SKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy

SKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quySKKN Sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy

MỤC LỤC Trang

MỤC LỤC 1

PHẦN I: MỞ ĐẦU 2

I Lý do chọn đề tài 2

II Mục đích nghiên cứu 2

III Nhiệm vụ nghiên cứu 2

IV Phương pháp nghiên cứu 2

V Đối tượng nghiên cứu 3

PHẦN II: NỘI DUNG 3

I Cơ sở lý luận 3

II Cơ sở thực tiễn 3

III Nội dung của vấn đề 3

III.1 Phương pháp giải 3

III.2 Một số bài tập áp dụng 4

III.3 Kết quả 7

PHẦN III: KẾT LUẬN 9

TÀI LIỆU THAM KHẢO 10

Trang 1

PHẦN I: MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong đời sống hằng ngày cũng như trong kỹ thuật, ta thường gặp những vật rắn, những vật có kích thước đáng kể Việc nghiên cứu về trạng thái cân bằng của vật rắn có

ý nghĩa rất quan trọng, giúp học sinh nhìn nhận một cách khoa học về kết cấu tĩnh học thường gặp, từ đó hiểu được sâu sắc hơn về trạng thái cân bằng và biết cách làm tăng mức vững vàng cho các kết cấu đó Trong các dạng cân bằng của vật rắn, có trường hợp vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy

Để giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy chúng ta

có thể sử dụng các phương pháp : ‘‘Phương pháp tổng hợp vectơ lực theo quy tắc hình,

Phương pháp chiếu phương trình vectơ lực lên các trục tọa độ để đưa về phương trình đại số, Phương pháp tam giác lực khép kín’’.Trong quá trình dạy học đa số giáo viên

và học sinh thường sử dụng hai phương pháp : ‘‘Phương pháp tổng hợp vectơ lực theo

quy tắc hình, Phương pháp chiếu phương trình vectơ lực lên các trục tọa độ để đưa về phương trình đại số’’ mà ít khi sử dụng phương pháp ‘‘ Phương pháp tam giác lực khép kín’’ Tuy nhiên khi sử dụng hai phương pháp trên bài toán thường dài dòng và

phức tạp Còn sử dụng phương pháp ‘‘ Phương pháp tam giác lực khép kín’’ bài toán

trở nên ngắn gọn, dễ hiểu hơn nhiều Với lí do trên, tôi chọn đề tài :Sử dụng phương

pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Trang bị cho học sinh lớp 10 phương pháp giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy một cách ngắn gọn, dễ hiểu nhất

III NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Xây dựng phương pháp giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy bằng cách sử dụng tam giác lực khép kín

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Khái quát dạng bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy Đưa ra phương pháp giải tổng quát

Trang 2

Đưa ra một số bài tập ví dụ

V PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Với tinh thần giúp học sinh lớp 10 giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy, nên trong đề tài này, tôi đưa ra phương pháp giải tổng quát

và giải một số bài tập thuộc về chương trình vật lý 10

PHẦN II: NỘI DUNG

I CƠ SỞ LÍ LUẬN

Khi vật rắn không chuyển động tịnh tiến, không có chuyển động quay Theo định luật II Niu-tơn tổng vectơ lực tác dụng lên vật bằng không

Muốn cho một vật chịu tác dụng của 3 lực không song song ở trạng thái cân bằng thì:

- Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy

- Hợp lực của 2 lực phải cân bằng với lực thứ ba : F1 + F2 = F3

II CƠ SỞ THỰC TIỄN

Khi giải các bài toán về cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy, học sinh rất lúng túng trong việc thực hiện các bước giải Đặc biệt khi các em đã phân tích được các lực tác dụng lên vật nhưng không biết dựa vào dữ kiện của bài toán đã cho để tìm đại lượng mà bài toán yêu cầu Qua thực tế giảng dạy tôi thấy, với những học sinh biết cách dùng tam giác lực khép kín vào giải bài toán thì thường cho kết quả rất nhanh và chính xác

III NỘI DUNG CỦA VẤN ĐỀ

III 1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Để giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy bằng phương pháp tam giác lực khép kín chúng ta tiến hành theo các bước sau :

- Xác định vật cân bằng cần khảo sát

- Phân tích được ba lực tác dụng lên vật

- Viết phương trình cân bằng lực tổng quát

Trang 3

F 1

F 2

F 3

F 12

B

A

b

- Vẽ ba vectơ lực liên tiếp nhau, ngọn của vectơ này trùng với góc của vectơ kia tạo thành một tam giác lực khép kín, hướng của các vectơ lực trùng với hướng của lực tác dụng lên vật

- Sử dụng các hệ thức và định lý trong tam giác để giải bài toán :

Trong tam giác ABC cạnh a,b,c ta luôn có:

+ a2 = b2 + c2 - 2b.c.cos A (1)

+ b2 = a2 + c2 - 2a.c.cos B (2) + c2 = a2 + b2 - 2a.b.cos C (3)

b Định lý sin

Trong tam giác ABC ta có:

+

C

c B

b A

a

sin sin

sin   (4)

c Hệ thức lượng trong tam giác vuông

III.2 MỘT SỐ BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1: Một vật có khối lượng m = 2 kg được giữ yên trên mặt phẳng nghiêng bởi một

sợi dây song song với mặt phẳng nghiêng như hình Biết góc nghiêng   30 0, g =9,8 m/s2 và hệ số ma sát không đáng kể Hãy xác định:

a Lực căng dây

b Phản lực của mặt phẳng nghiêng

Giải

- Các lực đồng quy tác dụng lên vật m là:

+Lực căng dây T

+Trọng lực P

+Phản lực Q của mặt phẳng nghiêng

- Điều kiện cân bằng của m :

P + T + Q = 0

- Vẽ tam giác lực khép kín : Trong đó T và Q vuông góc nhau

Ta có : P = mg = 2.9,8 = 19,6 N

Từ hình vẽ, ta có : T = P.sin30 = 19,6.sin30 = 9,8 N

Trang 4



P

A

B

P T

Q

α

Q = P.cos30 = 19,6.cos30 = 16,974 N

Bài 2: Một giá treo như hình vẽ gồm:

-Thanh nhẹ AB = 1m tựa vào tường ở A

-Dây BC = 0,6m nằm ngang

Treo vào đầu B một vật nặng khối lượng m = 1kg Khi thanh cân bằng, hãy tính độ lớn của phản lực đàn hồi do tường tác dụng lên thanh AB và sức căng của dây BC?

Lấy g = 10m/s2

Giải

- Các lực đồng quy tác dụng lên thanh AB là:

+Lực căng dây T

+Lực căng T’ ( T’= P) của vật m

+Phản lực Q của tường

- Các lực này đồng quy tại B và thanh AB cân bằng

nên ta có:

T + T’ + Q = O

- Vẽ tam giác lực khép kín : Trong đó T vuông góc T’

Ta có : T’ = P = mg = 1.10 = 10 N

cos    0 , 6    53 , 13 0

AB BC

8 , 0

10 sin

'







N Q

T  cos   12 , 5 0 , 6  7 , 5

Bài 3: Quả cầu khối lượng m = 2,4kg, bán kính R = 7cm tựa vào tường trơn nhẵn như

hình vẽ và được giữ nằm yên nhờ một dây treo nhẹ gắn vào tường tại A, chiều dài dây

AC = 18cm Lấy g = 10m/s2 Tính lực căng của dây và lực nén của quả cầu vào tường?

Giải

- Các lực đồng quy tác dụng lên vật m là:

+Lực căng dây T

+Trọng lực P của m

+Phản lực Q của tường

- Các lực này đồng quy tại O và vật m cân bằng nên ta có:

T + P + Q = O

- Vẽ tam giác lực khép kín : Trong đó Q vuông góc với P

Ta có : P = mg = 2,4.10 = 24 N

18

7

AC R

Trang 5

A

C

m α

B

T ’ = P

Q T

Q

A



C

P

T

Q

P

T

Q

α

T

Q

Từ hình vẽ, ta có : Q = P.tan = 24.tan = 10,13 N

Lực nén do quả cầu tác dụng vào tường bằng phản lực Q

do tường tác dụng vào quả cầu





Bài 4: Một thanh dài OA có trọng tâm ở giữa thanh và khối lượng m = 1kg Đầu O của

thanh liên kết với tường bằng bản lề, còn đầu A được treo vào tường bằng một sợi dây

AB Thanh được giữ nằm ngang và dây làm với thanh một góc α = 30o

Lấy g = 10m/s2 Hãy xác định:

a.Giá của phản lực Q của bản lề tác dụng vào thanh AB?

b.Độ lớn lực căng dây T và phản lực Q?

Giải

- Các lực tác dụng lên thanh OA là:

+Lực căng dây T

+Trọng lực P của thanh

+Phản lực Q của bản lề

- Thanh OA cân bằng nên ta có:

T + P + Q = O

- Ba lực này đồng quy tại I là giao điểm của T và P

- Vẽ tam giác lực khép kín :

Vì α = 30o nên T và P hợp nhau góc 2α = 60o

Q và P cũng hợp nhau góc 2α = 60o

Mặt khác : T = Q, vậy ta có tam giác đều

Vậy ; T = Q = P = mg = 10 N

Bài 5: Một thanh nhẹ gắn vào sàn tại B Tác dụng lên đầu A lực kéo F = 100N theo

phương ngang Thanh được giữ cân bằng nhờ dây AC Biết α = 30o Tính lực căng dây AC?

Giải

- Các lực tác dụng lên thanh AB là:

+Lực căng dây T

+Lực F

+Phản lực Q của sàn

- Thanh AB cân bằng nên ta có:

T + F + Q = O

- Vẽ tam giác lực khép kín : Trong đó Q vuông góc với F

5 , 0

100





Trang 6

G I

P

B

P Q

T

2

2

F

C

A

B



Q T

T



Bài 6: Vật có khối lượng m = 1.7kg được treo tại trung

điểm C của dây AB như hình vẽ Tìm lực căng của dây AC,

BC ? Biết   30 0.Lấy g = 10 m / s2

Giải

- Các lực tác dụng lên điểm C là:

+Lực căng dây T của AC

+Lực căng dây T của BC

+Lực căng dây T’ của m

- Điểm C cân bằng nên ta có:

T + T + T’ = O

- Vẽ tam giác lực khép kín : Tam giác lực là tam giác đều

Nên TAB = TBC = P = mg =17 N

III.3 KẾT QUẢ

Sau khi thực hiện đề tài áp dụng với lớp học chương trình vật lí 10 nâng cao là 10A1 năm học 2012-2013 tại trường THPT số 1 Bố Trạch, tôi đã làm phiếu điều tra như sau:

1 Bạn có thích sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín vào giải bài toán cân bằng của vật rắn không ?

2 Trong các phương pháp giải bài toán cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực bạn thích nhất phương pháp nào ?

Trang 7

T ’ = P

T ’ = P T

T

2

46 25 54,3% 10 21,7% 11 24,0%

Kết quả cụ thể như sau :

Ts: 46

Lớp 10A 2

Ts: 44

Yếu 0 Tỉ lệ 4,35% 0 Tỉ lệ 0%

Qua phiếu điều tra và kết quả thu được chứng tỏ học sinh thích sử dụng phương pháp tam giác lực khép kín hơn, kết quả thu được cũng cao hơn so với các phương pháp khác

PHẦN III KẾT LUẬN

Trên đây là phương pháp tam giác lực khép kín áp dụng vào giải bài tập cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực đồng quy và một số bài tập áp dụng phương pháp đó vào giải Việc giải bài tập loại này đòi hỏi học sinh không những có kiến thức vững vàng về vật lý mà còn phải có kiến thức cơ bản về toán học Vì vậy trước hết phải cung cấp cho học sinh những kiến thức tối thiểu về toán học như đã nêu trên

Trang 8

Khi giải bài tập áp dụng phương pháp này , trước hết phải phân tích được các lực tác dụng lên vật, xác định điểm đồng quy và xác định được các góc trong tam giác Sử dụng các kiến thức về tam giác để giải bài toán ta thấy nó vừa ngắn gọn, vừa dễ hiểu

Và đây cũng là một phương pháp giúp học sinh giải nhanh theo hình thức trắc nghiệm, một hình thức kiểm tra đang được sử dụng hiện nay

Tuy nhiên do trình độ và thời gian có hạn nên đề tài này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy rất mong được sự góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Giải toán vật lí 10

Tác giả: Bùi Quang Hân - Trần Văn Bồi - Phạm Ngọc Tiến - Nguyễn Thành Tương Của nhà xuất bản giáo dục - 2000

2 Sách giáo khoa vật lí 10 nâng cao

Tác giả: Nguyễn Thế Khôi ( Tổng chủ biên) - Phạm Quý Tư ( Chủ biên) - Lương Tất

Đạt - Lê Chân Hùng - Nguyễn Ngọc Hưng - Phạm Đình Thiết - Bùi Trọng Tuân - Lê Trọng Tường

Của nhà xuất bản giáo dục

Trang 9

3 Phương pháp giải giải bài tập vật lí 10

Tác giả: Vũ Thị Phát Minh

Châu Văn Tạo

Nguyễn Hoàng Hưng

Hoàng Thị Thu

Của NXB đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh 2006

4 Giải toán chọn lọc vật lí 10

Tác giả: Trần Phú Tài

Của nhà xuất bản trẻ

Trang 10