Phương pháp dạy bồi dưỡng chuyên đề áp dụng định luật bảo toàn động lượng vào giải bài bập

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO THANH HÓA TRUNG TÂM GDTX NGA SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP DẠY BỒI DƯỠNG CHUYÊN ĐỀ: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG VÀO GIẢI BÀI TẬP Người thực hiện: NGUYỄN ĐÌNH HÀ Chức vụ: GIÁO VIÊN SKKN thuộc lĩnh vực: Môn Vật lí THANH HÓA NĂM 2013 A ĐẶT VẤN ĐỀ I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong tập Vật lý, động lượng đại lượng trung gian để xác định vận tốc khối lượng vật Động lượng có ý nghĩa quan trọng học sinh giải tập Vật lý có áp dụng Định luật bảo toàn (ĐLBT) động lượng va chạm đàn hồi, va chạm mềm lớp 10 toán phản ứng hạt nhân lớp 12 Để giúp học sinh biết áp dụng ĐLBT động lượng để giải toán Vật lý có ý nghĩa quan trọng việc phát triển tư học sinh, phát huy khả tư sáng tạo học sinh Tôi xin đề xuất tiến trình phương pháp dạy bồi dưỡng chuyên đề “Áp dụng định luật bảo toàn động lượng vào giải tập” II THỰC TRẠNG 1) Thực trạng- kết thực trạng  Khi giải tập phần yêu cầu phải: Xác định hệ khảo sát, phân tích lực tác dụng lên hệ, xác định giai đoạn trình khảo sát, viết động lượng cho hệ vật giai đoạn, viết phương trình định luật bảo toàn cách đưa phương trình định luật bảo toàn dạng đại số Học sinh thướng lúng túng, chưa định hướng cách giải đơn giản  Qua năm giảng dạy, công tác bồi dưỡng học sinh khá, giỏi gặp dạng tập khoảng 30% học sinh giải Nhưng cách giải rườm rà, chưa rõ ý 2) Điều kiện thực đề tài  Đề tài xây dựng qua trình rút kinh nghiệm giảng dạy Đặc biệt đóng góp ý kiến đồng nghiệp  Đề tài với nội dung xây dựng giải vấn đề theo tinh thần phát huy tính tư sáng tạo học sinh Giúp học sinh khái quát toán  Đề tài tài liệu tham khảo bổ ích cho đối tượng học sinh THPT, Trung tâm GDTX B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I Giải pháp thực Kiến thức liên quan a Kiến thức Vật lý - Kiến thức động học  V13  V12  V23  a  vt  v0 v.t vt  v0  a.t S at  v0t vt2  v02  2aS  Chuyển động ném xiên - Kiến thức Động lượng  Động lượng vật: P  m.v  Động lượng hệ vật: P  P1  P2   Pn - Kiến thức ĐLBT Động lượng  Nội dung: SGK  Biểu thức áp dụng cho hệ vật: m1.v1  m2 v2  m1.v'1  m2 v'2 b Kiến thức toán học Định lý hàm số cosin: a2 = b2 + c2 – 2bccosA Phương pháp chung giải tập  Xác định hệ khảo sát  Phân tích lực tác dụng lên hệ  Xét xem áp dụng định luật bảo toàn động lượng không  Xác định giai đoạn trình khảo sát  Viết động lượng cho hệ vật môi giai đoạn  Viết phương trình định luật bảo toàn động lượng  Đưa phương trình định luật bảo toàn động lượng dạng đại số, từ phương trình đưa đại lượng cần tìm Các dạng tập Bài tập 1: Tìm động lượng Tìm tổng động lượng (hướng độ lớn) hệ hai vật có khối lượng m = m2 = 1kg Vận tốc vật có độ lớn v1 = 2m/s có hướng không đổi Vận tốc vật có độ lớn v2 = 4m/s và: a) Cùng phương, chiều với vật b) Cùng phương, ngược chiều với vật c) Có hướng nghiêng góc 600 so với v1 Tóm tắt: m1 = m2 = a) v2  v1 1kg  P  ? b) v2  v1 v1 = 2m/s c) (v1; v2 )  600   v2 = 4m/s Yêu cầu: + Học sinh biểu diễn vectơ động học + Xác định vectơ tổng trường hợp + Biết áp dụng Định lí hàm số cosin Lời giải: Nhận xét: + Học sinh thường gặp khó khăn xác Động lượng hệ: định vectơ tổng động lượng hệ vectơ P  P1  P2  m1 v1  m2 v2 P1 , P2 Trong đó: P1 = m1v1 = 1.2 = (kgms-1) + Không nhớ ĐLHS cosin, xác định góc tạo P2 = m2v2 = 1.4 = (kgms-1) vectơ P1 , P2 a) Khi v2  v1  P2  P1 -1 P1  P = P1 + P2 = + = 6(kgms ) P b) Khi v2  v1  P2  P1   -1  P = P2 – P1 = 4- = (kgms ) c) Khi (v1; v2 )  600  ( P1; P2 )  600   Áp dụng ĐLHS cosin:    P2 P  P12  P22  P1P2 cos   P12  P22  P1P2 cos(   ) -1  22  42  2.2.4 cos1200  28 (kgms ) Bài tập 2: Sau va chạm vật chuyển động phương Một xe goòng khối lượng m1 = 4T chạy với tốc độ v1 = 4m/s đến va chạm vào xe goòng đứng yên khối lượng m2 = 6T Toa chuyển động với vận tốc v2’ = 3m/s Xe goòng chuyển động sau va chạm? Tóm tắt: Lời giải: m1 = 4T v1 = 4m/s + Xét va chạm xảy thời gian m2 = 6T v2 = ngắn + Chọn chiều dương theo chiều chuyển v1'  ? v2’ = 3m/s động xe ( v1 ) + v1 + Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: m2 m1 m1 v1  m2 v2  m1 v1'  m2 v2' (*) + Giả sử sau va chạm xe chuyển động theo chiều dương v1 ( v2  v1 ) Yêu cầu: + Nêu điều kiện hệ kín + Nêu kiến thức ĐLBT động lượng cho hệ vật + Giả sử chiều chuyển động xe sau va chạm + Chiếu biểu thức động lượng xác định vận tốc v1, + Chiếu PT (*) lên chiều dương ta có: m1v1 + = m1v1’ + m2v2’  v1'  m1v1  m2v2' 4.4  6.3   0,5m / s m1 v1’ < chứng tỏ sau va chạm xe chuyển động theo chiều ngược lại Nhận xét: Học sinh gặp khó khăn chuyển biểu thức động lượng dạng vectơ sang biểu thức đại số để tính toán Bài tập 3: Sau va chạm vật chuyển động khác phương Một viên đạn khối lượng 2kg bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s nổ thành mảnh khối lượng Tìm hướng độ lớn mảnh thứ hai biết mảnh thứ bay lên với vận tốc 500m/s theo phương lệch góc 600 so với đường thẳng đứng hướng lên phía Tóm tắt: m = 2kg m1 = m2 = 1kg v = 250m/s v1 = 500m/s (v1; v2 )  600 v2  ? P A P2 B β α P1 O Yêu cầu: + Vẽ hình biểu diễn vectơ động lượng + Vận dụng ĐLHS cosin xác định P2 + Xác định góc   P2 , P   Lời giải: - Hệ viên đạn trước sau nổ hệ kín do: + Nội lực lớn nhiều so với ngoại lực + Thời gian xảy tương tác ngắn - Động lượng hệ trước va chạm: P = m.v = 2.250 = 500 (kgms-1) - Động lượng mảnh thứ nhất: P1 = m1.v1 = 1.500 = 500 (kgms-1) = P - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: P  P1  P2 Theo định lý hàm số cosin cho tam giác OAB ta có: P  P12  P22  P1 P2 cos  P2 = 2p cos 600 = 2.500.1/2 = 500(kgms-1)  P2  P  m2v2  v2  500 (m/s)  ∆OAB  = 60 Vậy sau đạn nổ mảnh thứ hai bay lên với vận tốc v2 = 500m/s tạo với ph ương thẳng đứng góc = 600 Nhận xét:  Học sinh khó khăn biểu diễn vectơ động lượng xác định vectơ tổng  Không xác định phương chuyển động mảnh thứ Bài tập 4: Một thuyền chiều dài l = 2m, khối lượng M = 160kg, chở người có khối lượng m = 40kg; ban đầu tất đứng yên Thuyền đậu theo phương vuông góc với bờ sông Nếu người từ đầu đến đầu thuyền thuyền tiến lại gần bờ, dịch chuyển bao nhiêu? Bỏ qua sức cản nước Tóm tắt: Lời giải: Dễ thấy, để BTĐL hệ thuyền ban đầu đứng yên người chuyển động thuyền chuyển động ngược lại - Xét người thuyền theo hướng Yêu cầu: + Mô tả chuyển động người, thuyền so xa bờ với bờ + Gọi vận tốc người so với thuyền là: + Chọn HQC chung bở cho vật chuyển v (v12 ) động + Vận tốc thuyền so với bờ là: V (v23 ) + Áp dụng CT cộng vận tốc, ĐLBT động + Vận tốc người so với bờ là: v ' (v13 ) lượng + Áp dụng công thức vận tốc ta có: v13  v12  v23  v '  v  V (*) + Chọn chiều dương trùng với v12 Do người thuyền chuyển động ngược chiều nên: (*)  v’ = v – V  v = v’ + V + Khi người hết chiều dài thuyền l l Nhận xét: với vận tốc v thì: l = v.t  t   ' v v V + Học sinh quên cách chọn gốc quy chiếu Trong thời gian này, thuyền mặt đất đứng yên đường so với bờ: + Không xác định vận tốc vật quãng chuyển động so với gốc quy chiếu cách l ,  V t  V l  l ' (1) v v'  V áp dụng công thức vận tốc 1 l = 2m M = 160kg m = 40 kg l’ = ? V - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: v' M mv  M V   mv  MV    (2) V m ' ' Từ (1) (2) ta có: l,  l M 1 m   0, 4m 160 1 40 Bài tập 5: Bài toán đạn nổ Một súng đại bác tự hành có khối lượng M = đặt mặt đất nằm ngang bắn viên đạn khối lượng m = 20kg theo phương làm với đường nằm ngang góc α = 60 Vận tốc đạn v = 400m/s Tính vận tốc giật lùi súng Tóm tắt: M = = 1000kg α = 600 V=? m = 20kg v = 400m/s ur v m  V M  Yêu cầu: + Xác định ĐK hệ đạn sóng hệ kín + Áp dụng ĐLBT động lượng + Xác định phương động lượng bảo toàn Lời giải: - Hệ đạn súng trước sau bắn hệ kín vì: + Thời gian xảy tương tác ngắn + Nội lực lớn nhiều ngoại lực - Trước đạn nổ: động lượng hệ - Ngay sau đạn nổ: Pđ  mv ; P  M V + Đạn bay theo phương tạo góc 600 với phương ngang + Súng giật lùi theo phương ngang - Hệ súng đạn hệ kín có động lượng bảo toàn theo phương ngang Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Pđ  P   mv  M V  Chọn chiều dương ngược chiều chuyển động súng Chiếu xuống phương nằm ngang ta có: m.v.cosα – MV = V  m 20 v.cos   400  (m/s) M 1000 Nhận xét: Nhiều học sinh không xác định phương động lượng bảo toàn Bài tập 6:) Bài toán chuyển động tên lửa Một tên lửa có khối lượng tổng cộng 100T bay với vật tốc 200m/s Trái đất (tức thời) 20T khí với tốc độ 500m/s tên lửa Tính vận tốc tên lửa sau khí hai trường hợp a) Phụt phía sau (ngược chiều bay) b) Phụt phía trước (bỏ qua sức cản trái đất) Tóm tắt: Lời giải: M = 100T V = 200m/s m = 20T v = 500m/s a) v  V V’ = b) v  V ? - Hệ tên lửa khí trước sau hệ kín - Gọi M, M’ khối lượng tên lửa trước sau khí - Gọi V , V ' vận tốc tên lửa so với trái đất trước sau khí có khối lượng m v vận tốc lượng khí so với tên lửa  Vận tốc lượng khí so với Trái đất là: Yêu cầu: + Nêu nguyên tắc chuyển động tên lửa + Chọn gốc quy chiếu chiều dương + Biết vận dụng công thức vận tốc để xác định vận tốc tên lửa sau khí + Biết trường hợp tên lửa tăng tốc, giảm tốc  V V  v  - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: M V  (M  m)V '  m V  v (*) Chọn chiều dương theo chiều chuyển động tên lửa a) Trường hợp khí phía sau: tên lửa tăng tốc v  V  (*) MV = (M – m).V’ + m(V – v)  M m  MV  m(V  v) m V  v M m M m 20  200  500  325 (m/s) > V 100  20  V ' Nhận xét: Học sinh không tưởng tượng b) Trường hợp khí phía sau: tên lửa trình tăng tốc giảm tốc tên lửa nhờ giảm tốc v  V  (*): MV = (M – m).V’ + m(V + khí v) MV  m(V  v) m V  v M m M m 20  200  500  75 (m/s) < V 100  20  V ' Bài tập 7: Một lựu đạn ném từ mặt đất với vận tốc v0 = 20m/s theo hướng lệch với phương ngang góc α = 300 Lên tới đỉnh cao nổ thành mảnh có khối lượng Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc v1 = 20m/s a) Tìm hướng độ lớn vận tốc mảnh II b) Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu? Tóm tắt: v0 = 20m/s v1 = 20m/s m m1 = m2 = α = 30 a) v2  ? y P2 y’Max Px v0 b) hMax = ? O β O’ yMax hMax P1 α x Lời giải: Chọn hệ trục toạ độ Oxy: Ox nằm ngang Oy thẳng đứng Gốc O vị trí ném lựu đạn Tại thời điểm ban đầu t0 = 0, vận tốc lựu đạn theo phương:  v0 x  v0 cos   20 cos 30  10 (m / s)   v0 y  v0 sin   20 sin 30  10(m / s) Tại thời điểm t xét chuyển động lựu đạn theo phương: Ox Vận tốc Toạ độ Chuyển động vx  v0 x  10 x  vxt  10 3t Oy v y  v0 y  gt (1) y  v0 y t  gt  10t  5t 2 (2) biến đổi a) Khi lựu đạn lên tới độ cao cực đại y  ymax  v y   vOy  gt  t  vOy  g (2)  ymax 10  (s) 10  (m) * Xét vị trí cao sau nổ: - Hệ viên đạn trước sau nổ hệ kín vì: + Nội lực lớn nhiều ngoại lực + Thời gian xảy tương tác ngắn - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Px  P1  P2 Do mảnh I rơi thẳng đứng, lựu đạn O’ có vận tốc trùng phương ngang  P1  Px  P22  P12  P  (m2 v2 )  (m1v1 )  (mvx )  v22  v12  4vx2  v2  v12  4vx2  202  4.102.3  40 (m/s) Gọi β góc lệch v2 với phương ngang, ta có: tan   P1 m1v1 v 20        300 Px mvx 2v x 2.10 3 Vậy mảnh II bay lên với vận tốc 40m/s tạo với phương ngang góc β = 300 b) Mảnh II lại tham gia chuyển động ném xiên góc ném β = 30 Tương tự phần (a), ta có:   20 (m / s) v'0 x  v2 cos   40  v'  v sin   40  20(m / s)  y 2 Sau thời gian t’ lựu đạn nổ, ta có: v' x  v'Ox t '  20 3t '  v' y  v'Oy  gt '  20  10t ' Khi mảnh II lên tới độ cao cực đại: v' y   t '  20  (s) 10 Độ cao cực đại mảnh II lên tới kể từ vị trí lựu đạn nổ: y 'max  v'Oy t ' gt '2  20.2  5.2  20 (m) Vậy độ cao cực đại mảnh II lên tới là: hmax  ymax  y'max   20  25 (m) Nhận xét: Học sinh thường gặp khó khăn khi: + Xét chuyển động vật bị ném xiên, xác định độ cao cực đại + Xác định phương bảo toàn động lượng biểu diễn vectơ động lượng mảnh đạn trước sau nổ Bài tập ôn tập Hoc sinh tự giải Bài tập Khẩu đại bác đặt xe lăn, khối lượng tổng cộng m1=7,5 tấn, nòng sung hợp góc α = 600 với mặt đường nằm ngang Khi bắn vien đạn khối lượng m2 = 20kg, súng giật lùi theo phương ngang với vân tốc v1 = 1m/s Tính vận tốc viên đạn lúc rời nòng súng Bỏ qua ma sát Bài tập Một viên đạn bay ngang với vận tốc 300m/s vỡ thành hai mảnh có khối lượng m1=10kg m2=20kg Mảnh bay lên theo phương thẳng đứng với tốc độ v1=519m/s Xác định vận tốc mảnh sau nổ? Bài tập Một tên lửa khối lượng tổng cộng m = 500kg chuyển dộng với vận tốc v = 200m/s khai hỏa động Một lượng nhiên liệu, khối lượng m = 50kg, cháy tức thời phía sau với vận tốc v1 = 700m/s Tính vận tốc tên lửa sau nhiên liệu cháy 10 II Biện pháp thực  Trang bị cho học sinh kiến thức toán học cần thiết: lượng giác, giá trị hàm số lượng giác, định lí hàm số cosin  Hướng dẫn học sinh sử dụng thành thạo máy tính bỏ túi  Yêu cầu học sinh kẻ sẵn số bảng giá trị hàm số lượng giác để tìm kết nhanh chóng  Giáo viên khai thác triệt để toán SGK SBT cách giao tập nhà cho học sinh tự nghiên cứu tìm phương pháp giải  Trong tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải nhiều học sinh tham gia giải III KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Quá trình thực giảng dạy theo cách giải đề tài, kiểm tra đánh giá có khoảng 80% học sinh biết cách áp dụng định luật bảo toàn vào giải tập, kể tập đòi hỏi tư sáng tạo cao chuyên đề C KẾT LUẬN Việc giao tập nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho toán Đến tiết tập, giáo viên tổ chức hướng dẫn học sinh trình bày giải chi tiết, nhiều em tham gia giải tập, kích thích khả độc lập, sáng tạo học sinh Giúp em có nhìn tổng quan phương pháp giải tập Vật lý nói chung tập liên quan đến ĐLBT động lượng nói riêng Tạo hứng thú say mê học tập môn Vật lý Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em tự tin vào thân gặp toán mang tính tổng quát Đó mục đích mà đặt XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 10 tháng 05 năm 2013 Tôi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Nguyễn Đình Hà 11 [...]... tìm phương pháp giải  Trong giờ bài tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải và nhiều học sinh có thể cùng tham gia giải một bài III KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Quá trình thực hiện giảng dạy theo cách giải quyết của đề tài, khi kiểm tra đánh giá có khoảng 80% học sinh biết cách áp dụng định luật bảo toàn vào giải bài tập, kể cả những bài tập đòi hỏi sự tư duy sáng tạo cao hơn của chuyên đề. .. giao bài tập về nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho mỗi bài toán Đến tiết bài tập, giáo viên tổ chức hướng dẫn học sinh trình bày bài giải chi tiết, nhiều em có thể cùng tham gia giải một bài tập, kích thích khả năng độc lập, sáng tạo của mỗi học sinh Giúp các em có được cái nhìn tổng quan về phương pháp giải một bài tập Vật lý nói chung và bài tập...II Biện pháp thực hiện  Trang bị cho học sinh các kiến thức toán học cần thiết: lượng giác, giá trị các hàm số lượng giác, định lí hàm số cosin  Hướng dẫn học sinh sử dụng thành thạo máy tính bỏ túi  Yêu cầu học sinh kẻ sẵn một số bảng giá trị các hàm số lượng giác để tìm được kết quả nhanh chóng  Giáo viên khai thác triệt để các bài toán trong SGK và SBT bằng cách giao bài tập về nhà cho... Giúp các em có được cái nhìn tổng quan về phương pháp giải một bài tập Vật lý nói chung và bài tập liên quan đến ĐLBT động lượng nói riêng Tạo hứng thú say mê học tập trong bộ môn Vật lý Từ đó phát huy được khả năng tự giác, tích cực của học sinh, giúp các em tự tin vào bản thân khi gặp bài toán mang tính tổng quát Đó chính là mục đích mà tôi đặt ra XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 10 tháng