skkn PHÂN LOẠI VÀ GIẢI BÀI tập NÂNG CAO vật LÝ THCS –PHẦN MÁY cơ đơn GIẢN

Trong phần Cơ học thì bài tập về Máy cơ đơn giản có nhiềudạng nhất .Vậy ,làm thế nào để giải bài tập về Máy cơ đơn giản dễ dàng hơn ?Đólà câu hỏi đặt ra không chỉ riêng tôi mà là câu hỏi

phòng giáo dục & đào tạo tiên lữ

trờng thcs tiên lữ

SÁNG KIấ́N KINH NGHIậ́M :

”PHÂN LOẠI VÀ GIẢI BÀI TẬP NÂNG CAO

VẬT LÝ THCS –PHẦN MÁY CƠ ĐƠN GIẢN“

Lĩnh Vực : Vọ̃t Lí

Người thưc hiợ̀n :Trõ̀n Văn Minh

Giáo viờn : Toán - Lí

Năm học 2014 – 2015 2015

PHAÀN I: MễÛ ẹAÀUI- LYÙ DO CHOẽN ẹEÀ TAỉI

1- cụ sụỷ lyự luaọn

ẹeồ hoùc taọp moõn Vaọt lyự ủaùt keỏt quaỷ cao ủaởc bieọt laứ ủaùt keỏt quaỷ trong caực cuoọcthi hoùc sinh gioỷi caực caỏp, thỡ ngoaứi vieọc naộm vửừng lyự thuyeỏt caàn phaỷi bieỏt ửựngduùng lyự thuyeỏt vaứo giaỷi baứi taọp moọt caựch thaứnh thaùo nhửng ủeồ giaỷi baứi taọp thaứnhthaùo thỡ vieọc ủũnh hửụựng, phaõn loaùi baứi taọp laứ voõ cuứng caàn thieỏt

2- Cụ sụỷ thửùc tieón



Trong môn Vật lý ở trường trung học cơ sơ û Tiên Lữ bài tập Cơ học tương đốikhó đối với học sinh Trong phần Cơ học thì bài tập về Máy cơ đơn giản có nhiềudạng nhất Vậy ,làm thế nào để giải bài tập về Máy cơ đơn giản dễ dàng hơn ?Đólà câu hỏi đặt ra không chỉ riêng tôi mà là câu hỏi chung cho những giáo viên dạybồi dưỡng và học sinh học bồi dưỡng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại sách bài tập nâng cao nhằm đápứng 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 bàitập thuộc nhiều dạng khác nhau được đặt kế tiếp nhau, các bài tập cùng loại lạiđặt cách xa nhau hoặc trong một quyển sách không có đủ các dạng bài tập cơ bảnvề phần Máy cơ đơn giản Nói chung là các sách viết ra chưa phân loại các dạngbài tập một cách cụ thể Chính vì cách viết sách như vậy dẫn đến việc các giáoviên trong quá trình giảng dạy rất mất nhiều thời gian cho việc đầu tư trong mộtbuổi 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 muốntự nâng cao kiến thức của mình

Trong những năm gần đây, phần bài tập về máy cơ đơn giản luôn xuất hiệntrong 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 việctham 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 sáchnâng cao, các bài tập có trong sách là các bài tập thuộc nhiều thể loại khác nhaunhưng lại không theo hệ thống, không phân loại rõ ràng Vì vậy việc tự nghiêncứu và giải các bài tập có nhiều khó khăn

Ngoài ra việc tự bồi dưỡng nâng cao kiến thức của học sinh trong khi thamkhảo sách cũng chưa đạt hiệu quả cao Do vậy cần phải có phương pháp giải

GV: TrÇn V¨n Minh Trêng THCS Tiªn L÷ 2

chung cho một loại toán, loại bài tập để giúp người dạy cũng như người học cóđịnh hướng giải nhanh theo một hệ thống tư duy lơgic.

Thực hiện và đối chiếu kết quả thi HSG cấp huyện lớp 9 trong 3 năm gầnđây 2012-2013,2013-2014,2014-15

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 mặtphẳng nghiêng càng nhỏ

- Nếu ma sát không đáng kể ,dùng mặt phẳng nghiêng được lợi bao nhiêulần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi ,không được lợi gì về công P F h l

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

- Trường hợp có ma sát :Hiệu suất mặt phẳng nghiêng H = 1 100 %

A A

2.Đòn bẩy :

Bài tập về đòn bẩy rất đa dạng nhưng để làm các bài tập đó trước tiên họcsinh phải nắm vững được các khái niệm cơ bản như: Khái niệm đòn bẩy, cánh tayđòn của lực

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 đượcđiều kiện cân bằng của đòn bẩy

Khi đã xác định được các yếu tố trên thì việc tiến hành giải bài toán sẽthuận 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)

O

* 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 làcánh tay đòn của lực” Việc xác định cánh tay đòn của lực rất quan trọng vì nếuxác định sai sẽ dẫn đến kết quả sai Trên thực tế học sinh rất hay nhầm cánh tayđòn với đoạn thẳng từ điểm tựa đến điểm đặt của lực.(các phần của đònbẩy ).Cánh tay đòn và các phần của đòn bẩy chỉ bằng nhau khi đòn bẩy nằmngang

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

AF

T

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 thứcnâng 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 nhiềuròng rọc cố định ,,một ròng rọc cố định và nhiều ròng rọc động …Do đó học sinhgặp rất nhiều khó khăn trong việc áp dụng kiến thức của từng ròng rọc trong từngbài làm

4.Tổng hợp các máy cơ đơn giản :

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

- Khi gặp dạng bài tập này học sinh thường bối rối và không biết sẽ áp dụngkiến 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 kiếnthức 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 ,nêuphương pháp giải , cho bài tập luyện tập để học sinh khắc sâu được kiến thức vàlàm 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 )thìThực chất lực P của vật trên cạnh góc vuông gây ra lực F của vật trên cạnh huyềncủa mặt phẳng nghiêng

b.

Một số bài tập thường gặp :

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

l

h P

F

A A

Suy ra FA = PA/16

Lực do vật B kéo dây xuống là FB = PB

A

BN

H M

Hai lực kéo này phải bằng nhau nên ta có PA/16 = PB hay 161

A

B

P P

Ta suy ra tỉ số khối lượng của hai vật là 161

A

B

m m

A

B

m m

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 nhưhình 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 ,tứclà chiều dài của lò xo khi chưa bị tác dụng lực Chiều dài l = 26cm (khi =

90o)chính là chiều dài của lò xo khi nó bị tác dụng một lực bằng trọng lượng P củavật trụ Ta suy ra trọng lượng P đã làm lò xo dãn ra

26 cm – 20 cm = 6cm

Khi  = 30o 9(H1)thì lực kéo lò xo là lực F được tính như sau :

H1 H22

dãn thêm x cm Tính ra được x = 3cm

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

Tương tự như trên ta có lực kéo lò xo xuống là F = P 23

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

x = 3 3.Vậy chiều dài lò xo khi  = 60 o là :l2 = 20 cm+ 3.cm 3= 25,1cm

B

C 1

2 3 5

4

định khối lượng của vật M để hệ thống cân bằng Cho khối lượng m = 1kg Bỏ quamọi ma sát

Giải:

Muốn M cân bằng thì F = P.h l với h l = sin

=> F = P.sin 300 = P/2

(P là trọng lượng của vật M)

Lực kéo của mỗi dây vắt qua rịng rọc 1 là: F1 = F2 P4

Lực kéo của mỗi dây vắt qua rịng rọc 2 là: F2 =

8 2

1 P F

Lực kéo do chính trọng lượng P’ của m gây ra, tức là :

P’ = F2 = P/8 => m = M/8

Khối lượng M là: M = 8m = 8 1 = 8 kg

Bài 4:Cho một hệ thống cân bằng như hình vẽ :

Các vật có khối lượng m 1 = m 2 = m 3 = m

Và m 4 = m 5 = 2m

Tính đoạn AC biết AB = 10 cm Bỏ qua ma sát ,

khối lượng thanh AC và các dây treo

ĐS:AC = 30cm

Bài 5:

Cho hệ thống như hình vẽ

Vật 1 có trọng lượng P 1 ,vật 2 có trọng lượng P 2 Mỗi ròng rọc có trọng lượng là 1 N Bỏ qua ma sát ,khối lượng thanh AB và của các dây treo

Khi vật A được treo ở C với AB = 3CB thì hệ thống cân bằng

Khi vật 2 được treo ở D với AD = DB thì muốn hệ thống cân bằng phải treo nối vào vật 1 một vật thứ 3 có trọng lượng P 3 = 5N Tính P 1 và P 2

A

C

B 2

1

D

ÑS :P 1 = 9N ;P 2 = 15N -

Bài tập 6:

Hai quả cầu sắt giống hệt nhau được treo vào 2

đầu A, B của một thanh kim loại mảnh, nhẹ Thanh

được giữ thăng bằng nhờ dây mắc tại điểm O Biết

OA = OB = l = 20 cm Nhúng quả cầu ở đầu B vào

trong chậu đựng chất lỏng người ta thấy thanh AB

mất thăng bằng Để thanh thăng bằng trở

lại phải dịch chuyển điểm treo O về phía A một đoạn x = 1,08 cm Tính khối lượngriêng của chất lỏng, biết khối lượng riêng của sắt là D0 = 7,8 g/cm3

GV: TrÇn V¨n Minh Trêng THCS Tiªn L÷ 8

Gi i:ải:

Khi quả cầu treo ở B được nhúng trong chất

lỏng thì ngoài trọng lực, quả cầu còn chịu tác

dụng của lực đẩy Acsimet của chất lỏng Theo

điều kiện cân bằng của các lực đối với điểm

treo O’ ta có P AO’ = ( P – FA ) BO’

2

cm g D

x l

x



Bài tập 7 :

Một thanh đồng chất, tiết diện đều,

một đầu nhúng vào nước, đầu kia tựa vào

thành chậu tại O sao cho

OA =

2

1

OB Khi thanh nằm cân bằng, mực

nước ở chính giữa thanh Tìm khối lượng

riêng D của thanh, biết khối lượng riêng

của nước là D0 = 1000kg/m3

Giải: Thanh chịu tác dụng của trọng lực P đặt tại trung điểm M của thanh AB và lực

đẩy Acsimet đặt tại trung điểm N của MB Thanh có thể quay quanh O áp dụng quytắc cân bằng của đòn bẩy ta có: P MH = F NK (1)

Gọi S là tiết diện và l là chiều dài của thanh ta có:

l l l

K

FA

B

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

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 =

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 nhưsau:

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

*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 lựcnày là l

4

1

(l :là chiều dài của thanh)

4 1

4

1

4 1Suy ra P = F = 40N Vậy trọng lượng của thanh là P = 40N ĐS:40N

Bài tập 2 :

GV: TrÇn V¨n Minh Trêng THCS Tiªn L÷ 10

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

a) Khi tác dụng một lực F = 100N vuông góc với OB tại đầu B ta sẽ nhổ đượcđinh 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 mộtlực có độ lớn bằng bao nhiêu mới nhổ được đinh?

Phương pháp :

Xác định được điểm tựa là O

Xác định cánh tay đòn của lực F và FC

Vì FC vuông góc với OA nên OA là cánh tay đòn của FC

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 tay đòn của F’ saukhi đã xác định đúng lực và cánh tay đòn của lực ta áp dụng điều kiện cân bằngcủa đòn bẩy và tính được các đại lượng cần tìm

1000 10

100 10

.





b) Nếu lực F’ vuông góc với tấm gỗ, lúc này theo quy tắc cân bằng của đònbẩy ta có:

F OA

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

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

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

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

1

l P x

1

l sl d x l

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/

l P y l

2 )(

1

l sl d y l y l s

1

2 2

)

d

d y

GV: TrÇn V¨n Minh Trêng THCS Tiªn L÷ 12

O

lx

ll

O

 2 ( 1 ) 2 0

1

2 2

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 haysử dụng:

là trọng lượng riêng của chất lỏng

V là thể tích chất lỏng bị vật chiếm chỗCần nhớ các quy tắc hợp lực

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

F = | F1- F2 |

+ Hợp lực của hai lực F1, F2 cùng phương cùng chiều có độ 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 lạiđiểm tựa, các lực tác dụng và cánh tay đòn của các lực Sau đó áp dụng điều kiệncân 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 dài l=24 cm trọnglượng 4N Đầu A treo một vật có trọng lượng P1 = 2 N Thước đặt lên một giá đỡnằm ngang CD = 4 cm Xác định giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của khoảng cách BDđể 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 ứngvới 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

3

2 2 2

1

l P

l P l

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

l

l P P l

l

P

3 1

2 2

2

) ).(

( ) (

2

1 1 1

1 1

l l

l P l

l l l l P l

2 1

2 3

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 Ocủa 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

P3

P2

P1

B A

C

x O l

P1

P

P2

B A