sáng kiến kinh nghiệm về bài toán ném ngang

Khi giải bài tập học sinh không chỉ gặp các bài toán về chuyển động ném xiên, mà còn gặp các bài toán về chuyển động ném ngang, ném thẳng đứng từ dưới lên, ném thẳng đứng từ trên xuống b

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài :

Trong chương trình vật lí 10 nâng cao, học sinh được tìm hiểu cả tính chất chuyển động và xây dựng các công thức về chuyển động ném xiên Khi giải bài tập học sinh không chỉ gặp các bài toán về chuyển động ném xiên, mà còn gặp các bài toán về chuyển động ném ngang, ném thẳng đứng từ dưới lên, ném thẳng đứng từ trên xuống (bỏ qua sức cản của không khí)

Trước những dạng bài tập chưa được phân tích chuyển động, chưa được xây dựng các công thức để áp dụng, học sinh lúng túng khi xác định tính chất chuyển động của vật, không biết vận dụng các công thức nào để giải quyết các bài tập đó

Xuất phát từ khó khăn trên, từ chuyển động ném xiên đã học, tôi phân tích một số trường hợp riêng dẫn đến các chuyển động ném ngang và ném thẳng đứng, giúp học sinh tự xác định được tính chất của từng chuyển động và viết được các công thức liên quan để giải các bài toán trên

2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

2.1: Phạm vi nghiên cứu

Đề tài được áp dụng đối với học sinh lớp 10 học theo chương trình nâng cao

2.2: Đối tượng nghiên cứu

Học sinh các lớp 10A, 10B trường THPT NGUYỄN VIẾT XUÂN

3 Mục đích nghiên cứu

Tìm ra được tính chất, các công thức của chuyển động ném ngang, ném thẳng dứng từ dưới lên, ném thẳng đứng từ trên xuống Vận dụng các công thức trên, hướng dẫn giải một số bài tập thuộc các chuyển động nghiên cứu, đưa ra một số bài tập tương tự, giúp học sinh vận dụng được các công thức

xây dựng được, vào giải bài tập tương tự và các bài tập liên quan đến các chuyển động nghiên cứu

4 Điểm mới trong kết quả nghiên cứu:

Chỉ ra được tính chất chuyển động, xây dựng được các công thức của các chuyển động ném ngang, ném thẳng đứng từ dưới lên, ném thẳng đứng từ trên xuống

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1: CHUYỂN ĐỘNG NÉM XIÊN

Xét chuyển động của vật được ném lên với vận tốc ban đầu hợp với phương nằm ngang góc α ( trọng trường coi là đều và bỏ qua lực cản của không khí) Các công thức của chuyển động ném xiên:

Chọn hệ trục tọa độ X0Y như hình vẽ, gốc thời gian là lúc ném vật

Các phương trình theo phương 0x (0x nằm ngang theo chiều vận tốc đầu) ax= 0

vx= v0cosα x= (v0cosα)t Thành phần nằm ngang chuyển động thẳng đều với vận tốc : v0cosα

Các phương trình theo phương 0Y( 0Y thẳng đứng hướng lên)

ay= -g

vy= v0 sinα - gt y= (v0sinα)t - gt2/2 Thành phần thẳng đứng chuyển động thẳng biến đổi đều

Phương trình quỹ đạo của vật

y= -gx2/(2v02cos2α) + (tanα) x

Từ phương trình quỹ đạo : quỹ đạo chuyển động của vật ném xiên là một parabol

Tầm bay cao : H= (v02sin2α)/2g

Tầm bay xa: L= v02sin2α/g

Y

α V 0

0 X

1.2 CHUYỂN ĐỘNG NÉM NGANG

Xét chuyển động của vật được ném với vận tốc ban đầu theo phương nằm ngang ( trọng trường coi là đều và bỏ qua lực cản của không khí)

Các công thức của chuyển động ném ngang:

Chọn hệ trục tọa độ X0Y: Gốc 0 là vị trí ném vật

Trục 0x theo hướng vận tốc đầu

Trục 0Y thẳng đứng hướng xuống

Các phương trình theo phương 0x:

ax= 0

vx= v0

x= v0t Thành phần nằm ngang chuyển động thẳng đều với vận tốc v0

Các phương trình theo phương 0Y

ay= g

vy= gt y= gt2/2 Thành phần thẳng đứng chuyển động rơi tự do

Phương trình quỹ đạo của vật

y= gx2/(2v02)

Tầm bay xa: L= v0 g

h

1.3 CHUYỂN ĐỘNG NÉM THẲNG ĐỨNG TỪ DƯỚI LÊN

Xét chuyển động của vật được ném với vận tốc ban đầu theo phương thẳng đứng hướng lên ( trọng trường coi là đều và bỏ qua lực cản của không khí) Các phương trình theo phương 0Y( 0Y thẳng đứng hướng lên)

ay= -g

vy= v0 - gt y= v0t- gt2/2

Thành phần thẳng đứng chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc bằng gia tốc rơi tự do

1.4 CHUYỂN ĐỘNG NÉM THẲNG ĐỨNG TỪ TRÊN XUỐNG

Xét chuyển động của vật được ném với vận tốc ban đầu theo phương thẳng đứng hướng xuống ( trọng trường coi là đều và bỏ qua lực cản của không khí) Các phương trình theo phương 0Y( thẳng đứng hướng xuống)

ay= g

vy= v0 +gt y= v0t+ gt2/2 Thành phần thẳng đứng chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc bằng gia tốc rơi tự do

CHƯƠNG II: THỰC TRẠNG HỌC SINH KHI GIẢI BÀI TẬP NÉM

NGANG, NÉM XIÊN.

Khi học bài “ chuyển động của vật bị ném” , học sinh được hiểu đầy đủ

về các chuyển động thành phần theo các phương nằm ngang, thẳng đứng và cả chuyển động tổng hợp Học sinh được cung cấp đầy đủ các công thức của chuyển động ném xiên

Khi làm bài tập học sinh gặp các bài tập về chuyển động ném ngang, ném thẳng đứng mà chưa có cơ sở lí thuyết cho các chuyển động này

Ở một số sách tham khảo, học sinh có thể gặp một trong các chuyển động trên, được cung cấp một số công thức cho các chuyển động đó, nhưng chưa đầy đủ Tính chất chuyển động của các chuyển động không được phân tích đầy đủ, làm học sinh khó vận dụng được các công thức một cách linh hoạt Vì các lí do trên học sinh gặp phải khó khăn khi giải các bài tập về chuyển động ném ngang và ném thẳng đứng

Từ thực trạng trên, để giúp học sinh có thể hiểu đầy đủ về chuyển động ném ngang, ném thẳng đứng và vận dụng được các công thức của các chuyển động này vào giải bài tập, tôi chọn đề tài nghiên cứu: “TỪ CHUYỂN ĐỘNG NÉM XIÊN TÌM HIỂU TÍNH CHẤT, XÂY DỰNG CÔNG THỨC CỦA

CHUYỂN ĐỘNG: NÉM NGANG, NÉM THẲNG ĐỨNG”

CHƯƠNG III: TÌM TÍNH CHẤT VÀ XÂY DỰNG CÔNG THỨC CỦA CHUYỂN ĐỘNG: NÉM NGANG, NÉM THẲNG ĐỨNG.

1 XÁC ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG TÁC ĐỘNG VÀ ĐỐI CHỨNG:

- Học sinh được hướng dẫn tìm tính chất, công thức của các chuyển động, hướng dẫn làm bài tập: học sinh lớp 10A

- Học sinh chỉ được học về chuyển động ném xiên, không được hướng dẫn tìm tính chất, các công thức của chuyển động ném ngang, ném xiên, hướng dẫn làm bài tập: học sinh lớp 10B

2 TÌM HIỂU TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG CÔNG THỨC 2.1.CHUYỂN ĐỘNG NÉM NGANG

Chuyển động ném xiên có α= 00:

Các phương trình theo phương 0x:

ax= 0

vx= v0

x= v0t Thành phần nằm ngang chuyển động thẳng đều với vận tốc v0

Các phương trình theo phương 0Y:

ay= -g

vy= -gt y= - gt2/2 Với chuyển động ném ngang nên chọn 0Y chiều dương hướng xuống Khi đó: Các phương trình theo phương 0Y

ay= g

vy= gt y= gt2/2 Thành phần thẳng đứng chuyển động rơi tự do

Phương trình quỹ đạo của vật

y= gx2/(2v02)

Tầm bay xa: L= v0 g

h

2.2 CHUYỂN ĐỘNG NÉM THẲNG ĐỨNG TỪ DƯỚI LÊN

Chuyển động ném xiên có α=900

Các phương trình theo phương 0x :

ax= 0

vx= 0 x= 0 Vật không chuyển động theo phương 0x

Các phương trình theo phương 0Y( 0Y thẳng đứng hướng lên)

ay= -g

vy= v0 -gt y= v0t- gt2/2 Thành phần thẳng đứng chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc bằng gia tốc rơi tự do

Khi vật đạt độ cao cực đại : vy= 0 suy ra t= v0/g

Hmax= v02/2g

2.3.CHUYỂN ĐỘNG NÉM THẲNG ĐỨNG TỪ TRÊN XUỐNG

Chuyển động ném xiên có α= - 900 (α <0 : quay ngược chiều kim đồng hồ)

Các phương trình theo phương 0x :

ax= 0

vx= 0 x= 0 Vật không chuyển động theo phương 0x

Các phương trình theo phương 0Y( 0Y thẳng đứng hướng lên)

ay= -g

vy= - v0 -gt

y= - v0t- gt2/2 Với chuyển động ném thẳng đứng từ trên xuống nên chọn 0Y chiều dương hướng xuống

Khi đó: Các phương trình theo phương 0Y

ay= g

vy= v0 +gt y= v0t+ gt2/2 Thành phần thẳng đứng chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc bằng gia tốc rơi tự do

Nhận xét chung : Trong các chuyển động ném xiên, ném ngang, ném thẳng

đứng từ dưới lên, ném thẳng đứng từ trên xuống vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực (bỏ qua sức cản của không khí) :

- Thành phần chuyển động theo phương ngang của :

+chuyển động ném xiên, ném ngang là chuyển động thẳng đều

+chuyển động ném thẳng đứng là không chuyển động

- Thành phần chuyển động theo phương thẳng đứng đều là chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc bằng gia tốc rơi tự do

3 BÀI TẬP VẬN DỤNG

3.1 Bài tập về chuyển động ném xiên

Từ đỉnh tháp cao 25m, một hòn đá được ném lên với vận tốc ban đầu 5m/s

theo phương hợp với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 300

1 Viết phương trình chuyển động, phương trình quỹ đạo của hòn đá

2 Sau bao lâu kể từ lúc ném, hòn đá sẽ chạm đất? Lấy g = 10 m/s2

Lược giải:

1 Phương trình chuyển động : x= (v0cosα) t

y= (v0sinα)t- gt2/2

Vậy : x= (5 cos300) t =

2

3

5 t

y = (5 sin300) t- 10t2/2 =

2

5

t- 5t2

Phương trình quỹ đạo của vật :

y= -gx2/(2v02cos2α)+(tanα)x y= -

15

4

x2 +

3

x

2 Hòn đá chạm đất khi y= - h

2

5

t- 5t2 = -25 suy ra t= 2,5s

Bài tập tương tự :

Từ độ cao 15m so với mặt đất, một vật được ném chếch lên với véc tơ vận tốc đầu 20m/s hợp với phương nằm ngang góc 300 Tính

Y

V 0

α X

h

đất

a Thời gian từ lúc ném đến lúc vật chạm đất

b Độ cao lớn nhất ( so với đất) mà vật đạt tới

c Tầm bay xa của vật Lấy g=10m/s2

3.2.Bài tập về chuyển động ném ngang

Một vật được ném ngang với vận tốc v0=30m/s, ở độ cao h=80m

a xác định tầm bay xa của vật

b Xác định vận tốc của vật lúc chạm đất

Lược giải :

a Tầm bay xa: L= v0 g

h

= 30 10

80 2

= 120m

b Khi vật chạm đất: y= h

Thay số : gt2/2 = 80 suy ra t = 4(s)

Vận tốc chạm đất:

vx= v0 = 30

vy= gt =40

suy ra: v = 50 (m/s)

Bài tập tương tự :

Từ một điểm A trên sườn một quả đồi, một vật được ném theo phương nằm ngang với vận tốc 10m/s Theo tiết diện thẳng đứng chứa phương ném thì sườn đồi là một đường thẳng nghiêng góc α = 300 so với phương nằm ngang điểm rơi B của vật trên sườn đồi cách A bao nhiêu? Lấy g = 10m/s2

3.3.Bài tập về chuyển động ném thẳng đứng từ dưới lên

Bài 1: Một vật được ném thẳng đứng từ mặt đất lên với vận tốc ban đầu 20 m/s Bỏ

qua sức cản không khí Lấy g = 10 m/s2

1 Tìm độ cao và vận tốc của vật sau khi ném 1,5s

2 Xác định độ cao tối đa mà vật có thể đạt được và thời gian vật chuyển động trong không khí

3 Sau bao lâu sau khi ném, vật ở cách mặt đất 15m? Lúc đó vật đang đi lên hay đi xuống?

Lược giải : 1.Độ cao của vật sau 1,5s :

h= y = v0t- gt2/2 = 20 1,5 – 5 1,52 = 18,75m

Vận tốc của vật sau 1,5s :

vy= v0 – gt =20 – 10.1,5 = 5m/s

2 Độ cao tối đa vật đạt được:

Hmax= v02/2g = 202/2.10 = 20m

Khi vật chạm đất: y= 0

20 t- 5t2 = 0 suy ra t = 4s (t= 0s loại)

Thời gian vật chuyển động : t=4s

3 Khi vật cách đất 15m: y=15

20t – 5t2 =15

Suy ra : t=1s và t=3s

t=1s vật đang đi lên, t= 3s vật đang đi xuống

Bài tập tương tự :

Từ một khí cầu đang hạ thấp thẳng đứng với vận tốc không đổi v01 = 2m/s, người ta ném một vật nhỏ theo phương thẳng đứng lên phía trên với vận tốc với vận tốc ban đầu v02 = 18m/s so với mặt đất Bỏ qua sức cản của không khí Lấy g = 9,8 m/s2

Tính khoảng cách giữa khí cầu và vật khi vật đến vị trí cao nhất

Sau thời gian bao lâu thì vật rơi trở lại gặp khí cầu?

3.4 Bài tập về chuyển động ném thẳng đứng từ trên xuống

Một hòn sỏi nhỏ được ném thẳng dứng xuống dưới vận tốc đầu bằng 9,8m/s từ độ cao 39,2m Lấy g = 9,8m/s2 Bỏ qua lực cản của không khí Hỏi sau bao lâu hòn sỏi rơi tới đất?

Hướng dẫn:

Chọn gốc tọa độ tại vị trí ném vật, trục 0Y thẳng đứng hướng xuống

Khi hòn sỏi rơi tới đất: y = h

y= v0t+ gt2/2

Vậy : v0 t+gt2/2 = h

Thay số : 9,8t+4,9t2 = 39,2

Suy ra t = 2s

Bài tập tương tự :

Một vật buông rơi tự do từ độ cao h Một giây sau, cũng tại nơi đó, một vật khác được ném thẳng đứng xuống dưới với vận tốc ban đầu v0 Hai vật chạm đất cùng lúc Tính h theo v0 và g?

BÀI TẬP LUYỆN TẬP

Bài 1: Một máy bay theo phương thẳng ngang với vận tốc v1= 150m/s, ở độ cao 2km (so với mực nước biển) và cắt bom tấn công một tàu chiến

1 Tìm khoảng cách giữa máy bay và tàu chiến theo phương ngang để máy bay cắt bom rơi trúng đích khi tàu đang chạy với vận tốc v2= 20m/s?

Xét hai trường hợp:

a Máy bay và tàu chiến chuyển động cùng chiều

b Máy bay và tàu chiến chuyển động ngược chiều

2 Cũng ở độ cao đó, vào đúng thời điểm khi máy bay bay ngang qua một khẩu pháo đặt cố định trên mặt đất (cùng độ cao với mặt biển) thì pháo nhả đạn Tìm vận tốc ban đầu nhỏ nhất của đạn để nó trúng máy bay và xác định góc bắn khi đó

Cho biết: Máy bay và tàu chiến chuyển động trong cùng một mặt phẳng thẳng đứng

Lấy g = 10m/s2 và bỏ qua sức cản không khí

Bài 2: Từ đỉnh tháp cao 30m, ném một vật nhỏ theo phương ngang với vận tốc ban

đầu v0= 20m/s

1 Tính khoảng thời gian từ lúc ném đến khi vật chạm đất và khoảng cách từ điểm chạm đất đến chân tháp

2 Gọi M là một điểm trên quỹ đạo tại đó vectơ vận tốc hợp với phương thẳng đứng một góc α= 600 Tính khoảng cách từ M tới mặt đất

Bài 3: Từ một khí cầu đang bay lên cao theo phương thẳng đứng với vận tốc không

đổi bằng 5m/s, người ta thả nhẹ nhàng một vật nặng hỏi sau 2s vật cách khí cầu bao xa? Tính chiều dài tổng cộng đường đi của vật trong 2s đó, Cho biết khi thả vật vận tốc của khí cầu là không đổi Lấy g = 10m/s2

4 KIỂM TRA, THU THẬP SỐ LIỆU, PHÂN TÍCH VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ

Tiến hành kiểm tra ở hai lớp 10A và 10B

Chấm bài, tính điểm trung bình của hai lớp

Số học sinh Điểm trung bình

Căn cứ vào điểm trung bình của hai lớp ta nhận thấy : Điểm trung bình lớp 10A cao hơn lớp 10B Lớp được hướng dẫn tìm tính chất, công thức của các chuyển động ném ngang, ném xiên, làm các bài tập về ném xiên, ném ngang và ném thẳng đứng

có điểm trung bình cao hơn lớp không được hướng dẫn

KẾT LUẬN

Khi giáo viên hướng dẫn học sinh tìm hiểu các chuyển động ném ngang và ném thẳng đứng theo các bước trên, học sinh có kiến thức đầy đủ, áp dụng được các công thức vào giải bài tập

Đối với học sinh, đề tài vừa cung cấp kiến thức vừa hướng dẫn giải một số bài tập và có bài tập vận dụng, giúp học sinh có thể vận dụng thành thạo công thức của các chuyển động ném ngang, ném thẳng đứng vào giải bài tập

Đề tài được áp dụng tại lớp 10A trường THPT NGUYỄN VIẾT XUÂN, cho điểm trung bình của bài kiểm tra cao hơn lớp 10B không được áp dụng

Đề tài có thể áp dụng cho học sinh lớp 10 học theo chương trình nâng cao Chuyển động của các vật bị ném vẫn còn các trường hợp chưa được đề cập đến trong đề tài như khi các vật chuyển động chịu lực cản không khí, tôi hi vọng mình có thể tìm hiểu thêm để dần hoàn thiện

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 DƯƠNG TRỌNG BÁI – TÔ GIANG, bài tập cơ học

2 BÙI QUANG HÂN – TRẦN VĂN BỒI – PHẠM NGỌC TIẾN – NGUYỄN THÀNH TƯƠNG, giải toán vật lí 10

3 VŨ THANH KHIẾT – PHẠM QUÝ TƯ- HOÀNG HỮU DO - NGUYỄN ANH THI - NGUỄN ĐỨC HIỆP, 121 bài tập vật lí nâng cao lớp 10