Skkn xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực tế phần cơ học thuộc chương trình vật lí 10 THPT

Việc giải một bài tập vật lí là việc áp dụng kiến thức vào việc học tập, còn việc ápdụng kiến thức vào thực tiễn thì chưa nhiều nên có nhiều học sinh nhàm chán, chưa thấyđược cái hay, cá

Phần I - MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.

Việc giải một bài tập vật lí là việc áp dụng kiến thức vào việc học tập, còn việc ápdụng kiến thức vào thực tiễn thì chưa nhiều nên có nhiều học sinh nhàm chán, chưa thấyđược cái hay, cái thú vị của bộ môn vật lí Kiến thức các em nắm được một cách máy móc

và đối phó Vì thế để cho học sinh phổ thông nắm vững được kiến thức và vận dụng kiếnthức ấy vào thực tế đời sống đó là việc rất quan trọng và cấp thiết Nhiều khi giáo viên đưa

ra các bài tập với hàng loạt con số mà không hề quan tâm chúng có phù hợp với thực tế haykhông Chính điều này đã làm cho bộ môn vật lí ngày càng xa rời cuộc sống, trở nên khôkhan, khó tiếp thu

Với lý do đó tôi chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực tế phần cơhọc thuộc chương trình Vật lí 10 THPT”

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

Đưa ra một số bài tậpcó nội dung thực tế thuộc phần cơ học thuộc chương trình Vật lí

10 THPT nhằm giúp các em học sinh biết cách vận dụng kiến thức vào trong thực tế và gắnkết giữa l thuyết với thực tiễn tạo hứng thú cho học sinh khi học môn vật lí

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

1 Đối tượng nghiên cứu:

- Hệ thống bài tập có nội dung thực tế thuộc phần cơ học thuộc chương trình Vật lí 10THPT.

2 Phạm vi nghiên cứu:

Chương : Động học chất điểm – 5 bài tập

Chương : Động lực học chất điểm – 4 bài tập

Chương : Tĩnh học vật rắn – 3 bài tập

Chương : Các định luật bảo toàn – 5 bài tập

IV NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU.

- Tìm hiểu những hiện tượng cơ học thực tế gần gủi với học sinh

- Xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực tế thuộc phần cơ học thuộc chương trìnhVật lí 10 THPT

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :

- Đọc và tìm hiểu các sách lí luận về phương pháp dạy học và vai trò của các bài tậpvật lí có nội dung thực tế

- Tham khảo các sách bài tập có nội dung liên quan đến thực tế

VI CẨU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI

Phần một: Mở đầu

Phần hai: Nội dung

Chương I: Cơ sở lý luận của đề tài

Chương II: Tóm tắt lí thuyết phần cơ học thuộc chương trình vật lí 10 THPT Chương III: Xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực thế thuộc phần cơ học.Phần ba: Kết luận

Tài liệu tham khảo

Mục lục.

Phần II - NỘI DUNG Chương I - CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI I.1 Vai trò của bài tập vật lý

Bài tập vật lý là một vấn đề đặt ra đòi hỏi học sinh phải giải quyết nhờ những suy lýlogic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật vật lý và phương phápVật lý

Ở góc độ phát triển tính tự lực, tích cực của học sinh nhất là về mặt rèn luyện kỹ năngvận dụng những kiến thức đã lĩnh hội được thì vai trò của việc giải bài tập vật lý trong quátrình học tập có một giá trị rất lớn Bài tập vật lý có thể được sử dụng trong nhiều khâutrong quá trình dạy học mang lại hiệu quả cao

Bài tập vật lý có thể được sử dụng như là phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang

bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cáchsâu sắc và vững chắc

Bài tập vật lý là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức,liên hệ giữa lý thuyết với thực tế, học tập và đời sống

Bài tập vật lý là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tưduy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh

Bài tập vật lý là một phương tiện giúp học sinh ôn tập, củng cố kiến thức một cách sinhđộng và có hiệu quả.

Bài tập vật lý là một phương tiện để kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh,thông qua đó giáo viên tự đánh giá kết quả giảng dạy của mình và có sự điều chỉnh thíchhợp

Thông qua việc giải bài tập vật lý có thể rèn luyện cho học sinh các đức tính tốt như:tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tính kiên trì, tinh thần chịu khó

I.2 Phân loại bài tập vật lý

Đối với chương trình vật lý phổ thông, người ta thường phân loại bài tập vật lý theophương thức giải, gồm 4 loại cơ bản

I.2.1 Bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập mà việc giải chúng không cần phải tính toán hay chỉlàm những phép tính đơn giản có thể tính nhẫm được

I.2.2 Bài tập định lượng ( bài tập tính toán)

Bài tập định lượng là những bài tập muốn giải được thì phải thực hiện một loạt cácphép tính

Căn cứ vào mục đích sử dụng có thể chia bài tập định lượng ra làm 2 loại : bài tập tínhtoán tập dượt và bài tập tính toán tổng hợp

I.2.3 Bài tập tính toán tập dượt

Bài tập tính toán tập dượt là loại bài tập đơn giản được sử dụng ngay sau khi nghiên

cứu một khái niệm, một định luật, quy tắc vật lý nào đó Nó có tác dụng giúp học sinh hiểuđầy đủ và sâu sắc hom những mặt định lượng của các đại lượng vật lý và làm cơ sở cho việcgiải các bài toán phức tạp hơn

I.2.4 Bài tập tính toán tổng hợp

Bài tập tính toán tổng hợp là những bài tập phức tạp mà muốn giải được chúng phảivận dụng nhiều khái niệm, nhiều định luật hoặc quy tắc, công thức ở nhiều bài, nhiều mục,thậm chí nhiều phần khác nhau của chương trình Nó có tác dụng ôn tập tài liệu giáo khoa,đào sâu và mở rộng kiến thức của học sinh, giúp học sinh thấy được mối liên hệ giữa nhữngphần khác nhau của giáo trình

I.3 Phương pháp chung để giải bài tập vật lý

Gồm 4 bước:

I.3.1.Tìm hiểu đề bài

- Đọc, ghi ngắn gọn các đại lượng đã cho và các đại lượng phải tìm.

- Mô tả lại tình huống được nêu trong bài tập, vẽ hình minh họa nếu cần

I.3.2.Xác lập mối quan hệ giữa các đại lượng đã cho và các đại lượng phải tìm

Đối chiếu các dữ kiện xuất phát và các đại lượng phải tìm, phân tích hiện tượng vật lý

đã cho trong đề bài để nhận biết các định luật, công thức vật lý có liên quan

Xác lập các mối liên hệ cụ thể giữa các đại lượng đã cho và các đại lượng phải tìm vàlựa chọn các mối liên hệ cơ bản để dễ dàng tim ra đại lượng phải tim

• Kiểm tra xem kết quả có phù hợp với thực tế không

• Kiểm tra đơn vị có phù hợp hay không

• Nếu giải bài tập bằng cách khác có đúng kết quả không

• Xét thêm một số trường hợp riêng, xem có phù hợp không

I.4 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý

Dựa trên cơ sở phân tích tư duy trong quá trình giải bài tập vật lý, giáo viên phân tíchphương pháp giải bài tập cụ thể Mặt khác kết hợp với mục đích sư phạm cụ thể của việcgiải bài tập để xác định kiểu hướng dẫn phù hợp Từ đó giáo viên có thể xây dựng phươngpháp hướng dẫn học sinh giải một bài tập cụ thể Thông thường có 3 kiểu chủ yếu hướngdẫn học sinh giải một bài toán như sau:

I.4.1 Kiểu hưởng dẫn angôrít (hướng dẫn theo mẫu)

Là kiểu hướng dẫn trong đó giáo viên chỉ ra cho học sinh các hành động cần thiết mộtcách rõ ràng, chính xác và trình tự để đi đến kết quả Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi giáo viênphải phân tích một cách khoa học việc giải bài tập để xác định được trình tự chính xác cáchành động cần thực hiện nghĩa là xây dựng được angôrít giải bài tập đó

Kiểu này thường được áp dụng khi giáo viên cần giúp học sinh nắm được phương phápgiải một loại bài tập nào đó

I.4.2 Kiểu hướng dẫn tìm tòi (hưởng dẫn ơrixtic)

Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi, phát hiện cáchgiải quyết chứ không phải giáo viên chỉ rõ để cho học sinh chấp nhận các hành động theo

mẫu Trong kiểu này, giáo viên sẽ gợi ý để học sinh tự xác định hành động cần thực hiện để

đi đến kết quả

Kiểu này thường được áp dụng khi càn giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn để giảiđược bài tập đồng thời đảm bảo yêu càu phát triển tư duy cho học sinh, tạo điều kiện chohọc sinh tự giải quyết vấn đề

I.4.3 Kiểu hướng dẫn khái quát chương trình hỏa

Là kiểu hướng dẫn cho học sinh tự lực tìm tòi cách giải quyết nhưng giáo viên chỉ địnhhướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Nếu học sinh không giải quyết được thì giáo viên có thể đặt thêm những câu hỏi phụ để thu hẹp phạm vi phải tìm tòi

Chương II - TĨM TẮT LÍ THUYẾT PHẦN CƠ HỌC.

II 1 Động học chất điểm

II 1.1 Chuyển động cơ, thời điểm, thời gian và hệ quy chiếu

Chuyển động của một vật là sự thay đổi vị trí của vật đĩ trong khơng gian theo thời gian.Vật chuyển động đến từng vị trí trên quỹ đạo vào những thời điểm nhất định cịn vật đi từ

vị trí này đến vị trí khác trong những khoảng thời gian t

Một hệ quy chiếu gồm :

+ Một vật làm mốc, một hệ toạ độ gắn với vật làm mốc

+ Một mốc thời gian và một đồng hồ thời gian nhất định

II.1.2 Chuyển động thẳng đều

- Gia tốc:

+ Biểu thức độ lớn: 



v a

t với : v = v – vo ; t = t – to

Đơn vị gia tốc là m/s2

+ Véc tơ gia tốc

Vì vận tốc là đại lượng vectơ nên gia tốc cũng là đại lượng vectơ

- Chuyển động thẳng biến đổi đều

Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng trong đĩ véctơ gia tốc a khơng đổi

cả về hướng và độ lớn Chuyển động là nhanh dần đều khi

a  v , chuyển động là chậm dần đều khi a  v

- Xét trong hệ quy chiếu quán tính ta cĩ:

+ Cơng thức xác định vận tốc: v = v0 + at

+ Phương trình đường đi của chuyển động thẳng biến đổi đều:  0 1 2

Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực

Những đặc điểm của chuyển động rơi tự do:

+ Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (phương của dây dọi)

+ Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới

+ Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dàn đều

Với hệ quy chiểu quán tính, ta có các công thức đơn giản: v = g,t ; h = 2

2

1

gt ; v2 = 2gh

II 2 Động lực học chất điểm

II 2.1 Các định luật Newton

- Định luật I Newton (định luật quán tính)

Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào ( hay vật cô lập) thì vật đang đứng yên sẽtiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều

- Định luật III Newton

Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lạivật A một lực, hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiêu:  

- Lực hấp dẫn: Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực, gọi là lực hấp dẫn

- Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn giữa hai vật (coi như chất điểm bất kì) tỉ lệthuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữachúng

2 2

1

r

m m G

là hằng số hấp dẫn

- Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn.

Trọng lực tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó

Trọng lực có điểm đặt ở một điểm đặc biệt của vật, gọi là trọng tâm của vật

- Độ lớn của trong lực (trọng lượng) : P = G 2

.

h R

M m



Gia tốc rơi tự do: g =  2

h R

GM

II.2.3 Lực đàn hồi

- Định luật Húc (Hookes)

Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của

lò xo: Fđh = k.| l | , với k gọi là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lò xo, có đơn vị là N/m

Fmstt.N Trong đó: t : hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào tình trạng và bề mặt.

N : Áp lực của vật (lực nén vật lên bề mặt)

II.2.5 Lực hướng tâm

Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động theo quỹ đạo cong vàgây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng

- Tổng hợp hai lực đồng quy: Dùng quy tắc hình bình hành hoặc quy tắc đa giác lực như

1

d

d F

F

 (chia trong)

II.3.2 Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực.

Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùnggiá, cùng độ lớn và ngược chiêu: F1F2

II.3.3 Cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song

- Quy tắc hợp lực hai lực có giá đồng quy

Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng qui tác dụng lên một vật rắn, trước hết ta phải trượthai véctơ lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng quy, rồi áp dụng qui tắc hình bĩnh hành đểtìm hợp lực

- Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song

Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực không song song ở trạng thái cân bằng thì:+ Ba lực đó phải đồng phẵng và đồng quy

O2

O1

O

2 1

+ Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba: F1F2 F3

II.3.4 Cân bằng của một vật có trục quay cổ định Mômen lực

- Mômen lực

Mômen lực đôi với một trục quay là là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực

và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó: M = F.d

- Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định

Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các mômen lực có

xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các mômen lực có xu hướnglàm vật quay theo chiều ngược lại

II.3.5 Cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực song song

Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực song song ở trạng thái cân bằng thì hợp lựccủa hai lực song song cùng chiều phải cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều với lực thứ

F t (Dạng khác của định luật II Newton)

- Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bàng xung lượngcủa tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó

II.4.2 Định luật bảo toàn động lượng

- Hệ cô lập (hệ kín)

Một hệ nhiêu vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ (hoặc nếu cóthì các ngoại lực ấy cân bằng nhau)

- Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập

Động lượng của một hệ cố lập là không đổi: 

II.4.3 Công, công suất

- Nêu lực không đôi Ftác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn

s theo hướng hợp với hướng của lực góc  thì công của lực F được tính theo công thức :

A = Fscos

- Đơn vị cơng là jun (kí hiệu là J) : 1J = lNm

- Các cơng thức tính cơng chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực khơngđổi trong quá trĩnh chuyển động

- Cơng suất là đại lượng đo bằng cơng sinh ra trong một đơn vị thời gian: P = A t

- Đơn vị cơng suất là jun/giây, đươc đăt tên là ốt, kí hiệu w, 1W = 11J s

- Ngồi ra ta cịn một đơn vị thực hành của cơng là ốt giờ (W.h) :

1 W.h = 3600J ; lkW.h = 3600kJ

II.4.4 Động năng, định ỉỉ biến thiên động năng

- Động năng là dạng năng lượng mà vật cĩ được do nĩ đang chuyển động và được xácđịnh bởi cơng thức: Wđ = 21 mv2 , với m là khối lượng của vật, v là tốc độ chuyển động của

vật

- Đơn vị của động năng là jun (J)

- Định lí biến thiên động năng: A = 21 mv22 - 12 mv12 = Wđ2 – Wđ1

Tổng cơng của ngoại lực tác dụng lên vật bằng độ biến thiên động năng của vật

II.4.5 Thế năng

- Thế năng trọng trường

+ Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất vàvật ; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường

+ Nếu chọn mốc thế năng tại mặt đất thì công thức tính thế năng trọng trường của mộtvật có khối lượng m đặt tại độ cao z là : Wt = mgz

- Thế năng đàn hồi

Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.Thế năng đàn hồi của một lò xo có độ cứng k ở trọng thái có biến dạng l là :

Wt = 21 k(l)2

II.4.6 Cơ năng

Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng vàthế năng của vật : W = Wđ + Wt = const

Chương III - XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP

CÓ NỘI DUNG THỰC TẾ THUỘC PHẦN CƠ HỌC.

III 1 Chương - Động học chất điểm (5 bài tập)

Bài tâp 1: Một xe mô tô chuyển động đều từ thị trấn A đến thị trấn B với vận tốc 20km/h,

còn từ thị trấn B đến thị trấn A nó cũng chuyển động đều nhưng với vận tốc 30km/h Xác địnhvận tốc trung bình của chuyển động cả đi lẫn về

1.1 Mục đích xây dựng bài tập

Thực tế thì hoc sinh THPT thường bị nhầm lẫn giữa vận tốc trung bình và trung bình vậntốc nên thông qua bài tập này, giáo viên sẽ phần nào giúp các học sinh khắc phục được sựnhầm lẫn trên

1.2 Bài giải

Nếu tính theo công thức vận tốc trung bình thỉ ta có: vtb= s /t

Vậy vận tốc trung bình của chuyển động cả đi lẫn về là: vtb=

Bài tập 2: Một chuyện dân giang kể rằng: Trước khi chết, một phú ông đã để lại cho

người con của mình 1 hũ vàng chôn trong khu vườn rộng và một mảnh giấy có ghi “Đi về phíađông 10 bước chân sau đó rẽ phải đúng 8 bước , đào sâu lm” Theo em, với cách ghi như thế,người con có thể xác định được chính xác vị trí chỗ chôn vàng không? Vì sao?

2.1 Mục đích xây dựng bài tập

Mục đích của việc đưa ra bài tập nhằm giúp học sinh nhớ lại cách xác định vị trí của mộtvật, và điều quan trọng hơn nữa là giáo viên có thể rèn luyện cho học sinh đức tính cẩn thậnkhi giải quyết vấn đề

2.2 Giải thích:

Theo lý thuyết, để xác định được vị trí của chất điểm thì nguyên tắc chung là chọn mộtvật làm mốc và gắn trên vật mốc đó một hệ trục tọa độ Như vậy với cách ghi trên thi khôngthể xác định được chính xác vị trí chỗ chôn vàng Vì thông tin trên thiếu một yếu tố quan trọng

là vật làm mốc

Bài tâp 3 : Trong 1 cuộc đua xe đạp, khi xuất phát, coi các vận động viên tăng tốc đều.

Nếu chỉ quan sát bằng mắt, dựa vào yếu tố nào ta có thể phát hiện được vận động viên nào cógia tốc lớn nhất ? Hãy nêu rõ cơ sở lý luận

3.1 Mục đích xây dựng bài tập

Bài tập này sẽ giúp học sinh biết cách vận dụng kến thức vật lý vào thực tế đời sống mộtcách định tính mà vẫn tìm ra được kết quả, từ đó rèn luyện cho các em có một tư duy nhạy bénkhi giải quyết vấn đề

3.2 Giải thích

Ta có công thức tính quãng đường là: s = 1 2

2at Với thời gian t như nhau, nếu a càng lớnthì s càng lớn Như vậy khi chỉ quan sát bằng mắt thì ta dựa vào quãng đường mà các vận độngviên đi được trong cùng một khoảng thời gian kể từ lúc xuất phát: Vận động viên nào đi đượcquãng đường dài hơn (dẫn đầu đoàn đua) thì có gia tốc lớn nhất

Bài tập 4: Cùng 1 lúc, ô tô thứ nhất chuyển động chậm dần vào bến và ô tô thứ hai rời

bến chuyển động nhanh dần Coi 2 ô tô chuyển động trên 2 đường thẳng song song Có nhậnxét gì về hướng của véc tơ gia tốc của 2 xe ? Biểu diễn trên cùng một hình vẽ hướng của 2 véc

tơ gia tốc này

4.1 Mục đích xây dựng bài tập

Ở bài tập này người giáo viên có thể giúp học

sinh khắc sâu được kiến thức “Vận tốc luôn cùng

hướng với chuyển động”, đồng thời có thể biểu diễn

được các véctơ gia tốc và vận tốc khi xe chuyển động chậm dần hay nhanh dần

4.2 Giải thích

Vì ô tô thứ nhất chuyển động chậm dần nên véctơ gia tốc a 1

ngược hướng với chuyển