Phát triển tư duy cho học sinh lớp 10 trường THPT hậu lộc 3 qua việc giải bài tập về lực ma sát

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT HẬU LỘC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÁT TRIỂN TƯ DUY CHO HỌC SINH LỚP 10 TRƯỜNG THPT HẬU LỘC QUA VIỆC GIẢI BÀI TẬP VỀ LỰC MA SÁT Người thực hiện: Trương Thị Nguyên Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc môn: Vật Lý THANH HOÁ, NĂM 2017 MỤC LỤC 1.MỞ ĐẦU .1 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .1 1.4 Phương pháp nghiên cứu .1 1.5 Những điểm SKKN .2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1.CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1.1 Hiểu biết chung lực ma sát .2 2.1.2 Nghiên cứu sâu lực ma sát trượt từ vận dụng tốt vào việc dạy học lực ma sát3 2.2 THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI 2.3.GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 2.3.1 KIẾN THỨC CƠ BẢN 2.3.2 THỰC HIỆN ÁP DỤNG TRONG CÁC BÀI TOÁN 2.4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 16 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 17 3.1 Kết luận 17 3.2.Kiến nghị 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 DANH MỤC 20 CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đà ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN 20 1.MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Lực ma sát tượng quen thuộc với chưa có tranh đầy đủ xuất lực ma sát chất lực ma sát chưa làm sáng tỏ Trong trình giảng dạy, nhận thấy giải tập lực ma sát phần Động lực học chất điểm chương trình Vật lý lớp 10 em gặp nhiều khó khăn việc giải tập vật lý như: Không tìm hướng giải vấn đề, không vận dụng lý thuyết vào việc giải tập, không tổng hợp kiến thức thuộc nhiều phần chương trình học để giải vấn đề chung, hay giải tập thường áp dụng cách máy móc công thức mà không hiểu rõ ý nghĩa vật lý chúng Xuất phát từ thực tế trên, với số kinh nghiệm trình giảng dạy qua tham khảo số tài liệu, chọn đề tài “Phát triển tư cho học sinh lớp 10 trường THPT Hậu lộc qua việc giải tập lực ma sát” nhằm tìm cách để giải tập cách dể hiểu, bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ giải tốt tập, hiểu ý nghĩa vật lý giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả tư duy, giúp em học tập môn Vật lý tốt 1.2 Mục đích nghiên cứu Thông qua việc tìm hiểu, nghiên cứu chất, chế xuất lực ma sát, từ vận dụng tốt cho việc dạy học phần lực ma sát 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Phương pháp giảng dạy môn Vật lý bậc THPT - Kiến thức: lực ma sát nói chung số dạng tập lực ma sát - Kỹ năng: Vận dụng kiến thức, phương pháp tư môn phần để giải tập từ đơn giản đến phức tạp - Đối với học sinh trung bình, yếu: Yêu cầu nắm vững kiến thức bản, phương pháp giải giải tập đơn giản - Đối với học sinh khá, giỏi: Yêu cầu áp dụng phương pháp giải vào tập khó, có tính chất nâng cao, vận dụng kiến thức cách tổng hợp 1.4 Phương pháp nghiên cứu -Phương pháp nghiên cứu lý thuyết -Phương pháp nghiên cứu tài liệu sản phẩm hoạt động sư phạm -Phương pháp thống kê,tổng hợp, so sánh 1.5 Những điểm SKKN - Năm trước trình bày suy nghĩ cá nhân việc hình thành cho học sinh kỹ giải tập lực ma sát áp dụng cho đối tượng học sinh Nay tiếp tục phát triển đề tài dựa đúc kết mà giảng dạy năm qua để vận dụng vào giải tập có tính phức tạp yêu cầu cao giúp học sinh phát triển lực tối đa - Trong đề tài tìm hiểu mâu thuẫn nảy sinh trình nghiên cứu lực ma sát trượt từ vận dụng vào việc dạy học lực ma sát NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1.CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1.1 Hiểu biết chung lực ma sát a Lực ma sát xuất nào? Lực ma sát định nghĩa sau: Lực ma sát lực cản xuất hai mặt tiếp xúc hai vật chuyển động tương đối hay có xu hướng chuyển động tương [ 3] Lực ma sát làm chuyển hoá động chuyển động tương đối bề mặt thành lượng dạng khác Việc chuyển hóa lượng thường va chạm phân tử hai bề mặt gây chuyển động nhiệt dự trữ biến dạng bề mặt hay chuyển động electron, tích luỹ phần thành điện hay quang Trong đa số trường hợp thực tế, động bề mặt chủ yếu chuyển hoá thành nhiệt Về chất vật lý, lực ma sát xuất vật thể sống lực điện từ, lực tự nhiên, nguyên tử, phân tử Theo quan điểm đại, ma sát kết tương tác nhiều dạng tương tác phức tạp khác có tiếp xúc dịch chuyển có xu hướng dịch chuyển hai vật thể, diễn trình cơ, lý, hoá, điện Quan hệ trình phức tạp, phụ thuộc vào tính chất tải, vận tốc trượt, vật liệu môi trường b.Phân loại : - Lực nội ma sát (Lực nhớt) : Lực ma sát vật rắn chuyển động môi trường xung quanh (tác dụng chất lỏng chất khí) - Lực ma sát khô : Lực ma sát hai vật rắn tiếp xúc với nhau.Có loại lực ma sát khô: +Lực ma sát nghỉ +Lực ma sát trượt + Lực ma sát lăn [ 3] c.Nguyên nhân sinh lực ma sát Chúng ta biết hai mặt tiếp xúc với có chỗ gồ ghề, mấp mô nên diện tích tiếp xúc thực hai mặt bé so với diện tích toàn phần hai mặt Những nguyên tử, phân tử vật rắn phần tiếp xúc thực tương tác với lực tương tác phân tử (lực điện từ) Muốn cho vật chuyển động mặt vật rắn khác cần phải đặt lực tiếp tuyến với mặt tiếp xúc để thắng lực cản sinh tương tác phân tử Lực cản nguyên nhân sinh ma sát [ 3] Ma sát động thường nhỏ ma sát nghỉ cực đại lên đơn vị diện tích tương tác với lực tương tác phân tử Tóm lại, nguyên nhân sinh lực ma sát tương tác nguyên tử, phân tử vùng tiếp xúc thực vật d.Hệ số ma sát Hệ số ma sát đại lượng có đơn vị, biểu thị tỉ số lực ma sát nằm hai vật lực tác dụng đồng thời lên chúng Hệ số ma sát phụ thuộc vào chất liệu làm nên vật [ 3] Hệ số ma sát đại lượng mang tính thực nghiệm, xác định trình thực nghiệm tính toán 2.1.2 Nghiên cứu sâu lực ma sát trượt từ vận dụng tốt vào việc dạy học lực ma sát a Một số mâu thuẫn nảy sinh trình nghiên cứu lực ma sát trượt Mâu thuẫn 1: Khi nghiên cứu phụ thuộc lực ma sát trượt thuỷ tinh vào nhiệt độ nhà khoa học thấy rằng: xử lý cẩn thận thuỷ tinh clorua vôi rửa chúng nước để làm chất bẩn dầu mỡ ma sát tăng theo nhiệt độ, thí nghiệm lặp lại nhiều lần lần có kết tương tự sau xử lý clorua vôi rửa nước, dùng ngón tay kì cọ thuỷ tinh ma sát không phụ thuộc nhiệt độ Trên thực tế ma sát không phụ thuộc vào nhiệt độ Mâu thuẫn 2: Những công trình nghiên cứu lực ma sát tiến hành cách khoảng 450 năm trước Người ta đo lực ma sát tác dụng lên khối hình hộp gỗ trượt ván Ngoài ra, đặt mặt khác khối lên mặt đỡ để xác định phụ thuộc lực ma sát vào diện tích tiếp xúc Nhưng công trình không công bố Nhân loại biết tới chúng sau định luật điển hình ma sát phát minh kỷ 17- 18 nhà bác học Pháp Amotons Coulomb Các định luật là: Lực ma sát trượt tỉ lệ với áp lực vật lên bề mặt vật chuyển động Lực ma sát trượt không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc mặt Hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào chất bề mặt tiếp xúc Lực ma sát trượt không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động vật Mâu thuẫn 3: Các nhà vật lý học kỷ trước giải thích nguồn gốc ma sát đơn giản Cả hai bề mặt tiếp xúc không phẳng, chúng có chỗ nhỏ lồi lên lõm xuống Khi vật chuyển động chỗ lồi lên móc vào vật liên tục lúc nâng lên lúc hạ xuống Để kéo vật lên chỗ lồi cần phải tác dụng vào lực định Nếu chỗ lồi lên cao lực tác dụng phải lớn Tuy nhiên cách giải thích mâu thuẫn với tượng mà thường thấy: lượng bị tiêu tốn ma sát Như ta biết, vật trượt mặt nằm ngang sau thời gian chắn dừng lại lượng để chống lại ma sát Nhưng lúc nâng lên, lúc hạ xuống không lượng chuyển động Chúng ta hình dung, xe lăn từ núi xuống, chúng chuyển thành động tốc độ tăng lên, xe leo lên núi thì, ngược lại, động lại chuyển thành Năng lượng đáng phải bảo toàn bề mặt trượt qua chỗ lồi lõm nhau.Vì vậy, lượng xe lăn giảm hoàn toàn ma sát hai vật leo lên chỗ lồi lõm Mâu thuẫn 4: Trong lịch sử người ta có quan niệm bất biến lực ma sát giảm hai bề mặt tiếp xúc nhẵn Nhưng thực tế đo lực ma sát thuỷ tinh đánh bóng nhẵn chứng tỏ làm cho thuỷ tinh nhẵn lực ma sát thay đổi tăng lên không giảm b Giải mâu thuẫn: Đối với mâu thuẫn 1: Vì việc cọ thuỷ tinh ngón tay vô tình bóc lớp thuỷ tinh mỏng, lớp lớp bị thay đổi tính chất tương tác với clorua vôi nước Từ làm cho kết thí nghiệm khác hoàn toàn so với rửa thông thường nước Đối với mâu thuẫn 2: Chúng ta xét đến định luật cuối củaAmontns Coulomb: Lực ma sát không phụ thuộc vào vận tốc vật Thực tế hoàn toàn Các thí nghiệm chuyển động đạn nòng súng chứng tỏ tốc độ đạn tăng lên, giá trị lực ma sát bắt đầu giảm nhanh, sau giảm chậm dần, tốc độ lớn 100 m/s, lại bắt đầu tăng lên Trên hình bên đồ thị biểu diễn phụ thuộc lực ma sát vào tốc độ Fms v Giải thích:Do chỗ tiếp xúc toả nhiệt lượng lớn Với tốc độ đạn 100 m/s, nhiệt độ chỗ tiếp xúc lên tới vài ngàn độ C, lúc bề mặt tạo thành lớp kim loại nóng chảy Ma sát khô ban đầu trở thành ma sát ướt Người ta chứng minh với tốc độ lớn lực ma sát ướt tỉ lệ thuận với bình phương tốc độ Từ khẳng định lực ma sát trượt có phụ thuộc vào tốc độ Đối với mâu thuẫn 3: Nếu ta ý tới cấu tạo vi mô bề mặt thật bề mặt nhẵn tuyệt đối chúng cấu tạo nguyên tử phân tử nên bề mặt tiếp xúc điểm riêng rẽ đỉnh chỗ lồi lên bề mặt Ở chỗ phân tử vật tiếp xúc cách cỡ khoảng cách phân tử vật làm cho lực hút phân tử phát huy tác dụng, lực có cường độ lớn nên mối liên kết bền vững tạo thành Trong vật chuyển động mối liên kết tạo thành bị phá vỡ Khi xuất dao động phân tử Chính lượng bị tiêu tốn cho dao động này, làm cho lượng vật trình chuyển động bị dần Đối với mâu thuẫn 4: Diện tích tiếp xúc thực thường từ đến vài ngàn micro mét vuông Diện tích thực tế không phụ thuộc vào kích thước vật định chất bề mặt, mức độ gia công, nhiệt độ áp lực Nếu nén lên vật chỗ nhô cao bị nghiền nát diện tích tiếp xúc thực tăng lên Vì lực ma sát tăng lên Với bề mặt tương đối gồ ghề móc ngoặc học chỗ lồi bắt đầu đóng vai trò lớn tăng lực ma sát Khi vật chuyển động gò bị vỡ nát sinh dao động phân tử làm tăng lực ma sát tiêu tốn nhiều lượng Nhận xét: Như vậy, trình nghiên cứu lực ma sát trượt có khó khăn không tránh khỏi mắc sai lầm Thực chất, lực ma sát trượt loại lực tự nhiên Khi hai vật chuyển động bề mặt nhau, lượng bị mát ma sát Khi độ nhám hai bề mặt tiếp xúc đáng kể lực ma sát sinh móc ngoặc học đồi chỗ lồi lên hai mặt tiếp xúc Khi lực ma sát phụ thuộc vào độ nhám Độ nhám hai bề mặt tiếp xúc giảm lực ma sát giảm Tuy nhiên độ nhám giảm đến mức lực ma sát lại tăng lên Khi ấy, lực ma sát xuất lực tương tác phân tử phân tử hai mặt chỗ tiếp xúc thực với Và phép tính toán cho thấy lực tương tác phân tử lẫn độ nhám chịu trách nhiệm phần xuất lực ma sát Trong thực tế, lực ma sát trượt phụ thuộc vào vận tốc mà không phụ thuộc vào nhiệt độ số quan niệm trước nhầm tưởng 2.2 THỰC TRẠNG CỦA ĐỀ TÀI *Các toán động lực học khó giải có lực ma sát khả nắm vững vận dụng kiến thức lực ma sát HS hạn chế VD:Các em xem lực ma sát trượt tích hệ số ma sát trọng lực thay phản lực pháp tuyến.Nên làm tập mặt phẳng ngang nghiêng em thấy rõ điều *Khi tập lớp nhà, đa số giáo viên sử dụng tập từ sách giáo khoa sách tập mà chưa có đầu tư khai thác tập phù hợp với trình độ học sinh Giáo viên ngại tìm kiếm tài liệu để khai thác hệ thống tập phong phú, chưa quan tâm đến hệ thống tập định hướng hoạt động học tập cho học sinh học để kích thích tư em, giúp em độc lập giải tập *Trong trình giảng dạy, phân luồng đối tượng HS phương pháp chia nhóm Kết hợp nhuần nhuyễn phương pháp gợi mở, nêu vấn đề cho HS thảo luận để phát huy tối đa tính tích cực, chủ động học tập HS nhằm giúp HS biết cách tính lực ma sát *Theo nhận thức cá nhân tôi, việc hướng dẫn học sinh giải tập cần phải thực số nội dung sau: - Phân loại tập phần theo hướng dạng - Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức thứ tự thao tác cần thực - Hình thành cho học sinh cách trình bày giải đặc trưng phần kiến thức 2.3.GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 2.3.1 KIẾN THỨC CƠ BẢN a Dự đoán vật thuộc loại chuyển động nào: Căn cứ: dựa vào quan hệ vectơ vận tốc ban đầu v vectơ gia tốc a (trong phần ta xét vật chuyển động có gia tốc không đổi có độ lớn không đổi) Có trường hợp sau: + v0 = ↔ vật đứng yên + v0 = a ≠ ↔ vật chuyển động thẳng nhanh dần + v0 ≠ a = ↔ vật chuyển động thẳng + v0 ≠ a ≠ 0: Nếu v ↑↑ a ↔ vật chuyển động thẳng nhanh dần Nếu v ↑↓ a ↔ vật chuyển động thẳng chậm dần ( ) + v0 ≠ a ≠ 0: Nếu v , a ≠ ≠ 1800 ↔ vật chuyển động parabol Nếu v ⊥ a ↔ vật chuyển động tròn b Việc chọn hệ quy chiếu có lưu ý sau: + Nếu chọn hệ quy chiếu quán tính: Các lực tác dụng vào vật lực tương tác vật với vật khác + Nếu chọn hệ quy chiếu phi quán tính: Các lực tác dụng vào vật gồm lực tương tác vật với vật khác lực quán tính + Khi chọn hệ quy chiếu gồm hai trục vuông góc với hình chiếu vectơ vectơ thành phần phép cộng vectơ + Hệ quy chiếu thuận lợi cho việc giải tập gồm hai trục vuông góc với nhau, trục phương với vectơ gia tốc, trục vuông góc với vectơ gia tốc vật ta xét c Khi giải toán có lực ma sát: 2.3.2 THỰC HIỆN ÁP DỤNG TRONG CÁC BÀI TOÁN Việc giải tập vật lý tư tượng nên phải xuất phát từ phân tích tượng đề cập tới.Trong lần phát triển này, trình bày việc vận dụng kiến thức kỹ hình thành vào giải tập có tính trừu tượng cao, giúp em học sinh giỏi phát triển tư Sau hình thành kỹ bản, cần hướng dẫn học sinh tổng hợp kiến thức, kỹ cần thiết cho việc phát triển nâng cao Bài 1: Một ô tô có có khối lượng m = chạy đường thẳng ngang với tốc độ v0 = 72km/h đến chân dốc dài l = 288m, dốc coi mặt phẳng nghiêng so với phương ngang góc α Hệ số ma sát lăn bánh xe mặt đường µ = Lực phát động lớn mà ô tô tạo F pd = 20 4400N Cho sinα = 0,2; g = 10m/s2 a/ Ô tô có vượt qua dốc không? b/ Muốn ô tô vượt qua dốc tốc độ ô tô chân dốc phải có giá trị nào? 1.Phân tích toán: Đây dạng toán vật chuyển động thẳng Song cần hướng dẫn học sinh xác định đại lượng cần tìm, dựa vào dấu hiệu để giải nhiệm vụ toán yêu cầu Muốn biết vật có vượt qua dốc không cần phải xác định dốc vật thuộc loại chuyển động Phân tích dấu hiệu thấy vận tốc ban đầu ô tô khác không với lực phát động lớn xảy trường hợp sau: - Nếu ô tô chuyển động thẳng nhanh dần đều, quãng đường mà ô tô vô hạn, ô tô vượt qua dốc - Nếu ô tô chuyển động thẳng đều, quãng đường mà ô tô vô hạn, ô tô vượt qua dốc - Nếu ô tô chuyển động thẳng chậm dần đều, quãng đường mà ô tô có giới hạn, cần phải tính quãng đường mà ô tô đến dừng lại Nếu quãng đường lớn chiều dài dốc ô tô vượt qua dốc Nếu quãng đường nhỏ chiều dài dốc ô tô không vượt qua dốc Như nhiệm vụ toán cần tìm gia tốc ô tô dốc với lực phát động lớn để xác định loại chuyển động ô tô 2.Giải toán: Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất: Tọa độ Oxy có Ox: phương song song mặt dốc, chiều từ chân lên đỉnh dốc Oy: phương thẳng đứng vuông góc với mặt dốc, chiều từ mặt dốc lên phía Mốc thời gian t = lúc vật bắt đầu chuyển động Ta có hình vẽ: N Fpd Fms α P Các lực tác dụng vào vật: + Trọng lực: P ` + Phản áp lực từ mặt dốc: N + Lực phát động: Fpd + Lực ma sát lăn: F ms Áp dụng định luật II Niu-Tơn: F hl = ma → F + N + P + F ms = ma Chiếu lên Oy: N – P.cosα = → N = P.cos α = mg.cosα Fms = µN = µmg.cosα với cos α = − sin α = Chiếu lên Ox: Fpd – Fms – P.cosα = ma → Fpd - µmg.cosα - mg.sinα = ma 6 →  2000.a = 4400 − 2000.10 − 2000.10.0,2 20 → a = - 1(m/s2) a ↑↓ Ox → a ngược chiều chuyển động nên ô tô chuyển động thẳng chậm dần a/ Áp dụng công thức: v − v = 2as Quãng đường vật đến dừng lại: 2.(- 1).s = - 202 → s = 200(m) Ta thấy: s < l ô tô không vượt qua dốc b/ Áp dụng công thức: v − v = 2as v Quãng đường vật đến dừng lại: 2.(- 1).s = - v → s = Để ô tô vượt qua dốc: s ≥ l v0 → ≥ l → v ≥ 2.288 → v ≥ 24( m / s ) 2 Bài 2: Làm xác định hệ số ma sát trượt mặt phẳng nghiêng mà dùng lực kế (hình vẽ)? Biết độ nghiêng mặt phẳng không đổi không đủ lớn bị trượt 1.Phân tích toán: Trong toán GV cần hướng dẫn HS vẽ hình để xác định lực ma sát trường hợp chuyển động lên chuyển động xuống từ xác định lực F 2.Giải toán: Để chuyển động lên đều: FL = µ Pcos α + Psin α (1) Để chuyển động xuống đều: FX = µ Pcos α - Psin α (2) FL − FX F + FX ; cos α = L èsin2 α + cos2 α = 2P 2P F − FX F + FX è( L ) +( L ) =1 2P 2P FL + FX è µ= P − ( FL − FX ) Đo FL, FX, P lực kế sử dụng công thức để suy µ Từ (1) (2) è sin α = Bài 3:( Trường THPT Chuyên Vĩnh Phúc) [ 8] Một ván có khối lượng M = 10kg nằm mặt phẳng ngang nhẵn giữ sợi dây không dãn Vật nhỏ có khối lượng m = 1kg trượt với vận tốc v = 2m / s từ mép ván tác dụng lực không đổi F = 10 N (Hình 1) Khi vật đoạn đường dài l = 1m ván dây bị đứt a) Tính gia tốc vật ván sau dây đứt m F M b) Mô tả chuyển động vật ván sau dây đứt thời gian đủ dài Tính vận tốc, gia tốc vật ván giai đoạn Coi ván đủ dài Hình c) Hãy xác định chiều dài tối thiểu ván để m không trượt khỏi ván 1.Phân tích toán:Trong toán cần hướng dẫn HS phân tích chuyển động 10 vật m va M Sau dây bị đứt cần chia khoảng thời gian để phân tích chuyển động vật 2.Giải toán: a.* Xét chuyển động m: Trước dây bị đứt: F − Fms = → Fms = F Ngay sau dây đứt: vật m trượt với vận tốc v → am = * Xét chuyển động M: Ngay sau dây đứt M chuyển động nhanh dần với: aM = b * Giai đoạn 1: ≤ t ≤ to + m chuyển động với vận tốc v, gia tốc am=0 Fms F = = 1m / s M M + M chuyển động nhanh dần đều, vận tốc ban đầu =0, gia tốc aM = v F = 1m / s M Mv + Tấm ván đạt vận tốc v thời điểm to = a = F = 2s M * Giai đoạn 2: to ≤ t Vật m M chuyển động nhanh dần với vận tốc ban đầu vo = 2m / s gia tốc: a= F 10 = ≈ 0,9m / s M + m 10 + c Quãng đường m M kể từ dây đứt đến thời điểm t=to là: Mv → Mv 10.22 Δl = vt − a t = l = l + Δl = l + = 1+ = 3m M 2F 2F 2.10 Bài 4: Trên mặt phẳng ngang có hai vật ban đầu cách khoảng l, phiến nặng động Trên đầu trục động có quấn sợi dây mà đầu buộc vào phiến nặng Khi động hoạt động, hai trượt phiến nặng có gia tốc không đổi a Hệ số ma sát trượt hai vật với mặt phẳng ngang µ Khối lượng phiến nặng gấp đôi khối lượng động Bỏ qua khối lượng dây a/ Sau hai vật va vào nhau? b/ Áp dụng số: l = 18m; a0 = 2m/s2; µ = 0,3; g = 10m/s2 ĐC Phiến 1.Phân tích toán: Đây toán hệ vật có diễn biến khác lạ với trường hợp có sách giáo khoa sách tập Giáo viên cần mô tả chi tiết diễn biến tượng để học sinh nắm được, sở phát huy khả 11 huy động kiến thức, kỹ cần thiết cho việc giải tập Hướng dẫn học sinh trả lời câu hỏi sau: - Khi động hoạt động, trục động quay, có tượng diễn ra? Các vật chuyển động theo chiều Giáo viên cần làm cho học sinh biết được: Khi động hoạt động dây bị quấn lại ngắn dần, tạo lực kéo hai vật chuyển động lại gần - Dùng biện pháp để xác định thời điểm hai vật va vào nhau? - Giải toán viết phương trình chuyển động toán hệ vật nào? - Hệ quy chiếu toán viết phương trình chuyển động vật cần có yêu cầu nào? Trong nên chọn hệ quy chiếu nào? Giáo viên định hướng học sinh dùng toán viết phương trình chuyển động kết hợp với toán hệ vật hướng dẫn học sinh thực kết hợp 2.Giải toán: y N1 Fms1 ĐC T1 N2 O x T2 Phiến Fms P2 P1 Hệ quy chiếu: Tọa độ Oxy: Ox: phương ngang, chiều từ vị trí ban đầu động đến vị trí ban đầu phiến nặng Oy: phương thẳng đứng, chiều từ lên Gốc tọa độ O: vị trí ban đầu động Mốc thời gian: t = 0: lúc vật bắt đầu chuyển động Giáo viên hướng dẫn học sinh xác định thông số cần thiết cho việc giải toán viết phương trình chuyển động vật học phần Động học chất điểm Đồng thời tìm hiểu thông số biết, thông số chưa biết nêu cách xác định thông số chưa biết Động Phiến nặng Thời điểm ban đầu: t01 = t02 = Tọa độ ban đầu: x01 = x02 = l Vận tốc ban đầu: v01 = v02 = Gia tốc: a1 a2 = - a0 Các lực tác dụng vào động cơ: 12 Trọng lực: P1 Phản áp lực: Lực ma sát: Fms1 Lực căng dây: T1 N1 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P1 + T1 + N1 + Fms1 = m1 a Chiếu lên Ox: T1 - Fms1 = m1a1 → T1 = Fms1 + m1a1 (1) Chiếu lên Qy: N1 - P1 = → N1 = P1 Fms1 = µ.N1 = µm1g Các lực tác dụng vào phiến nặng Trọng lực: Phản áp lực: N P2 Lực ma sát: Fms Lực căng dây: T2 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = ma → P2 + T2 + N + Fms = m a Chiếu lên Ox: Fms2 - T2 = m2a2 → T2 = Fms2 + m2a0 (2) Chiếu lên Qy: N2 – P2 = → N2 = P2 Fms2 = µ.N2 = µm2g Bỏ qua khối lượng dây: T1 = T2 m2 = 2m1 Từ (1) (2): µm1g + m1a1 = 2µm1g + 2m1a0 → a1 = µg + 2a0 Chuyển động thẳng biến đổi đều: x = x + v t + a.t 2 Đối với động cơ: x = x 01 + v 01 t + a t 2 → x = ( 2a + µg ).t 2 Đối với phiến nặng: x = x 02 + v 02 t + a t 2 → x = l − a t 2 Khi động va vào phiến nặng: x1 = x2 1 → ( 2a + µg ).t = l − a t 2 2l 2l →t= →t = 3a + µg 3a + µg 13 Thay số: t = 2.18 = 2( s ) 3.2 + 0,3.10 Bài 5: Ba vật có khối lượng m = 5kg nối với sợi dây không giãn, khối lượng không đáng kể mặt bàn ngang Biết dây chịu lực căng tối đa T0=20N Hệ số ma sát bàn vật 1, 2, µ1 m1 m2 r =0,3; µ2 =0,2; µ3 = 0,1 Người ta kéo vật với lực m3 r F F nằm ngang hình vẽ Lấy g=10m/s a) Tính gia tốc vật lực căng dây nối F=31,5N b) Tăng dần độ lớn lực F, hỏi Fmin để hai dây bị đứt? 1.Phân tích toán:Trong toán cần phân tích cho HS thấy rõ hệ số ma sát bàn vật 1, 2, khác Dây nối vật vật bị đứt trước hay vật vật bị đứt trước? Vì sao? 2.Giải toán: a) Địnhrluậtr II Newton cho vật; r r r P1 + N1 + T1 + Fms1 = ma1 Vật 1: x : F − T1 − Fms1 = ma → F − T1 − µ1 mg = ma y : N1 = mg r r r, r r r r r r Vật 2: P2 + N + T1' + T2 + Fms = mar2 → T1 − T2 − µ mg = ma r Vật 3: P3 + N3 + T2' + Fms = ma3 → T2 − µ3 mg = ma Từ 1,2,3 → a = (1) (2) (3) F − ( µ1 + µ + µ3 ) g 3m F − 2µ3 g = 0,1m / s 3m 2F − µ3 mg = 16 N Lực căng dây: T1 = F − µ1mg − ma = F T2 = µ3 mg + ma = − µ3 mg = 5,5 N Do µ1 = 3µ3; µ2 = 2µ3 → a = b) Thấy T1 >T2 nên đứt dây nối vật đứt trước Dây bị đứt ta có: T1 = 2F − µ3 mg ≥ T0 14 →F≥ (T0 + µ3 mg ) = 37,5 N Vậy lực kéo F nhỏ để dây đứt 37,5N r F Bài 6: (TRƯỜNG THPT NGUYỄN XUÂN ÔN ) [ 8] β Vật khốir lượng m kéo lên mặt phẳng nghiêng r với lực F , F hợp với mặt phẳng nghiêng góc β Mặt phẳng nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang Hệ số ma sát trượt vật mặt phẳng nghiêng µ α a) Tìm biểu thức tính F vật lên theo mặt phẳng nghiêng b) Với m = 5kg, α = 45o , µ = 0,5 , lấy g = 10m/s2 Xét vật lên đều, tìm β để F nhỏ nhất, tìm giá trị lực F nhỏ r 1.Phân tích toán: Khi giải toán cần ý: F hợp với mặt phẳng nghiêng góc β , mặt phẳng nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang.Do chiếu lên trục cần nhớ góc cho xác Khi tìm Fmin cần nhớ bất đẳng thức Bunhacôpxki 2.Giải toán: r F r Các lực tác dụng lên vật hình N Vật chuyển động nên: β y r r r r x F + P + Fmst + N = (*) r Chiếu (*) lên: Ox: Fcosβ − P sin α − Fmst = (2) F Oy: F sin β + N − P cos α = r P (3) mst α O Hình Thay Fmst = µ N = µ ( P cos α − F sin β ) sin α + µ cos α vào (2) ta được: F = P cosβ + µ sin β Vì P = mg, µ α xác định nên F=Fmin mẫu số M = cosβ + µ sin β cực đại Theo bất đẳng thức Bunhacôpxki: cosβ + µ sin β ≤ ( sin β + cos β ) ( + µ ) = (1+ µ ) Dấu ‘=’ xảy ⇔ tan β =µ = 0,5 ⇔ β = 26,56o Vậy β = 26,56o F = Fmin = P sin α + µ cos α 1+ µ2 = 47, 43N 15 2.4 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Với nội dung đề tài “Phát triển tư qua việc giải tập lực ma sát”tôi mong giúp cho em học sinh khối lớp 10 giảm bớt khó khăn việc giải toán Vật Lí lực ma sát như: không hiểu rõ tượng, không tìm hướng giải vần đề, không áp dụng lý thuyết vào việc giải tập, không kết hợp kiến thức phần riêng rẽ vào giải toán tổng hợp Vì vậy, việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải tập cách khoa học, đảm bảo đến kết cách xác việc cần thiết, giúp cho học sinh nắm vững kiến thức mà rèn luyện kỹ suy luận logic, học làm việc cách có kế hoạch có hiệu cao Và điều quan trọng là: - Cần khéo léo vận dụng yêu cầu đưa làm tập - Cần xây dựng cho thân thói quen tư khoa học, độc lập, lĩnh hội kiến thức cách logic, từ dễ đến khó, từ khái quát đến chi tiết - Đặc biệt nên giải tập công thức trước, sau thay số để tìm kết toán sau Khi vận dụng chuyên đề để giảng dạy cho học sinh lớp 10A2, thấy em tự tin việc giải toán lực ma sát.Mặt khác việc học tập môn Vật lý sôi học sinh có khả vận dụng kiến thức Vật lý nói chung việc giải toán lực ma sát thục, tập có tính phức tạp cao tạo hứng thú cho học sinh khá, giỏi Tư vật lý học sinh nâng cao bước, việc kết hợp kiến thức toán học vào giải tập vật lý không khó khăn cho học sinh Các thao tác tư đặc trưng học tập môn vật lý nói chung học sinh tiến hành thuận lợi linh hoạt Để chứng minh xin đưa số kết sau: Kết khảo sát chất lượng vật lý 10 đầu năm hai lớp10A1, 10A2 Sau tiến hành nghiên cứu lớp 10A lớp 10A1 để đối chứng, kiểm tra kết thúc chương Động lực học chất điểm phần lực ma sát thu kết sau: Kết khảo sát chất lượng vật lý 10 đầu năm hai lớp10A1, 10A2 Lớp SỐ HS SỐ BÀI KT Điểm < 3.5 3.5≤Điểm