Phân loại và phương pháp giải bài tập về chuyển động cơ học

Để giúp học sinh lĩnh hội và vận dụng giải các bài tập về “chuyển động” được tốt hơn nhằm nâng cao chất lượng dạy và học phục vụ công tác bồi dưỡng học sinh giỏi đã thôi thúc tôi quyết định lựa chọn vấn đề này để nghiên cứu và áp dụng. Vì lý do trên, qua những hiểu biết và tìm tòi, nghiên cứu của bản thân, tôi mạnh dạn nêu lên một số suy nghĩ của mình về: “Một hướng phân loại và phương pháp giải bài tập về chuyển động cơ học” với mong muốn hoạt động dạy và học của giáo viên cũng như học sinh trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi sẽ thu được kết quả cao hơn.

Một hướng phân loại và phương pháp giải bài tập về

chuyển động cơ học

MỤC LỤC

Danh mục các từ viết tắt 3

1 Lời giới thiệu 4

2 Tên chuyên đề 5

3 Tác giả chuyên đề 5

4 Chủ đầu tư tạo ra chuyên đề 6

5 Lĩnh vực áp dụng chuyên đề 6

6 Ngày chuyên đề được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử 6

7 Mô tả bản chất của chuyên đề 6

PHẦN I: MỤC ĐÍCH, BẢN CHẤT, PHƯƠNG PHÁP VÀ THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

I Mục đích nghiên cứu 7

II Bản chất của vấn đề nghiên cứu 7

III Phương pháp nghiên cứu 7

1 Phương pháp thực tiễn ……… 7

2 Phương pháp kiểm tra đánh giá ……… …… 8

IV Thực trạng vấn đề nghiên cứu ……….8

PHẦN II NỘI DUNG………9

I Hệ thống kiến thức sử dụng trong chuyên đề……… 9

1 Chuyển động cơ ……….9

2 Chuyển động đều ………9

3 Chuyển động thẳng không đều ……… ………10

4 Tính tương đối của chuyển động ………11

II Giải pháp của chuyên đề nghiên cứu 12

1 Loại 1 - Phương trình xác định vị trí của một vật 12

2 Loại 2 - Tính vận tốc trung bình 14

Một số ví dụ minh họa ……… ………14

3 Loại 3 - Tổng hợp vận tốc 16

3.1 Vật 1 và vật 2 gắn với nhau và cùng chuyển động so với vật thứ 3 ……… ………16

3.2 Vật 1 và vật 2 không gắn với nh au và cùng chuyển động so với vật thứ 3 19

4 Loại 4 - Đồ thị chuyển động của một vật 20

4.1 Vẽ đồ thị chuyển động ………21

4.2 Từ đồ thị tính toán các đại lượng liên quan ………23

5 Loại 5 – Chuyển động có quy luật lặp hoặc tuần hoàn chuyển động trên quỹ đạo đặc biệt (tròn, vuông, hình chữ nhật ) 25

Một số ví dụ minh họa ……… ………25

PHẦN III KẾT QUẢ SAU KHI SỬ DỤNG CHUYÊN ĐỀ 28

7.2 Khả năng áp dụng chuyên đề 29

8 Những thông tin cần được bảo mật 29

9 Các điều kiện cần thiết để áp dụng chuyên đề 29

10 Đánh giá lợi ích thu được do áp dụng chuyên đề 30

11 Danh sách những tổ chức/cá nhân đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng chuyên đề lần đầu 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……….32

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

1 Lời giới thiệu

Vật lý là cơ sở của nhiều ngành kỹ thuật quan trọng sự phát triển của khoahọc vật lý gắn bó chặt chẽ tác động qua lại trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học

và kỹ thuật Vì vậy hiểu vật lý có giá trị to lớn trong đời sống và sản xuất, đặcbiệt trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước như hiện nay.Căn cứ vào nhiệm vụ chương trình vật lý THCS là: Cung cấp cho học sinhmột hệ thống kiến thức cơ bản, ở trình độ phổ thông trung học cơ sở, bước đầuhình thành ở học sinh những kỹ năng cơ bản phổ thông và thói làm quen làmviệc khoa học, góp phần hình thành ở họ các năng lực nhận thức và các phẩmchất, nhân cách mà mục tiêu giáo dục THCS đề ra

Giữa bài tập và lý thuyết học trên lớp có một khoảng cách nhất định Họcsinh học tốt lý thuyết chưa chắc học sinh đã vận dụng để làm được bài tập Vậyhướng dẫn giải bài tập giúp các em có kỹ năng giải quyết vấn đề trong các tìnhhuống cụ thể

Các vấn đề học sinh nghiên cứu và hiểu được vấn đề cũng là một trongnhững yếu tố giúp học sinh hứng thú hơn trong học tập bộ môn

Kiến thức học tập của môn học rất rộng, trước nhiều bài toán có rất nhiềuđịnh hướng và có nhiều kiến thức liên quan Nếu sự định hướng của học sinhkhông đúng thì làm cho các em mất rất nhiều thời gian và khó giải quyết đượccác bài toán Vì vậy việc phân loại các bài toán và đưa ra một số định hướnggiúp các em có cái nhìn cụ thể hơn Giúp các em giải quyết được bài toán nhanhhơn

Khả năng tư duy của học sinh còn hạn chế nên việc hướng dẫn các em giảibài tập giúp các em rèn luyện khả năng tư duy

Để học tập môn Vật lý đạt kết quả cao thì ngoài việc nắm vững lý thuyếtcần phải biết ứng dụng lý thuyết vào giải bài tập một cách thành thạo nhưng đểgiải bài tập thành thạo thì việc định hướng, phân loại bài tập là vô cùng cầnthiết

Việc học tập môn vật lý nhằm mang lại cho học sinh những kiến thức vềcác sự vật, hiện tượng và các quá trình quan trọng nhất trong đời sống và sảnxuất… kỹ năng quan sát các hiện tượng và quá trình vật lý để thu thập các thông

tin và các dữ liệ cần thiết… mang lại hứng thú trong học tập cũng như áp dụngcác kiến thức và kỹ năng vào các hoạt động trong đời sống gia đình và cộngđồng.

Trong đó bài tập Cơ học tương đối khó đối với học sinh Các bài toán

“chuyển động” thuộc mảng kiến thức “cơ học” là những bài toán thiết thực gắnliền với cuộc sống hàng ngày Tuy nhiên nội dung kiến thức phần “chuyểnđộng” thì rất phong phú và đa đạng nên việc giải thích và tính toán ở loại bài tậpnày các em gặp không ít khó khăn

Việc tiếp cận phân tích và giải các bài tập nâng cao “chuyển động cơ học”của học sinh gặp không ít những khó khăn Nguyên nhân do các em còn thiếunhững hiểu biết kỹ năng quan sát phân tích thực tế, thiếu các công cụ toán họctrong việc giải thích phân tích và trả lời các câu hỏi của bài tập phần này

Vì vậy để giúp quá trình lĩnh hội và vận dụng giải các bài tập về “chuyểnđộng” được tốt hơn nhằm nâng cao chất lượng dạy và học phục vụ công tác bồidưỡng học sinh giỏi đã thôi thúc tôi quyết định lựa chọn vấn đề này để nghiêncứu và áp dụng

Vì lý do trên, qua những hiểu biết và tìm tòi, nghiên cứu của bản thân, tôi

mạnh dạn nêu lên một số suy nghĩ của mình về: “Một hướng phân loại và

phương pháp giải bài tập về chuyển động cơ học” với mong muốn hoạt động

dạy và học của giáo viên cũng như học sinh trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi

sẽ thu được kết quả cao hơn

- Địa chỉ tác giả: Trường TH&THCS Bồ Sao

- Số điện thoại: 0948502699

E_mail: dinhquangdon.c2bosao@vinhphuc.edu.vn

4 Chủ đầu tư tạo ra chuyên đề: Đinh Quang Đôn

5 Lĩnh vực áp dụng chuyên đề: Giảng dạy, học tập môn Vật lý cấp Trung học

cơ sở

6 Ngày chuyên đề được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 16/3/2018

7 Mô tả bản chất của chuyên đề:

7.1 Nội dung của chuyên đề gồm 3 phần

Phần I Mục đích, bản chất và phương pháp vấn đề nghiên cứu

Phần II: Nội dung

Phần III Kết quả nghiên cứu, ứng dụng chuyên đề

Mục đích đó thực hiện dưới sự chỉ đạo, thiết kế, tổ chức hướng dẫn các emhọc tập Học sinh là chủ thể của hoạt động nhận thức tự học, rèn luyện Từ đóhình thành thói quen tự học cho học sinh và phát triển năng lực, phẩm chất, nhân

cách cần thiết của người lao động mới

II BẢN CHẤT CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu các dạng và phương pháp giải bài tập chuyển động, mỗiphương pháp sẽ có cơ sở lí thuyết, ví dụ minh họa để khắc sâu kiến thức và rèn

kĩ năng vận dụng

đó rút ra các phương pháp thường vận dụng trong các đề thi

khảo cho việc bồi dưỡng HSG Vật lý cấp THCS

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong quá trình nghiên cứu và làm chuyên đề này tôi đã sử dụng cácphương pháp nghiên cứu sau:

1 Phương pháp thực tiễn

Trong quá trình giảng dạy và tự bồi dưỡng kiến thức tôi nhận thấy có rấtnhiều sách nâng cao, các bài tập có trong sách là các bài tập thuộc nhiều thể loạikhác nhau nhưng lại không theo hệ thống, không phân loại rõ ràng Vì vậy việc

tự nghiên cứu và giải các bài tập có nhiều khó khăn

Ngoài ra việc tự bồi dưỡng nâng cao kiến thức của học sinh trong khi thamkhảo sách cũng chưa đạt hiệu quả cao Do vậy, tôi cho rằng cần phải có phương

pháp giải chung cho một loại toán, loại bài tập để giúp người dạy cũng nhưngười học có định hướng giải nhanh mà không phải tư duy nhiều.

2 Phương pháp kiểm tra, đánh giá

Với phương pháp này tôi có thể tiến hành dưới hai dạng kiểm tra với mụcđích nắm bắt sự nhận thức kiến thức của học sinh và kỹ năng làm bài tập củahọc sinh

a) Kiểm tra vấn đáp

b) Kiểm tra viết

Cuối cùng so sánh kết quả nắm bài và kỹ năng làm bài tập của học sinhtrước và sau khi áp dụng chuyên đề

IV THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Qua tìm hiểu, thu thập tài liệu, trong những năm gần đây, từ năm 2010 đến 2017việc học sinh tiếp thu, vận dụng các kiến thức phần chuyển động cơ học cònnhiều hạn chế, kết quả đạt được chưa cao Sự nhận thức và ứng dụng thực tếcũng như vận dụng vào việc giải các bài tập vật lý (đặc biệt là phần chuyển động

cơ học) còn nhiều yếu kém Học sinh chưa chủ động trong việc sử dụng cácphương pháp để giải bài tập, đa số các em đều giải một cách mò mẫm tìm đường

đi mà không có định hướng cho một dạng cụ thể

Vì vậy chuyên đề “Một hướng phân loại và phương pháp giải bài tập vềchuyển động cơ học vật lý THCS” đưa ra nhằm góp phần cải thiện thực trạnghọc tập của học sinh, giúp nâng cao chất lượng học sinh khá giỏi, đồng thời đemlại hứng thú học tập cũng như khả năng tư duy khoa học cho học sinh

PHẦN II: NỘI DUNG

I HỆ THỐNG KIẾN THỨC SỬ DỤNG TRONG CHUYÊN ĐỀ

- Định nghĩa: Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quĩ đạo là đường

quãng đường bằng nhau trong cùng thời gian)

- Đặc điểm: Vận tốc của vật không thay đổi theo thời gian (v = const)

- Các phương trình chuyển động thẳng đều:

0

S

Với x là tọa độ của vật tại thời điểm t; x0 là tọa độ của vật tại thời điểm t0 (thờiđiểm ban đầu).

- Đồ thị chuyển động thẳng đều:

3 Chuyển động thẳng không đều:

a Định nghĩa:

- Chuyển động thẳng không đều là chuyển động có quĩ đạo là đường thẳng và

có vận tốc luôn thay đổi theo thời gian

- Khi vận tốc của vật tăng dần theo thời gian, đó là chuyển động nhanh dầnđều

- Khi vận tốc của vật giảm dần theo thời gian, đó là chuyển động chậm dầnđều

b Đặc điểm:

Trong chuyển động không đều, vận tốc của vật luôn thay đổi Vận tốc của vậttrên một quãng đường nhất định được gọi là vận tốc trung bình trên quãngđường đó:

Trong đó:

+ s1, s2, s3, , sn là quãng đường đi thứ nhất, thứ 2, thứ 3, , thứ n

+ t1, t2, t3, , tn là thời gian đi hết quãng đường đi thứ nhất, thứ 2, thứ

3, , thứ n; t0 là tổng thời gian nghỉ trong quá trình chuyển động (hoặc thời gianvật không chuyển động)

(Nói chung trên các quãng đường khác nhau thì vận tốc trung bình khác

nhau)

* Chú ý: Không được dùng công thức trung bình cộng vận tốc

n

v v

v v

4 Tính tương đối của chuyển động:

a Tính tương đối của chuyển động:

Trạng thái chuyển động hay đứng yên của một vật có tính tương đối, nó phụ thuộc vào hệ qui chiếu mà ta chọn (nghĩa là đôi khi nó chuyển động so với vật

mốc này nhưng lại đứng yên so với vật mốc khác)

II GIẢI PHÁP CỦA CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Để khắc phục thực trạng trên tôi đã phân loại và phương pháp giải củatừng dạng bài tập như sau:

1 Loại 1 - Phương trình xác định vị trí của vật:

Phương pháp chung:

- Vẽ hình biểu diễn (minh họa) vị trí cuả hai vật ở thời điểm khởi hành

- Viết biểu thức đường đi của mỗi vật sau thời gian t, từ đó xác định vị trícủa mỗi vật đối với mốc

- Lập phương trình tính thời gian hai vật gặp nhau kể từ thời điểm ban đầu

- Từ phương trình, xác định vị trí hai vật gặp nhau

Một số ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: (Theo bài CS1/ Số 62 của Tạp chí Vật Lý và Tuổi Trẻ/ tr.5)

Hai xe máy đồng thời xuất phát chuyển động đều đi lại gặp nhau; một đi

từ thành phố A đến thành phố B và một đi từ thành phố B về thành phố A Hai

xe gặp nhau tại nơi cách B là 20km; họ tiếp tục hành trình của mình với vận tốcnhư cũ Khi đã tới nơi quy định cả hai xe đều quay ngay trở về và gặp nhau lầnthứ hai ở nơi cách A là 12km Tìm khoảng cách AB và tỉ số vận tốc của hai xe

Hướng dẫn:

   

(Với C; D là chỗ hai xe gặp nhau lần đầu; lần hai)

+ Gọi vận tốc của xe đi từ A và từ B lần lượt là vA và vB

+ Lần gặp nhau thứ nhất tại C (với CB = 20km)



A

AB v

B

AB v

↔ 8

A

AB v



B

AB v

Ví dụ 2: Lúc 7 giờ một người đi xe đạp đuổi theo một người đi bộ cách

anh ta 10 km Cả hai người đều chuyển động đều với vận tốc là 12km/h và 4km/

h Tìm vị trí và thời gian người đi xe đạp đuổi kịp người đi bộ

Hướng dẫn:

Gọi vận tốc và quãng đường mà người đi xe đạp lần lượt là v1, s1

Gọi vận tốc và quãng đường mà người đi bộ lần lượt là v2, s2

Ta có:

Người đi xe đạp đi được quãng đường là: s1 = v1.t (km)

Người đi bộ đi được quãng đường là: s2 = v2 t (km)

Khi người đi xe đạp đuổi kịp người đi bộ thì hai người sẽ gặp nhau tại C

2 Loại 2 - Tính vận tốc trung bình:

Phương pháp chung:

Dựa vào công thức vận tốc trung bình v= s/t để tính các quãng đường vật

đi được s1 , s2, ; tính các khoảng thời gian, t1, t2, Thay vào biểu thức

s +s +s + +sn1 2 3

v =tb

t + t + t + + t + t1 2 3 n 0 để suy ra vận tốc trung bình của vb

Một số ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Tính vận tốc trung bình của một vật trong hai trường hợp sau:

chuyển động với vận tốc v2

c, So sánh vận tốc trung bình trong hai trường hợp câu a và b

Hướng dẫn:

a, Tính vận tốc trung bình va:

- Trong nửa thời gian đầu: s1 = v1..t/2 (1)

- Trong nửa thời gian sau: s2 = v2t/2 (2)

(7)

v v

v v

 (b)

v v

v v

 =

) (

2 2 1

v v

v v





0Vậy va > vb Dấu bằng xảy ra khi: v1 = v2

Áp dụng số ta có: va = 50km/h; vb = 48km/h

Ví dụ 2: Một người đi xe đạp trên một đoạn đường thẳng AB Trên 1/3

đoạn đường đầu đi với vận tốc 12km/h, 1/3 đoạn đường tiếp theo đi với vận tốc8km/h và 1/3 đoạn đường cuối cùng đi với vận tốc 6km/h Tính vận tốc trungbình của xe đạp trên cả đoạn đường AB

1 3 3 2 2 1

3v v v

v v v v v

) (4)

v v v v v v

v v v

Thay số: vtb = 8km/h.

3 Loại 3 - Tính tương đối của chuyển động

3.1 Vật 1 và vật 2 gắn với nhau và cùng chuyển động so với vật thứ 3:

Đây là dạng bài tập thường được áp dụng cho các chuyển động cùngchiều hay ngược chiều của hai chuyển động hoặc một vật tham gia hai chuyểnđộng như: Ca nô làm rơi phao trên sông; ca nô xuôi dòng, ngược dòng; hànhkhách đi trong toa tàu đang chuyển động; ca nô chuyển động ngang sông khidòng nước đang chảy;

+ Nếu các véctơ v 12 và v 23 cùng phương,

cùng chiều thì véctơ v 13 được tổng hợp như

với các vectơ v 12 và v 23, và có độ lớn là:

v13 = v12 + v23

+ Nếu các véctơ v 12, v 23 có cùng phương,

ngược chiều thì véctơ v 13 được tổng hợp

vectơ v 12 và v 23, cùng chiều với vectơ có độ

+ Nếu 2 xe chuyển động có phương vuông góc: v132 = v122 + v 232

+ Nếu 2 xe chuyển động tạo với nhau 1 góc bất kỳ:

Ví dụ 1:

a, Hai bến A, B của một con sông thẳng cách nhau một khoảng AB= S

mất thời gian là t2 Hỏi vận tốc v1 của ca nô và v2 của dòng nước Áp dụng: S =60km, t1 = 2h, t2 = 3h

đên B thì mất thời gian t là bao nhiêu? Áp dụng t1 = 2h , t2= 3h

Hướng dẫn:

a, Tính vận tốc v, của ca nô và v2 ,của dòng nước:

Vận tốc ca nô đối với bờ sông:

60 ( 2

60 ( 2

1

b, Thời gian ca nô trôi theo dòng nước từ A đến B

Vận tốc ca nô đối với bờ sông:

- Lúc theo dòng: t = s/v2 (7)

Từ (5) và(6) ta có: s = v1t1 + v2t1 = v1t2 – v2t2

 v2(t1+t2) = v1 (t2 – t1) => v2 = v12

2 1

1 2

t t

t t

2 1 1 1 2 1

1 2 1

2 ) (

t t

t v t t t

t t v v s

2 1

2 1

1 2 1

2 1

2 1

2

2 2

t t t t

t

t t v

t t

t v v

s t

3 2

về của ca nô này nhiều hơn ca nô kia là 1,5 giờ Còn nếu vận tốc so với nướccủa hai ca nô là 2v thì tổng thời gian đi và về của hai ca nô hơn kém nhau 18phút Hãy xác định v và vận tốc u của nước

Hướng dẫn

Giả sử nước sông chảy đều theo hướng từ A đến B với vận tốc u

* Trường hợp vận tốc ca nô so với nước là v, ta có:

Vận tốc của ca nô khi xuôi dòng là: v1= v+ u

Vận tốc của ca nô khi ngược dòng là: v2= v - u

- Thời gian tính từ lúc xuất phát cho tới khi gặp nhau tại C là t, gọi quãng

Từ (6) và (7) ta có: 0,3(4v2- u2) = 1,5(v2- u2)  v = 2u (8)

Thay (8) vào (6) ta được u = 4km/h, v = 8km/h

3.2 Vật 1 và vật 2 không gắn với nhau và cùng chuyển động so với vật thứ 3

* Phương pháp này thường được áp dụng cho những bài toán chuyển động màquãng đường chuyển động khá phức tạp, chia thành nhiều đoạn nhỏ Đặc biệt cóthể chiều dài của vật chính là quãng đường mà vật chuyển động Một số chuyểnđộng hay gặp như: Hai xe chuyển động cùng chiều, ngược chiều, hai đoàn tàuchuyển động trong sân ga,

Phương pháp chung:

+ Nếu v1, v2 cùng chiều: Vận tốc của vật 1 so với vật 2: │v1 – v2│

+ Nếu v1, v2 ngược chiều: Vận tốc của vật 2 so với vật 1: v1 + v2

Ví dụ: Hai đoàn tàu chuyển động đều trong sân ga trên hai đường sắt

song song nhau Đoàn tàu A dài 65 mét, đoàn tàu B dài 40 mét Nếu hai tàu đicùng chiều, tàu A vượt tàu B trong khoảng thời gian tính từ lúc đầu tàu A ngangđuôi tàu B đến lúc đuôi tàu A ngang đầu tàu B là 70 giây Nếu hai tàu đi ngượcchiều thì từ lúc đầu tàu A ngang đầu tàu B đến lúc đuôi tàu A ngang đuôi tàu B

là 5 giây Tính vận tốc của mỗi tàu