Ưu điểm của phương pháp năng lượng trong việc giải các bài toán cơ học

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT MƯỜNG LÁT *** *** *** SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ƯU ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP NĂNG LƯỢNG TRONG VIỆC GIẢI CÁC BÀI TOÁN CƠ HỌC Người thực hiện: Đỗ Thị Cúc Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lý THANH HÓA NĂM 2017 MỤC LỤC Mở đầu.……………… ……………………………………….……… … …2 1.1 Lý chọn đề tài ……………………………………………….….… 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài…… …………………… …… …2 1.3 Đối tượng nghiên cứu…………… …………………………… … 1.4 Phương pháp nghiên cứu… …………………………… ……… … 2 Nội dung nghiên cứu………………………….……………….………… … 2.1 Cơ sở lý thuyết……………………………………………………………… 2.1.1 Định luật II Niu tơn………………………… ………….………… 2.1.2 Động năng……… …………………………………….……… … 2.1.3 Thế năng…………… ……………………….……………………… 2.1.4 Cơ năng…………… ……………………………………….……… 2.1.5 Định luật bảo tồn chuyển hóa lượng ……………… ….… 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các giải pháp thực hiện…………………………………………………….…3 Dạng 1: Áp dụng định lý động năng:….……………………………… Dạng 2: Áp dụng định luật bảo toàn năng:… … …………… …… ….7 Dạng 3: Áp dụng định luật bảo toàn lượng:… …….……………… 14 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm………………………………… ……15 Kết luận kiến nghị:…………………………………………………… … 15 Tài liệu tham khảo………………………………….…………… …………… 17 Danh mục đề tài sáng kiến kinh nghiệm hội đồng đánh giá xếp loại cấp sở GD&ĐT xếp loại từ C trở lên………………………… …… 18 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong trình học tập, giải tập khâu khơng thể thiếu Với hình thức thi trắc nghiệm nay, việc chọn cách giải để tới kết nhanh điều quan trọng Đã có nhiều tài liệu tham khảo viết việc giải toán học phương pháp động lực học Cách giải hay cho thấy chất tượng Tuy nhiên dài dễ áp dụng trường hợp lực tác dụng không đổi, chuyển động biến đổi với quỹ đạo có dạng đặc biệt: thắng, tròn, parapol (chuyển động vật bị ném ) Còn trường hợp khác: lực tác dụng biến thiên, quỹ đạo …thì phương pháp động lực học gặp khó khăn Trong trường hợp lý thuyết lượng giúp ta giải toán học thuận lợi Tuy chưa có tài liệu viết sâu vấn đề Vì tiến hành nghiên cứu đưa đề tài “ ưu điểm phương pháp lượng việc giải tốn học” 1.2 Mục đích nghiên cứu đề tài - Đề tài so sánh rõ cho học sinh, đồng nghiệp thấy hay, ngắn gọn phương pháp lượng tốn học cụ thể, từ có sức thuyết phục họ - Đề tài đặc điểm toán để đưa dạng cho phù hợp giúp học sinh có nhìn tổng quan phân loại tập tốt 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Các tập phần học 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phân tích: phân tích đặc điểm toán dạng cụ thể - So sánh: giải toán hai phương pháp: động lực học phương pháp lượng từ hay, ngắn gọn phương pháp lượng NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Định luật II Niu tơn: Gia tốc vật hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn lực tỉ lệ nghịch với khối lượng vật F ma Chiếu lên trục tọa độ: Fx=max ; Fy= may ; 2.1.2 Động năng: Fz = maz - Động dạng lượng vật có chuyển động Wđ = mv - Định lí động năng: Độ biến thiên động công ngoại lực tác dụng 1 mv  mvo2  A ngoại lực 2 2.1.3 Thế năng: - Thế trọng trường: Wt =mgz - Thế đàn hồi: Wt = k l 2.1.4 Cơ năng: - Cơ tổng động vật: W= Wđ+Wt - Định luật bảo toàn năng: Cơ vật chịu tác dụng lực bảo toàn - Định lý biến thiên năng: độ biến thiên công lực không thế: W2-W1=  Alực không 2.1.5 Định luật bảo tồn chuyển hóa lượng: - Trong hệ kín, có chuyển hóa lượng từ dạng sang dạng khác, từ vật sang vật khác, lượng tổng cộng không đổi: E1 = E2 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trong chương trình vật lý 10, tập phần học chiếm lượng lớn khó, học sinh Mường Lát đa số đối tượng yếu kém, ý thức tự học nhà chưa cao nên việc huy động kiến thức tổng hơp để giải toán học phương pháp động lực học điều khó khăn Thêm vào phương pháp dài khơng phải tốn giải dễ dàng ( trình bày phần lý chọn đề tài) khơng phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm Bài toán học đa dạng, học sinh lại yếu nên đứng trước tốn em khơng biết dùng cơng thức gì, định luật cho phù hợp Với giải pháp mà đưa hi vọng thực trạng cải thiện 2.3 Các giải pháp thực Sau tơi đưa số tập điển hình, giải phương pháp: động lực học lượng, so sánh để thấy tính ưu việt phương pháp lượng Đồng thời phân loại tập, nêu đặc điểm cách giải loại để em có nhìn tổng quan tập phần Dạng 1: Áp dụng định lý động năng: - Động năng: Wđ= mv2 - Định lý động năng:  Wđ= Wđ2 – Wđ1=  Angoại lực +Cơng thức tính cơng: A=Fs.cos  ( với F lực không đổi) +Ngoại lực: lực cản, lực ma sát, trọng lực, phản lực…Trong đó:  Ln có công phản lực AN =0;  công trọng lực tính cơng thức: Ap= Wt1-Wt2=mg(h1-h2) Đặc điểm: - Thường áp dụng để làm toán liên quan đến cơng - Có thay đổi vận tốc tác dụng ngoại lực Chú ý: Khi áp dụng định lý động cần xác định được: - Vận tốc lúc đầu, lúc sau (từ xác định động tương ứng) - Tất ngoại lực xác định ngoại lực không sinh cơng VD1: Một búa khối lượng 2kg đóng đinh vào gỗ Vận tốc búa lúc chạm đinh 10m/s Sau lần đóng đinh ngập sâu vào gỗ 1cm Coi lực cản gỗ lên đinh không đổi; bỏ qua tác dụng trọng lực so với lực cản bỏ qua khối lượng đinh so với búa Tính cơng lực cản gỗ tác dụng lên đinh lần đóng Giải: Phương pháp động lực học (1) Áp dụng công thức: V2-Vo2=2as  a= V  Vo2  10 = =5000(m/s2) 2.0,01 2s Bỏ qua tác dụng trọng lực Lực cản gỗ: Fc=ma=2.5000=104 (N) Công lực cản: A=Fc.s.cos  =104.0.01.cos180o= -100(J) Phương pháp lượng (2) 1)Phân tích tượng: - Có thay đổi vận tốc: Vận tốc đầu vo=10m/s, vận tốc sau v=0m/s - Bỏ qua tác dụng trọng lực đinh nên ngoại lực gồm lực cản 2) Giải: Áp dụng định lý động năng: 1 Ac  mv  mvo2 2 Ac  2.10  100( J ) Phương pháp (2) nhanh! VD 2: Một bi nặng 50g rời khỏi tay em bé có vận tốc 5m/s chuyển động mặt đất nằm ngang, độ nhẵn không đồng Sau 2m, vận tốc 1m/s Tính cơng lực ma sát qng đường Giải: Phương pháp động lực học (1) Trong công thức: A=Fs.cos  : 1) Phương pháp lượng (2) Phân tích tượng: F=Fms thay đổi khơng có quy luật  HS khơng giải - Có thay đổi vận tốc Ngoại lực: N , P , Fms Trong N , P vng góc với qng đường dịch chuyển nên không sinh công 2) Giải: Áp dụng định lý động năng: AFms= 2 mv  mv0  0,05(12  )  0,6( J ) 2 VD3: Từ mặt đất người ta ném đá khối lượng 50g theo phương xiên góc, với vận tốc đầu 18m/s Khi rơi trở lại mặt đất vận tốc 17m/s Tính cơng lực cản Giải: Phương pháp động lực học (1) Phương pháp lượng (2) Trong công thức: A=Fs.cos  : 1) Phân tích tượng: - Có thay đổi vận tốc  F=Fc biến đổi liên tục (do Fc - Ngoại lực: trọng lực, lực cản Nhưng phụ công trọng lực Ap =mg(h1 – h2)=0 thuộc v mà v biến đổi liên tục) 2) Giải tốn:  s khơng có hình dạng đặc Chọn mốc mặt đất biệt Áp dụng định lý động ta có:  HS khơng làm Wđ2-Wđ1= Ap +Ac = Ac= 1 m(v s2  vt2 )  0,05.(17  18 ) = -0,875(J) 2 BÀI TẬP: Bài 1: Viên đạn khối lượng 60g bay khỏi nòng súng với vận tốc 600m/s Biết nòng súng dài 0,8m a) Tính lực đẩy trung bình thuốc súng b) Sau viên đạn xuyên qua gỗ dày 30cm, vận tốc giảm 10m/s Coi động đạn trước đâm vào gỗ khơng đổi Tính lực cản trung bình gỗ Giải: 1) Phân tích tương: a) -Vận tốc viên đạn biến thiên ( ban đầu: 0, khỏi nòng súng: 600m/s ) - Ngoại lực: Lực đẩy thuốc súng b) - Vận tốc biến thiên: ban đầu 600m/s, khỏi gỗ 10m/s - Ngoại lực: lực cản gỗ (Vì trọng lực đạn