Skkn PHương pháp giải bài toán động lực học chất điểm

UBND TỈNH HẢI DƯƠNG SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẢN MÔ TẢ SÁNG KIẾN TÊN SÁNG KIẾN : PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Bộ mơn : Vật lí Năm học 2015 – 2016 1 THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: “Phương pháp giải toán động lực học chất điểm” Lĩnh vực áp dụng: * Đối tượng nghiên cứu: Học sinh khối lớp 10 trường THPT * Phạm vi nghiên cứu: Kiến thức phần: Chương động học chất điểm động lực học chất điểm Tác giả: Họ tên: Nguyễn Thị Vân Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 10.01.1984 Trình độ chun mơn: Cử nhân Vật lý Chức vụ: Giáo viên vật lý Đơn vị công tác: Trường THPT Hà Đông Điện Thoại: 0987737500 Chủ đầu tư tạo sáng kiến : Trường THPT Hà Đông – Thanh Hà – Hải Dương Điện thoại : 0320 816 120 Đơn vị áp dụng sáng kiến lần đầu : Trường THPT Hà Đông – Thanh Hà – Hải Dương HỌ TÊN TÁC GIẢ XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN Nguyễn Thị Vân 2 TÓM TẮT SÁNG KIẾN Học vật lí dễ hay khó? Nếu đặt câu hỏi với học sinh THPT đa số em trả lời khó, khó hiểu, khó từ việc phân tích tượng đến vận dụng kiến thức vào giải tập Qua nhiều năm công tác, giảng dạy, gần gũi, chia sẻ, sâu tìm hiểu tâm tư tình cảm, hứng thú học sinh với mơn học, lắng nghe cảm nhận em việc học tập vật lí đặc biệt nguyện vọng học sinh lớp 10, bắt đầu làm quen với chương trình vật lí phổ thơng Học sinh lớp 10 tâm sự, chương trình vật lí lớp 10 khác hẳn với vật lí THCS, nếu trung học sở em dừng lại việc quan sát, giải thích tượng vật lí đơn giản, tập đơn giản làm quen với chương trình vật lí THPT em thấy thật trìu tượng, có nhiều tượng phức tạp, nhiều tập khó, nếu có khiến thức bản, khơng phân tích tượng tốn, khơng vận dụng kiển thức linh hoạt, phương pháp không thành thạo em khơng giải qút tập Vì lí đa số em nản, khơng tìm hứng thú với môn học, em không say mê tìm tịi khám phá lĩnh hội tri thức thay vào việc học đối phó, thụ động, nhiều học sinh cịn bỏ bẵng mơn học Như việc học tập, nghiên cứu mơn vật lí khái niệm xa vời với em học vật lí lớp 11, 12 thế có nghĩa em từ bỏ khối A, A từ bỏ số ngành học yêu thích trường đại học tuyển sinh khối A, A1 Là giáo viên tâm huyết với nghề, bạn có đành lịng khơng để học sinh ngày xa rời mơn học, em biết khiếp sợ mà không cảm nhận hay hữu ích mơn học, khơng biết tượng tự nhiên đời sống giải quyết kiến thức vật lí, không biết cần làm quen em hiểu kiến thức em vận dụng nó, em đam mê, hứng thú tìm hiểu Rất nhiều băn khoăn trăn trở với nghề nghiệp, phải làm thế để kéo học sinh gần với môn học, để nâng đỡ giấc mơ em, nghiên cứu thấy vai trị việc học vật lí lớp 10 THPH, đặc biệt thấy để giải quyết ngành khó khăn việc học vật lí học sinh 3 kiến thức chương động lực học chất điểm phương pháp giải toán chương Vì tơi qút định tích lũy kiến thức chương, tìm phương pháp giải tập dễ hiểu, phân dạng tập, dạng có ví dụ minh họa để tháo gỡ khó khăn cho học sinh q trình học tập vật lí chương động lực học chất điểm Và vận dụng phương pháp giải toán động lực học chất điểm khảo sát học sinh qua năm học thấy kết khả quan Đa số em qua vận dụng phương pháp động lực học chất điểm thay đổi nhìn với mơn vật lí nói riêng mơn học khác nói chung, đặc biệt cách em khơng cịn băn khoan lựa chọn khối A, A 1, sẵn sàng chuẩn bị cho hành trang tri thức để đăng kí ngành học tuyển sinh khối A, A1 trường đại học, cao đẳng Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến  Giúp cho thân tự trau dồi kiến thức, nâng cao lực tích luỹ phục vụ cho cơng tác dạy học môn  Là tài liệu tham khảo, trao đổi với đồng nghiệp Giúp cho học sinh hiểu sâu sắc hơn, nhớ lâu, hứng thú với học, phát phát huy tính tìm tịi sáng tạo môn  Giải đáp số câu hỏi hay vướng mắc học sinh liên quan đến thực tế thường gặp động lực học chất điểm trương trình phổ thơng  Đề xuất ý kiến để nâng cao tính chủ động sáng tạo dạy học môn Vật lý Điều kiện, thời gian, đối tượng áp dụng sáng kiến 2.1 Điều kiện :  Được quan tâm Ban giám hiệu, Tổ chun mơn hợp tác nhiệt tình giáo viên Tổ  Học sinh tích cực, hứng thú tìm hiểu, tham gia  Sự chuẩn bị chu đáo kiến thức, tài liệu 2.2 Thời gian :  Sáng kiến áp dụng khoảng năm học 4 2.3 Đối tượng áp dụng sáng kiến :  Học sinh khối 10 trường THPT Nội dung sáng kiến  Phần một: MỞ ĐẦU (Thông tin chung sáng kiến)  Phần hai: NỘI DUNG (Mô tả sáng kiến) + Lý chọn đề tài + Cơ sở lý luận + Nội dung, biện pháp thực + Hiệu đề tài  Phần ba: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Giá trị, kết đạt sáng kiến Bài toán động lực học chất điểm toán quan trọng xuyên suốt trình học vật lý học sinh trung học phổ thơng, tiền đề để em tìm hiểu học tập nghiên cứu trương trình vật lí, giải thích tượng tự nhiên, giúp em say sưa tìm tịi khám phá ngày u thích mơn học Đồng thời cịn góp phần hồn thiện khả chuyên môn kỹ sư phạm người thầy trình chuẩn bị "đồng hành" với người học khám phá kiến thức Đề xuất kiến nghị để thực áp dụng mở rộng sáng kiến Để học sinh ngày yêu thích mơn học, có đầy đủ kiến thức, hình thành thói quen phương pháp q trình học tập mơn vật lí nói riêng mơn khác nói chung thiết nghĩ đề tài “Phương pháp giải tốn động lực học chất điểm” trường Phổ thơng hoạt động chun mơn bổ ích, lý thú có tính khả thi Vì việc sử dụng đề tài cần linh hoạt, tùy đối tượng học sinh, cần thường xuyên để mang lại hiệu cao trình học 5 Phần hai: NỘI DUNG SÁNG KIẾN ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý môn học tự nhiên giải thích nhiều tượng thường gặp đời sống kĩ thuật, học tốt mơn vật lí tiền đề để em vượt qua kì thi tốt nghiệp THPT lựa chọn ngành học yêu thích trường đại học, cao đẳng tuyển sinh khối A Song lại mơn học trìu tượng, cần nhiều tư duy, tâm lí chung học sinh cho mơn học khó Qua nhiều năm giảng dạy trường phổ thông nhận thấy học sinh bắt đầu làm quen với chương trình vật lí phổ thơng,nếu em cung cấp kiến thức với trình rèn luyện kỹ năng, thao tác giải tập từ dễ đến khó từ đơn giản đến phức tạp, giải thích số tượng sống đời sống đa số em u thích mơn học Các em hăng say học tập nghiên cứu, tư em phát triển việc học môn khác với em khơng phải vấn đề khó khăn Điều đặc biệt em học tốt môn vật lý năm đầu tiên bậc trung học phổ thơng học vật lý năm sau trường phổ thông trường đại học, cao đẳng tốt Nói để thây chương trình vật lí lớp 10 có vai trị quan trọng nhất, có tồn cách tiếp cận môn, cách vận dụng kiến thức phát triển tư học sinh Trong kiến thức chương động lực học chất điểm kiến thức xuyên suốt chương trình, cụ thể nếu em tổng hợp lực phân tích lực tốt em dễ dàng việc giải quyết toán chương điện trường, từ trường chương trình vật lý 11và tốn chương vật lý hạt nhân chương trình vật lý lớp 12 Nắm đặc điểm lực học, vận dụng thành thạo tẳng vững trắc để em học chương trình vât lý 11,12 Đây 6 mặt kiến thức học vật lý nhiệm vụ quan trọng vận dụng kiến thức vào giải tập, giải thích tượng Vậy vấn đề đặt làm thế để học sinh có kỹ giải tập nói chung tập động lực học chất điểm nói riêng, làm thế để em khơng cảm thấy khó khăn, trăn trở tiếp cận, học tập môn vật lý đạt kết cao học tập môn vật lí trường phổ thơng đạt kết cao kì thi tốt nghiệp trung học phổ thơng tuyển sinh vào trường đại học cao đẳng quyết định viết đề tài “ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN ĐỘNG LỰC HỌC “ 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Làm quen với công tác nghiên cứu khoa học - Tìm giải pháp hướng dẫn học sinh lớp 10 THPT có kỹ vận dụng kiến thức vào giải quyết tập vật lý phần Động lực học chất điểm phát triển tư học tập mơn vật lý - Tìm cho phương pháp để tạo khơng khí hứng thú lôi nhiều học sinh tham gia giải tập lý, đồng thời giúp em đạt kết cao kì thi - Nghiên cứu phương pháp giảng dạy tập vật lý với quan điểm tiếp cận “ Phương pháp trắc nghiệm khách quan” 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Phương pháp giảng dạy môn Vật lý bậc THPT - Kiến thức: Động lực học chất điểm phương pháp vận dụng kiến thức việc giải tập phần - 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 7 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phân tích, tổng hợp dạng tập vật lý phần động lực học chất điểm thuộc mơn Vật lý lớp 10 THPT Tìm điểm chung giải tập này, đưa cách phân dạng tập tối ưu cách hướng dẫn học sinh nắm phương pháp giải tập phần động lực học chất điểm 8 2.GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.1 Các khái niệm bản: 2.1.1.1 Chất điểm: vật thể mà kích thước bỏ qua nghiên cứu Các trường hợp mà vật coi chất điểm: - Kích thước vật nhỏ so với chiều dài quỹ đạo vật xác định vị trí vật quỹ đạo - Vật rắn chuyển động tịnh tiến: Mọi điểm vật có quỹ đạo giống nên cần xác định chuyển động điểm vật 2.1.1.2 Hệ quy chiếu: Là công cụ giúp nghiên cứu chuyển động vật - Hệ quy chiếu gồm: Hệ tọa độ (thường dùng hệ tọa độ Đềcác vng góc) gắn với vật làm mốc mốc thời gian, đồng hồ - Có hai trường hợp sử dụng hệ quy chiếu: + Hệ quy chiếu quán tính: Trong Vật lý lớp 10 hệ quy chiếu đứng yên chuyển động thẳng so với mặt đất + Hệ quy chiếu phi quán tính: Trong Vật lý lớp 10 hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động có gia tốc khơng đổi mặt đất 2.1.1.3 Lực: - Lực đại lượng đặc trưng cho tác dụng vật vào vật khác, kết làm thay đổi chuyển động vật làm cho vật bị biến dạng - Lực có ba đặc trưng: + Điểm đặt: Là vị trí tác dụng tương tác + Hướng lực: Là hướng tác dụng tương tác gồm phương chiều + Độ lớn lực: Là mức độ mạnh yếu tương tác - Biểu diễn lực: Bằng vectơ + Gốc vectơ biểu diễn điểm đặt lực + Hướng vectơ biểu diễn hướng lực, đường thẳng mang vectơ lực 9 giá lực + Chiều dài vectơ biểu diễn độ lớn lực theo tỷ lệ xích quy ước 2.1.1.4.Tổng hợp phân tích lực: Tổng hợp lực thay thế nhiều lực tác dụng đồng thời vào vật lực có tác dụng giống hệt tác dụng toàn lực Lực thay thế gọi hợp lực, lực thay thế gọi lực thành phần F = F1 + F2 - Quy tắc: Cộng vectơ Trong vật lý thường dùng quy tắc hình bình hành: Hợp lực hai lực đồng quy biểu diễn đường chéo (kẻ từ điểm đồng quy) hình bình hành mà hai cạnh vectơ biểu diễn hai lực thành phần b/ Phân tích lực thay thế lực hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời gây hiệu giống hệt lực - Quy tắc: Quy tắc hình bình hành Để phân tích lực thành hai lực cần phải biết phương tác dụng hai lực Nếu phương tác dụng hai lực thành phần vng góc với lực thành phần hình chiếu hợp lực phương 2.1.2 Các lực học: 2.1.2.1 Lực hấp dẫn: Là lực hút hai vật - Đặc điểm lực hấp dẫn hai chất điểm + Điểm đặt: Ở chất điểm xét + Hướng: Phương: trùng đường thẳng nối hai chất điểm Chiều: biểu diễn lực hút Fhd = G + Độ lớn: m1 m r2 Với G = 6,67 Nm2/kg2 - Trọng lực: lục hút trái đất tác dụng lên vật Đặc điểm: 10 10 phần: Gia tốc tiếp tuyến gia tốc hướng tâm Khi chiếu lên phương vng góc với quỹ đạo thành phần gia tốc hướng tâm Ví dụ 1: Một cầu nhỏ có khối lượng m = 100g buộc vào đầu sợi dây dài l = 1m không co dãn khối lượng không đáng kể Đầu dây giữ cố định điểm A trụ quay (A) thẳng đứng Cho trục quay với vận tốc góc w = 3,76 rad/s Khi chuyển động ổn định tính bán kính quỹ đạo trịn vật Lấy g = 10m/s Giải: r T α r F A α ω O r P G iáo viên cần giúp học sinh phân tích tượng tốn trục quay cầu chuyển động tròn mặt phẳng ngang, cần xác định đầy đủ lực tác dụng lên vật, viết phương trình định luật II New-Tơn ý hợp lực đóng vai trị lực hướng tâm gia tốc gia tốc hướng tâm 29 29 Lời giải cụ thể: Các lực tác r dụng vào vật gồm trọng lực r P lực căng T Khi (∆) quay cầu chuyển động tròn mặt phẳng nằm ngang, nên hợp lực tác dụng vào cầu lực hướng tâm r r r F = P +T với F ⊥ P  F = mw2R tgα = F w2 R = mg g ⇒ tgα = (R = lsinα) w l sinα sinα = g cosα α ≠ ⇔ cos α = Vì Vậy bán kính quỹ đạo g 10 = = 0, 707 ⇒ α = 45o 2 w l 3, 76 R = lsinα = 0,707 (m) Ví dụ 2: Một vận động viên đạp xe vòng xiếc nằm mặt phẳng thẳng đứng có dạng hình trịn bán kính 6,4m Người phải có vận tốc tối thiểu bẳng để khỏi bị rơi qua điểm cao vòng xiếc Bỏ qua ma sát Lấy g = 10 m/s2 Giải Đây loại toán vật chuyển động tròn Chỉ cần xác định đầy đủ 30 30 lực tác dụng lên vật, viết phương trình định luật II Niutơn ý gia tốc gia tốc hướng tâm Lời giải cụ thể: r P Các lực tác dụng lên người xe đạp gồm: Trọng lực phản r Q lực vòng xiếc r r r P + Q = ma Theo định luật II Niutown ta có Chiếu phương trình lên trục Ox hướng thẳng đứng chiều hướng xuống ta phương trình P + Q = ma = m Gọi r N v2 R lực ép người xe nên vòng xiếc Theo định luật III Niutơn có N =Q=m v2 − mg R N ≥0 Muốn khơng bị rơi khỏi vịng xiếc áp lực m Vậy Thay số v2 − mg ≥ R v ≥ 8m / s ⇒ v ≥ Rg Vậy vận tốc tối thiểu 8m/s 2.4 Dạng 2: Bài toán hệ vật Phương pháp giải: Bước 1: Chọn hệ quy chiếu cho vật Bước 2: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn cho vật Bước 3: Tìm liên hệ lực gia tốc Bước 4: Tính đại lượng yêu cầu Hướng dẫn giải tốn dạng có kế thừa kỹ mà học sinh có giải toán vật Việc thực thao tác toán 31 31 thực vật hệ Só thể hệ vật chỗ tìm liên hệ lực gia tốc phân tích tượng, liên hệ chuyển động cấu trúc hệ cho Bài toán dạng phong phú nhiều trường hợ Ví dụ 1: Hai vật khối lượng m = 1kg nối với sợi dây không dẫn khối lượng không đáng kể Một vật chịu tác động → lực kéo F hợp với phương ngang góc α = 30 Hai vật trượt mặt bàn nằm ngang.Hệ số ma sát vật bàn 0,268 Biết dây chịu lực căng lớn 10 N Tính lực kéo lớn m2 m1 để dây không đứt Lấy  F = 1,732 Bài giải: α O x Đây loại toán chuyển động hệ vật Có thể xét riêng rẽ chuyển động vật theo phương pháp động lực học Chỉ lực tác dụng lên vật áp dụng định luật II Niuton cho vật Chú ý sợi dây căng nên lực căng xuất hai đầu dây có độ lớn hai vật chuyển động gia tốc.Vì sợi dây chịu lực căng tối đa 10N, yêu cầu tìm lực kéo lớn để dây không đứt, giáo viên cần hướng dẫn học sinh xuất phất từ gỉa thiết tốn phải tìm biểu thức lực căng T, dựa vào điều kiện lực căng tìm kết toán Lời giải cụ thể: Các lực tác dụng nên vật hình vẽ 32 32 r T2 Áp dụng định luật II Niutơn cho vật → → → → → → P1 + N1 + F + T1 + Fms1 = m1 a1 Vật có : Chiếu xuống Ox ta có: F.cos 30 − T1 − Fms1 = m1a1 Chiếu xuống Oy : Fsin 30 − P1 + N1 = 0 Và F1ms = k N1 = k(mg − Fsin 30 ) 0 ⇒ F.cos 30 − T1k(mg − Fsin 30 ) = m1a1 (1) → → → → → → P2 + N + F + T2 + Fms = m2 a2 Vật 2: Chiếu xuống Ox ta có: T − Fms2 = m2a2 Chiếu xuống Oy : −P2 + N2 = Mà F2ms = k N2 = km2g ⇒ T2 − k m2g = m2a2 Vì m1 = m2 = m; T1 = T2 = T ; a1 = a2 = a 0 ⇒ F.cos 30 − T − k(mg − Fsin 30 ) = ma (3) ⇒ T − kmg = ma (4) Từ (3) (4) Vậy Fmax = 20 N Đáp số 20N A Ví dụ 2: Cho hệ thống hình vẽ: Thanh dài có chiều dài l, có khối Thanh lượng m1 bi có khối lượng m2, m1 > m2 Hịn bi 33 33 B Bi trọc thủng lỗ trượt dọc theo sợi dây với lực ma sát Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây ma sát ròng rọc Ban đầu bi ngang đầu thanh, thả hai vật bắt đầu chuyển động với gia tốc không đổi sau t giây chuyển động bi ngang đầu Hãy xác định lực ma sát bi dây? Áp dụng số: m1 = 300g; m2 = 100g; l = 0,5m; t = 2,5s Giải Để giải toán cần hướng dẫn học sinh tư tìm phương pháp giải Giáo viên cần mô tả chi tiết diễn biến tượng để học sinh nắm được, sở phát huy khả huy động kiến thức, kỹ cần thiết cho việc giải tập Hướng dẫn học sinh trả lời câu hỏi sau: - Sau thả, dài chuyển động nào? Bi chuyển động thể nào? vị trí mà bi ngang đầu thanh? Giáo viên cần làm cho học sinh biết được: Thanh dài chuyển động tịnh tiến nên xét chuyển động chất điểm Do khối lượng lớn khối lượng bi nên chuyển động xuống dưới, bi trượt dây Nếu bi trượt dây nhanh chuyển động dây so với mặt đất bi chuyển động xuống, Nếu bi trượt dây chậm chuyển động dây so với mặt đất bi chuyển động lên bi trượt dây chuyển động dây so với mặt đất bi đứng yên Lưu ý: Lực tương tác bi dây lực ma sát, lực căng dây 34 34 Giáo viên định hướng học sinh dùng tốn viết phương trình x chuyển động kế T1 hợp với toán hệ vật hướng dẫn học sinh thực A kết hợp - Hệ quy chiếu tốn viết phương trình chuyển động Thanh vật cần có yêu cầu nào? Trong nên chọn hệ P1 quy chiếu nào? B Lời giải cụ thể sau: r T Bi O P2 Hệ quy chiếu: Tọa độ Ox: Phương thẳng đứng chiều từ lên Gốc tọa độ O: Tại vị trí ban đầu đầu Mốc thời gian: t0 = 0: thời điểm vật bắt đầu chuyển động Giáo viên hướng dẫn học sinh xác định thông số cần thiết cho việc giải tốn viết phương trình chuyển động vật học phần Động học chất điểm Đồng thời tìm hiểu thơng số biết, thông số chưa biết nêu cách xác định thông số chưa biết Đầu Bi Thời điểm ban đầu: t01 = t02 = Tọa độ ban đầu: x01 = l x02 = Vận tốc ban đầu: v01 = v02 = a1 a2 Gia tốc: 35 35 x = x + v t + a.t 2 Chuyển động thẳng biến đổi đều: x = x 01 + v 01 t + a t 2 Đối với đầu thanh: → x = l + a t 2 x = x 02 + v 02 t + a t 2 Đối với Bi: → x = a t 2 Khi Bi ngang đầu thanh: x1 = x2 2l + a t → a2 = t2 1 → l + a t = a t 2 (1) Các lực tác dụng vào dài: P1 Trọng lực: T1 Lực căng dây: Fhl = ma Áp dụng định luật II Niu-Tơn: → P1 + T1 = m1 a Chiếu lên Ox: T1 – P1 = m1a1 → T1 = m1g + m1a1 (2) Các lực tác dụng vào Bi: P2 Trọng lực: Fms Lực ma sát với dây: Fhl = ma Áp dụng định luật II Niu-Tơn: 36 36 → P2 + Fms = m a Chiếu lên Ox: Fms - P2 = m2a2 → Fms = P2 + m2a2 (3) Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây ma sát ròng rọc: T1 = Fms2 2l + a t m1 g + m a = m g + m t2 Từ (2) (3): m g.t + 2m l − m1g.t → a1 = ( m1 − m ) t Thay vào (2): Fms = m1g + m1a1 → Fms = m1g + m1 → Fms = m g.t + 2m l − m1g.t ( m1 − m ) t 2m m l ( m1 − m ) t → Fms = Thay số: 2.0,3.0,1.0,5 = 0,024( N ) ( 0,3 − 0,1).2,5 Đáp Fms = số: 2m1 m l ( m1 − m ) t Fms = 0,024N Ví dụ 3: Cho hệ vật hình vẽ vật có khối lượng m; m 1; m2 Vật m chuyển động mặt phẳng ngang Dây không dãn, bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây ma sát ròng rọc, ma sát vật m với mặt phẳng ngang sức cản khơng khí, gia tốc trọng trường g Hãy tính gia tốc vật m1? m 37 37 A B m1 m2 Giải Đây toán hệ vật Hướng dẫn học sinh giải toán theo bước giải mô tả Hướng dẫn học sinh trả lời câu hỏi sau: - Sau thả, vác vật chuyển động nào, phương chiều chuyển động vật?Dây khơng dãn gia tốc m1 m2 có đặc điểm gì? Giáo viên cần làm cho học sinh biết được: Vật m mặt phẳng ngang ma sát với mặt phẳng ngang không đáng kể nên chuyển động từ trái sang phải hình vẽ Cịn m1 m2 chuyển động theo phương thẳng đứng, gia tốc m1 m2 so với rịng rọc B có độ lớn ngược chiều, so với mặt đất khơng có điều rịng rọc B xuống nên vật xuống xuống nhanh hơn, vật lên lên chậm lại xuống chậm Để nghiên cứu chuyển động vật m nên dùng hệ quy chiếu qn tính, cịn vật m1 m2 nên dùng hệ quy chiếu phi quán tính gắn với ròng rọc B Như nêu cho học sinh cách sử dụng đồng thời hai loại hệ quy chiếu quán tính phi quán tính Lời giải cụ thể sau Hệ quy chiếu: Đối với vật m: Tọa độ Ox gắn với mặt đất Phương ngang, chiều từ trái sang phải hình vẽ 38 38 Đối với vật m1 m2: Tọa độ O1x1 gắn với ròng rọc B Phương thẳng đứng, chiều từ xuống N m A O x P B O1 T1 Fq1 T2 Fq m1 m2 P1 x1 P2 Các lực tác dụng vào vật m: P Trọng lực: , Lực căng dây: T Fhl = ma Áp dụng định luật II Niu-Tơn: → P + T = ma Chiếu lên Ox: T = ma (1) Các lực tác dụng vào vật m1: Vật m1 vật m2 xét hệ quy chiếu gắn với ròng rọc B chuyển động với gia tốc vật m, hệ quy chiếu phi quán tính P1 Trọng lực: 39 T1 Lực căng dây: 39 Fq1 Lực quán tính: Fhl = ma Áp dụng định luật II Niu-Tơn: → P1 + T1 + Fq1 = m1 a Chiếu lên O1x1: P1 - Fq1 – T1 = m1a1 (2) Các lực tác dụng vào vật m1: P2 T2 Trọng lực: Lực căng dây: Fq Lực quán tính: Fhl = ma Áp dụng định luật II Niu-Tơn: → P2 + T2 + Fq = m a Chiếu lên O1x1: P2 - Fq2 – T2 = m2a2 (3) Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây, ma sát ròng rọc: T1 = T2 T = T1 + T2 Dây không dãn: Gia tốc ròng rọc B a a2 = - a1 (a1 a2 gia tốc vật m1 m2 so với ròng rọc B) Nên Fq1 = m1a; Fq2 = m2a Từ (1); (2); (3): m1g + m2g - m1a – m2a – ma = (m1 – m2).a1 →a = Từ (2); (3): ( m − m ) a − m1g − m g m1 + m + m m1g - m2g - m1a + m2a = (m1 + m2).a1 → m 1g − m g + ( m1 − m ) 40 ( m1 − m ) a − ( m1 + m ) g = ( m 40 m1 + m + m + m )a1 → a1 = a= m( m − m ) g m m + m( m + m ) 4m1 m g m m + m( m + m ) a1/ đ = a1/ B + a B / đ Áp dụng công thức cộng gia tốc: → a1/đ = a1/B + aB/đ → a 1/ đ = 4m m + m( m1 − m ) g 4m m + m( m + m ) Đáp số: m m + m( m − m ) g m m + m( m + m ) 2.5 kết khảo sát * Sau hng dn hc sinh nắm kỹ để học mơn vật lý nói chung giải tập phần động lực học chất điểm nói riêng, cần tạo điều kiện cho em học sinh có khả nhận thức tốt có điều kiện 41 41 phát triển tư chiếm lĩnh tri thức, linh hoạt việc vận dụng kiến thức, kỹ vào vấn đề phức tạp q trình học tập mơn vật lý, tăng cường vận dụng kiến thức toán học vào học tập mơn vật lý nói chung giải tập động lực học chất điểm nói riêng Sau nhiều năm áp dụng đề tài vào hướng dẫn học sinh giải tập vật lý phần động lực học chất điểm lớp 10 trường THPT Hà Đông – Thanh Hà- Hải Dương, nhận thấy kỹ thực thao tác tư đặc trưng học tập vật lý học sinh lớp phụ trách nâng lên rõ rệt làm học sinh say mê với môn vật lý mơn khoa học có giá trị cho thân học sinh sau tư duy, suy luận vấn đề sống cách khoa học, logíc, giúp người thực nhiệm vụ thân với say mê, có sáng tạo có lợi đạt suất, chất lượng cao Từng phần, chương suy nghĩ đưa nhứng giải pháp giúp học sinh thực nhiệm vụ học tập cách thuận lợi, tránh cho học sinh có cảm giác sợ mơn vật lý Trên sở tạo cho học sinh say mê học tập học tập tốt môn vật lý Sau nhiều năm thực đề tài lớp học sinh trường THPT Hà Đông nhận thấy việc học tập môn Vật lý sơi học sinh có khả vận dụng kiến thức Vật lý nói chung việc giải toán động lực học chất điểm th̀n 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 khơng cịn khó khăn cho học sinh Các thao tác tư đặc trưng học tập mơn vật lý nói chung học sinh tiến hành thuận lợi linh hoạt Vì kết học tập học sinh lớp 10 trường đạt cao Thống kê kết triển khai đề tài qua năm học: Năm học: 2012 – 2013 Nội dung thống kê Lớp định hướng Tỷ lệ học sinh biết cách xác định loại bài, triển khai 100% 42 42 Lớp đại trà 100% thao tác giải tập phần động lực học chất điểm Tỷ lệ học sinh biết cách vận dụng vào giải tập chương động lực học chất điểm Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải vào toán nâng cao Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải phát triển tư Vật lý 100% 86% 90% 60% 50% 40% Lớp định Lớp đại trà Năm học: 2013 – 2014 Nội dung thống kê hướng Tỷ lệ học sinh biết cách xác định loại bài, triển khai thao tác giải tập phần động lực học 100% chất điểm Tỷ lệ học sinh biết cách vận dụng vào giải tập chương động lực học chất điểm Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải vào toán nâng cao Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải phát triển tư Vật lý 100% 100% 92% 90% 60% 60% 42% Lớp định Lớp đại trà Năm học: 2014 – 2015 Nội dung thống kê hướng Tỷ lệ học sinh biết cách xác định loại bài, triển khai thao tác giải tập phần động lực học 100% 100% chất điểm Tỷ lệ học sinh biết cách vận dụng vào giải tập 100% 87% 43 43 ... học sinh q trình học tập vật lí chương động lực học chất điểm Và vận dụng phương pháp giải toán động lực học chất điểm khảo sát học sinh qua năm học thấy kết khả quan Đa số em qua vận dụng phương. .. dụng phương pháp động lực học vào giải toán động lực học chất điểm cần nêu thao tác hợp lý cho trường hợp cụ thể Sau cách sử dụng cá nhân tơi q trình rèn luyện cho học sinh kỹ giải toán động lực. .. loại bài, triển khai thao tác giải tập phần động lực học 100% chất điểm Tỷ lệ học sinh biết cách vận dụng vào giải tập chương động lực học chất điểm Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải vào toán