Sáng kiến kinh nghiệm: Công thức cộng vận tốc môn vật lý

Đề tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bôi A – MỞ ĐẦU Mỗi môn học chương trình Vật lý phổ thơng có vai trị quan trọng việc hình thành phát triển tư học sinh Trong trình giảng dạy, người thầy 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 tốn 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 phần Cơ học lớp 10, công thức cộng vận tốc vấn đề trừu tượng học sinh Trong tốn áp dụng cơng thức cộng vận tốc học sinh thường nhầm lẫn gặp khó khăn việc xác định độ lớn, phương, chiều vectơ vận tốc tuyệt đối, vận tốc tương đối, vận tốc kéo theo Mặt khác, vận tốc đại lượng có tính tương đối nên phụ thuộc vào hệ quy chiếu, học sinh thường quên đặc điểm nên hay nhầm lẫn giải toán Để khắc phục khó khăn trên, giáo viên cần đưa yêu cầu bản, ngắn gọn để học sinh nắm phương pháp giải toán áp dụng công thức cộng vận tốc Đề tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi I/ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cơng thức cộng vận tốc vấn đề trừu tượng học sinh Trong tốn Vật lý, cơng thức cộng vận tốc sử dụng để xác định vận tốc vật, giải thích nhiều tượng, việc sống Việc hiểu rõ cơng thức cộng vận tốc có ý nghĩa quan trọng học sinh giải tập vật lý liên quan đến chuyển động vật hệ quy chiếu khác nhau, tập động lượng, áp dụng định luật bảo toàn động lượng (sgk vl 10) Thông qua việc giải tập vật lý học sinh có khả phát triển tư duy, phát huy tính sáng tạo thân II/ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Giúp học sinh hiểu ý nghĩa công thức cộng vận tốc biết vận dụng linh hoạt toán học lớp 10 Rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức toán học sử dụng MTĐT vào việc giải toán Vật lý Giáo dục kỹ thuật tổng hợp: học sinh giải thích tượng thường gặp đời sống III/ THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Thực tiết tập 10 11 (theo phân phối chương trình) Đề tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi IV/ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Hệ thống tập có liên quan đến cơng thức cộng vận tốc Sách giáo khoa sách Bài tập vật lý lớp 10 đầy đủ, nhiên học sinh thường gặp khó khăn khả tư kiến thức tốn học có nhiều hạn chế Để học sinh nắm phương pháp giải tốn áp dụng cơng thức cộng vận tốc trước hết giáo viên cần kiểm tra trang bị lại cho học sinh kiến thức tính tương đối vận tốc, tính tương đối chuyển động 1) Thực trạng học sinh trước thực đề tài Phần lớn học sinh hay có nhầm lẫn q trình xác định phương, chiều, độ lớn véc tơ vận tốc ứng với hệ quy chiếu khác Nhiều (trên 50%) học sinh chưa có động học tập đắn 2) Biện pháp thực • Trang bị cho học sinh kiến thức vật lí (tính tương đối vận tốc) toán học cần thiết (phép chiếu véc tơ theo phương xác định, lượng giác, giá trị hàm số lượng giác) • Giáo viên khai thác triệt để toán SGK SBT cách giao tập nhà cho học sinh tự nghiên cứu tìm phương pháp giải • Trong tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải nhiều học sinh tham gia giải Đề tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi B – KIẾN THỨC CƠ BẢN A I/ Kiến thức Toán học c Định lý hàm số cosin: a2 = b2 + c2 – 2bccosA b B a Giá trị hàm số lượng giác ứng với góc đặc biệt: Hàm\Góc 00 300 450 600 900 2 2 2 1 || − 1 - sin cos tan cot || 3 C 1200 1800 − -1 || II/ Kiến thức Vật lý uur uur uuu r v1,2 v = v + v C«ng thøc céng vËn tốc: 1,3 1,2 2,3 Tổng hợp véc tơ: áp dụng quy tắc hình bình hành (hình vẽ) v 1,3 uur uuu r 2 α = (v1,2 , v2,3 ) + 2v1,2 v2,3 cos α + v2,3 Ta có: v1,3 = v1,2 ; Trờng hợp đặc biệt: • α = 00 ; v1,3 = v1,2 + v2,3 • α = 1800 ; v1,3 = v1,2 − v2,3 uuu r v2,3 uuur v 2,3 uur v1,2 uur v1,3 uur v1,2 uur v1,3 v2,3 Đề tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi C – BÀI TOÁN CƠ BẢN Bài tập 1: (SGK tr38) Một ô tô chạy đường thẳng với vận tốc 40km/h Một ô tô B đuổi theo ô tô A với vận tốc 60km/h Xác định vận tốc ô tô B ô tô A tơ A tơ B Tóm tắt v1 = 40km / h v2 = 60km / h v1,2 = ? v2,1 = ? (+) u u r v2 B u r v1 A uur v3,1 Bài làm Gọi: uur v1,3 vận tốc ô tô A so với đường uuu r v2,3 vận tốc ô tô B so với đường uur v1,2 vận tốc ô tô A so với B uur v2,1 vận tốc ô tô B so với A Chọn chiều dương chiều chuyển động xe A * Vận tốcucủa ôtô B ôtô A ur uuu r uur Ta có: v2,1 = v2,3 + v3,1 ⇒ v2,1 = v2,3 − v3,1 = 60 – 40 = 20km/h * Vận tốc ôtô Auuđối với ôtô B uur uur u r Ta có v1,2 = v1,3 + v3,2 uuu r v 2,3 uur v (+) 2,1 uuu r v3,2 uur v1,2 uur v1,3 (+) ⇒ v1,2 = v1,3 − v3,2 = 40 − 60 = −20km / h uur Nhận xét: v1,2 < , chứng tỏ v1,2 ngược chiều dương chọn Bài tập 2: (SGK tr38) A ngồi toa tàu chuyển động với vận tốc 15km/h rời ga B ngồi toa tàu khác chuyển động với vận tốc 10km/h vào ga Hai đường tàu song song với Tính vận tốc B A Tóm tắt v1 = 40km / h v2 = 60km / h A u u r v2 B u r v1 Đề tài sáng kiến kinh nghiệm v2,1 = ? Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi Bài làm Gọi: uur v1,3 vận tốc A so với ga uuu r v2,3 vận tốc B so với ga uur v2,1 vận tốc B so với A Chọn chiều dương chiều chuyển động với người B uur uuu r uur Ta có: v2,1 = v2,3 + v3,1 uuu r v2,3 uur v2,1 uur v3,1 (+) ⇒ v2,1 = v2,3 + v3,1 = 15 + 10 = 25km / h Bài tập 3: (SGK NC tr 48) Hai bến sông A B cách 18km theo đường thẳng Một ca nô phải thời gian để từ A đến B trở lại từ B A? Biết vận tốc ca nô nước không chảy 16,2km/h vận tốc dịng nước so với bờ sơng 1,5m/s Tóm tắt s = 18km = 18000m v1 = 16, 2km / h = 4,5m / s v2 = 1,5m / s t =? Bài làm Gọi: uur v1,3 vận tốc ca nô so với bờ uuu r v2,3 vận tốc dòng nước so với bờ uur v1,2 vận tốc ca nô so với dòng nước Chọn chiều dương chiều chuyển động ca nô uur uur uuu r v = v + v Ta có: 1,3 1,2 2,3 (1) * Ca nơ xi dịng từ A đến B Chiếu phương trình (1) theo chiều (+) chọn Ta có: v1,3 = v1,2 + v2,3 = 4,5 + 1,5 = 6m / s - Thời gian ca nô từ A đến B: t A→ B = s 18000 = = 3000s v1,3 * Ca nơ ngược dịng từ B đến A Chiếu phương trình (1) theo chiều (+) chọn Ta có: v1,3 = v1,2 − v2,3 = 4,5 − 1,5 = 3m / s - Thời gian ca nô từ B đến A: tB→ A = s 18000 = = 6000s v1,3 uur v1,2 uur v1,3 uuu r v2,3 (+) uur v1,2 uur v1,3 (+) uuu r v2,3 Đề tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi * Thời gian ca nô từ A đến B từ B A: t = t A→ B + t B → A = 3000 + 6000 = 9000 s = 2,5h Bài tập 4: (SGK NC tr 48) Một người lái xuồng máy dự định mở máy cho xuồng chạy ngang sông rộng 240m, mũi xuồng luôn vng góc với bờ sơng Nhưng nước chảy nên xuồng sang đến bờ bên địa điểm cách bến dự định 180m phía hạ lưu xuồng hết 1min Xác định vận tốc xuồng so với bờ sơng Tóm tắt v1,3 = ? Gọi: uur v1,3 vận tốc xuồng so với bờ uuu r v2,3 vận tốc dòng nước so với bờ uur v1,2 vận tốc xuồng so với dịng nước uur uur uuu r Ta có: v1,3 = v1,2 + v2,3 Các véc tơ biểu diễn hình bên Căn vào hình vẽ ta có: l = 240m l = 240m s = 180m t = 1min v1,2 ⊥ v2,3 Bài làm S = 180m uur uur v v1,2 1,3 uuu r v2,3 l 240 = 4m / s t 60 s 180 = = = 3m / s t 60 + v1,2 = = + v2,3 2 + v2,3 = 42 + 32 = 5m / s + v1,3 = v1,2 Bài tập 5: (Bài tập nâng cao) Một người đứng A cách đường quốc lộ BC đoạn d = 40 m, nhìn thấy xe buýt B cách a = 200 m, chạy phía C với vận tốc v = 36 km/h Hỏi muốn gặp xe buýt người phải chạy với vận tốc nhỏ theo hướng nào? Với vận tốc đó, người gặp xe uuu rA sau bao lâu? y v2,3 Tóm tắt: uur u u r v d = 40m 1,2 v x a 1,3 a = 200m d v = 36km/h = 10m/s uuu r v1min = ?, α = ?, t = ? C Bài làm: D α uur Gọi: v1,3 vận tốc người so với mặt đất uuu r v2,3 vận tốc xe buýt so với mặt đất uur v1,2 vận tốc người so với xe buýt uur uur uuu r Ta có: v1,3 = v1,2 + v2,3 uur uuu r uur Các véc tơ v1,3 , v2,3 , v1,2 biểu diễn hình vẽ H v2,3 B Đề tài sáng kiến Nhóm uurkinh nghiệm uur Vật lý, trường THPT Kim Bơi Để véc tơ v1,3 đạt giá trị nhỏ véc tơ v1,3 phải vng góc với AB hay AD ⊥ AB ( v1,3 ⊥ ( xy ) ) * Xét hai tam giác đồng dạng ta có: v1,3 v2,3 = d a ⇒ v1,3 = * Ta có: cos α = BD v2,3 d a d 40 = = 0, a 200 Thay số: v1,3 = 10.40 = 2m / s = 7, 2km / h 200 ⇒ α ≈ 78, 460 204 * t = v = 10 = 20, 4s, ( BD = d (cot α + tan α ) ≈ 204m) 2,3 Vậy: người phải chạy với vận tốc nhỏ 7,2km/h theo hướng làm với đường BC góc 78, 460 với khoảng thời gian 20,4s * Yêu cầu cần đạt toán: Học sinh phải: - Hiểu quy ước véc tơ vận tốc hệ quy chiếu xét - Viết công thức cộng vận tốc biểu diễn hình vẽ véctơ vận tốc (phương, chiều, độ lớn) - Cã kĩ chiếu phơng trình véctơ theo chiều dơng ®· chän * NhËn xÐt chung: - Mét sè häc sinh không xác định đợc phơng, chiều, độ lớn véctơ vận tốc tuyệt đối, kéo theo, tơng đối - Đối với toán cần sử dụng hình vẽ học sinh dễ lúng túng kĩ toán học hạn chế - Do nguồn tài liệu phong phú, học sinh dễ cảm thấy lúng túng, chán nản giải toán công thức cộng vận tốc (nếu không nắm ý nghĩa trình biến đổi) Ví dụ: Cho hình vẽ: uur uur uuu r uur Ta cã: v1,3 = v1,2 + v2,3 (1) v1,2 Cách biến đổi 1: Chiếu phơng trình (1) uuu r v 2,3 uur theo chiỊu d¬ng chän v1,3 v1,3 = v1,2 − v2,3 ( v1,2 > 0, v2,3 > ) Thay sè: ⇒ v1,3 (+) C¸ch biÕn ®æi 2: (1) ⇒ v1,3 = v1,2 + v2,3 ( v1,2 > 0; v2,3 < ) Thay sè: ⇒ v1,3 * Biện pháp khắc phục: Đề tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi - Giáo viên cần phân tích (liên hệ ví dụ thực tế) để học sinh hiểu tự xác định phương, chiều, độ lớn véc tơ vận tốc - Đối với số tập giáo viên cần ơn lại cho học sinh kiến thức tốn học để áp dụng - Lượng tập thực tiết (với tiết lí thuyết kèm tập tiết tập), giáo viên hướng dẫn học sinh làm lớp, rút phương pháp giải tập học sinh nhà tự làm tập Tiết hoàn thiện tập 3,4,5; giáo viên giao nhiệm vụ nhà D – KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Với thời lượng tiết tập giáo viên minh hoạ bước giải toán qua tập cho học sinh nghiên cứu trước nhà Kết quả, học sinh tích cực tham gia giải tập, nhiều em tiến nhanh, nắm vững kiến thức Kết kiểm tra 15 phút sau học xong tiết 10 11 lớp có lực học tương đương (10a3 10a5) (lớp học theo chương trình sgk bản) • Lớp 10a3: giáo viên chưa thực đề tài (học lí thuyết chữa tập, tính hệ thống chưa cao) • Lớp 10a5 : giáo viên thực đề tài (bài dạy tập chung vào yêu cầu cần đạt dạng tập xét) Nội dung kiểm tra Đề kiểm tra 15 phút Học sinh phép chọn đề sau: Đề 1(8đ) Hai đầu máy xe lửa chạy đoạn đường sắt thẳng với vận tốc 40km/h 60km/h Tính vận tốc đầu máy thứ so với đầu máy thứ hai trường hợp: a Hai đầu máy chạy ngược chiều b Hai đầu máy chạy chiều Đề 2(10đ) Một ô tô chạy với vận tốc 50km/h trời mưa Mưa rơi theo phương thẳng đứng Trên cửa kính bên xe, vệt mưa rơi làm với phương thẳng đứng góc 600 a Xác định vận tốc giọt mưa xe ô tô b Xác định vận tốc giọt mưa mặt đất Mục đích uur uuu r - Đề 1: học sinh cần áp dụng tương tự tập sgk ( v1,2 // v2,3 ) Mức độ nhận biết - vận dụng - Đề 2: học sinh cần nhận biếtr phương chiều véc tơ vận tốc hệ uur uuu quy chiếu khác ( v1,2 , v2,3 không phương) Mức độ thông hiểu - vận dụng Kết Lớp 10a3 (43) Lớp 10a5 (45) Đề tài sáng kiến kinh nghiệm G K SL % SL % 0 10 23 TB SL % 20 47 Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi Y SL 13 G K SL % SL % 15 33 % 30 TB SL % 13 43 Y SL 10 % 22 KẾT LUẬN Việc giao tập nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho toán Đến tiết tập, giáo viên tổ chức hướng dẫn học sinh trình bày giải chi tiết, nhiều em tham gia giải tập, kích thích khả độc lập, sáng tạo học sinh Giúp em có nhìn tổng quan phương pháp giải tập Vật lý nói chung tập áp dụng cơng thức cộng vận tốc nói riêng; Tạo hứng thú say mê học tập môn Vật lý Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em tự tin vào thân gặp tốn mang tính tổng qt Đó mục đích mà chúng tơi đặt E – NHỮNG KIẾN NGHỊ SAU QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Hệ thống tập mà chương trình cung cấp chưa mang tính thực tiễn cao Chúng tơi mong cấp tạo điều kiện cho giáo viên có tập san hàng tháng vật lí để chúng tơi học hỏi kinh nghiệm đồng nghiệp đồng thời nâng cao vốn kiến thức Chúng tơi xin chân thành cảm ơn! Kim Bôi, ngày 20 tháng năm 2008 tác giả Nguyễn Thị Mai 10 ... tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi I/ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cơng thức cộng vận tốc vấn đề trừu tượng học sinh Trong toán Vật lý, công thức cộng vận tốc sử dụng để xác định vận. .. trình) Đề tài sáng kiến kinh nghiệm Nhóm Vật lý, trường THPT Kim Bơi IV/ Q TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Hệ thống tập có liên quan đến cơng thức cộng vận tốc Sách giáo khoa sách Bài tập vật lý lớp 10 đầy... tư kiến thức tốn học có nhiều hạn chế Để học sinh nắm phương pháp giải toán áp dụng công thức cộng vận tốc trước hết giáo viên cần kiểm tra trang bị lại cho học sinh kiến thức tính tương đối vận