Đang tải... (xem toàn văn)
bộ các câu hỏi bài tập hình thành năng lực cho học sinh biên soạn theo hướng phát triển năng lực pisa kết hợp stemp chương 1 vật lý 12 nâng cao. Ở đây bộ bài tập phân ra thành ba phần giúp hình thành năng lực đầy đủ 4 mức : nhận biết, thông hiểu, vận dụng và vận dụng bậc cao. Bài tập phong phú đa dạng, số lượng bài tập lực tế nhiều, bài tập giúp hình thành năng lực tự học, phát triển tư duy sáng tạo cũng chiếm số lượng lớn giúp đánh giá tốt quá trình hình thành năng lực ở học sinh.
Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng Khoa Vật lí & BÀI TẬP GIỮA KÌ Học phần : KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ GVHD : Nguyễn Bảo Hoàng Thanh SVTH : Thái Thị Thanh Thủy Lớp : 17SVL Đà Nẵng, 2020 1|Page Chương I: ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN (Lớp 12 nâng cao) A NĂNG LỰC VÀ BTVL HƯỚNG PTNL VẬT LÝ Bảng biểu cụ thể lực vật lí (Chương trình giáo dục phổ thơng mơn Vật lí theo Thơng tư số 32/2018/TT-BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 Bộ trưởng Bộ Giáo dục Đào tạo) Năng lực thành phần Nhận thức kiến thức vật lí Chỉ số hành vi K1: Nhận biết nêu đối tượng, khái niệm, tượng, quy luật, q trình vật lí Mơ tả mức độ thực chủ đề - 2|Page Nêu vật rắn Nêu chuyển động tịnh tiến vật rắn Nêu khái niệm tọa độ góc Nêu khái niệm tốc độ góc Nêu đơn vị đo tọa độ góc tốc độ góc Nêu momen qn tính chất điểm vật rắn - K2: Trình bày tượng, q trình vật lí; đặc điểm, vai trò tượng, q trình vật lí hình thức biểu đạt: nói, viết, đo, tính, vẽ, lập sơ đồ, biểu đồ - - - - - 3|Page Nêu khái niệm momen động lượng Nhận biết vật rắn quay có động Viết biểu thức tốc độ góc tọa độ góc Viết phương trình động lực học chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định Viết công thức liên hệ tốc độ góc tốc độ dài, gia tốc góc gia tốc dài điểm vật rắn Xác định vị trí vật rắn chuyển động quay quanh trục cố định Trình bày viết biểu thức momen qn tính Trình bày ý nghĩa momen qn tính vật rắn chuyển động quay Viết phương trình: Hiểu cách xây dựng phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố định Viết cơng thức tính momen - - - - Tìm từ khóa liên quan đến tượng chuyển động quanh quanh trục cố định: tốc độ góc, gia tốc góc, momen qn tính, momen động lượng, chuyển động tròn đều, … - Phân biệt chuyển động tịnh tiến với chuyển động quay vật rắn So sánh đại lượng tương ứng biểu thức động K3: Tìm từ khoá, sử dụng thuật ngữ khoa học, kết nối thơng tin theo logic có ý nghĩa, lập dàn ý đọc trình bày văn khoa học K4: So sánh, lựa chọn, phân loại, phân tích tượng, q trình vật lí theo tiêu chí khác - 4|Page động lượng: Hiểu momen động lượng đại lượng động học đặc trưng cho chuyển động quay vật quanh trục Phát biểu viết biểu thức định luật bảo toàn động lượng momen động lượng Viết cơng thức tính động vật rắn quay quanh trục Viết biểu thức định lý động vật rắn quay quanh trục Giải tập chuyển động quay động chuyển động tịnh tiến - K5: Giải thích mối quan hệ vật, tượng, q trình - Giải thích mối liên hệ gia tốc góc momen lực vật rắn chuyển động quay quanh trục cố định Giải thích gọi phương trình: phương trình chuyển động quay vật rắn K6: Nhận điểm sai chỉnh sửa nhận thức lời giải thích; đưa nhận định phê phán có liên quan đến chủ đề thảo luận K7: Nhận số ngành nghề phù hợp với thiên hướng thân Tìm tòi khám phá giới tự nhiên góc độ vật lí 5|Page P1: Đề xuất vấn đề liên quan đến vật lí: Nhận đặt câu hỏi liên quan đến vấn đề; phân tích bối cảnh để đề xuất vấn đề nhờ kết nối tri thức, kinh nghiệm có dùng ngơn ngữ để biểu đạt vấn đề đề xuất - Đề xuất phương pháp để đo tốc độ góc vòng quay rpm Đề xuất phương pháp đo thời gian chuyển động vật rắn (ví dụ đo thời gian chuyển động vật nặng treo ròng rọc - P2: Đưa phán đoán xây dựng giả thuyết: Phân tích vấn đề để nêu phán đốn; xây dựng phát biểu giả thuyết cần tìm hiểu P3: Lập kế hoạch thực hiện: Xây dựng khung logic nội dung tìm hiểu; lựa chọn phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, vấn, tra cứu tư liệu); lập kế hoạch triển khai tìm hiểu 6|Page vật chạm sàn, ) Đề xuất thí nghiệm kiểm chứng (ví dụ đề xuất thí nghiệm kiểm chứng: “Tại vị trí tác dụng lực vào vật rắn, tác dụng làm quay lực tỉ lệ thuận với độ lớn lực.”, “Với lực tác dụng, tác dụng làm quay lực tỉ lệ thuận với khoảng cách từ tâm quay đến giá lực.”, …) - Đưa phán đoán xây dựng giả thuyết thí nghiệm quan sát chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định - Lập kế hoạch thực thí nghiệm quan sát chuyển động quay vật rắn quay trục cố định Lập kế hoạch thực thí nghiệm kiểm chứng (ví dụ đề xuất thí nghiệm kiểm chứng: “Tại vị trí tác dụng lực vào vật rắn, tác dụng làm quay lực tỉ lệ thuận với độ lớn lực.”, “Với lực tác dụng, tác dụng làm quay lực tỉ lệ thuận với khoảng - cách từ tâm quay đến giá lực.”, …) - P4: Thực kế hoạch: Thu thập, lưu giữ liệu từ kết tổng quan, thực nghiệm, điều tra; đánh giá kết dựa phân tích, xử lí liệu tham số thống kê đơn giản; so sánh kết với giả thuyết; giải thích, rút kết luận điều chỉnh cần thiết P5: Viết, trình bày báo cáo thảo luận: Sử dụng ngơn ngữ, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt trình kết tìm hiểu; viết báo cáo sau trình tìm hiểu; hợp tác với đối tác thái độ tích cực tơn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá người khác đưa để tiếp thu tích cực giải trình, phản biện, bảo vệ kết tìm hiểu cách thuyết phục 7|Page - - - Thực thí nghiệm quan sát trực tiếp chuyển động quay vật rắn quay trục cố định Thực thí nghiệm kiểm chứng (ví dụ đề xuất thí nghiệm kiểm chứng: “Tại vị trí tác dụng lực vào vật rắn, tác dụng làm quay lực tỉ lệ thuận với độ lớn lực.”, “Với lực tác dụng, tác dụng làm quay lực tỉ lệ thuận với khoảng cách từ tâm quay đến giá lực.”, …) Trình bày số liệu đo đạc dạng bảng Giải thích kết đo Trình bày kết hoạt động nhóm hình thức: văn bản, báo cáo thí nghiệm P6: Ra định đề xuất ý kiến, giải pháp: Đưa định xử lí cho vấn đề tìm hiểu; đề xuất ý kiến khuyến nghị vận dụng kết tìm hiểu, nghiên cứu, vấn đề nghiên cứu tiếp Vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn V1: Giải thích, chứng minh vấn đề thực tiễn - Đề xuất ý kiến cá nhân q trình trao đổi thảo luận nhóm - Giải thích quy luật tự nhiên thời gian chuyển động tự quay quanh trục Trái Đất Giải thích chứng minh không cảm nhận tốc độ quay Trái Đất Giải thích chứng minh tàu neo cố định có chuyển động hay khơng? Chuyển động nào? Chu kì chuyển động bao nhiêu? Chứng minh giải thích thay đổi gia tốc góc bánh xe ta tác dụng lên vành bánh lực theo phương tiếp tuyến với vành bánh xe Giải thích nguyên lý hoạt động để phát âm từ đĩa CD ứng dụng người vào kĩ thuật Giải thích chế hoạt động - - - - 8|Page - - - - - 9|Page cọn nước Giải thích tác dụng mục đích động tác mà vận động viên thực nhảy từ ván cầu xuống nước Giải thích nguyên nhân mà chó khó bắt cáo Giải thích cáo sóc thường có lớn Giải thích lợi ích việc lấy đà trước nhảy xa Giải thích cá vùng biển nhiệt đới Ấn Độ Dương Đại Tây Dương không đổi hướng bay Giải thích diễn viên xiếc ngồi yên ngựa phi nhanh, nhảy lên cao, rơi xuống lại vào yên ngựa Giải thích quay quay nhanh khó đổ Giải thích trục quay Trái Đất không cố định mà xoay đảo xung quanh Hồng Cực Giải thích Trái Đất quay không ngừng - - - - - 10 | P a g e Giải thích tác dụng lực lên quay khiến quay quay tròn Giải thích mèo rơi từ cao xuống chân ln ln chạm đất trước Giải thích máy bay trực thăng lại có hệ thống hai cánh quạt Giải thích sàn quay tròn người chậm từ tâm ngồi biên sàn sàn quay chậm Giải thích tượng xảy ta treo bánh xe đạp lên trần sợi dây thừng buột đầu trục quay bánh xe Giải thích động tác quay nghệ sĩ trượt băng Giải thích nguyên lý hoạt động bánh đà Giải thích cách bánh đà lưu trữ lượng Giải thích chuyển hóa dạng lượng (ví dụ chuyển hóa từ hóa sang động năng, …) Trường hợp 1: hai đĩa lao đến phía – Trong mục Trolley Position before Impact phần mềm CASSY Lab chọn thứ tự bố trí 1-E-F-2 (approaching each other) – Đưa hai đĩa vị trí ban đầu hình dưới, theo thứ tự 1-E-F-2 ngược chiều kim đồng hồ – Bấm chuột vào nút →0← để quy 0, cho phép thực phép đo – Dùng hai tay đồng thời đẩy hai đĩa phía ngược nhau: đĩa theo chiều dương, đĩa theo chiều âm – Ghi giá trị ω1, ω2, ω1′, ω2′ vào bảng Trường hợp 2: đĩa đứng yên đĩa lao đến va chạm – Trong mục Trolley Position before Impact phần mềm CASSY Lab chọn thứ tự bố trí E-1-F-2 (trolley at rest) – Đưa hai đĩa vị trí ban đầu hình dưới, theo thứ tự E-1-F-2 ngược chiều kim đồng hồ – Bấm chuột vào nút →0← để quy 0, cho phép thực phép đo – Đẩy nhẹ đĩa phía chiều âm cho va chạm với đĩa đứng yên – Ghi giá trị ω1, ω2, ω1′, ω2′ vào bảng 117 | P a g e Trường hợp 3: đĩa đứng yên đĩa lao đến va chạm – Trong mục Trolley Position before Impact phần mềm CASSY Lab chọn thứ tự bố trí 1-E-2-F (trolley at rest) – Đưa hai đĩa vị trí ban đầu hình dưới, theo thứ tự 1-E-2F ngược chiều kim đồng hồ – Bấm chuột vào nút →0← để quy 0, cho phép thực phép đo – Đẩy nhẹ đĩa phía chiều dương cho va chạm với đĩa đứng yên – Ghi giá trị ω1, ω2, ω1′, ω2′ vào bảng Trường hợp 4: hai đĩa bị ép vào tay buông – Trong mục Trolley Position before Impact phần mềm CASSY Lab chọn thứ tự bố trí E-1-2-F (explosion) – Đưa hai đĩa vị trí ban đầu hình dưới, theo thứ tự E-12-F ngược chiều kim đồng hồ – Bấm chuột vào nút →0← để quy 0, cho phép thực phép đo – Dùng hai tay ép nhẹ hai đĩa vào với nhau, sau đột ngột thả hai tay cho hai đĩa xô đẩy – Ghi giá trị ω1, ω2, ω1′, ω2′ vào bảng Xử lí số liệu 118 | P a g e Ghi lại kết vào bảng Từ bảng tính giá trị lý thuyết vận tốc đĩa sau va chạm trường hợp đầu theo cơng thức: Còn trường hợp thứ cần kiểm tra đắn hệ thức: So sánh kết với thực nghiệm Bài tập 107: Đầu tiên cần lấy thông tin cấu trúc đĩa quay từ giảng viên Thêm bớt đĩa kim loại theo yêu cầu cho Đặt cảm biến E F theo miêu tả 119 | P a g e hình Cảm biến E đặt bên phải, cắm vào CASSY cổng bên trái Cảm biến F đặt bên trái, cắm vào CASSY cổng bên phải Chiều dương quy ước chọn theo hướng ngược chiều kim đồng hồ Thiết lập thí nghiệm Khởi động phần mềm CASSY Lab 2, khai báo cổng đầu vào cho cảm biến tròn màu đỏ hình Tại khung Settings (hình 6), khai báo biến số cần đo ω1, ω2, ω1′, ω2′, tương ứng với vận tốc góc đĩa trước sau va chạm Nhấp chuột vào biến số ω1 để xuất khung tuỳ chọn hình Cần thiết lập tham số sau đây: 120 | P a g e – Range: phạm vi cần đo chọn rad/s – Radius: chọn bán kính đĩa quay 0.1 m – Flag: chiều rộng cờ hiệu, quãng đường mà đĩa quét qua tia hồng ngoại cảm biến, thiết lập 17.5 mm Khảo sát va chạm mềm Sắp đặt cho hai mấu va chạm hút hình Ta tiến hành hai trường hợp va chạm Trường hợp 1: đĩa đứng yên đĩa lao đến va chạm – Trong mục Trolley Position before Impact phần mềm CASSY Lab chọn thứ tự bố trí E-1-F-2 (trolley at rest) – Đưa hai đĩa vị trí ban đầu hình dưới, theo thứ tự E-1-F-2 ngược chiều kim đồng hồ – Bấm chuột vào nút →0← để quy 0, cho phép thực phép đo – Đẩy nhẹ đĩa phía chiều âm cho va chạm với đĩa đứng yên – Ghi giá trị ω1, ω2, ω1′, ω2′ vào bảng Trường hợp 2: đĩa đứng yên đĩa lao đến va chạm – Trong mục Trolley Position before Impact phần mềm CASSY Lab chọn thứ tự bố trí 1-E-2-F (trolley at rest) – Đưa hai đĩa vị trí ban đầu hình dưới, theo thứ tự 1-E-2-F ngược chiều kim đồng hồ – Bấm chuột vào nút →0← để quy 0, cho phép thực phép đo – Đẩy nhẹ đĩa phía chiều dương cho va chạm với đĩa đứng yên – Ghi giá trị ω1, ω2, ω1′, ω2′ vào bảng Xử lí số liệu Ghi lại kết vào bảng Từ bảng tính giá trị lý thuyết vận tốc đĩa sau va chạm theo công thức: So sánh kết với thực nghiệm IV Động vật rắn quanh quanh trục cố định Bài tập 108: Cơng thức tính động vật rắn quay quanh trục cố định: Bài tập 109: Định lí biến thiên động vật rắn quay quanh trục cố định: Độ biến thiên động vật tổng công ngoại lực tác dụng vào vật: Bài tập 110: Momen qn tính cơng thức tính động quay đóng vai trò giống khối lượng cơng thức tính động tịnh tiến Bài tập 111: D Giải thích: Đĩa tròn có momen qn tính I khơng đổi quay quanh trục cố định với tốc độ góc ω Dựa vào cơng thức tính momen động lượng, L = Iω động quay ta nhận thấy giảm ω hai lần L giảm lần Wđ giảm lần Bài tập 112: D Giải thích: Theo định luật bảo toàn momen động lượng (*) - Lúc đầu đĩa quay với tốc độ góc , momen quán tính , đĩa đứng yên, suy động lúc đầu: - Lúc sau hai đĩa dính vào nhau, momen quán tính hệ đĩa (vì giả thiết đĩa có momen qn tính) Từ phương trình (*) suy Động hệ lúc sau: Bài tập 113: I= Momen qn tính ròng rọc: ω= Tốc độ góc ròng rọc: 1 mR2 = 2.0,1252 ≈ 0,016 kg.m2 2 30.2.3,14 = 3,14 rad/s 60 Động quay ròng rọc: W®= Iω2 ≈ 0,079 J Bài tập 114: I= Momen quán tính bánh xe: 1 mR2 = 4.0,52 = 0,5 kg.m2 2 M = Iγ ⇒ γ = Gia tốc góc bánh xe: M 10 = = 20 rad/s2 I 0,5 Tốc độ góc: ω = γt = 20.5 = 100 rad/s W®= Động quay bánh xe sau 5s là: I ω = 0,5.1002 = 2,5 kJ 2 Bài tập 115: ω1 = L 10 = = 20 rad/s I 0,5 ω2 = L2 = = 10 rad/s I 0,5 Tốc độ góc lúc đầu: Tốc độ góc lúc sau: A= Áp dụng định lí động năng, cơng ngoại lực: ( ) 1 I ω12 − ω 22 = 0,5.( 400− 100) = 75 J 2 Bài tập 116: C Bài tập 117: B W®= Động hệ lúc đầu: Iω 21 ω1I1 = ( I1 + I ) ω = Theo định luật bảo tồn động lượng, tốc độ góc hệ lúc sau là: I1ω ⇒ ω = ω1 Động hệ lúc sau: Vậy: 1 2 Ws = ( I1 + I ) ω = I1. ω1÷ = I1ω12 2 3 Ws 2 = ⇒ Ws = W® W® 3 Bài tập 118: W®2 = W®1 1 ⇒ I 2ω 22 = I1ω12 ⇒ I 2ω22 = I1ω12 Theo định luật bảo toàn động lượng: ω2 = Suy ra: I 2ω = I1ω1 ω1 15 = = rad/s 3 Bài tập 119: C Giải thích: I= Momen quán tính sàn: 1 mR2 = 50.4 = 100 kg.m2 2 M = F.R = I γ ⇒ γ = Từ phương trình động lực học, ta có gia tốc góc: F.R 40.2 = = 0,8 rad/s2 I 100 Tốc độ góc sàn: ω = γt = 0,8.2 = 1,6 rad/s W®= Động sàn: Iω = 100.1,62 = 128 J 2 Bài tập 120: C Giải thích: W®tt = Động chuyển động tịnh tiến đĩa: W®q = Động chuyển động quay đĩa: I ω = mR2ω 2 W®= W®tt + W®q = Động tồn phần đĩa: mvG = mR2ω 2 mR2ω W®tt Ta có tỉ số: = W® Bài tập 121: C Giải thích: Bánh đà có I = 2,5 kg quay với ω=8900 rad/s Đông quay bánh đà: J Bài tập 122: C Giải thích: Hai vật A B có động quay với tốc độ góc Ta có: Suy ra: Bài tập 123: Đổi 60 kJ = 60 kJ Bánh đà quay nhanh dần từ trạng thái nghỉ Khi t = 5s có tốc độ góc rad/s động quay kJ Gia tốc góc Momen qn tính bánh đà: Bài tập 124: B Bài tập 125: D Bài tập 126: D Giải thích: Theo định luật bảo tồn momen động lượng (*) - Lúc đầu đĩa quay với tốc độ góc , momen qn tính , đĩa đứng yên, suy động lúc đầu: - Lúc sau hai đĩa dính vào nhau, momen quán tính hệ đĩa (vì giả thiết đĩa có momen qn tính) Từ phương trình (*) suy Động hệ lúc sau: Bài tập 127: Bánh đà bánh xe nặng cần nhiều lực để quay trục Khi bánh xe chuyển động tốc độ cao, tiếp tục quay trừ bạn dừng cách tác dụng lực mạnh Khi quay, bảo tồn lượng lớn động mà sau sử dụng để cung cấp lượng cho xe máy móc thời điểm khởi động động tăng tốc Bài tập 128: Bạn so sánh với chế pin học Trong pin lưu trữ lượng dạng hóa học, bánh đà bảo toàn lượng dạng chuyển động động xác Một bánh đà lưu trữ nhiều lượng quay với tốc độ cao có momen qn tính cao hơn, có nghĩa cồng kềnh Tuy nhiên, ln hoạt động tốt bạn quay nhanh thay tăng khối lượng Ví dụ, bánh xe tạo lượng gấp đôi so với bánh xe nặng nửa, với điều kiện hai quay với tốc độ Mặt khác, quay bánh xe nhẹ nhanh gấp đôi tăng gấp bốn lần lượng dự trữ Vì lý này, tốt hết sử dụng bánh xe nhẹ hơn, tốc độ cao đơn vị có trọng lượng lớn Ngồi ra, bánh đà nhỏ gọn có ý nghĩa thiết thực xe đua chúng cần phải nhẹ để chạy tốc độ cao Bài tập 129: Hóa chuyển thành động năng, lượng chuyển động, q trình khơng hiệu hồn toàn sản sinh nhiệt người đạp xe Bài tập 130: Động chuyển động người đạp xe xe đạp chuyển đồi thành dạng khác Ví dụ, người đạp xe gặp phải đồi đủ cao để đạp lên, xe đạp hoàn toàn dừng đỉnh Động phần lớn chuyển thành trọng trường mà giải phóng xuống dốc mà khơng đạp phía bên đồi Vì xe đạp phần lượng cho ma sát, khơng lấy lại tốc độ mà khơng đạp Năng lượng khơng bị đi; chuyển thành dạng khác ma sát Ngồi người đạp xe nối dynamo tới bánh để phát chút điện xuống Chiếc xe đạp di chuyển chậm chân đồi so với dynamo phần lượng chia thành điện Một khả khác người đạp xe bóp thắng, trường hợp động giải phóng qua ma sát dạng nhiệt Như đại lượng vật lý khác phụ thuộc vào vận tốc, động vật phụ thuộc vào mối quan hệ vật hệ quy chiếu quan sát viên Do đó, động vật bất biến Bài tập 131: Với: momen quán tính vật rắn trục quay + Động vật rắn quay quanh trục tổng động tất phần tử tạo nên vật; đo nửa tích số momen quán tính vật bình phương vận tốc góc vật trục quay - Đơn vị Wđ (J) + Cùng lớn lớn => Bài tập 132: + Phân tích đưa dự đốn cho tốn: - Khi vận động viên thay đổi tư momen quán tính trục quay người thay đổi Vì tổng momen ngoại lực tác dụng lên hệ 0, nên momen quán tính người trục quay giảm theo định luật bảo tồn momen động lượng tốc độ góc lúc cuối người tăng + Tiến hành giải toán: - Động lúc đầu: J Theo định luật bảo toàn momen động lượng: => Động lúc cuối là: J .. .Chương I: ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN (Lớp 12 nâng cao) A NĂNG LỰC VÀ BTVL HƯỚNG PTNL VẬT LÝ Bảng biểu cụ thể lực vật lí (Chương trình giáo dục phổ thơng mơn Vật lí theo Thông tư số 32/2 018 /TT-BGDĐT... đáp án đứng theo u cầu tốn Mã hóa tập: Bài tập 11 (K2, K4; 1b B) Bài tập 12 : Vật rắn quay quanh trục cố định Az P0 mặt phẳng cố định, P mặt phẳng động gắn với vật quay với vật Khi vật rắn quay... | P a g e Vật rắn gì? Năng lực vật lý: Câu hỏi giúp học sinh hình thành lực K1 HS nêu khái niệm kiến thức học lớp 10 Cụ thể câu hỏi HS nêu khái niệm vật rắn Mã hóa tập: Bài tập (K1; 1a A) Bài