TC-pp dong luc hoc

Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà NS: 4/11/2008 Chủ đề: PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC I.MỤC TIÊU 1.Kiến thức - Viết được phương trình Niutơn đối với vật và hệ vật dưới dạng vectơ - Chọn và chiếu các phương trình vectơ lên phương đó - Từ đó tìm kết quả bài toán bằng cách giải phương trình hoặc hệ phương trình. - Đối với bài toán chuyển động tròn đều cần hướng dẫn cho học sinh xác đònh F ht 2. Kó năng - Phân tích lực tác dụng lên vật - Tính toán II.CHUẨN BỊ 1.Giáo viên: Các dạng bài tập 2.Học sinh: Ôn tập lại các kiến thức của chương II III.TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC A. NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC (xem bài 10,11,12,13 SGK) Phương pháp động lực học là phương pháp khảo sát chuyển động cơ của các vật dựa trên cơ sở các đònh luật Niutơn. PPĐLH bao gồm các bước cơ bản sau: Bước 1: Xác đònh đầy đủ các lực tác dụng lên vật hay hệ vật. Với mỗi lực xác đònh càn chỉ rõ điểm đặt, phương, chiều, độ lớn. Bước 2: Chọn hệ trục toạ độ làm hệ quy chiếu để khảo sát chuyển động (thường chọn hệ trục toạ độ song song với phương chuyển động của vật, nên chọn một trục toạ độ song song với nhiều lực tác dụng .) Bước 3: Viết phương trình Nitơn cho vật hoặc hệ vật (dạng vectơ) Vật: ∑ = Fam Hệ vật:      = = ∑ ∑ 2 2 2 1 1 1 Fam Fam Bước 4: Chiếu các phương trình vectơ lên các trục toạ độ đã chọn Bước 5: Khảo sát các phương trình chuyển động theo từng phương của từng trục toạ độ * Lưu ý: Đối với hệ nhiều vật người ta phân biệt: + Nội lực là những lực tương tác giữa các vật trong hệ + Ngoại lực là các lực do các vật bên ngoài hệ tác dụng lên vật trong hệ B. KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA MỘT VẬT Bài 1: Một vật nhỏ có khối lượng m chuyển động theo trục Ox (trên một mặt ngang), dưới tác dụng của lực F nằm ngang có độ lớn không đổi. Xác đònh gia tốc chuyển động của vật trong 2 trường hợp: a) Không có ma sát b) Hệ số ma sát trượt trên mặt nằm ngang bằng t μ 1 Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Đọc đề, tóm tắt và phân tích - Nêu các bước giải bài toán động học y N a F x O ms F - Chọn hệ trục toạ độ: Ox nằm ngang, Oy thẳng đứng hướng lên - Các lực tác dụng lên vật: Lực kéo F , lực ma sát ms F , trọng lực P , phản lực N - Phương trình Niutơn dưới dạng vectơ: NPFFam ms +++= (1) - Chiếu (1) lên trục Ox: ma = F - F ms (2) - Chiếu (1) lên trục Oy : 0 = -P + N (3) - Từ (3) =>P = N và F ms = t μ N = t μ P= t μ mg - Thay F ms vào (2) ta được : m mgμF m FF a tms − = − = - Khi không có lực ma sát : m F a = - Yêu cầu HS đọc, tóm tắt và phân tích đề - Yêu cầu HS nêu các bước để giải bài toán động học - Cần chọn hệ trục toạ độ như thế nào để thuận tiện cho việc tính toán? - Các lực tác dụng lên vật gồm những lực gì? - Yêu cầu HS viết phương trình Niutơn cho vật - Chiếu phương trình này lên trục Ox ta được biểu thức nào? - Chiếu phương trình này lên trục Ox ta được biểu thức nào? - Từ đó suy ra biểu thức tính lực ma sát - Thay F ms vào (2) suy ra biểu thức tính gia tốc a Bài 2: Một vật nhỏ khối lượng m chuyển động theo trục Ox trên mặt phẳng nằm ngang dưới tác dụng của lực kéo F theo hướng hợp với Ox góc α > 0. Hệ số ma sát trượt trên mặt ngang bằng t μ . Xác đònh gia tốc chuyển động của vật Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Đọc và phân tích đề - Nêu các bước giải bài toán y N F α a - Yêu cầu HS đọc và phân tích đề bài - Nêu các bước giải bài toán động lực học 2 P Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà ms F P - Chọn hệ trục toạ độ như hình vẽ - Các lực tác dụng lên vật: lực ma sát ms F , lực kéo F , trọng lực P , phản lực N - Theo đònh luật II Niutơn: NPFFam ms +++= (1) - Chiếu (1) lên Ox: ma = Fcos α - F ms (2) Chiếu (1) lên Oy : 0 = Fsin α - P + N (3) - Từ (3) => N = P - Fsin α , thay vào (2) : ma = Fcos α - t μ (mg- Fsin α ) = F(cos α + t μ sin α ) - t μ mg Vậy gia tốc của vật: gμ)αsinμα(cos m F a tt −+= - Chọn hệ trục toạ độ như thế nào - Các lực tác dụng lên vật gồm những lực gì ? - Viết phương trình II Niutơn dưới dạng vectơ ? - Chiếu phương trình này lên các trục toạ độ ta biểu thức nào ? - Từ các biểu thức đó hãy tính gia tốc chuyển động của vật * Chú ý : Độ lớn tối thiểu của lực kéo F để vật chuyển động đều trên mặt phẳng ngang: αsinμαcos mgμ F t t + = Bài 3 : Một vật có khối lượng m chuyển động trên mặt ngang có hệ số ma sát trượt bằng t μ . Tác dụng lên vật lực F hợp vưới phương ngang góc α xác đònh sao cho vật chuyển động đều. So sánh độ lớn của lực tác dụng F trong hai trường hợp a) F là lực kéo b) F là lực đẩy Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Đọc, phân tích và làm theo các bước của bài toán động lực học * Khi F là lực kéo: αsinμαcos mgμ F t t + = * Câu b : y N x F α a ms F y F F P - Chọn hệ trục toạ độ như hình vẽ - Theo đònh luật II Niutơn: NPFFam ms +++= (1) - Chiếu (1) lên Ox: ma = Fcos α - F ms (2) Chiếu (1) lên Oy : 0=-Fsin α - P + N (3) - Từ (3) => N = P + Fsin α , thay vào (2) : - Yêu cầu HS làm theo các bước đã hướng dẫn - Câu a làm tương tự bài 2, lưu ý khi vật chuyển động đều thì gia tốc a = 0 - Câu b làm giống câu a, lưu ý F là lực đẩy. 3 Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà ma = Fcos α - t μ (mg+ Fsin α ) = F(cos α - t μ sin α ) - t μ mg Khi vật chuyển động đều a=0, lực đẩy tác dụng lên vật là : αsinμαcos mgμ F t t − = KL : Như vậy khi kéo, lực F có độ lớn nhỏ hơn vì thành phần Fsin α làm giảm áp lực Bài 4: Một vật nhỏ khối lượng m trượt xuống một mặt phẳng nghiêng tạo góc α so với mặt phẳng ngang. Xác đònh gia tốc chuyển động của vật. a) Khi không có ma sát b) Hệ số ma sát trượt trên mặt nghiêng là t μ . Biện luận Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Thực hiện theo yêu cầu của GV y N ms F a α 1 P 2 P α P x - Chọn hệ trục toạ độ như hình vẽ - Các lực tác dụng lên vật: phản lực N , lực ma sát ms F , trọng lực P gồm 1 P kéo vật trượt xuống và 2 P ép vật lên mặt nghiêng - Theo đònh luật II Niutơn: ms21ms FNPPFNPam +++=++= (1) - Chiếu (1) lên Ox: ma = Psin α - F ms (2) - Chiếu (1) lên trục Oy: 0 = N - Pcos α (3) Từ (2) và (3) suy ra: F ms = t μ N = αcosmgμ t Và ma = mgsin α - αcosmgμ t Gia tốc của vật khi có ma sát: a = gsin α - αcosgμ t Biện luận: a) Không có ma sát: a = mgsin α - Yêu cầu HS đọc đề, phân tích, chọn hệ trục toạ độ và tìm các lực tác dụng lên vật - Dùng đònh luật II Niutơn để viết biểu thức vectơ - Chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số - Từ các biểu thức đó tìm gia tốc chuyển đôïng của vật - Từ kết quả tìm được hãy biện luận 4 Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà b) Điều kiện để a hướng xuống là : gsin α - αcosgμ t > 0 => t μ < tg α Bài 5 : Kéo một vật đi lên một mặt phẳng nghiêng bằng một lực F nằm theo mặt phẳng nghiêng hướng lên. Xác đònh độ lớn cảu lực đó (cho hệ số ma sát trượt trên mặt phẳng nghiêng là t μ ) Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Đọc và phân tích đề bài - Vẽ các lực tác dụng lên vật x F N v 1 P y α ms F 2 P P α - Chọn trục toạ độ như hình vẽ - Các lực tác dụng lên vật : lực kéo F , phản lực N , lực ma sát ms F ,trọng lực P phân tích thành 2 thành phần 1 P và 2 P . - Theo đònh luật II Niutơn: FFNPPFFNPam ms21ms ++++=+++= (1) - Chiếu (1) lên Ox: ma=F – P 1 –F ms =F - mgsin α - t μ N (2) - Chiếu (1) lên Oy : 0 = N – P 2 (3) Từ (2) và (3) suy ra độ lớn lực kéo : F = ma(sins α + t μ cos α ) +ma - Yêu cầu HS đọc, phân tích đề bài - Tìm các lực tác dụng vào vật - Chọn hệ trục toạ độ - Viết biểu thức đònh luật II Niutơn dưới dạng vectơ - Chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số - Từ các biểu thức đó tìm đại lượng mà đề bài yêu cầu C. KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN CỦA NHIỀU VẬT CÓ LIÊN KẾT VỚI NHAU Bài 6: Hệ hai vật khối lượng m 1 , m 2 nối với nhau bằng một sợi dây căng, chuyển động tònh tiến trên mặt phẳng ngang dưới tác dụng của lực kéo ngang F . Tính gia tốc của h và lực căng của dây. Xét hai trường hợp: a)Không ma sát b) Hệ số ma sát trượt trên mặt phẳng ngang là t μ Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Đọc và phân tích đề bài - Xác đònh các lực tác dụng lên hệ vật 2 N 1 N 'T T F 2ms F 1ms F -Hướng dẫn HS làm theo các bước đã học 5 Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà x 2 P 1 P - Chọn hệ quy chiếu Oxy như hình vẽ - Theo đònh luật II Niutơn:      +++= ++++= 2ms2 2 2 1ms1 1 1 FPN'Tam FPNTFam (1) -Chiếu (1) lên các trục toạ độ Ox:    −= −−= 2t2 1t1 Nμ'Tam NμTFam (2) Oy:    = = ⇔    −= −= 22 11 22 11 PN PN PN0 PN0 (3) Từ (2) và (3) suy ra: (m a +m 2 )a = F - g)mm(μ 21t + 21 21t mm g)mm(μF a + +− =⇒ Và T = T’ = m 2 a + gmμ 2t = 21 2 mm Fm + - Khi không có ma sát: 21 mm F a + = ; T = T’ = 21 2 mm Fm + - Viết đònh luật II Niutơn đối với hệ 2 vật - Lưu ý : khi hệ vật chuyển động tònh tiến, dây luôn căng thẳng. Do đó gia tốc của hai vật bằng nhau. Tại mỗi điểm của dây có 2 lực căng đối nhau tác dụng về 2 phía. D. HỆ HAI VẬT NỐI NHAU BẰNG SI DÂY VẮT QUA RÒNG RỌC CỐ ĐỊNH (KHỐI LƯNG KHÔNG ĐÁNG KỂ) Ròng rọc cố đònh có tác dụng đổi phương của lực. Cụ thể hai vật nối với nhau bằng sợi dây căng và vắt qua một ròng rọc cố đònh tương đương hệ 2 vật đó nối với nhau bằng một sợi dây căng Bài 7 : Hai vật khối lượng m 1 ,m 2 (m 1 > m 2 ) gắn vào hai đầu sợi dây không dãn, khối lượng không đáng kể vắt qua một ròng rọc cố đònh (khối lượng không đáng kể). Xác đònh gia tốc của hệ và lực căng của dây Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Đọc và phân tích đề bài - Vẽ các lực tác dụng vào vật - Yêu cầu HS đọc đề, phân tích, vẽ các lực tác dụng vào mỗi vật 6 Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà + 2 T 1 T m 2 2 P m 1 1 P -Chọn chiều dương như hình vẽ - Theo đònh luật II Niutơn:      += += 22 2 11 1 PTam PTam (1) - Chiếu (1) theo chiều dương:    −= −= 222 111 PTam TPam (2) Mà T 1 = T 2 , Từ (2) suy ra: (m 1 +m 2 ) a = P 1 –P 2 => 21 21 mm mm a + − = và T 1 = T 2 = g mm mm2 21 21 + - Chọn hệ toạ độ như thế nào? - Viết biểu thức đònh luật II Niutơn dưới dạng vectơ cho từng vật hoặc cho hệ vật - Chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số. - Thông báo: lực căng của dây là như nhau Bài 8: Vật có khối lượng m 1 chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, vật có khối lượng m 2 chuyển động thẳng đứng được nối với nhau bằng sợi dây vắt qua ròng rọc cố đònh. Hệ số ma sát trượt trên mặt phẳng nằm ngang bằng t μ . Xác đònh gia tốc của hệ và lực căng của dây. Hoạt động của HS Hoạt động của GV -Đọc đề và phân tích đề bài - Vẽ hình, xác đònh các lực tác dụng vào hệ vật m 1 1 T + ms F 1 P 2 T m 2 2 P - Theo đònh luật II Niutơn: - Yêu cầu HS đọc và phân tích đề - Yêu cầu HS xác đònh các lực tác dụng vào hệ vật -Viết biểu thức đònh luật II Niutơn cho hệ vật dưới dạng vectơ rồi chiếu lên phương 7 Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà      += +++= 22 2 ms1 1 11 PTam FPNTam (1) - Chiếu (1) theo chiêu dương:    +−=+−= −=−= gmTPTam gmμTFTam 22222 1t1ms11 (2) Suy ra: (m 1 +m 2 )a = m 2 - t μ .m 1 => 21 1t2 mm g)mμm( a + − = Và 21 t21 221 mm )μ1(gmm )ag(mTT + + =−== chuyển động - Từ đó suy ra các đại lượng cần tìm E. CHUYỂN ĐỘNG CONG (CHUYỂN ĐỘNG TRÒN, CHUYỂN ĐỘNG PARAPOL) (xem bài 14,15 SGK) 1. Chuyển động tròn đều Khi một vật chuyển động tròn đều thì tổng hợp các lực tác dụng lên vật phải tạo thành lực hướng tâm: lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều nằm theo bán kính, hướng vào tâm quỹ đạo. Độ lớn của lực hướng tâm: rωm r mv F 2 2 ht == Trong đó v: vận tốc dài ; ω : vận tốc góc; r: bán kính quỹ đạo ( ωrv = ) Bài 9: Một vật nhỏ khối lượng m=0,4kg gắn vào đều một lò xo đàn hồi (k=600N/m) khối lượng không đáng kể; đầu kia của lõ xo được giữ cố đònh. Vật quay đều trong mặt phẳng nằm ngang theo một đường tròn bán kính 150cm. Xác đònh độ dãn của lò xo, biết tốc độ dài của vật là 15m/s Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Đọc và tóm tắt đề bài: m = 0,4 kg k = 600 N/m r = 150cm = 1,5m v = 15 m/s ?lΔ = - Lực đàn hồi của lò xo tạo thành lực hướng tâm của chuyển động tròn đều nên: F đh = F ht <=> r v mlΔk 2 = Vậy độ dãn của lò xo là: - Yêu cầu HS đọc đề và tóm tắt đề - HD: Trong trường hợp này lực đàn hồi của lò xo tạo thành lực hướng tâm của chuyển động tròn đều của vật nên: F đh = F ht - Sử dụng các công thức có các đại lượng mà đề bài đã cho để tính toán 8 Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà )m(1,0 600.5,1 )15( .4,0 rk v mlΔ 22 === Bài 10: Một vật có khối lượng m, gắn vào đầu một sợi dây khối lượng không đáng kể, chiều dài l; đầu kia của sợi dây cố đònh tại C. Vật chuyển động đều theo quỹ đạo tròn trong mặt phẳng nằm ngang; tâm O của quỹ đạo nằm trên đường thẳng đứng CO sao cho góc ∩ = αOCM (M là một vò trí trên quỹ đạo tròn). Xác đònh vận tốc chuyển động của vật và lực căng dây. Hoạt động của HS Hoạt động của GV - Đọc và phân tích đề bài - Các lực tác dụng vào vật: trọng lực P , lực căng dây T . Tổng hợp 2 lực này tạo thành lực hướng tâm TPF += α - Dựa vào hình vẽ lực hướng tâm có giá trò : αPtg r mv F 2 ht == - Suy ra αgrtgv 2 = Với bán kính quỹ đạo: αsinlOMr == Vậy αtgαsinglvαtgαsinglv 2 =⇒= - Lực căng dây: αcos mg T = - Yêu cầu HS đọc, phân tích đề bài và vẽ các lực tác dụng vào vật. -Từ công thức tính độ lớn lực hướng tâm và dựa vào hình vẽ ta tìm được tốc độ chuyển động của vật - Dựa vào hình vẽ tính lực căng của dây 2. Chuyển động của một vật ném ngang trong trọng trường Trái Đất I. Khảo sát chuyển động của vật ném ngang. 1. Chọn hệ trục toạ độ và gốc thời gian. Chọn hệ trục toạ độ xOy, trục Ox hướng theo → o v , trục Oy hướng theo → P Chọn gốc thời gian lúc bắt đầu ném. 9 C O M P T ht F M O C Tự chọn bám sát 10 GV: Nguyễn Xuân Hoà 2. Phân tích chuyển động ném ngang. Chuyển động của các hình chiếu M x và M y trên các trục Ox và Oy gọi là các chuyển động thành phần của vật M. + Trên trục Ox ta có : a x = 0 ; v x = v o ; x = v o t → O V 0 M x x(m) M y M y(m) + Trên trục Oy ta có :a y = g ; v y = gt ; y = 2 1 gt 2 II. Xác đònh chuyển động của vật. 1. Dạng của quỹ đạo và vận tốc của vật. Phương trình quỹ đạo : y = 2 2 x v g o Phương trình vận tốc : v = 22 )( o vgt + 2. Thời gian chuyển động. t = g h2 3. Tầm ném xa. L = x max = v o t = v o g h2 Bài 11: Từ một điểm O phía trên mặt đất người ta đồng thời thả vật M 1 cho rơi tự do không vận tốc đầu và ném ngang vật M 2 với vận tốc 2 v nằm ngang.Chứng minh rằng tại cùng một thời điểm t bất kỳ độ cao của M 1 và M 2 luôn bằng nhau IV. RÚT KINH NGHIỆM . . . . . . . .          10