GIÚP học SINH TRƯỜNG THPT NHƯ XUÂN II vận DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG lực học để GIẢI một số bài TOÁN CHUYỂN ĐỘNG cơ học

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT NHƯ XUÂN II SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM GIÚP HỌC SINH TRƯỜNG THPT NHƯ XUÂN II VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC Người thực hiện: Đào Thị Hà Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Vật lí THANH HÓA NĂM 2021 MỤC LỤC Trang Phần Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu .1 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu .1 Phần Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm .4 2.3 Giải pháp thực .4 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm .18 Phần Kết luận, kiến nghị 18 3.1 Kết luận 18 3.2 Kiến nghị .19 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Là giáo viên giảng dạy mơn vật lí trường THPT Như xuân II, nhận thấy em học sinh học xong THCS bước vào lớp 10 việc tiếp cận với kiến thức vật lí khó khăn Khi giải toán liên quan tới lực tác dụng, khảo sát chuyển động chất điểm, em lúng túng, cách giải Tôi thiết nghĩ phần khả suy luận, tư logic em học sinh miền núi cịn hạn chế, phần em chưa có phương pháp giải phù hợp Điều ảnh hưởng tới thái độ chất lượng học tập em Do việc định hướng cho em học sinh phương pháp giải cần thiết Phương pháp động lực học phương pháp để giải tốn chuyển động học chất điểm Vì vậy, thân tơi qua nghiên cứu, phân tích, tổng hợp từ nguồn tài liệu tham khảo viết đề tài “Giúp học sinh trường THPT Như xuân II vận dụng phương pháp động lực học để giải số toán chuyển động học” làm sáng kiến kinh nghiệm 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Giúp em học sinh lớp 10 trường THPT Như xuân II vận dụng phương pháp động lực học giải thông thạo số dạng tập phần động lực học chất điểm Từ hình thành tư logic suy luận giải tập vật lí 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Phương pháp động lực học toán chuyển động chất điểm - Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp 10A, 10B Trường THPT Như xuân II năm học 2020 – 2021 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong q trình nghiên cứu tơi sử dụng phương pháp sau: - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế giáo dục - Phương pháp quan sát sư phạm - Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh PHẦN NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN Phép tổng hợp phân tích lực Điều kiện cân chất điểm 1.1 Tổng hợp lực - Định nghĩa: Tổng hợp lực thay lực tác dụng đồng thời vào vật bằng lực có tác dụng giống hệt lực - Để tổng hợp lực dùng quy tắc hình bình hành: Nếu lực đồng quy làm thành cạnh hình bình hành, đường chéo kẻ từ điểm đồng quy biểu diễn hợp lực chúng * Các trường hợp xảy ra: + + + + O (nếu ) * Nhận xét: 1.2 Phân tích lực - Định nghĩa: Phân tích lực thay lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt lực - Chú ý: + Phân tích lực phép làm ngược lại phép tổng hợp lực tuân theo quy tắc hình bình hành + Chỉ phân tích lực theo phương mà lực có tác dụng cụ thể 1.3 Điều kiện cân bằng của chất điểm Muốn cho chất điểm đứng cân bằng hợp lực lực tác dụng lên phải bằng không Các định luật Niu-tơn 1.Định luật I Niu-tơn Nếu vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực có hợp lực bằng khơng, vật đứng n tiếp tục đứng yên, chuyển động tiếp tục chuyển động thẳng 2.2 Định luật II Niu-tơn 2.2.1.Nội dung định luật 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 hay Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng hợp lực lực 2.2.2 Trọng lực Trọng lượng a) Trọng lực - Trọng lực lực Trái Đất tác dụng vào vật, gây cho chúng gia tốc rơi tự Trọng lực kí hiệu - Ở gần trái đất trọng lực có phương thẳng đứng, chiều từ xuống Điểm đặt trọng lực tác dụng lên vật gọi trọng tâm vật - Công thức trọng lực b) Trọng lượng Độ lớn trọng lực tác dụng lên vật gọi trọng lượng vật, kí hiệu P 2.3 Định luật III Niu-tơn 2.3.1 Nội dung định luật Trong trường hợp, vật A tác dụng lên vật B lực, vật B tác dụng lại vật A lực Hai lực có giá, độ lớn ngược chiều 2.3.2 Lực phản lực Một hai lực tương tác hai vật gọi lực tác dụng lực gọi phản lực Đặc điểm lực phản lực : + Lực phản lực luôn xuất (hoặc đi) đồng thời + Lực phản lực có giá, độ lớn ngược chiều Hai lực có đặc điểm gọi hai lực trực đối + Lực phản lực không cân bằng chúng đặt vào hai vật khác Các lực học 3.1 Lực hấp dẫn 3.1.1 Định nghĩa Mọi vật vũ trụ hút với lực, lực gọi lực hấp dẫn Lực hấp dẫn lực tác dụng từ xa, qua khoảng không gian vật 3.1.2 Định luật vạn vật hấp dẫn Lực hấp dẫn hai chất điểm tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng chúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng Hệ thức Trong đó: m1 m2 khối lượng hai chất điểm (kg) r khoảng cách hai chất điểm (m) Fhd độ lớn lực hấp dẫn (N) G hằng số hấp dẫn, có giá trị 6,67.10-11 (N.m2/kg2) 3.1.3 Định luật áp dụng cho trường hợp - Hai vật hai chất điểm - Hai vật đồng chất hình cầu với khoảng cách chúng tính từ tâm vật đến tâm vật 3.2 Lực đàn hồi 3.2.1 Hướng điểm đặt của lực đàn hồi của lò xo - Lực đàn hồi xuất hai đầu lò xo tác dụng vào vật tiếp xúc (hay gắn) với lị xo, làm biến dạng - Hướng lực đàn hồi đầu lò xo ngược với hướng ngoại lực gây biến dạng 3.2.2 Định luật Húc Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng lị xo Trong đó: Fđh độ lớn lực đàn hồi (N) ∆l = l – l0 độ biến dạng lò xo (m) k độ cứng lò xo (N/m) 3.3 Lực ma sát trượt - Lực ma sát trượt xuất vật trượt bề mặt vật khác - Đặt chỗ tiếp xúc hai vật ngược chiều chuyển động vật - Độ lớn tỉ lệ với độ lớn áp lực - Công thức lực ma sát trượt Fmst = µtN Trong đó: Fmst độ lớn lực ma sát trượt N áp lực vật lên mặt tiếp xúc µt hệ số ma sát trượt, khơng có đơn vị 3.4 Lực hướng tâm 3.4.1 Định nghĩa Lực (hay hợp lực lực) tác dụng vào vật chuyển động tròn gây cho vật gia tốc hướng tâm gọi lực hướng tâm 3.4.2 Công thức Trong đó: Fht lực hướng tâm (N) m khối lượng vật (kg) aht gia tốc hướng tâm (m/s2) v tốc độ dài vật chuyển động trịn (m/s) r bán kính quỹ đạo trịn (m) ω tốc độ góc vật chuyển động tròn (rad/s) 2.2 THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM - Học sinh trường THPT Như xuân II em vùng miền núi thiếu thốn mặt nên kiến thức THCS non yếu, tiếp thu chậm, chưa tự hệ thống kiến thức, tài liệu tham khảo - Trước áp dụng sáng kiến này, em học sinh lớp 10 trường THPT Như xn II khơng biết cách biểu diễn xác vectơ lực tác dụng lên vật, lúng túng chưa có phương pháp giải giải tốn liên quan tới lực tác dụng, áp dụng cách máy móc cơng thức mà khơng hiểu rõ chất Kết tỉ lệ học sinh giải toán chuyển động học liên quan tới lực đại lượng động học gia tốc, vận tốc, quãng đường thấp 2.3 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Để khắc phục mặt hạn chế trên, đưa phương pháp động lực học, từ hướng dẫn học sinh bước tiến hành lưu ý giải toán chuyển động học bằng phương pháp động lực học Sau vận dụng phương pháp động lực học để giải số dạng toán chuyển động học chất điểm 2.3.1 Phương pháp động lực học Phương pháp động lực học phương pháp vận dụng định luật Niu-tơn lực học để giải toàn chuyển động học chất điểm 2.3.2 Các bước tiến hành giải toán bằng phương pháp động lực học Bước 1: Đọc kỹ ra, phân tích tượng học xảy toán để thấy mối liên hệ lực Vẽ hình biểu diễn đầy đủ lực tác dụng lên vật hình vẽ Với vectơ lực cần rõ điểm đặt, phương, chiều độ lớn Bước 2: Viết phương trình động lực học dạng vectơ (tức phương trình định luật II Niu-tơn) Trong phương trình phải viết đầy đủ lực tác dụng lên vật Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ thích hợp chiếu phương trình vectơ lên trục tọa độ, ta hệ phương trình vơ hướng Việc chọn hệ trục tọa độ nguyên tắc tùy ý, song nên chọn cho chiếu phương trình vectơ xuống trục chọn có dạng đơn giản Nếu ẩn số nhiều số phương trình vơ hướng thu ta phải tìm thêm phương trình phụ Đó phương trình liên hệ lực phương trình liên hệ đặc trưng động học vận tốc, gia tốc, quãng đường, vật vật Việc tìm phương trình phụ dễ dàng bước phân tích tượng học xảy tiến hành kỹ lưỡng Bước 4: Khi tổng số phương trình vơ hướng phương trình phụ bằng ẩn số tốn ta tiến hành giải phương trình để tìm ẩn số Ở cần ý loại toán: - Bài toán thuận: Biết lực tác dụng lên hệ, xác định tính chất chuyển động vật hệ vật Khi ta giải phương trình động lực học dạng vơ hướng để tìm gia tốc a Sau thay a vừa tìm vào cơng thức động học để xác định vận tốc, quãng đường… - Bài tốn nghịch: Biết tính chất chuyển động vật hệ vật, xác định lực gây Khi từ tính chất chuyển động hệ vật ta suy gia tốc hệ Sau thay giá trị gia tốc vào phương trình động lực học dạng vô hướng để xác định lực tác dụng lên hệ Bước 5: Kiểm tra biện luận 2.3.3 Một số lưu ý giải toán chuyển động học bằng phương pháp động lực học - Các lực tác dụng lên vật thường là: + Các lực tác dụng trường lực gây trường hấp dẫn, điện trường, từ trường + Các lực tác dụng liên kết vật: lực căng, lực đàn hồi + Các lực tác dụng vật chuyển động bề mặt: lực ma sát, phản lực - Khi khảo sát chuyển động vật đường thẳng mặt phẳng, ta nên chọn hệ trục tọa độ có trục song song với chuyển động vật mặt phẳng chuyển động vật 2.3.4 Các dạng tập Dạng 1: Vật chuyển động mặt phẳng nằm ngang Ở dạng toán cần ý thêm chọn hệ trục tọa độ, nên chọn trục Ox theo phương nằm ngang, chiều dương chiều chuyển động vật giải tốn dễ dàng Bài 1: Một vật có khối lượng m kéo trượt mặt sàn nằm ngang lực có độ lớn khơng đổi theo phương ngang Tính gia tốc chuyển động vật trường hợp: a Vật trượt với hệ số ma sát vật mặt sàn µ b Vật trượt khơng ma sát Hướng dẫn giải: Bước 1: Hiện tượng học: Vật kéo chuyển động mặt phẳng ngang bằng lực có phương ngang Các lực tác dụng lên vật là: Lực kéo , lực ma sát trượt , phản lực mặt sàn , trọng lực Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn ta có: y (1) Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ Oxy hình vẽ bên Chiều (+) chiều chuyển động vật Chiếu phương trình (1) lên Oy ta O x N – P = ⇒ N = P = mg (2) Chiếu phương trình (1) lên Ox ta F – Fmst = ma (3) Bước 4: Mà Fmst = µtN nên từ (2) ta có Fmst = µtmg thay vào (3) ta có + Gia tốc vật chuyển động có ma sát + Gia tốc vật khơng có ma sát Bước 5: Bài tốn cho ta biểu thức tính gia tốc vật chuyển động theo phương ngang lực kéo vật theo phương ngang trường hợp vật chuyển động có ma sát khơng có ma sát Ta sử dụng kết để kiểm tra kết toán dạng khác Bài 2: Một vật có khối lượng m kéo trượt trục Ox mặt phẳng nằm ngang lực không đổi có hướng hợp với trục Ox góc α, α > Tính gia tốc vật biết hệ số ma sát trượt vật mặt phẳng µt Hướng dẫn giải: Bước 1: Hiện tượng học: Một vật kéo trượt mặt phẳng nằm ngang bằng lực kéo hợp với phương ngang góc α Các lực tác dụng lên vật : Lực kéo , lực ma sát trượt , phản lực mặt phẳng , trọng lực Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn ta có: y (1) Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ Oxy hình vẽ bên Chiều (+) chiều chuyển động vật Chiếu phương trình (1) lên Oy ta α O x Fsinα + N – P = (2) Chiếu phương trình (1) lên Ox ta Fcosα – Fmst = ma (3) Bước 4: Từ (2) ta có: N = P - Fsinα mà Fmst = µtN = µt(P – Fsinα) thay vào (3) ta có Gia tốc vật có lực ma sát Bước 5: Đây tốn tổng qt hay gặp, ta thấy bao qt Sau tính gia tốc ta xác định đại lượng động học vận tốc, quãng đường… Bài 3: Một vật có khối lượng m = 10 kg kéo trượt mặt sàn nằm ngang từ trạng thái nghỉ lực hợp với phương ngang góc α = 300 Cho biết hệ số ma sát trượt vật sàn µ = 0,1 Lấy g = 10 m/s2 a Biết lực có độ lớn F = 20 N Tính quãng đường vật s b Tính độ lớn lực F để sau chuyển động s vật quãng đường m Hướng dẫn giải: a Nhận thấy dạng giống trên, tương tự bước từ đến ta biểu thức tính gia tốc (1) Thay số vào ta (m/s2) Quãng đường vật s y b Gia tốc chuyển động vật Áp dụng công thức ⇒ (m/s2) α Từ (1) suy O x (N) Nhận xét: Bài toán bao gồm toán thuận toán nghịch Sử dụng kết ta kiểm chứng giá trị gia tốc tốn dạng từ xác định đại lượng động học, từ giá trị động học ta tính gia tốc thay vào phương trình động lực học tìm lực Bài tập luyện tập Bài 1: Một người dùng dây buộc vào thùng gỗ kéo trượt sân bằng lực có độ lớn 90 N theo hướng nghiêng 300 so với mặt sân Thùng có khối lượng 20 kg Hệ số ma sát trượt đáy thùng sân 0,5 Tính gia tốc thùng Lấy g = 9,8 m/s2 Đáp số: a = 0,12 m/s2 Bài 2: Một vật có khối lượng m = kg kéo chuyển động ngang lực có độ lớn F = 10 N có hướng hợp với hướng chuyển động vật góc α = 300 Lấy g = 10 m/s2 a Tính hệ số ma sát trượt vật sàn, biết rằng sau bắt đầu chuyển động s, vật quãng đường 1,66 m b Nếu với lực nói vật chuyển động thẳng hệ số ma sát trượt vật sàn bằng bao nhiêu? Đáp số: a µ = 0,1; b µ = 0,19 Dạng 2: Chuyển động vật mặt phẳng nghiêng Ở dạng tập này, chọn hệ trục tọa độ ta nên chọn hệ trục Oxy với trục Ox song song với mặt phẳng nghiêng, chiều dương chiều chuyển động vật giải toán dễ dàng Bài 1: Một vật có khối lượng m = 10 kg chuyển động lên mặt phẳng nghiêng góc α = 300 so với mặt phẳng ngang, chịu tác dụng lực kéo có độ lớn bằng 60 N có hướng song song với mặt nghiêng Lấy g = 10 m/s2 a Tính hệ số ma sát trượt vật mặt phẳng nghiêng b Hỏi thả vật chuyển động xuống với gia tốc bằng bao nhiêu? Hướng dẫn giải: a Bước 1: Hiện tượng học: Vật kéo chuyển động mặt phẳng nghiêng bằng lực kéo theo hướng song song với mặt phẳng nghiêng Các lực tác dụng lên vật: lực kéo , lực ma sát trượt , phản lực mặt phẳng , trọng lực Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn ta có y (1) x Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ Oxy hình vẽ bên O Chiều (+) chiều chuyển động vật Chiếu phương trình (1) lên trục Oy ta 300 N – Pcosα = ⇒ N = Pcosα = mgcosα (2) Chiếu phương trình (1) lên trục Ox ta F – Fmst – Psinα = (3) Bước 4: Từ (2) (3) ta có F - µN – Psinα = ⇒ Bước 5: Kiểm tra thứ nguyên, kết ta thấy hoàn toàn phù hợp b Bước 1: Hiện tượng học: Vật thả chuyển động trượt xuống mặt phẳng nghiêng Khi thả vật xuống lực tác dụng lên vật là: lực ma sát trượt , phản lực mặt phẳng nghiêng , trọng lực Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn ta có = (1) y Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ Oxy hình bên Chiều (+) chiều chuyển động vật Chiếu phương trình (1) lên trục Oy ta O N – Pcosα = ⇒ N = Pcosα = mgcosα (2) x 300 Chiếu phương trình (1) lên trục Ox ta Psinα – Fmst = ma ⇒ Psinα - µN = ma (3) Bước 4: Thay (2) vào (3) ta Psinα - µmgcosα = ma ⇒ a = g(sinα - µcosα) Thay số vào ta a = 10(sin300 - cos300) = (m/s2) Bước 5: Kiểm tra công thức, thứ nguyên, kết ta thấy hoàn toàn phù hợp Bài 2: Một vật có khối lượng m = kg trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh A mặt phẳng nghiêng dài 10 m, cao m Lấy g = 10 m/s2, hệ số ma sát trượt vật mặt phẳng nghiêng µ1 = 0,25 a Tính gia tốc vật chuyển động mặt phẳng nghiêng vận tốc vật chân mặt phẳng nghiêng b Khi xuống hết mặt phẳng nghiêng, vật tiếp tục chuyển động mặt phẳng ngang, hệ số ma sát vật mặt phẳng ngang µ2 = 0,5 Tính thời gian từ lúc vật bắt đầu chuyển động mặt phẳng ngang dừng hẳn y Hướng dẫn giải: A O C B x α a Nhận thấy tượng vật chuyển động mặt phẳng nghiêng giống với tượng chuyển động vật ý b thuộc dạng Vì hồn tồn tương tự thực bước từ đến ta có kết tính gia tốc 1b a1 = g(sinα - µ1cosα) (1) Gọi α góc tạo mặt phẳng nghiêng mặt phẳng nằm ngang Mặt khác từ hình vẽ ta thấy ⇒ α = 300 nên thay vào (1) ta (m/s2) Vận tốc vật B chân mặt phẳng nghiêng (m/s) b Bước Hiện tượng học: Vật chuyển động trượt mặt phẳng nằm ngang Các lực tác dụng lên vật: Trọng lực , phản lực mặt phẳng ngang , lực ma sát Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn ta có (2) Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ O2x2 nằm ngang, O2y2 thẳng đứng hình vẽ Chiều (+) chuyển động vật Chiếu (2) lên trục tọa độ O2y2: N2 – P = ⇒ N2 = P = mg (3) O2x2: - Fmst2 = ma2 (4) Bước 4: Từ (4) ta có (m/s2) Gọi C vị trí vật dừng lại Thời gian từ lúc vật bắt đầu chuyển động mặt phẳng nằm ngang dừng lại (s) Bước 5: Kiểm tra thứ nguyên kết ta thấy hoàn toàn phù hợp Bài tập luyện tập Bài 1: Một xe trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng góc = 300 Hệ số ma sát trượt µ = 0,3464 Chiều dài mặt phẳng nghiêng l = m Lấy g = 10 m/s = 1,732 Tính gia tốc chuyển động xe vận tốc cuối mặt phẳng nghiêng Đáp số: a = m/s2; v = m/s Bài 2: Một vật chân mặt phẳng nghiêng góc α = 300 so với phương nằm ngang Hệ số ma sát trượt vật mặt phẳng nghiêng µ = 0,2 Vật truyền vận tốc ban đầu v0 = m/s theo phương song song với mặt phẳng nghiêng hướng lên Lấy g = 10 m/s2 a Sau vật lên tới vị trí cao nhất? b Quãng đường vật vị trí cao bao nhiêu? Đáp số: t = 0,297 s; S = 0,297 m Dạng 3: Chuyển động hệ vật Với dạng toán cần phải phân tích đầy đủ, xác lực tác dụng lên vật hệ, sau viết phương trình định luật II Niu-tơn cho vật làm bước tương tự Bài : Hai vật A B trượt mặt bàn nằm ngang nối với bằng dây không giãn, khối lượng không đáng kể Khối lượng hai vật A B m1 = kg, m2 = kg, tác dụng vào vật A lực F = N theo phương song song với mặt bàn Hệ số ma sát hai vật với mặt bàn µ= 0,1 Lấy g = 10 m/s a Tính gia tốc chuyển động vật b Tính lực căng dây y Giải : O x 10 a Bước 1: Hiện tượng học: Hai vật nối với bằng sợi dây không dãn, kéo chuyển động theo phương ngang bằng lực theo phương ngang Các lực tác dụng lên vật - Vật A: Lực kéo , trọng lực , phản lực , lực căng dây , lực ma sát - Vật B: Trọng lực , phản lực , lực căng , lực ma sát Bước 2: Viết phương trình định luật II Niu-tơn cho vật ta có Vật A: (1) Vật B: (2) Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ Oxy hình vẽ Chiều (+) chiều chuyển động vật Vì dây khơng dãn có khối lượng khơng đáng kể nên hai vật chuyển động với gia tốc a1 = a2 = a T1 = T2 = T Chiếu phương trình (1) lên trục Oy ta - P1 + N1 = ⇒ P = N1 (3) Chiếu phương trình (1) lên trục Ox ta F – T1 – Fmst1 = m1a ⇒ F – T1 - µN1 = m1a (4) Chiếu phương trình (2) lên trục Oy ta - P2 + N2 = ⇒ P = N2 (5) Chiếu phương trình (2) lên trục Ox ta T2 – Fmst2 = m2a ⇒ T2 - µN2 = m2a (6) Bước 4: Cộng phương trình (4) (6) ta được: F - µ(N1 + N2) = a(m1 + m2) ⇒ F - µg(m1 + m2) = a(m1 + m2) ⇒ (m/s2) Bước 5: Kiểm tra thứ ngun, cơng thức, kết hồn tồn phù hợp b Thay a = m/s2 vào (6) để ta tính lực căng dây T2 = µN2 + m2a = µm2g + m2a = 0,1.2.10 + 2.1 = (N) Bài 2: Hai vật khối lượng m = kg nối với bằng sợi dây không dãn khối lượng không đáng kể, đặt mặt bàn nằm ngang Vật chịu tác động lực kéo hợp với phương ngang góc = 30 Hệ số ma sát vật bàn 0,268 Biết rằng dây chịu lực căng lớn 10 N Tính lực kéo lớn để dây không đứt Lấy Giải: y α O x 11 Bước 1: Hiện tượng học: Hai vật nối với bằng sợi dây không dãn, kéo chuyển động theo phương ngang bằng lực có hướng hợp với phương ngang góc α Các lực tác dụng lên vật - Vật 1: Lực kéo , trọng lực , phản lực , lực căng dây , lực ma sát - Vật 2: Trọng lực , phản lực , lực căng , lực ma sát Bước 2: Viết phương trình định luật II Niu-tơn cho vật ta có Vật 1: (1) Vật 2: (2) Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ Oxy hình vẽ Chiều (+) chiều chuyển động vật Vì dây khơng dãn có khối lượng khơng đáng kể nên hai vật chuyển động với gia tốc a1 = a2 = a T1 = T2 = T Chiếu phương trình (1) lên trục Oy ta Fsinα - P1 + N1 = ⇒ N1 = P1 - Fsinα Chiếu phương trình (1) lên trục Ox ta Fcosα – T1 – Fmst1 = m1a (3) Mà Fmst1 = µN1 = µ(P1 – Fsinα) thay vào (3) ta Fcosα – T1 - µ(P1 – Fsinα) = m1a ⇒ F(cosα + µsinα) – T1 - µP1 = m1a (4) Chiếu phương trình (2) lên trục Oy ta - P2 + N2 = ⇒ P = N2 Chiếu phương trình (2) lên trục Ox ta T2 – Fmst2 = m2a (5) Bước 4: Mà Fmst2 = µN2 = µP2 thay vào (5) ta được: T2 - µP2 = m2a (6) Lấy (4) trừ (6) ta được: F(cosα + µsinα) – 2T = (Do T1 = T2 = T; m1 = m2 ⇒ P1 = P2) ⇒ ⇒ (N) Vậy Fmax = 20 (N) Bước 5: Kiểm tra thứ nguyên, công thức, kết hoàn toàn phù hợp Bài 3: Hệ vật bố trí hình vẽ Cho m1 = kg, m2 = kg, α = 300, g = 10 m/s2 Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây, ma sát ròng rọc Hệ số ma sát x vật mặt phẳng nghiêng với vật m1 µ = 0,1 yTính gia tốc Hướng dẫn giải: m1 m1 o m2 (+) m2 12 α α Bước 1: Hiện tượng học: Hệ vật chuyển động mặt phẳng nghiêng Nhận thấy m1gsinα < m2g nên vật m2 có xu chuyển động xuống, vật m1 có xu trượt lên Nên ta giả sử m1 lên, m2 xuống Các lực tác dụng lên vật - Vật 1: Trọng lực , phản lực , lực căng dây , lực ma sát - Vật 2: Trọng lực , lực căng dây Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn cho vật ta có Vật 1: (1) Vật 2: (2) Bước 3: Chọn hệ trục tọa độ hình vẽ Chiều (+) chiều chuyển động vật Vì dây không dãn nên hai vật chuyển động gia tốc a Mặt khác bỏ qua khối lượng rịng rọc, dây ma sát ròng rọc nên T1 = T2 = T Chiếu (1) lên Oy Ox ta Oy: - P1cosα + N = ⇒ N = P1cosα Ox: - P1sinα + T1 – Fmst = m1a ⇒ - P1sinα + T1 - µP1cosα = m1a (5) Chiếu (2) lên trục tọa độ O2x2 ta P2 – T2 = m2a (6) Bước 4: Cộng (5) (6) ta P2 – P1sinα - µP1cosα = (m1 + m2)a ⇒ (m/s2) Do a > m2 xuống, m1 lên với gia tốc a = 0,48 (m/s2) Bước 5: Kiểm tra công thức, thứ nguyên kết hoàn toàn phù hợp Lưu ý: Với dạng toán chưa biết chiều chuyển động vật ta vào độ lớn m1gsinα m2g để biết xu chuyển động hệ + Nếu m1gsinα > m2g m1 có xu hướng trượt xuống, m2 có xu hướng chuyển động m1 lên Ta giả sử hệ chuyển động theo xu hướng trên, m chiều dương chiều chuyển động vật - Tính a > hệ vật chuyển động α theo giải thiết - Tính hệ vật đứng yên 13 + Nếu m1gsinα < m2g m2 có xu hướng chuyền động xuống, m1 có xu hướng trượt lên Ta giả sử hệ chuyển động theo xu hướng trên, chiều dương chiều chuyển động vật - Tính a > hệ vật chuyển động theo giải thiết - Tính hệ vật đứng n + Nếu m1gsinα = m2g hệ đứng cân bằng Bài 4: Ở hai đầu đoạn dây vắt qua ròng rọc cố định người ta treo hai vật nặng A B có khối lượng m1 = 1,3 kg m2 = 1,2 kg (hình vẽ bên dưới) Sau bng tay tính: a Gia tốc chuyển động vật b Lực căng dây treo vật Lấy g = 10 m/s2 Bỏ qua khối lượng ròng rọc dây Bỏ qua ma sát rịng rọc Sợi dây khơng dãn Hướng dẫn giải: x2 (+) A A m1 B B O2 O1 m2 (+) x1 Bước 1: Hiện tượng học: Hai vật nối với bằng một sợi dây khơng dãn vắt qua rịng rọc cố định Các lực tác dụng lên vật - Vật A: Trọng lực , lực căng dây - Vật B: Trọng lực , lực căng dây Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn ta có Vật A: (1) Vật B: (2) Bước 3: Vì mA > mB nên vật A xuống, vật B lên Chọn trục tọa độ hình vẽ Chiều (+) chiều chuyển động vật Chiếu (1) (2) lên trục tọa độ ta 14 P1 – T1 = m1a1 (3) -P2 + T2 = m2a2 (4) Bước 4: Vì sợi dây khơng dãn nên hai vật chuyển động gia tốc a1 = a2 = a Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây ma sát nên T1 = T2 = T Cộng phương trình (3) (4) ta được: P1 – P2 = a(m1 + m2) ⇒ (m/s2) Từ (3) ta có lực căng dây là: T1 = T2 = P1 – m1a1 = 1,3.10 – 1,3.0,4 = 12,48 (N) Bước 5: Kiểm tra thứ nguyên, công thức kết ta thấy hoàn toàn phù hợp Bài tập luyện tập Bài 1: Đặt lên mặt sàn nằm ngang ba vật A, B, C có khối lượng m1 = kg; m2 = kg; m3 = kg nối với bằng hai sợi dây khơng dãn có khối lượng không đáng kể Người ta kéo ba vật theo phương ngang lực F = 20 N đặt vào vật C Tính gia tốc chuyển động hệ vật lực căng dây nối vật Cho biết hệ số ma sát vật sàn bằng 0,1 Lấy g = 10 m/s2 Đáp số: a = 1,5 m/s2; TAB = 10 N; TBC = 17,5 N Bài 2: Trong hệ hình vẽ m1 = kg; m2 = kg; m1 hệ số ma sát vật mặt phẳng nghiêng = 0,1 m = 300; g = 10 m/s Bỏ qua khối lượng ròng rọc, dây ma sát rịng rọc Sợi dây khơng dãn α a Tính gia tốc chuyển động vật b Tính sức căng dây? Đáp số: a = 0,6 m/s2; T = 10,6 N Dạng 4: Bài toán liên quan tới lực hướng tâm Bài 1: Một lò xo có độ cứng k, chiều dài tự nhiên l0, đầu giữ cố định trục A, đầu gắn vào cầu khối lượng m trượt khơng ma sát (∆) nằm ngang Thanh () quay với vận tốc góc ω xung quanh trục A thẳng đứng (như hình vẽ) Tính độ dãn lị xo l0 = 20 cm; ω = 20 rad/s; m = 10 g ; k = 200 N/m (∆) m A O x A Hướng dẫn giải: Bước 1: 15 Hiện tượng học: Vật m chuyển động tròn (∆) quay quanh trục A thẳng đứng Các lực tác dụng lên vật m là: Trọng lực , phản lực (∆) lên vật , lực đàn hồi Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn ta có: (1) Trong nên lực hướng tâm Bước 3: Chọn trục tọa độ Ox trùng với bán kính, chiều dương hướng vào tâm quay Chiếu (1) lên trục tọa độ ta (2) Bước 4: Từ (2) suy ra: ⇒ (m) Bước 5: Kiểm tra thứ ngun, cơng thức, kết thấy hồn tồn phù hợp Bài tập luyện tập Bài 1: Một người xe đạp vịng xiếc bán kính 10 m Xe phải qua điểm cao vòng với vận tốc tối thiểu bằng để khỏi rơi? Cho g = 10 m/s2 Đáp số : 10m/s Bài 2: Một người xe đạp (khối lượng tổng cộng 60 kg) vịng trịn làm xiếc bán kính 6,4 m Hỏi người phải qua điểm cao với vận tốc tối thiểu để không bị rơi ? Xác định lực nén lên vòng tròn xe qua điểm cao chuyển động với vận tốc 10 m/s Cho g = 10 m/s2 Đáp số: vmin = m/s ; N = 337,5 N Dạng 5: Hiện tượng tăng, giảm trọng lượng Ở dạng toán ta chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất, trục Ox theo phương thẳng đứng Chiều (+) chiều chuyển động vật Bài 1: Một vật có khối lượng 80 kg đặt sàn thang máy, lấy g = 10 m/s2 Tính áp lực vật lên sàn thang máy trường hợp sau: a Thang máy lên nhanh dần với gia tốc có độ lớn a = m/s2 b Thang máy lên chậm dần với gia tốc có độ lớn a = m/s2 c Thang máy rơi tự Hướng dẫn giải: x o Bước 1: Hiện tượng học: Vật đặt sàn thang máy chuyển động 16 Các lực tác dụng lên vật là: Trọng lượng , phản lực mặt sàn Bước 2: Áp dụng phương trình định luật II Niu-tơn ta có: (1) Bước 3: Chọn trục tọa độ Ox thẳng đứng, chiều dương hướng lên Chiếu (1) lên Ox ta có: - P + N = ma ⇒ N = P + ma = m(g +a) (2) Bước 4: Vật đặt sàn thang máy nên vật có gia tốc với gia tốc thang máy a Thang máy lên nhanh dần nên a = + m/s2 thay vào (2) ta có N = 80(10 + 2) = 960 N Áp lực vật lên sàn có độ lớn bằng phản lực sàn lên vật bằng 960 N b Thang máy lên chậm dần nên a = - m/s2 thay vào (2) ta N = 80(10 – 2) = 640 N Vậy trường hợp áp lực vật lên sàn bằng 640 N c Thang máy rơi tự nên a = -g từ (2) suy N = Trường hợp vật rơi không trọng lượng Bước 5: Kiểm tra thứ nguyên, kết ta thấy hoàn toàn phù hợp Bài tập luyện tập Bài 1: Khi thang máy đứng yên, vật m treo vào lò xo treo thẳng đứng có đầu gắn cố định lên thang máy làm lò xo giãn cm Tính độ biến dạng lị xo trường hợp thang máy xuống chậm dần với gia tốc a = m/s2 Lấy g = 10 m/s2 Đáp số: ∆l = 0,06 m Bài 2: Vật khối lượng 200g treo vào lực kế thang máy chuyển động biến đổi Xác định hướng chuyển động thang máy số lực kế 1,6 N Lấy g = 10 m/s2 Tính gia tốc chuyển động thang máy Đáp số: Thang máy xuống nhanh dần đều lên chậm dần đều với gia tốc a có độ lớn a = m/s2 2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Khi áp dụng sáng kiến vào thực tiễn giảng dạy lớp 10A, 10B trường THPT Như xuân II năm học 2020 – 2021 thấy em biết cách giải tập vật lí cách khoa học, đảm bảo đến kết xác Khi sử dụng phương pháp động lực học để giải tốn chuyển động học khơng giúp em hiểu chất tượng vật lí, nắm vững kiến thức mà rèn luyện kĩ suy luận, tư logic, qua em khơng cịn lúng túng mà tự tin hứng thú giải tập phần chuyển động học Sau đưa phương pháp động lực học để giải toán chuyển động học, kết khảo sát thống kê cho thấy: Trước áp dụng đề tài Lớp Sĩ số Học sinh giải Học sinh cịn lúng Học sinh khơng giải túng SL TL SL TL SL TL 17 10A 10B 36 40 10 27,8% 22,5% Sau áp dụng đề tài Lớp Sĩ số Học sinh giải 10A 10B 36 40 SL 27 25 11 12 30,6% 30% Học sinh lúng túng TL SL TL 75% 13,9% 62,5% 22,5% PHẦN KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 15 19 41,6 % 47,5% Học sinh không giải SL TL 11,1% 15% 3.1 KẾT LUẬN Trên tơi vừa trình bày xong đề tài nghiên cứu Trong đề tài này, tơi sử dụng phương pháp động lực học để giải dạng tập phần chuyển động học chất điểm Với dạng tập đưa tập mẫu điển hình, nêu rõ chất tượng vật lí rõ bước trình giải toán bằng phương pháp động lực học giúp học sinh dễ hiểu phương pháp động lực học, đồng thời áp dụng để giải tốn dạng Từ khắc phục hạn chế học sinh giải tập vật lí Thực tế q trình giảng dạy, tơi đưa phương pháp động lực học để giải dạng tập phần chuyển động học, học sinh tiếp thu dễ dàng hơn, nhớ lâu hơn, hiểu rõ chất tượng vật lí phát triển tư logic, từ học sinh tự tin giải tập bằng phương pháp động lực học kích thích lịng say mê u khoa học, u vật lí học sinh Tuy có nhiều cố gắng kinh nghiệm giảng dạy hạn chế, đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận xét góp ý chân thành đồng chí đồng nghiệp để đề tài ngày hoàn chỉnh 3.2 KIẾN NGHỊ Vì thời gian nghiên cứu dung lượng đề tài có hạn nên lượng tập đề tài tơi đưa cịn hạn chế Tơi mong đồng chí đồng nghiệp người đọc bổ sung để đề tài tơi hồn thiện Hiện kết nghiên cứu đề tài áp dụng thử nghiệm cho học sinh trường THPT Như Xuân II Tôi mong rằng thời gian tới, đề tài nghiên cứu áp dụng rộng rãi hơn, đặc biệt học sinh miền núi Góp phần nâng cao kết học tập học sinh XÁC NHẬN CỦA BGH Như Xuân, ngày 17 tháng 05 năm 2021 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác 18 Đào Thị Hà 19 Tài liệu tham khảo SGK Vật lý 10 – NXB GD Nguồn tài liệu mạng trang hocmai.vn, thuvienvatly.com, violet Kiến thức nâng cao vật lí Tác giả: Vũ Thanh Khiết – NXB Hà Nội 4.Chuyên đề bồi dưỡng vật lí 10 Tác giả: Ngũn Đình Đồn – NXB Đà Nẵng 5.Tuyển tập tập vật lí sơ cấp Tác giả: Vũ Đình Tuy (chủ biên) – NXB giáo dục Việt Nam DANH MỤC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SKKN CẤP TỈNH XẾP LOẠI Họ tên tác giả: Đào Thị Hà Chức vụ đơn vị công tác: Giáo viên trường THPT Như Xuân II T T Tên đề tài SKKN Cấp đánh giá xếp loại Phương pháp giải toán dao động tắt dần lắc lò xo Giúp học sinh trường THPT Như Xuân II phân loại giải số tập phóng xạ Cấp tỉnh Kết đánh giá xếp loại C Năm học đánh giá xếp loại 2014-2015 Cấp tỉnh C 2018-2019 ... học sinh bước tiến hành lưu ý giải toán chuyển động học bằng phương pháp động lực học Sau vận dụng phương pháp động lực học để giải số dạng toán chuyển động học chất điểm 2.3.1 Phương pháp động. .. tài ? ?Giúp học sinh trường THPT Như xuân II vận dụng phương pháp động lực học để giải số toán chuyển động học? ?? làm sáng kiến kinh nghiệm 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Giúp em học sinh lớp 10 trường THPT. .. động lực học Phương pháp động lực học phương pháp vận dụng định luật Niu-tơn lực học để giải toàn chuyển động học chất điểm 2.3.2 Các bước tiến hành giải toán bằng phương pháp động lực học Bước