnh vẽ. H s ma st trưt gja vt v mt bn l  = 0,2. Ly g = 10m/s 2 . Tính gia tc khi h chuyn đng. Bài giải: Chn chiu như hnh vẽ. Ta c:   aMPTTNPFTTNPF 11222ms234333 Do vy khi chiu lên cc h trc ta c:         3ms4 2ms32 11 maFT maFTT maTmg Vì aaaa 'TTT TTT 321 43 21             maFT maFTT maTmg ms ' ms '       ma3mg2mg ma3F2mg ms 2 s/m210. 3 2,0.21 g. 3 21 a      Dạng 3 : Mặt phẳng nghiêng * Mt phng nghiêng không c ma st, gia tc ca chuyn đng l a = gsin  * Mt phng nghiêng c ma st: - Vt trưt xung theo mt phng nghiêng, gia tc ca chuyn đng l a = g(sin  -  cos ) - Vt trưt lên theo mt phng nghiêng, gia tc ca chuyn đng l a = -g(sin  +  cos ) - Vt nm yên hoc chuyn đng thng đu : điu kin tan  < t  , t  l h s ma st trưt - Vt trưt xung đưc nu: mgsin  > F msn/max = μ n mgcos  hay tan  > μ n Bài 1: Mt xe trưt không vn tc đu t đnh mt phng nghiêng gc  = 300. H s ma st trưt l  = 0,3464. Chiu di mt phng nghiêng l l = 1m. ly g = 10m/s 2 và 3 = 1,732 Tnh gia tc chuyn đng ca vt. Bài giải: Cc lc tc dng vo vt: 1) Trng lc  P 2) Lc ma st  ms F 3) Phn lc  N ca mt phng nghiêng 4) Hp lc   amFNPF ms Chiu lên trc Oy:  Pcox + N = 0  N = mg cox (1) Chiu lên trc Ox : Psin  F ms = max  mgsin N = max (2) t (1) v (2)  mgsin   mg cox = max  ax = g(sin  cox) = 10(1/2  0,3464. 3 /2) = 2 m/s 2 Bài 2 :Cn tc dng lên vt m trên mt phng nghiêng gc  mt lc F bng bao nhiêu đ vt nm yên, h s ma st gia vt v mt phng nghiêng l k , khi bit vt c xu hưng trưt xung. Bài giải: Chn h trc Oxy như hnh vẽ. Áp dng đnh lut II Newtơn ta c : 0FNPF ms   Chiu phương trnh lên trc Oy: N  Pcox  Fsin = 0  N = Pcox + F sin F ms = kN = k(mgcox + F sin) Chiu phương trnh lên trc Ox : Psin  F cox  F ms = 0  F cox = Psin  F ms = mg sin  kmg cox  kF sin       ktg1 )ktg(mg sinkcos )kcox(sinmg F Bài 3 :Xem h cơ liên kt như hnh vẽ m 1 = 3kg; m 2 = 1kg; h s ma st gia vt v mt phng nghiêng l  = 0,1 ;  = 300; g = 10 m/s 2 Tính sức căng ca dây? Bài giải: Gi thit m 1 trưt xung mt phng nghiêng v m 2 đi lên, lc đ h lc c chiu như hnh vẽ. Vt chuyn đng nhanh dn đu nên vi chiu dương đ chn, nu ta tnh đưc a > 0 th chiu chuyn đng đ gi thit l đng. Đi vi vt 1:   11ms11 amFTNP Chiu h xOy ta c: m 1 gsin  T  N = ma  m 1 g cox + N = 0 * m 1 gsin  T   m 1 g cox = ma (1) Đi vi vt 2:   2222 amTP  m 2 g + T = m 2 a (2) Cng (1) v (2)  m 1 gsin   m 1 g cox = (m 1 + m 2 )a )s/m(6,0 4 10.1 2 3 3.1,0 2 1 .10.3 mm gmcosmsingm a 2 21 211       V a > 0, vy chiu chuyn đng đ chn l đng * T = m 2 (g + a) = 1(10 + 0,6) = 10,6 N Dạng 4 : Bài tập về lc hướng tâm Bài 1:Mt bn nm ngang quay trn đu vi chu kỳ T = 2s. Trên bn đt mt vt cch trc quay R = 2,4cm. H s ma st gia vt v bn ti thiu bng bao nhiêu đ vt không trưt trên mt bn. Ly g = 10 m/s 2 và  2 = 10 Bài giải: Khi vt không trưt th vt chu tc dng ca 3 lc: nghØF;N,P ms Trong đ: 0NP  Lc đ vt chuyn đng trn đu nên ms F l lc hưng tâm:        )2(mg.F )1(RmwF ms 2 ms g Rw g.Rw 2 2  Vi w = 2/T = .rad/s 25,0 10 25,0. 2    Vy  min = 0,25 Bài 2 :Mt l xo c đ cứng K, chiu di t nhiên l 0 , 1 đu gi c đnh  A, đu kia gn vo qu cu khi lưng m c th trưt không ma st trên thanh () nm ngang. Thanh () quay đu vi vn tc gc w xung quanh trc (A) thng đứng. Tnh đ dn ca l xo khi l 0 = 20 cm; w = 20rad/s; m = 10 g ; k = 200 N/m Bài giải: Cc lc tc dng vo qu cu dh F;N;P     2 o 2 o 22 o 2 mwK lmw l lmwmwKl llmwlK     vi k > mw 2     m05,0 20.01,0200 2,0.20.01,0 l 2 2     Bài 3 :Vng xic l mt vnh trn bn knh R = 8m, nm trong mt phng thng đứng. Mt ngưi đi xe đp trên vng xic ny, khi lưng c xe v ngưi l 80 kg. Ly g = 9,8m/s 2 tnh lc p ca xe lên vng xic ti đim cao nht vi vn tc ti đim ny l v = 10 m/s. Bài giải: Cc lc tc dng lên xe  đim cao nht l N;P Khi chiu lên trc hưng tâm ta đưc N2168,9 8 10 80g R v mN R mv NP 22 2                     Dạng 5: Lc đàn hồi * Lc đn hi xut hin khi vt b bin dng , c xu hưng chng li nguyên nhân gây ra bin dng(dng đ xc đnh bn cht ca lc) * Biu thức : F = - k. l , du tr ch lc đn hi luôn ngưc vi chiu bin dng , đ ln F = k. l * Đ dn ca l xo khi vt cân bng trên mt phng nghiêng gc  so vi mt phng ngang l : 0 l = mgsin  /k ; khi treo thng đứng th sin  = 1 * Ghép lò xo : - Ghép song song : k s = k 1 + k 2 +…+ k n - Ghp ni tip : nnt kkkk 1 111 21  * T 1 l xo ct thnh nhiu phn : k 1 l 1 = k 2 l 2 = … = k n l n = k 0 l 0 * Con lc quay : + To nên mt nn c nửa gc  đnh là  , khi   htđh FFP + Nu l xo nm ngang th   htđh FF . + Vn tc quay (vng/s) N =  cos2 1 l g  + Vn tc quay ti thiu đ con lc tch ri khỏi trc quay N l g  2 1  hình 1 Bài 1 :Hai l xo: l xo mt di thêm 2 cm khi treo vt m 1 = 2kg, lò xo 2 dài thêm 3 cm khi treo vt m 2 = 1,5kg. Tm tỷ s k 1 /k 2 . Bài giải: Khi gn vt l xo di thêm đon l. Ở v tr cân bng mglKPF 0   Vi l xo 1: k 1 l 1 = m 1 g (1) Vi l xo 1: k 2 l 2 = m 2 g (2) Lp tỷ s (1), (2) ta đưc 2 2 3 5,1 2 l l . m m K K 1 2 2 1 2 1     [...]... lượng không đáng kể, độ cứng lần lượt là k1 = 100 N/m, k2 = 150 N/m, có cùng độ dài tự nhiên L0 = 20 cm được treo thẳng đứng như hình vẽ Đầu dưới 2 lò xo nối với một vật khối lượng m = 1kg Lấy g = 10m/s2 Tính chiều dài lò xo khi vật cân bằng Bài giải: Khi cân bằng: F1 + F2 = Với F1 = K1l; F2 = K21 nên (K1 + K2) l = P P 1 .10   0,04 (m) K 1  K 2 250 Vậy chiều dài của... K1l; F2 = K21 nên (K1 + K2) l = P P 1 .10   0,04 (m) K 1  K 2 250 Vậy chiều dài của lò xo là: L = l0 + l = 20 + 4 = 24 (cm)  l  Bài 3 :Tìm độ cứng của lò xo ghép theo cách sau: Bài giải: Hướng và chiều như hình vẽ: Khi kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn x thì : Độ dãn lò xo 1 là x, độ nén lò xo 2 là x   Tác dụng vào vật gồm 2 lực đàn hồi F1 ; F . (3) ta c : ma = F  cos - t  (mg - F  sin ) = F(  cos +  sin t ) - mg t  Vy :   g m F a tt   sincos Dạng 2: Dùng phương php hệ vật - Xc đnh đưc F k , l. gii phương trnh hay h phương trnh đi s đ thu đưc. 7. Đi vi cc chuyn đng trn đu cn hưng dn cho hc sinh cch xc đnh lc hưng tâm. II. Ni dung phương php đng lc hc. Phương. 5. Sau khi vit đưc phương trnh Niu-ton đi vi vt hoc h vt dưi dng vc tơ, hc sinh cn chn nhng phương php thch hp đ chiu cc phương trnh vc tơ lên cc phương đ. 6. Sau cng