SKKN KINH NGHIỆM bồi DƯỠNG học SINH GIỎI DẠNG bài tập cân BẰNG vật rắn vật lý lớp 10

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT THIỆU HÓA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI: KINH NGHIỆM BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI DẠNG BÀI TẬP CÂN BẰNG VẬT RẮN VẬT LÝ LỚP 10 Người thực hiện: Đỗ Đình Tuân Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực mơn: Vật lý THANH HĨA NĂM 2019 MỤC LỤC STT NỘI DUNG I MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SKKN II NỘI DUNG 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.2 BÀI TẬP MINH HỌA 2.3 BÀI TẬP THAM KHẢO 2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM III KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO TRANG 2 2 3 3 15 18 18 19 I MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong q trình giảng dạy vật lý thân tơi tâm đắc làm để giúp học sinh nắm kiến thức nâng cao yêu cầu thiết thực mà giáo viên cần phải quan tâm, nghiên cứu Theo kinh nghiện thân: điều giáo viên phải làm tạo thái độ động học tập đắn, tích cực cho học sinh, để có điều giáo viên phải giúp học sinh nắm vững kiến thức sách giáo khoa, biết phân loại phương pháp giải tập cho phù hợp Thực tế, chương trình vật lý lớp 10 có nội dung tương đối khó, nhiều học sinh nói chung, có nhiều dạng nhiều phương pháp giải khác Khi giảng dạy học sinh nhiều năm chương ‘‘cân vật rắn’’ nhận thấy khả tiếp thu em chậm, đến tiết ôn thi học sinh thường cảm thấy không tự tin lúng túng việc tiếp thu kiến thức giải tập Riêng với mơn Vật lí, đổi phương pháp dạy học khắc phục phương pháp truyền thụ chiều, rèn luyện thói quen, nếp sống tư sáng tạo người học Để thực nhiệm vụ cần phải bồi dưỡng cho học sinh phương pháp học tập để phát triển tư nhận thức kỹ vận dụng kiến thức vào thực tế Muốn nâng cao chất lượng học tập mơn vật lí phải có nhiều yếu tố đồng hành việc áp dụng phương pháp hướng dẫn giải tập vật lý đóng vai trò quan trọng Trong q trình giải mơn vật lí lớp 10 nói chung tập phần “ cân vật rắn ” nói riêng Việc định hướng cho em giải tập cần thiết, nhằm giúp cho em làm quen với việc giải tập dạng dạng nâng cao để thi tốt kì thi học sinh giỏi … Với lí mà tơi nghiên cứu viết đề tài “Kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi chương cân vật rắn vật lý 10” Với biện pháp này, đề tài giúp học sinh có thái độ học tập tích cực hơn, tự vận dụng vấn đề cách sáng tạo hơn, từ học sinh cảm thấy say mê học mơn vật lí 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU + Phân loại dạng cân vật rắn, chia dạng tập phù hợp + Đưa cách giải xác cho tốn “cân vật rắn” + Chỉ sai lầm mà học sinh dễ mắc phải giải toán “cân vật rắn” từ hướng dẫn học sinh cách giải xác + Tạo tập tài liệu phục vụ thân, đồng nghiệp em học sinh lớp 10 q trình ơn thi HSG cấp Tỉnh 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG 1.3.1 Đối tượng sử dụng đề tài: + Giáo viên dạy môn Vật lý lớp 10 tham khảo để hướng dẫn học sinh giải tập, đặc biệt q trình ơn thi HSG cấp tỉnh + Học sinh học lớp 10 luyện tập để kiểm tra, thi HSG cấp tỉnh 1.3.2 Phạm vi áp dụng: Chương Cân vật rắn Vật lý lớp 10 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hệ thống công thức, kiến thức liên quan phương pháp giải cho dạng Tập hợp tập điển hình sách giáo khoa, sách tập, tài liệu tham khảo, đề thi HSG cấp tỉnh tỉnh toàn quốc Có hướng dẫn giải đáp số tập minh họa để em học sinh kiểm tra so sánh với giải 1.5 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA SKKN + Học sinh thường lúng túng gặp tập cân vật rắn khơng biết thuộc dạng nào, dùng phương pháp Vì tơi phân dạng cụ thể, rõ ràng để em nhận biết từ đưa phương pháp giải xác + Phần khó cân vật rắn tập cân tổng quát vật rắn có trục quay cố định, trục quay tức thời, em thường khơng biết cách phân tích lực (phương, chiều) tác dụng lên vật rắn nên lúng túng cách giải Trong sáng kiến cho em cách phân tích lực tác dụng lên vật rắn cách xác, đầy đủ đưa phương pháp giải cho dạng cân để em dễ dàng nắm bắt làm tập + Cung cấp cho học sinh quy tắc phân tích phản lực tác dụng trục quay: - Nếu trục quay cố định (bản lề) phản lực trục quay có phương qua điểm đồng quy lực tác dụng lên vật - Nếu trục quay tức thời (vật tựa vào tường) phản lực tác dụng trục quay có phương vng góc với mặt phẳng tiếp xúc II NỘI DUNG 2.1 CƠ SỞ LÍ LUẬN 2.1.1 Phân dạng cân vật rắn Cân vật rắn chia thành dạng: + Cân vật rắn chịu tác dụng lực không song song + Cân vật rắn có trục quay cố định + Điều kiện cân tổng quát vật rắn 2.1.2 Điều kiện cân vật chịu tác dụng lực không song song là: F  F  F 0 (1)  F  F  F (2) Vậy lực thỏa mãn: đồng phẳng (cùng mặt phẳng), đồng quy, hợp lực cân với lực thứ F 12 Phương pháp giải: Với trường hợp vật cân chịu tác dụng lực không song song F1 Cách 1: Từ phương trình (2) ta tổng hợp lực F , F F 12 F theo quy tắc hình bình hành, ta có F 12 = - F  F 12  F  F12  F3 Ta có  Từ giản đồ véc tơ sử dụng hàm số cos sin tam giác ta tính toán kết toán F3 Cách 2: chọn hệ trục tọa độ oxy phù hợp, sau chiếu phương trình (1) lên ox, oy Ta được: F1x + F2x + F3x = F1y + F2y + F3y = Giải hệ phương trình ta kết toán 2.1.3 Cân vật rắn có trục quay cố định a) Định nghĩa momen lực : Là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm vật quay lực Biểu thức : M  F.d ( đơn vị : N.m ) u r Trong : F độ lớn lực tác dụng F uur d cách tay đòn F1 Cánh tay đòn khoảng cách từ trục quay đến giá lực r dFr  AB.sin  cách tay đòn lực F1 r dFr  AC.sin  cách tay đòn lực F2 uur F2 b) Điều kiện cân bằng: M = M’ M tổng mô men lực làm cho vật quay chiều kim đồng hồ M’ tổng mô men lực làm cho vật quay ngược chiều kim đồng hồ Phương pháp: Xác định độ lớn lực làm vật quay chiều kim đồng hồ cánh tay đòn chúng F1, d1 ; F2, d2 ; ; Fn, dn Xác định độ lớn lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ cánh tay đòn chúng F1’, d1’ ; F2’, d2’ ; ; Fn’, dn’ Từ điều kiện cân ta có : F1.d1 + F2.d2 + + Fn.dn = F1’.d1’ + F2’.d2’ + + Fn’.dn’ d A urC  B d F 2.1.4 Điều kiện cân tổng quát vật rắn Phương pháp: +) Phân tích lực tác dụng vào vật +) Xác định vị trí trục quay vật +) Điều kiện để vật không chuyển động tịnh tiến  F 0 (1) (tổng hợp lực tác dụng vào vật 0) +) Điều kiện để vật không quay M = M’ (2) M tổng Momen lực vật quay theo chiều kim đồng hồ M’ tổng Momen lực vật quay ngược chiều kim đồng hồ +) Từ phương trình (1) (2) ta giải kết tốn 2.2 CÁC VÍ DỤ MINH HỌA 2.2.1 Ví dụ minh họa dạng cân vật chịu tác dụng lực không song song Bài 1: Một vật có khối lượng 3kg treo hình vẽ,thanh AB vng góc với tường thẳng đứng, CB lệch góc 600 C 120 A B so với phương ngang Tính lực căng dây BC áp lực AB lên tường hệ cân Lấy g  10m / s2 Giải: Ta có P = mg = 3.10=30 (N) Cách 1: Biểu diễn lực hình vẽ Theo điều kiện cân ur ur � ur ur ur ur ur P ��T � T BC  T AB  P  � P  T  � � �P  T với T T AB  T BC Từ giản đồ véc tơ ta có: cos30  � TBC  P cos30 sin300   30 T P  TBC TBC ur C ur T Tur T AB 300 BC A B ur P  20 3(N) TAB � TAB  sin300.TBC  20  10 3(N) TBC Cách 2: Chọn hệ quy chiếu Oxy hình vẽ Theo điều kiện cân bằng: ur ur ur T BC  T AB  P  Chiếu theo Ox: - TAB + TxBC =  TAB = TBC.sin300 Chiếu theo Oy: TyBC  P  � cos300.TBC  P � TBC  P cos30  30  20 3(N ) Thay vào ( ) ta có : TAB  20  10 3(N) y ur uC r urT yBC 0Tur BC 30 A T ABB urT xBC x P Bài 2: Cho vật có khối lượng kg treo hình vẽ, có bán kính 10 cm Với dây treo có chiều dài 20 cm Xác định lực căng dây lực tác dụng vật lên tường Lấy g  10m / s2 Giải: Ta có P = mg = 6.10=60 (N) sin   R 10   �   300 l 20  Tur Cách 1: Biểu diễn lực hình vẽ Theo điều kiện cân r ur � ur uu r ur r ur F ��T � T  N  P  0� F  T  � � �F  T  ur P uruur FN P P 60 �F    40 3(N) � T  40 3(N) F Cos300 N Sin300  � N  F.Sin300  40  20 3(N) F Cos300  Cách 2: Chọn hệ quy chiếu Oxy hình vẽ Phân tích hình vẽ Theo điều kiện cân ur ur ur uu r ur T OB thành ur uur x u Tx O N (1) Chiếu theo Oy: P Cos30  60 ur P  40 3(N) u r T uur Ty Chiếu theo Ox: Ty  P  � Cos300.T  P � T  ur ur T x ,T y y Tx  Ty  P  N  Tx  N  � T.Sin300  N hai lực Thay vào ( ) ta có: N  40  20 3(N ) Bài 3: Thanh nhẹ AB nằm ngang gắn vào tường A, Đầu B nối với tường dây BC khơng dãn.Vật có khối lượng m = 1,2 kg treo vào B dây BD Biết AB = 20cm, AC = 48cm.Tính lực căng dây BC lực nén lên AB Giải: Ta có P = mg = 1,2.10=12(N) cos   CA CA 48 12    ; tan   AB  20  ; sin   AB  20  2 CB 52 13 AC 48 12 CB 52 13 CA  AB u r C T uur  A ur Bur N F Cách 1: Biểu diễn lực hình vẽ Theo điều kiện cân r uu r � ur uu r ur r uu r F ��N � T  N  P  0� F  N  � � �F  N P P 12 cos   � T    13  N  T cos  12 13 F tan   � N  F  P tan   12   N  P 12 P Cách 2: Chọn hệ quy chiếu Oxy unhư hình vẽ r ur ur Phân tích TOB thành hai lực T xOB ,T yOB hình kiện cân ur uu r ur TN P  ur ur uu r u r � Tx  Ty  N  P  Chiếu theo Ox: N  Tx  � N  Tx � N  sin .T (1) Chiếu theo Oy: y ur urvẽTheo điều B T T uur y x  u r N O A Tur x P Ty  P  � cos.T  P � T  Thay vào ( ) ta có : N  P 12   13(N ) cos  12 13 13  5 N  13 Bài 4: Vật có khối lượng m = 1,7kg dược treo trung điểm C dây AB hình vẽ.Tìm lực căng dây AC, BC theo  Áp dụng với   300   600 Trường hợp dây dễ bị đứt hơn?   Giải: Ta có P  mg  1, 7.10  17  N  ur u r Trọng lực P ,lực căng T1 dây AC lực căng T2 dây BC Các lực đồng quy O ur ur ur r Điều kiện cân bằng: P  T1  T  T1x  T2x  � Chiếu (1) lên Oxvà Oy: � ur ury ur T 1yT  ur y � T1y  T2y  P  � � T1.cos  T2.cos  � T1  T2 �� 1x T1.sin   T2.sin   P  � P � T1  T2  2.sin  � Khi  300 :T1  T2  17N � Áp dụng � Khi  600 :T1  T2 �10N � Ta thấy  nhỏ T1 T2 lớn dây dễ bị đứt Tur ur T x T Our T 2x P 2.2.2 Ví dụ minh họa dạng cân có trục quay cố định Bài 1: Một kim loại đồng chất AB dài 2m có tiết diện khối lượng 2kg Người ta treo vào đầu A vật có khối lượng 5kg, đầu B vật có khối lượng 1kg Hỏi phải đặt giá đỡ điểm O cách đầu A khoảng để cân Giải: Ta có: P  mg  2.10  20 N  ;PA  mA g  5.10  50 N  ;PB  mB.g  1.10  10 N  Theo điều kiện cân Momen lực: MA = MP + MB � PA OA  P.OG  PB OB AG = GB = 1m OG = AG – OA = – OA OB = AB – AO = – OA � 50 OA = 20 (1- OA) + 10( – OA ) � OA = 0,5m A O ur PA ur P Bài 2: Thanh nhẹ OB quay quanh truc O Tác dụng lên F1 F2 đặt A B Biết lực B ur PB u r F lực O ur A  B F2 F1=20 N , OA=10 cm , AB=40 cm Thanh cân , lực F1 F2 hợp với AB góc  β Tính F2 : a =β=90o b =30o ; β=90o c =30o ; β=60o Giải: Theo điều kiện cân Momen lực M Fr1  M Fr � F1.dF  F2.dF � F1.OB.sin   F2.OA.sin  d uFur1 Mà OB = OA + AB =50 ( cm ) a Khi =β=90o ta có O ur A  B d uur � 20.0,5.sin900  F2.0,1.sin900 � F2  100 N  b Khi =30o ; β=90o ta có F2 � 20.0,5.sin300  F2.0,1.sin900 � F2  50 N  c Khi =30 ; β=60 ta có o o � 20.0,5.sin300  F2.0,1.sin600 � F2  100 Giải: Theo điều kiện cân Momen lực M Fr  M Pur Với dF  R  h ; � R  h  R   R  h  � 2 R  h   R 2   qua P Theo ta có: F  P � R � h �  R  h  R � �� �� �  R  h   R � R � � h � ur F ur Fd R Fd ur P � F.dF  P.dP F2 N Bài 3: Để đẩy thùng phy nặng có bán kính R=30cm vượt rbậc thềm cao h