SKKN hướng dẫn học sinh giải một số bài tập về định luật bảo toàn cơ năng

MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lý luận đề tài 2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu 2.2.1 Thời gian bước tiến hành 2.2.2 Khảo sát chất lượng đầu năm môn vật lý 2.2.3 Tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến kết 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vần đề 2.3.1 Đối với giáo viên: 2.3.2 Đối với học sinh 2.3.3 Các biện pháp tiến hành đề tài 2.3.3.1) Kiến thức 2.3.3.2) Phương pháp giải 2.3.3.3) Các ví dụ cụ thể 2.3.3.4) Bài tập nhà 17 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục với thân đồng nghiệp Kết luận, kiến nghị 17 18 3.1 Kết luận 18 3.2 Kiến nghị 18 Tài liệu tham khảo 20 1 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Mỗi mơn học chương trình phổ thơng có vai trò quan trọng việc hình thành phát triển tư học sinh Trong trình giảng dạy, người thÇy ln phải đặt đích giúp học sinh nắm kiến thức bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ động học tập đắn để học sinh có khả tiếp cận chiếm lĩnh nội dung kiến thức theo xu phát triển thời đại Môn Vật lý môn khoa học nghiên cứu vật, tượng xảy hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn cao, cần vận dụng kiến thức toán học Học sinh phải có thái độ học tập nghiêm túc, có tư sáng tạo vấn đề nảy sinh để tìm hướng giải phù hợp Trong chương định luật bảo tồn vật lí lớp 10, định luật bảo toàn kiến thức trọng tâm Khi giảng dạy phần định luật bảo tồn năng, tơi nhận thấy hầu hết tốn định luật bảo tồn thiết thực, gắn bó với sống hàng ngày em Phần có nhiều tập hay, liên quan nhiều đến kiến thức phần học lớp 12 thi THPT quốc gia Tuy nhiên việc giải tốn này, em gặp khơng khó khăn, đa số học sinh lúng túng làm tập định luật bảo toàn Bởi phần có nhiều dạng tập chuyển động vật rơi tự do, chuyển động vật ném thẳng đứng, ném ngang, ném xiên, chuyển động vật mặt phẳng ngiêng khơng ma sát, lắc đơn, lắc lò xo Đa số học sinh biết áp dụng định luật vật chịu tác dụng lực trọng lực lực uđàn hồi Cònuurkhi vật chịu tác dụng lực r lực không lực căng T , phản lực N học sinh cho khơng bảo tồn Do giáo viên phải cho học sinh thấy cơng lực khơng khơng, vật bảo tồn Ví dụ vật chuyển động mặt phẳng nghiêng, không ma sát vật chịu tác dụng lực trọng lực uu r uu r ur P (lực thế) phản lực N (lực không thế) công phản lực N không nên vật bảo tồn Mặt khác em khơng biết phương pháp giải tốn áp dụng định luật bảo tồn Để giúp em có kĩ giải tập dạng này, nhằm nâng cao chất lượng dạy học, phục vụ công tác bồi dưỡng học sinh khối A, A1, học sinh giỏi trường THPT nơi công tác, nhằm đáp ứng yêu cầu đổi phương pháp giảng dạy, giúp học sinh tháo gỡ giải tốt khó khăn, vướng mắc học tập, đồng thời nâng cao chất lượng môn, thúc định chọn đề tài: Hướng dẫn học sinh giải số tập định luật bảo toàn 1.2 Mục đích nghiên cứu Ơn tập, hệ thống lại kiến thức lý thuyết có liên quan thơng qua tập phát triển lực tư duy, rèn luyện kỹ giải tập cho học sinh Giúp học sinh biết được, vật chịu tác dụng lực trọng lực lực đàn hồi, vật bảo toàn Nếu vật chịu tác dụng lực không mà công lực khơng khơng vật bảo toàn Giúp học sinh biết phương pháp giải tập định luật bảo toàn Thông qua việc giải tập giúp em rèn luyện tính cẩn thận, kiên trì, u thích môn học 1.3 Đối tượng nghiên cứu Định luật bảo toàn Nghiên cứu phương pháp bồi dưỡng học sinh khối A, A1, học sinh khá, giỏi môn Vật lý bậc THPT thông qua tài liệu học hỏi đồng nghiệp 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực mục đích nhiệm vụ đề tài, q trình nghiên cứu tơi sử dụng nhóm phương pháp sau: Phương pháp điều tra giáo dục (Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài) Phương pháp thực nghiệm sư phạm (Kiểm tra tiếp thu học sinh tập nhà) Phương pháp thống kê Phương pháp so sánh, suy luận logic (Đánh giá đưa điều chỉnh phương pháp cho phù hợp với đối tượng học sinh) Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận “Đào tạo nhân lực, nâng cao dân trí, bồi dưỡng nhân tài”là mục tiêu mà Đảng, Nhà nước ta đề để hoàn thành mục tiêu giáo dục toàn diện cho học sinh Một nhiệm vụ quan trọng nâng cao chất lượng học tập học sinh từ nhà trường phổ thơng Mỗi giáo viên nói chung, giáo viên mơn vật lí nói riêng mong muốn học sinh tiến bộ, chủ động lĩnh hội kiến thức, phát huy tư sáng tạo, rèn tính tự học để trở thành nhân tài, góp phần đào tạo nhân lực cho đất nước Việc học môn Vật lí, khơng phải học sách giáo khoa (SGK), không làm tập thầy giáo, giáo giao cho mà phải nghiên cứu đào sâu suy nghĩ, tìm tòi vấn đề, tổng qt hố vấn đề rút điều bổ ích Để giúp em học tốt hơn, giáo viên cần tạo cho học sinh hứng thú học tập, cần giúp em làm tập rèn luyện tư môn học Cần cho học sinh thấy nhu cầu nhận thức quan trọng, người muốn phát triển cần phải có tri thức cần phải học hỏi Đối với mơn vật lí giáo viên cần biết định hướng, giúp đỡ đối tượng học sinh, quan trọng phải tạo tình giúp em nâng cao lực tư Để thực tốt điều này, đòi hỏi giáo viên cần xây dựng cho học sinh kĩ quan sát, nhận xét, đánh giá toán, đặc biệt kĩ giải toán, kĩ vận dụng vào toán, tuỳ theo đối tượng học sinh, mà tập cho phù hợp sở phương pháp học, để giúp học sinh học tập tốt môn Bài tập định luật bảo toàn phương tiện có hiệu cao việc rèn luyện kỹ giải tập rèn luyện tư cho học sinh, rèn luyện cho em phương pháp làm việc khoa học, độc lập góp phần hình thành cho học sinh lực tư khoa học Có thể sử dụng tập định luật bảo toàn nghiên cứu, hình thành kiến thức mới; luyện tập, rèn luyện kỹ cho học sinh; kiểm tra, đánh giá kiến thức, kỹ ghi nhớ học sinh Khi giải tập, học sinh phải biết vận dụng kiến thức phương pháp đưa tập để giải 2.2 Thực trạng vấn đề nghiên cứu 2.2.1 Thời gian bước tiến hành Tìm hiểu đối tượng học sinh năm học 2016 - 2017, 2017 - 2018, 2018 - 2019 2.2.2 Khảo sát chất lượng đầu năm mơn vật lí Thơng qua việc cho học sinh làm tập phần định luật bảo tồn Kết thu có học sinh làm tập ném ngang, ném xiên lắc đơn, chuyển động mặt phẳng nghiêng không ma sát, chuyển động vật mặt phẳng nghiêng tiếp tục chuyển động đường tròn Số lại khơng làm làm số ý đơn giản Kiểm tra kết khảo sát chất lượng kì II Trung bình trở lên Thời gian TS Số lượng Tỉ lệ(%) Đầu học kỳ II đến học kỳ II HS Chưa áp dụng giải pháp 42 23 54,76% 2.2.3 Tìm hiểu nguyên nhân dẫn đến kết Tôi nhận thấy đa số học sinh có kết thấp Vì vậy, việc lĩnh hội kiến thức rèn luyện kĩ học sinh đòi hỏi nhiều cơng sức thời gian Sự nhận thức học sinh thể rõ: Các em lúng túng việc tìm hướng giải tập định luật bảo toàn Kiến thức nắm chưa chắc: Học sinh đọc thuộc định luật áp dụng định luật Học sinh biết vận dụng định luật trường hợp vật chịu tác dụng lực trọng lực lực đàn hồi giải toán vật rơi tự do, ném thẳng đứng, ném ngang, ném xiên, lắc lò xo Khi vật chịu tác dụng lực lực không mà cơng lực khơng khơng học sinh lúng túng áp dụng định luật bảo tồn Ví dụ học sinh giải toán lắc đơn, chuyển động mặt phẳng ngiêng, đường cong không ma sát … Ý thức học tập học sinh chưa thực tốt, lười suy nghĩ gặp tốn lạ Nhiều học sinh thấy mơn Vật lí trừu tượng, có nhiều cơng thức phải nhớ nên có tâm lí sợ học mơn Đây mơn học đòi hỏi tư duy, phân tích em Thực khó khơng học sinh mà khó giáo viên việc truyền tải kiến thức tới em Hơn nữa, điều kiện kinh tế khó khăn, mơi trường giáo dục, động học tập,… nên chưa thực phát huy hết mặt mạnh học sinh Nhiều em hổng kiến thức từ lớp kì thi vượt cấp thi mơn Tốn, Văn, Anh nên ý thức học tập mơn Vật lí chưa cao, chưa xác định động học tập, chưa thấy ứng dụng to lớn mơn Vật lí đời sống Giáo viên cần nắm rõ đặc điểm, tình hình đối tượng học sinh để có biện pháp giúp đỡ em, song song với việc bồi dưỡng học sinh giỏi cần giúp đỡ học sinh yếu Việc cần thực tiết học biện pháp rèn luyện tích cực Tuy nhiên, việc dạy tốt lên lớp, giáo viên nên có biện pháp giúp đỡ đối tượng học sinh để học sinh yếu theo kịp với yêu cầu chung tiết học, học sinh không nhàm chán Qua nghiên cứu vài năm trở lại thấy việc học sinh tiếp thu vận dụng kiến thức định luật bảo tồn nhiều hạn chế, kết chưa cao Sự nhận thức ứng dụng thực tế vận dụng vào việc giải tập Vật lí nhiều yếu Để làm tốt vấn đề người giáo viên phải ln ln tìm tòi đưa hướng giải khắc phục cho học sinh đạt kết cao kì thi Song, trình dạy học trường THPT nói chung, trường nơi tơi cơng tác nói riêng thầy giáo gặp khơng khó khăn Các khó khăn bao gồm yếu tố chủ quan, yếu tố khách quan là: Chất lượng học sinh không đồng đều, thời gian làm tập lớp thiếu Kĩ phân tích tập học sinh yếu, nhiều học sinh chưa tự làm tập dạng khơng có giảng giải thầy cô giáo Mặt khác, tài liệu tham khảo sách giáo khoa chưa quan tâm đến việc hướng dẫn phương pháp tỉ mỉ để giải tập cụ thể Để tháo gỡ khó khăn khắc phục tình trạng đó, người thầy phải tìm cách giải phù hợp dạng tập để truyền thụ cho HS Thực trạng động lực giúp nghiên cứu đề tài 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vần đề 2.3.1 Đối với giáo viên Hệ thống hóa kiến thức trọng tâm cách logic khái quát Xây dựng hệ thống tập mang tính đa dạng, đảm bảo trọng tâm chương trình phù hợp với đối tượng học sinh Tận dụng thời gian để hướng dẫn giải lượng tập nhiều Hệ thống tập tự luận từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp để HS vận dụng phương pháp từ nhớ, hiểu nắm vững phương pháp Phát triển tư duy, tính sáng tạo HS hệ thống tập tự luận Qua kiểm chứng, đánh giá phương pháp đưa có phù hợp với lực nhận thức học sinh hay không? Do lực em không đồng nên sử dụng tập khác để cho phù hợp với lực điều kiện mà có Khi hoạt động cụ thể học sinh thay đổi cho phù hợp; ln quan tâm có biện pháp giúp đỡ em học sinh có học lực yếu, kém, khơng ngừng tạo tình có vấn đề em học sinh giỏi 2.3.2 Đối với học sinh Nắm kiến thức Sách giáo khoa nâng cao vật lí 10, đọc thêm sách tham khảo Nắm phương pháp giải dạng tập định luật bảo toàn Phải rèn cho học sinh lực tự đánh giá trình học tập em Khi giải tập tự luận, học sinh phải biết vận dụng kiến thức phương pháp giải để vận dụng giải tập cụ thể 2.3.3 Các biện pháp tiến hành đề tài 2.3.3.1 Kiến thức Cơ vật chuyển động trọng trường a Định nghĩa Cơ vật chuyển động tác dụng trọng lực tổng động vật: W = Wđ + Wt = mv2 + mgz m (kg) khối lượng vật v V(m/s) vận tốc vật v Trong Z (m) độ cao vật so với mốc chọn độ cao v b Sự bảo toàn vật chuyển động tác dụng trọng lực Khi vật chuyển động trọng trường chịu tác dụng trọng lực vật đại lượng bảo toàn W= Trong mv2 + mgz = số m (kg) khối lượng vật v V(m/s) vận tốc vật v Z (m) độ cao vật so với mốc chọn độ cao v Xét vị trí quỹ đạo chuyển động ta có 1 mv12 + mgz1 = mv22 + mgz2 2 c Hệ Trong trình chuyển động vật trọng trường : Nếu động giảm tăng ngược lại (động chuyển hoá lẫn nhau) Tại vị trí động cực đại cực tiểu ngược lại Cơ vật chịu tác dụng lực đàn hồi a Định nghĩa Cơ vật chuyển động tác dụng lực đàn hồi tổng động đàn hồi vật: W= 1 mv2 + k(∆l)2 2 m(kg) khối lượng vật V(m/s) vận tốc vật Trong K(N/m) độ cứng lò xo (m) biến dạng lò xo b Sự bảo tồn vật chuyển động tác dụng lực đàn hồi Khi vật chịu tác dụng lực đàn hồi gây biến dạng lò xo đàn hồi vật đại lượng bảo toàn: W= 1 mv2 + k(∆l)2 = số 2 m(kg) khối lượng vật V(m/s) vận tốc vật K(N/m) độ cứng lò xo (m) độ biến dạng lò xo Xét vị trí quỹ đạo chuyển động ta có 1 1 mv12+ k(∆l1)2= mv22+ k(∆l2)2 = … 2 2 Chú ý : + Khi vật chịu tác dụng lực vật bảo tồn Ví dụ: vật thả rơi tự do, vật ném thẳng đứng lên trên, ném thẳng đứng xuống dưới, ném ngang, ném xiên Cơ vật bảo tồn + Nếu vật chịu tác dụng thêm lực khác lực mà cơng lực khơng khơng vật bảo tồn Ví dụ : vật chuyển động mặt phẳng nghiêng không ma sát, lắc đơn vật bảo tồn 2.3.3.2 Phương pháp giải Bước1: Phân tích lực tác dụng vào vật biểu diễn lực lên hình vẽ Chứng minh vật bảo tồn Bước 2: chọn mốc tính vật (thường chọn điểm thấp quỹ đạo chuyển động ) Xác định vật vị trí ( thường vị trí ban đầu vị trí khảo sát) Bước 3: Áp dụng định luật bảo tồn ta có: W1 = W2 (1) Bước 4: giải phương trình (1) kết hợp với kiện tốn để tìm kết 2.3.3.3) Các ví dụ cụ thể Ví dụ 1) Một bi có khối lượng 80g ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 6m/s từ độ cao 1,2 m so với mặt đất a) Tính hệ quy chiếu trái đất, giá trị động bi lúc ném b) Tìm độ cao cực đại mà viên bi đạt [ 1] Giải Vật chịu tác dụng trọng lực nên vật bảo tồn Chọn mốc tính vật mặt đất: Wtđ =0 a) Tính hệ quy chiếu trái đất, giá trị động bi lúc ném A Gọi vị trí ném vật 1 2 W = mgz = 0, 08.9,8.1, = 0,94 J Thế 0: t Động 0: Wđ = mV = 0, 08.62 = 1, 44 J Cơ là: W0=Wt0 +Wđ0 = 1,44 +0,94=2,38J b) Tìm độ cao cực đại mà viên bi đạt Gọi A vị trí vật lên đến độ cao cực đại Khi lên đến độ cao cực đại VA=0 Cơ A là: WA=WtA +WđA=mgzmax Áp dụng định luật bảo toàn ta có WA = W0 ⇒ 2,38 = mgZ max ⇒ Z max = 2,38 = 3m 0, 08.9,8 uu r V0 O ur P Đ Chú ý : Giáo viên nhắc học sinh chọn điểm thấp quỹ đạo làm mốc tính Tại điểm vật lên đến độ cao cực đại vận tốc vật Ví dụ 2) Một vật ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 4m/s a) Tìm độ cao cực đại b) Ở độ cao động [ 1] A Giải Vật chịu tác dụng trọng lực nên vật bảo toàn Chọn mốc tính vật mặt đất Wtđ =0 a) Tìm độ cao cực đại M 02 Cơ vị trí ném O : W0=Wt0 +Wđ0 = mV Gọi A vị trí vật lên đến độ cao cực đại Khi lên đến độ cao cực đại VA=0 Cơ A là: WA=WtA +WđA=mgzmax Áp dụng định luật bảo tồn ta có WA = W0 ⇒ V2 42 mV = mgzmax ⇒ zmax = = = 0,8m 2 g 2.10 uu r V0 u r P b) Ở độ cao động Gọi M vị trí nửa động Cơ vật M WM = WtM +WđM =2 WtM + WtM =3mgz Áp dụng định luật bảo tồn ta có V0 42 0,8 = = m g 10 = 3mg Z ⇒ Z = W0=WM ⇒ mV Chú ý: Giáo viên nhắc học sinh điểm mà động ta cần tính theo Từ áp dụng định luật bảo toàn cho ban đầu điểm để tìm độ cao vật Ví dụ Một vật có khối lượng m=0,2 kg trượt khơng ma sát, khơng có vận tốc ban đầu mặt phẳng nghiêng từ A đến B rơi xuống đất điểm E (HV) Cho biết AD = 1,3 m, BC = 1m, g = 10m/s2 a) Tính trị số vận tốc VB VE vật điểm B E tương ứng b) Sau rơi vật lún xuống đất đoạn S = 2cm ( dọc theo quĩ đạo) Hỏi lực cản trung bình đất tác dụng lên vật [ 2] A B D E Giải Trên đoạn AB chịu tác dụng 2uurlực ur Trọng lực P (lực thế)và phản lực N (lực không thế) uu r uu r Công phản lực N : AuNur = ( N vng góc với phương dịch chuyển) nên vật bảo toàn ur Trên đoạn BC vật chịu tác dụng trọng lực P (lực thế) nên vật bảo toàn u u r a)Tính VB VE : N Chọn mốc độ cao mặt đất A Áp dụng định luật bảo toàn năng: WA = WB ⇒ WđA+WtA=WđB+WtB B mgZA = mgZB + mV 2B (Vì VA = ) ur P B V = 2g ( ZA – ZB )= 10 ( 1,3 -1 ) = VB = = 2, 45m / s Và WA = WE mgZA = mV 2E D E V 2E = 2g.ZA = 2.10 1,3 = 26 VE = 26 ≈ 5,1 m/s b) Lực cản trung bình đât tác dụng lên vật: Cơng lực cản: Ac = - Fc S Độ biến thiên động năng: ∆ Wđ = Wđ D- Wđ E =0 - mV 2E (D vị trí vật dừng lại) Áp dụng định lí động năng: Ac = ∆ Wđ - Fc S = =0Fc = mV 2E mVE2 0, 2.26 = 2.0, 02 = 130 N 2s Chú ý: vật chuyển động mặt phẳng nghiêng chuyển động đường cong khơng ma sát vật bảo tồn Để giải câu b tốn giáo viên cần yêu cầu học sinh nắm định lí động cơng thức tính cơng học Ví dụ Con lắc đơn gồm vật nhỏ khối lượng m treo dây có chiều dài l vào điểm cố định Kéo vật khỏi vị trí cân đến vị trí hợp với phương thẳng đứng góc α thả khơng vận tốc đầu a) Viết biểu thức vật chỗ thả b) Sau thả, vật chuyển động đến vị trí mà dây treo hợp với phương thẳng đứng góc α Tính vận tóc vật vị trí c) Vận tốc cực đại vị trí nào? Tính vận tốc cực đại Biết dây không dãn khối lượng không đáng kể [ 2] Giải ur u r lực tác dụng vào vật: P (lực ), T (lực không thế) Chia cung tròn ¼ AOC thành đoạn ∆s nhỏ cho coi ∆s thẳng ur u r đoạn ∆s , T vng góc với ∆s nên công lực căng T không Cơ lắc đơn bảo toàn B Chọn mốc độ cao vị trí cân ⇔ Wto = u r a)Thế vật chỗ thả: αo T WtA = mgZA Với ZA = HO = 0B- BH A = l − lcο sα = l (1 − cο sα ) H Nên: WtA = mg l (1 − cο sα ) b) Vận tốc vật C: C u r O Thế vật C P Wtc = mg l (1 − cο sα ) Áp dụng định luật bảo toàn năng: WA = WC ⇒ WđA+WtA=WđC+Wtc α 10 mg l (1 − cο sα ) = mg l (1 − cο sα ) + mV ( Vì VA = ) V2 = 2g l (cο sα − cο sα ) V= gl (cο sα − cο sα ) C)Vị trí mà vật có vận tốc cực đại: Vmax ⇔ cο sα = ⇔ α = ο : vị trí cân Lúc đó: Wmax = gl (1 − cο sα ) Chú ý: Đối với toán lắc đơn ta thường chọn mốc tính độ cao vị trí cân Học sinh cần xác định vật vị trí biên ( vị trí mà dây treo hợp với phương thẳng đứng góc α ) vị trí khảo sát ( vị trí sợi dây hợp với phương thẳng đứng góc α ) Khi sợi dây hợp với phương thẳng đứng góc α độ cao vật Z = l (1 − cos α ) Đây toán tổng quát để tìm vận tốc lắc đơn vị trí Giải tốn học sinh dễ dàng giải toán lắc đơn với số liệu cụ thể Ví dụ Một lắc đơn gồm sợi dây mảnh không dãn, đầu gắn vật nhỏ khối lượng m, đầu cột vào điểm cố định Kéo vật khỏi vị trí cân góc α ο thả cho chuyển động a) Tính sức căng dây vật qua vị trí mà dây treo hợp với phương thẳng đứng góc α b) Sức căng cực đại vị trí nào? Tính sức căng cực đại [ 2] Giải ur a) Sức căng dây T ur u r lực tác dụng vào vật: P (lực ), T (lực khơng thế) Chia cung tròn ¼ AOC thành đoạn ∆s nhỏ cho coi ∆s thẳng ur u r đoạn ∆s , T vng góc với ∆s nên cơng lực căng T không Cơ lắc đơn bảo tồn Chọn mốc tính độ cao ( w to = ) uur ur ur ur Hợp lực: F = P + T = maht ur Chiếu lực xuống BC ( chiều dương từ C → B) hình chiếu hợp lực F hướng tâm B nên có giá trị m Vc2 , đó: l Vc2 Vc2 c ο s α T-P = m => T = m + mg cο sα l l Vc2 Với: = 2g (cο sα − cο sα ) ( Ví dụ giải) l Nên: T = mg (3cο sα − 2cο sα ) B u rα T b)Vị trí lắc để có Tmax : αo H ur Pt C u r P A O 11 Tmax cο sα = α = 0: Vật vị trí cân Lúc đó: Tmax = mg (3 − 2cο sα ) ur Chú ý: Học sinh phải biết cách chứng minh công lực căng T (lực không thế) Giáo viên nhấn mạnh vị trí cân vận tốc lực căng sợi dây lớn Để tìm lực căng T, học sinh cần ôn lại lực hướng tâm gia tốc hướng tâm học kì Ví dụ Một vật ném với vận tốc V0 = 16m / s theo phương làm với đường nằm ngang góc α = 600 a) Tính độ cao cực đại mà đạt tới b) Tính độ lớn vận tốc vật độ cao h=4,6 m g=10m/s2 [ ] Giải a) Tính độ cao cực đại mà đạt tới.ur Vật chịu tác dụng trọng lực P nên vật bảo toàn Tại điểm cao B, véc tơ vận tốc tiếp tuyến với quỹ đạo nên véc tơ vận tốc có phưong nằm ngang Theo kiến thức chuyển động ném xiên V1 = V0 cos 600 = 16.0,5 = 8m / s Gọi H độ cao B Áp dụng định luật bảo tồn Ta có mV0 mV = mgH + (1) 2 2 2 V − V1 16 − 192 ⇒H = = = = 9, 6m / s 2g 2.10 20 WA = WB ⇔ B u r V1 b) Tính độ lớn vận tốc vật độ cao h=4,6 m Gọi C điểm vật có độ cao h=4,6m uu r' V0 Áp dụng định luật bảo tồn năng.Ta có C mV0 mV2 WA = Wc ⇔ = mgh + (1) 2 ⇒ V2 = V0 − gh = 162 − 2.10.4, ⇒ V2 = 162 − 2.10.4, = 12,8m / s α u r h C uu r Vo Ví dụ Một đá ném với vận tốc VP = 10 m/s theo phương xiên góc độ cao h = 5m Bỏ qua sức cản khơng khí Hãy tính O vận tốc vật chạm đất Lấy g = 10m/s [ 2] Giải α A 12 ur Vật chịu tác dụng trọng lực P nên vật bảo toàn Chọn mốc độ cao mặt đất Z A = Áp dụng định luật bảo tồn ta có WA = W0 1 mV2 = mgh + mV 2 V= V02 + gh = 102 + 2.9,8.5 = 14,14 m/s ur P Chú ý: áp dụng định luật bảo toàn để giải toán này, học sinh làm nhanh nhiều sử dụng kiến thức chuyển động ném xiên Ví dụ Ở đầu sợi dây khơng dãn có chiều dài l có gắn vật nặng Hỏi điểm thấp A phải truyền cho vật vận tốc để chuyển động tròn mặt phẳng thẳng đứng qua 0( HV) [ 2] B l O A Giải ur ur Vật chịu tác dụng lực: Trọng lực P , Lực căng T Chia đường tròn thành đoạn ∆s nhỏ cho ur ∆ s ∆ s coi thẳng umỗi đoạn , T vng góc r ∆ s với nên công lực căng T không Cơ lắc đơn bảo tồn Chọn mốc tính A: WtA = uur ur ur Tại B: Áp dụng định luật II Niu Tơn ta có : P + T = maht Chiếu lên phương OB chiều dương hướng vào tâm ta có mg + T =m VB ≥ mg l Áp dụng định luật bảo toàn : uu r VA B ur Tur ur TOP A uu r VA WA = WB 1 mV2A = mV2B + mg.2l 2 2 V B = V A – gl ≥ gl ⇒ VA ≥ g.l ur ur Chú ý: Tại vị trí cao B lực căng T trọng lực P có phương thẳng đứng hướng vào tâm đường tròn Ví dụ 9) Một bi nhỏ khối lượng m= 50 kg lăn khơng vận tốc đầu từ điểm A có độ cao h dọc theo đường rãnh trơn ABCDE có dạng hình vẽ Phần BCDE có dạng hình tròn bán kính R= 30 cm Bỏ qua ma sát 13 ¼ =α a)Tính bi vị trí M cung BCD, xác định cung MOD Chọn gốc mặt phẳng nằm ngang qua B b) Tính vận tốc bi lực bi nén lên đường rãnh M, h =1m góc α = 600 c)Tìm giá trị nhỏ h để bi vượt qua hết phần hình tròn BCDE rãnh Lấy g=10 m / s [ 3] A D M E α C B Giải a) Tính bi vị trí M Chọn mốc tính mặt phẳng nằm ngang qua B Thế bi M là: A WtM = mg HB = mgR (1 + cos α ) D E H u u r N α M u rC P B b) Tính vận tốc bi lực bi nénurlên đường rãnh M uu r Trên đoạn AB vật chịu tác dụng trọng lực P , phản lực N Chia đường cong AB thành đoạn ∆s nhỏ cho có thểuurcoi ∆s thẳng uu r đoạn ∆s , N vng góc với ∆s nên cơng phản lực N không Cơ vật AB bảo tồn uu r ur Trênuurđường tròn vật chịu tác dụng trọng lực P , phản lực N , Công phản lực N không Cơ đường tròn bảo tồn Áp dụng định luật bảo tồn ta có : 14 WA = WM ⇔ + mgh = mV + mgR (1 + cos α )(1) Từ (1) ta suy V = g [ h − R(1 + cos α ) ] = 2.10 1 − 0,3(1 + cos 600 )  = 3,32 m/s ur uu r r Áp dụng định luật II Niu tơn cho bi M ta có: P + N = ma (2) Chiếu lên trục OM chiều dương hướng phía ta được: p cos α + N = ur mV (3) R Lực Q bi nén lên rãnh có độ lớn phản lực đàn hồi rãnh tác dụng lên bi : Q=N = mV − mg cos α (4) R Thay biểu thức (2) vào (5) ta Q = mg ( 2R 2.0,3 − − 3cos α ) = 0, 05.10( − − 3cos 600 ) =1,58 N h C) Tìm giá trị nhỏ h để bi vượt qua hết phần hình tròn BCDE rãnh Để vật trượt hết vòng tròn BCDE bi phải ln nén lên vòng tròn chuyển động , nghĩa phải có Q>0 với giá trị góc α Từ biểu thức Q ta thấy Q nhỏ cos α = hay α =0(hòn bi vị trí cao D) Điều kiện để bi vượt qua hết phần cung trònBCDE rãnh : Qmin ≥ → mg ( 2h − 5) ≥ → h ≥ 2,5 R → h ≥ 0, 75m R Chú ý: Bài này, học sinh sử dụng định lí động để giải sử dụng định luật bảo toàn dễ hiểu Ví dụ 10 ) Để đo vận tốc viên đạn, ta dùng lắc thử đạn Đó bao cát có khối lượng m treo đầu sợi dây dài l (hình vẽ) Viên đạn có khối lượng m có vận tốc V0 chui vào bao cát nằm yên Sau bao cát viên đạn lệch khỏi vị trí cân dây treo lệch với phương thẳng đứng góc α Tính vận tốc viên đạn Áp dụng số M=10 kg, m=100 g , l=1m ; α = 600 [ 5] l m Giải Sau viên đạn chui vào bao cát Xét lắc đơn có khối lượng (m+M) lắc bảo tồn Gọi O vị trí cân A vị trí sợi dây tạo với phương thẳng đứng góc α Áp dụng định luật bảo tồn ta có : W0 = WA ⇒ Wđ0+Wt0=WđA+WtA ( VA = 0, Wto = ) uu r V0 M B α M+m A M+m 15 Zo = ⇔ (m + M )V0 '2 = ( M + m) g l (1 − cos α ) ( V0 ' vận tốc đạn cát sau va chạm) V '0 = 2.g.l (1 − cos α ) Hệ đạn cát trước sau va chạm hệ kín Theo định luật bảo tồn động lượng ta có: mV0 = ( M + m)V0 ' ( V0 vận tốc đạn trước va chạm) V0 = M +m 10 + 0,1 gl (1 − cos α ) = 2.10.1(1 − cos 60o ) =320m/s m 0,1 Chú ý: học sinh lúng túng giải tốn khơng nắm kiến thức phần định luật bảo tồn động lượng tốn lắc đơn Do giáo viên cần giảng giải cho học sinh chi tiết để em dễ hiểu Ví dụ 11) Một lò xo có độ cứng k = 100 N / m vật nặng m=100g nối với hình vẽ Lúc vật lò xo chưa biến dạng, kéo giãn lò xo cho vật đến A với OA = 10 cm truyền cho vật vận tốc V0 = 2m / s Tính vận tốc sau vật qua [ 2] K Giải Vật chịu tác dụng lực: uuu r uu r ur Trọng lực P , phản lực N , lực đàn hồi Fdh uur uuu r ur uu r uuu r Hợp lực tác dụng lên vật : Fhl = Fdh + P + N = Fdh Cơ vật bảo toàn A u u r N K uuur r Fdh u P 1 1 mV + k 02 = mV0 + kx 2 2 k 100 ⇒ V = V + x = 22 + 0,12 = 3, 74m / s m 0,1 W0 = WA ⇒ A Ví dụ 12) Một lắc nặng 100g gắn vào với dây dài 90 cm không co giãn, lấy g=10m/s2 Kéo lắc khỏi vị trí cân góc 600 bng tay khơng vận tốc đầu a) Tính vận tốc vật xuống thấp sức căng lúc Tính góc β b) Sau dây lại vướng vào đinh đỉnh B(OB=30cm) vật lên đến điểm cao A' Bỏ qua ma sát [ 6] B A' A 16 C Giải a)Tính vận tốc vật xuống thấp sức căng lúc ur u r lực tác dụng vào vật: P (lực thế), T (lực không thế) , Chia cung tròn ¼ ACA thành đoạn ∆s nhỏ cho coi ∆urs thẳng đoạn ∆s , T vng góc với ∆s nên công u r lực căng T không A' Cơ lắc đơn bảo toàn α uur WA = Wc ⇔ mgl (1 − cos 60 ) = mV c2 Vc = gl (1 − cos 600 ) = 2.10.0,9(1 − 0,5) = 3m / s ur ur ur α0 B uur Hợp lực: F = P + T = maht Chiếu lực xuông 0C ( chiều dương từ C → 0) ur Tc => Tc = m C u r P hình chiếu hợp lực F hướng tâm nên có giá trị m Tc - P = m A Vc2 , đó: l Vc2 l Vc2 Vc2 + mg = m + mg l l Vc 32 ⇒ Tc = m( g + ) = 0,1(10 + ) = 2N l 0,9 b) Khi dây bị vướng đinh A’ Cơ bảo toàn nên WA = WA, ⇔ mgZ A = mgZ A' Z A' = Z A ⇒ (l − 0,3)(1 − cos β ) = l (1 − cos 600 ) (1 − cos β ) = l (1 − cos 600 ) 0,9(1 − 0,5) = = 0, 75 (l − 0,3) (0,9 − 0,3) cos β = 0, 25 ⇒ β = 75,50 2.3.3.4 Bài tập nhà Bài tập 1) Một vật có khối lượng kg trượt khơng ma sát từ đỉnh mặt phẳng dài 10m nghiêng góc 300 so với mặt phẳng nằm ngang Vận tốc ban đầu 17 khơng Tính vật tốc vật chân mặt phẳng nghiêng hai phương pháp: dùng định luật Niutơn dùng định luật bảo toàn Lấy g=10m/s2 [ 5] Bài tập 2) Người ta ném viên đá m=50 g lên cao với vận tốc V0 = 20m / s từ điểm H mặt đất Lấy g =10m/s2 a) Tìm động viên đá lúc ném uu r b) Khi V0 có phương thẳng đứng, tìm viên đá lên đến điểm cao A uSuy AH u r c) Khi V0 hợp với phương ngang góc 600 Gọi s điểm cao mà viên đá lên tới trường hợp + Tìm động viên đá tới s + Tìm viên đá tới s Suy độ cao điểm s [ 5] Bài tập 3) Một lắc đơn có chiều dài 1m Kéo cho dây làm với đường thẳng đứng góc 450 thả nhẹ a) Tính vận tốc lắc qua vị trí mà dây làm với đường thẳng đứng góc 300 b) Tính góc hợp sợi dây phương thẳng đứng lực căng sợi dây có độ lớn trọng lực vật [ 4] 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục với thân đồng nghiệp Sáng kiến kinh nghiệm đề tài nhỏ bé song lại kết suốt thời gian dài nghiên cứu tơi từ học kì năm học 20162017 đến Đề tài nghiên cứu thành cơng q trình dạy lớp 10 trường THPT nơi công tác Tôi thành công đưa dạng tập sử dụng vào giảng dạy chương trình dạy bồi dưỡng lớp 10 nâng cao Trong thời gian thử nghiệm năm học 2018 – 2019 thu kết đáng khích lệ Kết thực nghiệm lớp 10 A6, trường THPT nơi trực tiếp giảng dạy sau: Kết đánh giá kiểm tra tiết lớp Lần 1: Kiểm tra tiết Trung bình trở lên Thời gian TS HS Số lượng Tỉ lệ(%) Đầu học kỳ II đến kỳ II 80,95% Kết áp dụng giải pháp 42 34 Nhận xét: Học sinh hệ thống, nắm kiến thức công thức định luật bảo toàn giải tập vật lí, nắm phương pháp giải trình bày hợp lý, mạch lạc giải tập Lần 2: Kiểm tra học kì II Thời gian TS HS Trung bình trở lên 18 Từ học kỳ II đến cuốihọc kỳ II Kết áp dụng giải pháp 42 Số lượng Tỉ lệ(%) 40 95,0% Kết thực nghiệm cho thấy thành công bước đầu đề tài nghiên cứu Việc áp dụng đề tài nâng cao hiệu giảng dạy trường THPT nơi công tác b) Khả phổ biến ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm Hiện tơi áp dụng có hiệu đề tài trình giảng dạy vật lý 10 áp dụng vào việc kiểm tra khảo sát chất lượng đánh giá lực khối 10 Đề tài đồng nghiệp trường áp dụng Tôi ứng dụng đề tài cách linh hoạt việc ôn tập củng cố kiến thức cuối chương, cuối học kì, cuối năm Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Trên sở tập dạng sử dụng hầu hết tiết học như: dạy mới, ơn tập - luyện tập Ngồi dùng tập để kiểm tra kết học tập học sinh Trong trình thực triển khai đề tài, tơi nhận thấy đề tài góp phần nhỏ bé vào việc đổi phương pháp dạy học mơn là: Giúp học sinh nắm lí thuyết, phát triển tư kiểm tra kiến thức định luật bảo toàn Góp phần nâng cao chất lượng dạy vật lí trường THPT Thực tế giảng dạy cho thấy, việc áp dụng phương pháp giải tập định luật bảo toàn năng, thu kết tốt Học sinh hiểu áp dụng phương pháp giải tập tương đối dễ dàng, xác Tuy nhiên phận học sinh, việc nắm bắt phương pháp giải tương đối khó khăn lượng cơng thức nhiều đòi hỏi thời gian tới tơi cần tiếp tục hồn chỉnh đề tài cho đối tượng học sinh 3.2 Kiến nghị * Đối với nhà trường: Thường xuyên tổ chức buổi sinh hoạt chuyên đề, bồi dưỡng nâng cao trình độ cho giáo viên Tổ chức sinh hoạt chuyên môn đổi phương pháp dạy học để tập thể giáo viên nêu ý kiến đóng góp cho phù hợp với nội dung phương pháp học Tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất, phương tiện dạy học để góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy * Đối với giáo viên: Không ngừng học hỏi nâng cao trình độ chun mơn cho thân Soạn cách chu đáo, kỹ lưỡng, chuẩn bị nội dung câu hỏi cho lơgíc có hệ thống nhằm dẫn dắt phù hợp trình tự dạy 19 Cần biết phối hợp cách linh hoạt hình thức phương pháp dạy học nhằm gây hứng thú cho học sinh XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 20 tháng 05 năm 2019 Tôi xin cam đoan SKKN không coppy người khác Lê Thị Thiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 KIẾN THỨC CƠ BẢN VẬT LÍ 10 – NGUYỄN THANH HẢI – NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 423 BÀI TỐN VẬT LÍ 10 –TRẦN TRỌNG HƯNG - NHÀ XUẤT BẢN TRẺ GIẢI TOÁN VẬT LÍ 10- BÙI QUANG HÂN, ĐÀO VĂN CƯ, PHẠM NGỌC TIẾN, NGUYỄN THÀNH TƯƠNG –NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC BÀI TẬP CƠ BẢN NÂNG CAO– VŨ THANH KHIẾT – NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 10- LÊ VĂN THÔNG – NHÀ XUẤT BẢN TRẺ CHUN ĐỀ BỒI DƯỠNG VẬT LÍ 10- NGUYỄN ĐÌNH ĐỒN – NHÀ XUẤT BẢN ĐÀ NẴNG BÀI TẬP VẬT LÍ 10 – DƯƠNG TRỌNG BÁI – TƠ GIANG –NGUYẾN ĐỨCTHÂM – BÙI GIA THỊNH- NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC DANH MỤC 21 CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD & ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Lê Thị Thiệp Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THPT Lê Lợi - Thọ Xuân TT Tên đề tài SKKN Hướng dẫn học sinh giải số tập tụ điện Hướng dẫn học sinh giải số tập định luật ôm áp dụng cho loại đoạn mạch Cấp đánh giá xếp loại (Phòng, Sở ) Kết đánh giá xếp loại (A,B C) Năm học đánh giá xếp loại Ngành C 2015 - 2016 Ngành C 2017 - 2018 22 ... tài SKKN Hướng dẫn học sinh giải số tập tụ điện Hướng dẫn học sinh giải số tập định luật ôm áp dụng cho loại đoạn mạch Cấp đánh giá xếp loại (Phòng, Sở ) Kết đánh giá xếp loại (A,B C) Năm học. .. pháp giải dạng tập định luật bảo toàn Phải rèn cho học sinh lực tự đánh giá trình học tập em Khi giải tập tự luận, học sinh phải biết vận dụng kiến thức phương pháp giải để vận dụng giải tập cụ... rõ: Các em lúng túng việc tìm hướng giải tập định luật bảo toàn Kiến thức nắm chưa chắc: Học sinh đọc thuộc định luật áp dụng định luật Học sinh biết vận dụng định luật trường hợp vật chịu tác