bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lý thpt chuyên đề xây dựng hệ thống bài tập tự luận và hướng dẫn giải bài tập về phần chuyển động của vật rắn

PHẦN I MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong Luật giáo dục (ban hành năm 2005), điều 28 nêu rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo học sinh; phù hợp với đặc điểm lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú cho học sinh” Trong định hướng việc phát huy tính tích cực sáng tạo học sinh bản, làm sở để thực định hướng Đó mục tiêu việc đổi phương pháp dạy học nước ta Hòa chung với xu việc đổi phương pháp dạy học môn học trường phổ thơng phương pháp dạy học vật lý có đổi đáng kể Trong dạy học vật lý trường phổ thông, tập vật lý (BTVL) từ trước đến giữ vị trí đặc biệt quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học vật lý tác dụng tích cực quan trọng - BTVL phương tiện để ôn tập, cố kiến thức lí thuyết học cách sinh động có hiệu - BTVL phương tiện tốt để rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh - BTVL phương tiện rèn luyện cho học sinh khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn, đời sống - Thơng qua hoạt động giải BTVL rèn luyện cho học sinh đức tính tốt tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tính kiên trì, tinh thần vượt khó - BTVL phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ học sinh - BTVL sử dụng phương tiện nghiên cứu tài liệu giai đoạn hình thành kiến thức cho học sinh giúp cho học sinh lĩnh hội kiến thức cách sâu sắc vững -1- Vì vậy, để trình dạy học vật lý trường phổ thơng đạt hiệu cao, phát huy tính tích cực sáng tạo học sinh nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học việc giảng dạy BTVL trường phổ thơng phải có thay đổi, cách thức tổ chức, giao nhiệm vụ (BTVL) cho học sinh làm việc Trong xã hội giáo dục nay, em học sinh tiếp cận với nguồn tư liệu tham khảo vô phong phú sách in, báo chí, trang mạng internet… nhiên khơng có định hướng, dẫn phương pháp người giáo viên việc tiếp thu kiến thức khó khăn khơng có hệ thống, em học trước lại qn sau Vả lại, từ có loại tập trắc nghiệm, thi theo hình thức trắc nghiệm HS say mê với loại tập khơng phải tư nhiều, viết mà cần nhớ cách máy móc cơng thức đạt điểm cao Chính mà tư môn học học sinh không rèn luyện phát triển làm tập tự luận Với ưu điểm vượt trội tập tự luận việc rèn luyện kĩ tư duy, sáng tạo cho học sinh, thân tác giả trọng tới việc biên soạn, sưu tầm, hệ thống hóa tập tự luận q trình giảng dạy Tác giả nhận thấy phần Chuyển động vật rắn chương trình vật lý phổ thơng trung học đặc biệt chương trình chuyên (xuyên suốt từ lớp 10 tới lớp 12) “Chuyển động vật rắn ” chuyên đề tương đối khó hay quan trọng mặt lí thuyết mà cịn có nhiều ý nghĩa thực tế Việc làm tốt tập “Chuyển động vật rắn” từ lớp 10 giúp em HS hiểu sâu sắc kiến thức loại chuyển động vật rắn mà phương tiện hiệu giúp em giải tốt toán dao động vật rắn chương trình Vật lí lớp 12 Hiểu tầm quan trọng đó, từ bắt đầu tham gia giảng dạy (năm 1999), tác giả sưu tầm, chọn lọc cách hệ thống tập “Chuyển động vật rắn” theo chuyên đề nhỏ Đến nay, sau gần 15 năm trực tiếp đứng lớp, tham gia bồi dưỡng HSG cấp, hệ thống tập tương đối hoàn chỉnh, phong phú, đa dạng thể loại, dành cho -2- nhiều đối tượng học sinh từ người học đến HS chuyên lý, HSG tỉnh, HSG quốc gia Hệ thống tập góp phần giúp HS dễ tiếp thu hiểu sâu sắc kiến thức hơn, phát triển tư sáng tạo em Đồng thời, nguồn tài liệu quý để em học sinh tự học, tự nghiên cứu cách có hiệu cao mà khơng q nhiều thời gian mày mị tìm nhặt nhiều trang mạng, nhiều sách, tạp chí Vật lý, góp phần tiết kiệm thời gian cơng sức cho em tiết kiệm tiền cho phụ huynh Với lí trên, tác giả muốn chia sẻ với đồng nghiệp kinh nghiệm tích lũy được, thông qua đề tài “Xây dựng hệ thống tập tự luận hướng dẫn giải tập phần Chuyển động vật rắn” Đồng thời nguồn tư liệu tham khảo cho HS nhằm nâng cao chất lượng dạy học mơn Vật lí Bố cục đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận, Đề tài gồm chương Chương 1: Cơ sở lí luận thực tiễn đề tài Chương 2: Định dạng, phân loại hướng dẫn giải tập phần Chuyển động vật rắn Chương 3: Hiệu đề tài -3- PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở lí luận việc phát huy tính tích cực HS học tập Tích cực phẩm chất tâm lý vô quan trọng định thành công cá nhân loại hoạt động định hồn thiện khơng ngừng nhân cách trình hoạt động thực tiễn Tính tích cực điều kiện cần cho phát triển tư độc lập tư sáng tạo mức độ độc lập tư sáng tạo học sinh phụ thuộc vào nhiều đặc điểm mang tính cách cá nhân, khác với học sinh khác Mức độ phát triển tư óc sáng tạo hoạch định mục tiêu giáo dục, khơng thể địi hỏi học sinh đạt tới chuẩn mực sáng tạo dạy học cần tạo điều kiện tốt cho phát triển tư óc sáng tạo học sinh  Động học tập - nguồn gốc tính tích cực học tập Động học tập giác ngộ nhiệm vụ học tập Nói đến động cơ, phải nói đến lịng say mê, ham muốn công việc, đối tượng mà chủ thể cần đạt Lịng ham mê tri thức hình thành HS động học tập đắn Mơn học VL có nhiều ưu để hình thành động học mơn học Để HS có động học tập mơn VL đúng, GV cần đầu tư nhiều thời gian, công sức tình cảm, phát huy lợi chun mơn vào q trình dạy học mơn khoa học  Hứng thú, tự giác, tự lực - phẩm chất tính tích cực học tập Hứng thú học tập ni dưỡng động Làm để gây hứng thú trì hứng thú điều không đơn giản Tri thức sâu, rộng thầy, lời nói chữ viết thầy, thí nghiệm mà thầy biểu diễn trước lớp…có thể gây hứng thú cho HS Tuy nhiên thơi hứng thú ngày yếu tố khơng cịn -4- mẻ Trong dạy học VL, thí nghiệm có đó, “kho” tập có song khơng phải tự chúng gây hứng thú trì hứng thú cho HS Đôi khi, sử dụng, chúng làm cho HS thấy nhàm chán coi khó khăn học tập Để mơn Vật lý tạo trì hứng thú học tập từ xuất phẩm chất khác tính tích cực học tập, người giáo viên cần phải: - Chế biến học, kiện tình để HS tham gia giải quyết, khơng biến học lí thuyết trở thành chuỗi câu thuyết giảng, trừu tượng - Đưa nội dung học vào đời sống thực tế để HS nhìn thấy ích lợi việc học, thấy hay, đẹp VL - Sắp xếp lại BTVL thành chuyên đề nhỏ, theo mức độ nhận thức HS, sử dụng chúng có ý đồ phát triển rõ rệt Các dạng tập phong phú, cách sử dụng đa dạng khai thác tối đa tác dụng chúng  Những biểu tính tích cực học tập Tính tích cực học tập biểu dấu hiệu như: hăng hái trả lời câu hỏi giáo viên, bổ sung câu trả lời bạn, thích phát biểu ý kiến trước vấn đề nêu ra; hay nêu thắc mắc, địi hỏi giải thích cặn kẽ vấn đề chưa đủ rõ; chủ động vận dụng kiến thức, kĩ học để nhận thức vấn đề mới; tập trung lắng nghe, theo dõi hành động giáo viên, ý vào vấn đề học; kiên trì hồn thành tập, khơng nản trước tình khó khăn, có khả vận dụng kiến thức vào việc giải tình mới, có sáng tạo giải vấn đề tìm  Các cấp độ tính tích cực học tập Theo GS.TS Trần Bá Hồnh [6, tr.13], tính tích cực học sinh chia làm cấp độ từ thấp đến cao: - Bắt chước: gắng sức làm theo mẫu hành động thầy, bạn bè… - Tìm tịi: độc lập giải vấn đề nêu ra, tìm kiếm cách giải -5- khác để tìm lời giải đáp hợp lý - Sáng tạo: tìm cách giải mới, độc đáo, hữu hiệu 1.2 Phương pháp dạy học nêu vấn đề (NVĐ) Dạy học NVĐ tập hợp nhiều phương pháp dạy học đơn giản (diễn giảng, thí nghiệm, đàm thoại, đọc sách ) Mà có phối hợp thống thầy trò cho trò tự giác chấp nhận nhiệm vụ học tập nhiệm vụ mình, tích cực, tự lực, sáng tạo tìm tịi cách giải nhiệm vụ học tập thơng qua việc kiểm tra giả thuyết mà đặt  Cấu trúc dạy học nêu vấn đề Dạy học NVĐ bao gồm giai đoạn:  Giai đoạn xây dựng tình có vấn đề : Đây giai đoạn nhằm “dẫn dắt” học sinh từ chỗ việc, tượng xảy hợp lý đến chỗ khơng cịn hợp lý nữa, từ vấn đề học sinh biết chưa biết xác đến chỗ ngạc nhiên, cần biết xác v v để hình thành em trạng thái tâm lí xúc, mong muốn giải tình gặp phải Có thể nói rằng, giai đoạn quan trọng cho kiểu dạy học NVĐ  Giai đoạn giải vấn đề : Ở giai đoạn có bước quan trọng, có ý nghĩa to lớn q trình dạy học Đó bước học sinh đề xuất giả thuyết vạch kế hoạch để kiểm tra giả thuyết Thực tế dạy học cho thấy, học sinh thường khơng thể tự đưa giả thuyết hay mà cần có trao đổi học sinh với nhau, gợi ý giúp đỡ cần thiết GV  Giai đoạn vận dụng: Cũng giống phương pháp dạy học khác, kết thúc học vận dụng kiến thức thu vào thực tế sống Đặc biệt vận dụng kiến thức để giải tình mới, khác với tình gặp Chính vận dụng khơng giúp học sinh củng cố kiến thức cách vững mà cịn tập dượt cho học sinh tìm tòi giải vấn đề -6- mới, tiến tới việc rèn luyện tư sáng tạo cho HS 1.3 Bài tập vật lí (BTVL) q trình dạy học vật lý 1.3.1 Khái niệm tập vật lý Theo GS Phạm Hữu Tịng [28, tr.89] “Bài tập vật lý hiểu vấn đề đặt đòi hỏi phải giải nhờ suy luận logic, phép tốn thí nghiệm dựa sở định luật phương pháp vật lý ” Theo quan niệm BTVL túy nhiệm vụ mà HS phải làm để thể nắm vững lí thuyết tới đâu Điều có lí coi BTVL cơng cụ để đánh giá HS học lớp Theo chúng tơi, để đánh giá vai trị BTVL, cần nhìn nhận chúng góc độ khác tầm quan trọng chúng dạy học VL: - Nhìn BTVL góc độ cơng cụ đánh giá lí thuyết - Nhìn BTVL góc độ phương tiện để phát triển tư cho HS - Nhìn BTVL qua hai mặt: BT mang tính lí thuyết BT mang tính thực tế - Nhìn BTVL góc độ phương pháp sử dụng chúng Có nhìn nhận ta đánh giá nghĩa BTVL, đồng thời có đủ sở để phân loại BTVL cách rõ ràng xác 1.3.2 Tác dụng BTVL dạy học Vật lí Bài tập giúp cho việc ôn tập đào sâu, mở rộng kiến thức Vật lí học khơng phải tồn óc dạng mơ hình trừu tượng ta nghĩ mà phản ánh vào óc thực tế phong phú, sinh động Tuy nhiên khái niệm, định luật đơn giản biểu chúng tự nhiên lại phức tạp, Bài tập giúp cho HS biết phân tích để nhận biết trường hợp phức tạp đó, nhờ mà HS nắm biểu chúng thực tế BTVL phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khi giải tập, học sinh nhớ lại kiến thức học, có phải sử dụng tổng hợp kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần chương trình -7- Bài tập khởi đầu để dẫn dắt đến kiến thức Ví dụ vận dụng định luật thứ hai Niuton để giải tốn hai vật tương tác, thấy đại lượng ln khơng đổi tích m.v hai vật tương tác Kết việc giải BT dẫn đến việc cần thiết phải xây dựng khái niệm động lượng ĐLBT Động lượng Giải BTVL rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn, rèn luyện kĩ vận dụng kiến thức khái quát Có thể xây dựng nhiều tập có nội dung thực tiễn yêu cầu học sinh phải vận dụng kiến thức lí thuyết để giải thích tượng thực tiễn dự đoán tượng xảy Giải tập hình thức làm việc tự lực cao học sinh Trong giải tập, phải tự phân tích điều kiện đầu bài, tự xây dựng lập luận, kiểm tra phê phán kết luận rút nên tư HS phát triển, lực làm việc tự lực họ nâng cao, rèn luyện tính kiên trì, cẩn thận, tinh thần vượt khó Giải BTVL góp phần làm phát triển tính tư sáng tạo học sinh Các tập giải thích tượng, tập thí nghiệm, thiết kế dụng cụ loại BT phát triển tư sáng tạo HS tốt Giải BTVL để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức học sinh BTVL phương tiện hiệu để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức học sinh Tùy theo cách đặt câu hỏi mà kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức khác 1.3.3 Phân loại BTVL Có nhiều cách phân loại BTVL 1.3.3.1 Phân loại theo cách giải, chia BTVL thành loại sau: Bài tập định tính Bài tập định tính loại BT giải HS không cần phải thực phép tính phức tạp, hay cần phép đơn giản nhẩm Đa số BT -8- định tính u cầu HS giải thích dự đốn tượng Do muốn giải loại BT này, HS cần hiểu rõ chất khái niệm, định luật Vật lí, nhận biết biểu chúng trường hợp cụ thể Bài tập định tính có nhiều ưu điểm phương pháp học Nhờ đưa lí thuyết vừa học lại gần sống xung quanh, tập làm tăng thêm HS hứng thú với môn học, tạo điều kiện phát triển óc quan sát HS Do có tác dụng nhiều mặt nên BT định tính sử dụng ưu tiên hàng đầu sau học xong lí thuyết, luyện tập, ơn tập lại kiến thức Bài tập tính tốn Bài tập tính tốn loại BT mà muốn giải phải thực loạt phép tính kết thu đáp số định lượng Có thể chia thành hai loại: tập tập dượt tập tổng hợp a) BT tính tốn tập dượt Là BT bản, đơn giản, đề cập đến tượng, định luật, sử dụng phép tính đơn giản Những BT có tác dụng củng cố kiến thức vừa học, giúp HS hiểu rõ ý nghĩa định luật, cơng thức biểu diễn chúng Ví dụ: Sau học xong nội dung “Mơ men qn tính vật rắn” giáo viên tập để luyện tập việc sử dụng cơng thức tính mơ men qn tính I = ∑ mi R = R ∑ mi = MR sau: Tính mơ men qn tính vành trịn đồng chất có bán kính R, khối lượng M, bề dày khơng đáng kể b) Bài tập tính tốn tổng hợp: Là loại BT mà muốn giải phải vận dụng nhiều kiến thức, định luật, dùng nhiều cơng thức Đó kiến thức học nhiều trước Loại BT có tác dụng đặc biệt giúp HS đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy rõ mối quan hệ phần chương trình vật lí, tập cho HS biết cách phân tích tượng phức tạp thành phần, giai -9- đoạn đơn giản tuân theo định luật xác định Ví dụ: Sau học xong chuyển động vật rắn quay quanh trục cố định ĐLBT năng, GV tập tổng hợp sau: “Một cứng đồng chất, có khối lượng m, chiều dài l, quay tự mặt phẳng thẳng đứng, xung quanh trục nằm ngang qua đầu Nhấc lên cao đường nằm ngang góc α=300 thả rơi l,m khơng vận tốc ban đầu Hãy tính lực mà tác dụng vào trục quay vào O α G lúc rơi qua đường nằm ngang.” Bài tập thí nghiệm Là tập địi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lí thuyết để tìm số liệu cần thiết cho tốn BT thí nghiệm tác dụng tốt ba mặt: giáo dướng, giáo dục giáo dục kĩ thuật tổng hợp Bài tập đồ thị Bài tập đồ thị loại BT sử dụng đồ thị để giải kiện đề số liệu cho đồ thị Giải loại BT giúp HS rèn luyện tính kiên trì, tỉ mỉ, cẩn thận, biết liên tưởng đại lượng vật lí 1.3.3.2 Phân loại theo trình độ nhận thức Dựa cấp độ nhận thức Bloom, phân tập thành dạng sau: Bài tập nhận biết, tái hiện, tái tạo lại: Đó tập đòi hỏi người học nhận được, nhớ lại kiến thức học Đó câu hỏi khái niệm, định luật, thuyết vật lí ứng dụng đời sống, kĩ thuật Bài tập hiểu vận dụng: Với tập đại lượng cho có mối liên hệ trực tiếp với đại lượng cần tìm thơng qua cơng thức, phương trình Bài tập loại đòi hỏi người học nhận ra, nhớ lại mối liên hệ đại lượng - 10 - Chu kì dao động khối tâm C : T = 2π 3m = 2π ω 8k Bài Một hình trụ đặc đồng chất, trọng lượng P, bán kính r đặt mặt lõm bán kính cong R (hình vẽ) Ở điểm hình trụ người ta gắn lị xo với độ cứng k Tìm chu kì dao động nhỏ hình trụ với giả thiết hình trụ lăn khơng trượt Lời giải Định luật II Newton: 2kΔx + Mgα - Fms = Ma (1) (2) (2) => (1) => O α => A Chú ý là: Δx = (R- 2r)α ; a = (R- r) => - 56 - A’ θ C => 4k (R- 2r)α + Mgα + M(R – r) => R k α+ =0 B B1 =0 2.3 Hệ thống tập tự giải Bài Một bóng bán kính R quay quanh trục cố định nằm ngang OO’ Một dải băng giáp cứng làm thành nửa hình trụ bán kính R ,áp dựa vào bóng từ bên chuyển động với vận tốc v hướng nằm ngang vng góc với trục OO’(hình vẽ) Hãy tính vận tốc góc quay bóng Bài Trên bề mặt nằm ngang khơng ma sát có hai đĩa giống nhau(hvẽ) Ký hiệu đường vận tốc góc bên, kích thước R r (R >r),va chạm đàn hồi Xác định vận tốc đĩa sau va chạm Bài Ống thành mỏng khối lượng m quay xung quanh trục bên cạnh có ống ban đầu đứng yên nằm ngang(hvẽ).Hệ số ma sát tất bề mặt tiếp giáp μ = Tính gia tốc chuyển động ống ban đầu quay? Bài Một hình trục quấn quanh sợi dây cố định đầu, đầu mặt phẳng nghiêng, nghiêng góc α với phương ngang (hvẽ) thời điểm, dây thẳng đứng vận tốc góc hình trụ ω Tính thời điểm đó: a/ Vận tốc trục hình trụ b/ Vận tốc điểm hình trụ tiếp điểm với phương ngang Bán kính hình trụ R Bài Với giá trị góc α khối lập phương giống nằm cân hình vẽ Hệ số ma sát khối giá trị μ , khối với coi nhỏ Bài - 57 - Một AB đồng chiều dài 2b, đầu tựa mặt đất nằm ngang, đầu tựa vào tường thẳng đứng Vị trí xác định theo góc α = (OX,OG) Bỏ qua ma sát Ở thời điểm ban đầu α = α0, đứng yên Tính phản lực N B tường lên từ suy góc nghiêng α1 mà rời khỏi tường Bài Một hình trụ rỗng khối lượng m lăn xuống theo mặt phẳng nghiêng(với góc α = 45o ) (lăn khơng trượt) Ở bề mặt phía hình trụ tuyệt đối nhẵn có vật nhỏ khối lượng m = M/2 Hỏi góc β hình trụ lăn Bài Một không khối lượng nối với nặng đầu bắt đầu rơi từ vị trí thẳng đứng khơng vận tốc đầu Đầu bị chặn phía hình vẽ Hỏi góc véc tơ vận tốc phương thẳng đứng thời điểm chạm mặt phẳng ngang? Bài Một hình trụ đặc khối lượng m bán kính r lăn khơng trượt theo mặt hình trụ rỗng khối lượng M, bán kính R Hình trụ lớn quay xung quanh trục theo ỏ phương ngang Các trục hình trụ song song với Bỏ qua ma sát Ban đầu hình trụ đặc vị trí mà đường nối tâm hai hình trụ lệch góc ỏ nhỏ so với phương thẳng đứng Thả cho hình trụ dao động Viết phương trình dao động hình trụ Bài 10 Vật rắn có khối lượng M quay quanh trục cố định nằm ngang di qua điểm O nằm vật, mơ men qn tính vật với trục quay I điểm A cách O đoạn d ta nối vật m AB khơng khối lượng có chiều dài l quay quanh A mặt phẳng quay vật rắn Tìm chu kì dao động nhỏ vật Bài 11 Vật A có khối lượng M nối với vật B khối lượng m AB có khối lượng không đáng kể Vật A nằm mặt phẳng ngang nhẵn buộc với đầu - 58 - lị xo có độ cứng k, đầu cịn lại lò xo chột cố định O mặt phẳng ngang Khi vật B dao động mặt phẳng thẳng đứng kéo vật A dao động theo đường thẳng ox nằm ngang Viết phương trình dao động vật biết thời điểm ban đầu, vật B vị trí có góc lệch α0 so với phương thẳng đứng Oy vận tốc v0 hướng vng góc với AB vị trí cân Bài 12 Một vành xe bán kính R lăn khơng trượt mặt bàn nằm ngang, vận tốc khối tâm G V0 Gọi I điểm vành, ban đầu I tiếp xúc với bàn Xác định phương trình chuyển động, vận tốc gia tốc I Bài 13 Một cầu bán kính R lăn khơng trượt mặt phẳng nghiêng vơi gia tốc không đổi a Ở thời điểm t vị trí A điểm hình vẽ Hãy xác định vận tốc gia tốc A, B B O O Bài 14 Một cầu bán kính R lăn khơng trượt máng hình chữ V với góc mở ỏ Vận tốc khối tâm O v0 Hãy xác định vận tốc góc cầu Bài 15 Một hình nón trịn xoay có nửa góc đỉnh α, bán kính đáy r, lăn khơng trượt mặt phẳng ngang hình vẽ: Đỉnh nón khớp vào điểm O có độ cao với tâm C đáy Vận tốc C v Hãy xác định vận tốc góc gia tốc góc hình nón Bài 16 Trên mặt phẳng ngang có vành đai đứng n bán kính R Một vành đai khác giống hệt chuyển động với vận tốc v Tìm phụ thuộc vận tốc u giao điểm vành đai vào khoảng cách d hai tâm Các vành đai mảnh ln chạm q trình chuyển động Bài 17 A’ Người ta xâu vòng O,O’ vào hai trục song O O’ song cách khoảng d Một sợi dây buộc cố d định A’ luồn qua vòng Vòng O’ xuống với vận tốc v khơng đổi Tìm gia tốc vịng O dây tạo với AB góc α Bài 18 - 59 - Hai thép có chiều dài OA = L1, BO = L2 liên kết khớp nối O Người ta kéo hai đầu A,B hai theo phương ngang hai phía ngược chiều với vận tốc khơng đổi v 1,v2 Xác định gia tốc khớp nối O lúc hai vng góc nhau, biết hai ln nằm mặt phẳng Bài 19 Một cầu đặc đồng chất khối lượng m, bán kính R lăn không trượt mặt phẳng nghiêng hợp với phương ngang góc α Tìm: a Giá trị hệ số ma sát để trượt không xảy b Động cầu sau t giây kể từ lúc bắt đầu chuyển động Bài 20 Một đĩa đồng chất có bán kính R, quay chỗ với vận tốc góc ban đầu ự0 Hệ số ma sát đĩa mặt phẳng ngang k Tìm số vịng mà đĩa quay thêm dừng lại Bài 21 Cho hệ hình vẽ Hệ số ma sát m bàn k Ròng rọc coi đĩa tròn đặc khối lượng M bán kính R có M m1 thể quay khơng ma sát quanh trục Vật m ban đầu cách mặt đất khoảng h Thả cho hệ chuyển động từ nghỉ m2 Tìm gia tốc vật tỷ số hai lực căng dây trước m1 chạm đất h Sau m1 chạm đất vật m2 chuyển động nào? Bài 22 Một hình trụ đặc đồng chất bán kính R, khối lượng M quay tự quanh trục nằm ngang qua tâm Trên trụ có x sợi dây mảnh có độ dài l khối lượng m Tìm gia tốc góc hình trụ phụ thuộc vào chiều dài đoạn dây bỏ thõng xuống Giả thiết trọng tâm phần dây nằm trục trụ Bài 23 - 60 - Một hình trụ đặc đồng chất có khối lượng m, bán kính R làm quay xung quanh trục với vận tốc góc ω0 Hình trụ đặt lên mặt phẳng ngang Hệ số ma sát hình trụ mặt phẳng ngang k Tìm: a Thời gian chuyển động hình trụ có trượt b Cơng tồn phần lực ma sát tác dụng lên hình trụ Bài 24 Một hình trụ đồng khối lượng m, bán kính R đặt không vận tốc đầu mặt phẳng nghiêng hợp với phương ngang góc α, hệ số ma sát k Xác định gia tốc hình trụ CMR: có trượt hay khơng cịn tùy vào giá trị góc α so với giá trị α0 cần tìm Tìm tổng lượng hình trụ thời điểm t = t Xét hai trường hợp: α < α0 α > α0 Bài 25 Một hình lập phương khối lượng M hình trụ đặc m bán kính R Sợi dây không dãn không khối lượng đâu buộc vào M, đầu vào hình trụ Hình lập phương chuyển động khơng ma sát mặt phẳng nghiêng nghiêng góc α Rịng rọc khơng khối lượng quay khơng ma sát quanh trục Hệ α thả tự không vận tốc đầu, dây không bị trùng mà không bị căng, phần dây bên hình trụ thẳng đứng, phần buộc vào M song song với mặt phẳng nghiêng Xác định gia tốc vật, biện luận theo giá trị α Bài 26 Một hình trụ đặc đồng chất có bán kính R = 15cm nằm mặt phẳng ngang mặt phẳng nghiêng tạo góc α = 300 với mặt phẳng ngang Tìm vận tốc cực đại v0 hình trụ để khơng bi nảy lên Giả thiết khơng có trượt Bài 27 Một đồ chơi hình trụ đặc đồng chất khối lượng m, bán kính R ban đầu nằm cạnh giá (cạnh song song với đường sinh hình trụ) Dưới ảnh hưởng - 61 - vận tốc ban đầu không đáng kể, đồ chơi rơi xuống Hệ số ma sát trượt đồ chơi giá k độ nghiêng α0 đồ chơi bắt đầu rời khỏi giá Áp dụng: k = 0,2 Bài 28 Một hình trụ đồng chất, khối lượng m, bán kính a, khối tâm G thời điểm ban đầu hình trụ quay với vận tốc góc ự0 cịn khối tâm G đứng yên mặt bàn nằm ngang Hệ số ma sát trượt trụ bàn k Xác định thời điểm t: vận tốc G vận tốc góc ω Ở thời điểm t1 hết trượt? Xác định v1, ω1 qng đường S1 mà Tính cơng lực tiếp xúc Sau hình trụ chuyển động nào? Biện luận vẽ đường cong biểu diễn biến thiên v ω theo thời gian Bài 29 Một vành đai mỏng rắn có bán kính R đặt thẳng đứng sàn gần điểm tiếp xúc với sàn người ta gắn vào vành đai vật nhỏ A có khối lượng khối lượng vành đai Sau người ta truyền cho trục vành đai vận tốc nằm ngang v0 Với giá trị v0 vành đai không nhảy lên, lăn xảy không trượt Bài 30 Một vật rắn khối lượng m, khối tâm G nằm mặt đất nằm ngang A,B Tiếp xúc B khơng có ma sát, cịn tiếp xúc A A B có ma sát với hệ số k thời điểm đầu người ta đẩy vật rắn với vận tốc đầu v0 nằm ngang Xác định khoảng cách d mà vật dừng lại Bài 31 Một người xe đạp khởi động đường nằm ngang Người xe đạp xem vật rắn liên kết với xe đạp (bỏ qua khối lượng đôi - 62 - h G• b a chân chuyển động người) Gọi m khối lượng người + xe đạp, hai bánh xe giống có bán kính R khối lượng không đáng kể Khối tâm G hệ chuyển động xác định chiều dài a, b, h Gọi n tỷ số đĩa líp bánh sau, k hệ số ma sát trượt bánh xe đường Hỏi mô men ngẫu lực M người phải tác dụng lên đĩa để bánh xe không trượt mặt đường Bài 32 (Đề thi HSGQG năm 95-96) Một khối trụ T, gồm hai nửa, nửa có tiết diện nửa hình trịn, bán kính R, chiều cao h, có khối lượng riêng D D2 với D1 r) Hệ số ma sát đĩa đồng xu k Tìm vận tốc góc ổn định đồng xu? Giá trị mômen lực đặt vào trục đĩa lớn để giữ cho vận tốc khơng đổi? Khơng có ma sát trục Bài 41 Một cuộn dây không đàn hồi, khối lượng khơng đáng kể quấn qua hình trụ bán kính R nằm ngang đứng yên (vắt qua nửa vịng hình trụ) Tính giá trị cực tiểu F F cần phải tác dụng đầu mút A dây để ngăn không cho tải trọng rơi xuống Giả thiết hệ số ma sát trượt dây f trọng lượng dây không đáng kể Bài 42 Một xe ôtô ban đầu đứng yên, khởi động có α gia tốc a đường nằm ngang Một cánh cửa xe mở tạo nên góc α0 = 900 Tính thời gian cần thiết để a cánh cửa tự đóng lại Bỏ qua ma sát, gọi J mơmen qn tính cửa so với trục lề (giả thiết thẳng đứng), b khoảng cách từ khối tâm G cửa đến trục lề m khối lượng cửa Bài 43 (Đề thi QT ÁO năm 88) Đĩa Maxwell Một đĩa đồng chất hình trụ (khối lượng M = 0,4kg, bán kính R = 0,06m, bề dày d = 0,01m) treo hai dây dài quấn vào trục - 65 - (bán kính r) qua tâm đĩa Bỏ qua khối lượng dây trục, bề dày dây Quấn dây để nâng khối tâm đĩa lên độ cao H = 1m thả Đĩa quay tụt xuống vị trí thấp lại lên Để đơn giản ta giả sử tâm quay tức thời nằm đường thẳng đứng qua điểm treo P Tính vận tốc góc ω đĩa lúc khối tâm G tụt quãng đường s Tính động tịnh tiến E t đĩa lúc tụt s=0,5m Tính tỷ số lượng dạng lượng khác đĩa thời điểm đó, biết r = 0,003m Tính lực căng dây T1 đĩa xuống Tính vận tốc góc ω’ đĩa theo góc quay θ giai đoạn đổi chiều Vẽ tọa độ Đềcác thích hợp dạng đường cong biểu diễn thành phần đường vận tốc khối tâm đĩa, coi hàm góc quay θ, cho giai đoạn Lực căng tối đa mà dây chịu T m=10N Tính chiều dài tối đa Sm dây giải phóng, khơng quấn vào trục lúc đổi chiều, mà dây không bị đứt CHƯƠNG HIỆU QUẢ CỦA CHUYÊN ĐỀ 3.1 Phương pháp thực - 66 - - Về kiến thức lí thuyết chuyển động vật rắn, tác giả vận dụng phương pháp dạy học tích cực: phương pháp nêu giải vấn đề để tổ chức dạy học - Với hệ thống tập, tác giả hướng dẫn HS phương pháp giải khoa học từ phương pháp chung áp dụng cho toán đến phương pháp áp dụng cho số trường hợp riêng lẻ Tác giả nhận thấy phần kiến thức khó chương trình vật lý THPT, đặc biệt chương trình Vật lý chuyên, nên rèn cho HS kĩ giải tập cách thành thục tốt cho q trình học em khơng mơn Vật lí mà cịn môn khác 3.2 Phạm vi áp dụng Qua nhiều năm thực đề tài HS số lớp thuộc trường THPT XYZ trước trường THPT Chuyên XYZ ngày (mà tác giả trực tiếp giảng dạy), từ lớp 10 đến lớp 12 khối lớp đại trà, lớp chuyên lí đến bồi dưỡng học sinh giỏi cấp tỉnh, cấp khu vực Duyên hải đồng Bắc bộ, cấp quốc gia, ôn luyện thi đại học, cao đẳng, tác giả nhận thấy: kết học tập HS phần chuyển động vật rắn (và ứng dụng vào phần khác có liên quan) có nhiều tiến rõ rệt; học sinh nắm kiến thức, biết vận dụng làm tập tốt hơn; đến lớp 12 tự vận dụng thành thạo toán chuyển động vật rắn để khảo sát dao động điều hòa vật rắn, ôn thi đại học Chuyên đề chuyển động vật rắn chuyên đề quan trọng hệ thống tập luyện thi học sinh giỏi, kể HSG Quốc gia Cũng qua năm tham gia bồi dưỡng HSG, kết giải HSG ngày tăng số lượng chất lượng giải PHẦN III KẾT LUẬN CHUNG Việc trang bị cho HS phương pháp giải tập quan trọng, không tập mơn Vật lí mà với mơn khoa học nói chung - 67 - Trên tác giả mạnh dạn chia sẻ kinh nghiệm nghiên cứu vận dụng chuyên đề “xây dựng hệ thống tập hướng dẫn giải tập phần chuyển động vật rắn” vào giảng dạy thực tế mơn vật lí trường THPT chun XYZ Qua nhiều năm thực kết đạt được, tác giả nhận thấy đề tài với chuyên đề khác mang lại hiệu cao, áp dụng cho HS luyện thi đại học mà áp dụng hiệu cho luyện thi HSG cấp Không với chuyên đề chuyển động vật rắn, mà với phần kiến thức khác, tác giả soạn thảo hệ thống tập hướng dẫn giải cách khoa học, tỉ mỉ Tác giả hi vọng chuyên đề có dịp tiếp tục trao đổi với đồng nghiệp em học sinh Tuy nhiên cách nghiên cứu áp dụng mang tính chủ quan cá nhân tác giả, cịn thiếu sót Tác giả mong muốn nhận phản hồi, góp ý đồng nghiệp, em học sinh để đề tài hoàn thiện, vận dụng hiệu giảng dạy, áp dụng rộng rãi điều kiện chung giáo dục Cũng để góp phần nhỏ bé làm phong phú thêm phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy học trường phổ thông, đặc biệt trường chuyên Tác giả xin chân thành cảm ơn! Ngày 18 tháng năm 2013 Người viết - 68 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vật lí 10, NXB Giáo dục, 2006 Nguyễn Thế Khơi (Tổng chủ biên), Vật lí 10 nâng cao, NXB Giáo dục, 2006 Tài liệu giáo khoa chuyên Vật lí 11, NXB Giáo dục 1998 Phạm Hữu Tòng, Bài tập phương pháp dạy tập vật lí, NXB GD, 1994 Bùi Quang Hân, Giải tốn Vật lí 10, tập 1, NXB GD, 1997 Lê Thị Oanh, Những sở định hướng cho chiến lược dạy học thích hợp, giảng chuyên đề cao học, 2006 Tô giang, Cơ học 2, Bồi dưỡng HSG Vật lý THPT, Nhà xuất giáo dục việt nam, 2009 Trần Thi Ngoan, Nguyễn Phương Dung, SKKN: Xây dựng hệ thống tập tự luận phương pháp giải tập chuyển động tròn, 2012 Tạp chí Vật lí & tuổi trẻ 10 Tạp chí Kvant 11 Đa-vư-đơp, Tuyển tập Bài tập Vật lí đại cương 12 Trang web: http://dt.usch.edu.vn/tailieuthamkhao/ytuongdayhocTheky21 13 Trang web: http://thuvienvatly.com - 69 - - 70 - ... DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP TỰ LUẬN VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN 2.1 Tổng quát phương pháp tư duy, phân tích tượng giải tập chuyển động vật rắn Một vật rắn chuyển động chịu tác... cho chuyển động mà khơng hỏi tới ngun nhân khơng thiết phải lực tác dụng lên vật lời giải 2.2 Hệ thống tập tự luận hương dẫn giải tập chuyển động vật rắn Hệ thống tập lựa chọn đưa vào đề tài tập. .. qua đề tài ? ?Xây dựng hệ thống tập tự luận hướng dẫn giải tập phần Chuyển động vật rắn? ?? Đồng thời nguồn tư liệu tham khảo cho HS nhằm nâng cao chất lượng dạy học mơn Vật lí Bố cục đề tài Ngồi phần