Giúp học sinh chinh phục câu chốt phần va chạm cơ học vật lí trong đề thi tốt nghiệp THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT NGUYỄN XUÂN THAI NGUYÊN TRƯỜNG THPT ĐẶNG MAI 0O0 - SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM BÀI TẬP PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG THẲNG TRONG GIÚP HỌC SINH CHINH PHỤC CÂU CHỐT PHẦN VA MẶT CHẠM CƠ HỌC VẬT LÍPHẲNG TRONG ĐỀ THI TÔT NGHIỆP THPT Người thực hiện: Trần Thị Thu Chức vụ: Giáo viên Đơn vị cơng tác: Tốn Người thực Văn Ngãi SKKN thuộc lĩnhhiện: vực Trần mơn Tốn Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lý THANH HÓA NĂM THANH HÓA NĂM 20152021 MỤC LỤC Nội dung Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước thực áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Các trường hợp va chạm thường gặp làm tập Trang 1 1 2.3.1.1 Va chạm xuyên tâm, đàn hồi 2.3.1.2 Va chạm xuyên tâm, không đàn hồi 2.3.1.3 Va chạm đàn hồi cầu với mặt phẳng cố định 4 2.3.1.4 Các tập điển hình 2.3.2 Vận dụng giải tập đề thi THPT quốc gia đề thi thử số trường THPT 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Kết luận, kiến nghị 14 3.1 Kết luận 18 3.2 Kiến nghị 18 Tài liệu tham khảo Danh mục đề tài SKKN mà tác giả Hội đồng SKKN Ngành GD huyện, tỉnh cấp cao đánh giá đạt từ loại C trở lên 19 20 Phụ lục 17 1 Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài Để việc dạy học có hiệu quả, học sinh nắm vững kiến thức khoa học tư độc lập, sáng tạo, giáo viên cần đổi phương pháp dạy học, đòi hỏi phải sử dụng phương tiện dạy học phù hợp để phát huy tính tích cực chủ động học sinh việc sử dụng hệ thống lý thuyết tập biện pháp nhằm nâng cao chất lượng dạy học Thông qua hệ thống lý thuyết giúp học sinh nắm vững kiến thức học, hệ thống tập giúp học sinh củng cố hiểu sâu Để đạt mục đích trên, giáo viên phải hệ thống lý thuyết trình bày cách đọng, xốy trọng tâm Hệ thống tập xếp từ đến nâng cao dần trình bày nội dung: + Phân dạng tập + Đưa phương pháp giải + Cho tập minh họa + Cho tập vận dụng có đáp án + Vận dụng để hoàn thành số câu hỏi đề thi THPT quốc gia Việc sử dụng hệ thống lý thuyết tinh gọn, dễ nhớ tập đa dạng giúp học sinh nắm vững kiến thức học, có phương pháp giúp học sinh đọc đề hiểu cách giải giải nhiều tập từ đến nâng cao Qua đó, giúp học sinh phát huy tính tích cực, chủ động say mê hứng thú học tập mơn Vật lí, từ nâng cao chất lượng mơn học Kiến thức vật lí va chạm nằm chương trình lớp 10, ơn thi tốt nghiệp lớp 12 thời gian xa nên học sinh học khó hiểu khó nhớ, dẫn đến chán nản thường mặc định khoanh mị Vì năm gần điểm thi vật lí tốt nghiệp THPT quốc gia thường thấp mơn Tốn, Hóa Sinh, dẫn đến việc chuyển khối khơng theo học mơn vật lí để thi tốt nghiệp ngày giảm sút trông thấy Số lượng học sinh tổ hợp khối A A1 ngày đi, giáo viên giảng dạy vật lí thấy ngày buồn nhiều hay nghĩ tiêu cực khơng đầu tư chun mơn nưã Để góp cải thiện điểm số thi thi tốt nghiệp THPT, đồng thời khơi dậy niềm đam mê học tập môn vật lí cho bạn học sinh Vì vậy, tơi mạnh dạn chọn đề tài “ Giúp học sinh chinh phục câu chốt phần va chạm học vật lí đề thi tốt nghiệp THPT “ 1.2 Mục đích nghiên cứu Xây dựng phương pháp giải tập thuộc phần va chạm học giúp học sinh chinh phục câu chốt đề thi tốt nghiệp THPT 1.3 Đối tượng nghiên cứu Các tập, công thức giới thiệu chương trình THPT câu hỏi đề thi THPT quốc gia thi thử trường THPT 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 1.4.2 Phương pháp nêu vấn đề giảng dạy 1.4.3 Phương pháp chuyên gia 1.4.4 Phương pháp thống kê toán học Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Định nghĩa va chạm: - Va chạm tương tác vật xảy thời gian ngắn vận tốc vật thay đổi không đáng kể - Lực va chạm xung lực, lực lớn nên làm thay đổi đột ngột động lượng vật - Có thể coi hệ hai vật va chạm hệ kín thời gian va chạm Do áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ trước sau va chạm 2.1.2 Phân loại loại va chạm - Về lượng: Có ba loại: + Va chạm hoàn toàn đàn hồi: động hệ bảo tồn + Va chạm hồn tồn khơng đàn hồi (va chạm mềm): sau va chạm vật “dính” vào chuyển động vận tốc + Va chạm đàn hồi phần: động hệ không bảo tồn - Về hình học: Có hai loại: + Va chạm xuyên tâm (trực diện): vectơ vận tốc vật trước sau va chạm phương + Va chạm không xuyên tâm (xiên): vectơ vận tốc vật trước sau va chạm khác phương 2.1.3 Các dạng toán va chạm thường gặp: 2.1.3 1.Va chạm xuyên tâm - Va chạm xuyên tâm đàn hồi: Trường hợp động lượng động hệ bảo toàn: ur uu r uu r ur u ur uu r + Bảo toàn động lượng: pt = ps ⇔ m1 v1 + m2 v2 +… = m1 v1' + m2 v2' +… ( 4.1) 2 2 + Bảo toàn động năng: Wđ ( t ) = Wđ ( s ) ⇔ m1v12 + m2 v22 + = m1v1'2 + m2 v2'2 + (4.2) ur uu r ur uu r  m1 v1 + m2 v2 = m1 v1' + m2 v2'  * Với hệ hai vật ( m1 , m2 ) :  2 '2 '2  m1v1 + m2 v2 = m1v1 + m2v2 2 2 m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2 v2'  ⇔ 1 ( 4.3) 1 2 '2 '2  m1v1 + m2 v2 = m1v1 + m2 v2 2 2 ( m1 − m2 ) v1 + 2m2v2 ( m2 − m1 ) v2 + 2m1v1 ' ' Từ (4.3): v1 = v2 = m1 + m2 m1 + m2 - Va chạm mềm (hoàn toàn không đàn hồi): Trường hợp động lượng hệ bảo tồn động hệ khơng bảo toàn: ur uu r uu r uur ur uu r ' ' p = p ⇔ m v + m v +… = m v + m v + Bảo toàn động lượng: t (4.4) s 1 2 1 2 +… + Động chuyển hóa thành nội năng: Wđ ( t ) − Wđ ( s ) = Q (4.5) (Q thường nhiệt làm nóng vật tỏa mơi trường xung quanh) ur uu r r  m1 v1 + m2 v2 = ( m1 + m2 ) v  * Với hệ hai vật ( m1 , m2 ) :  2   m1v1 + m2v2 ÷ − ( m1 + m2 ) v = Q   m1v1 + m2v2 = ( m1 + m2 ) v  ⇔  (4.6) 1 2  m1v1 + m2v2 ÷− ( m1 + m2 ) v = Q   Từ (4.6): v = m1v1 + m2 v2 1 mm  ; Q =  ÷( v1 − v2 ) m1 + m2  m1 + m2  2.1.3 Va chạm không xuyên tâm r Giả sử vật chuyển động với vận tốc v1 đến va chạm xiên vào vật đứng yên ( v2 = ) Sau va r r chạm, hai vật có vận tốc v1′ , v 2′ hợp với phương vận tốc ban đầu vật θ1 ,θ Ta có: - Bảo tồn động lượng: ur uu r uu r ur u ur uu r pt = ps ⇔ m1 v1 + m2 v2 = m1 v1' + m2 v2' m1v1 = m1v1' cos θ1 + m2 v2' cos θ ⇔ ' ' 0 = m1v1 sin θ1 + m2 v2 sin θ (4.7) - Trường hợp va chạm đàn hồi, động bảo toàn: Wd ( t ) = Wd ( s ) 1 m1v12 = m1v1' + m2v2' 2 2 ( 4.8 ) 2.1.4 Một số lưu ý giải toán va chạm - Từ đặc điểm va chạm, ta thấy: hệ hai vật va chạm coi hệ kín thời gian va chạm Do đóur ln áp dụng định luật bảo tồn động lượng ur cho hệ trước sau va chạm: pt = p s - Đối với va chạm đàn hồi (xuyên tâm không xuyên tâm), động bảo toàn: Wđ ( t ) = Wđ ( s ) - Đối với va chạm không đàn hồi (xuyên tâm không xuyên tâm), động khơng bảo tồn, phần động thường biến thành nhiệt: Wđ ( t ) = Wđ ( s ) + Q hay Wđ ( t ) − Wđ ( s ) + Q 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.2.1 Thực trạng trước thực đề tài: Thực tế nay, việc sử dụng hệ thống lý thuyết tập nói chung chưa có hiệu cao chưa có quan tâm mức Thực trạng cần thay đổi xu đổi phương pháp giảng dạy tăng cường hoạt động người học, đặc biệt hoạt động nhóm hoạt động cá nhân Nguyên nhân số giáo viên chưa coi trọng mức tầm quan trọng sử dụng hệ thống lý thuyết tập học, cơng việc địi hỏi phải dành nhiều thời gian trước lên lớp, … Qua giảng dạy cho thấy, hầu hết em học sinh lớp 12 trường chưa trọng nhiều đến việc nắm vững lý thuyết học, cách phân dạng tập đưa phương pháp giải cho dạng, mà chủ yếu tập trung giải tập cách đơn lẻ, Điều làm cho học sinh không nắm vững lý thuyết học cách sâu rộng, cách nhìn tổng qt đưa phương pháp cho dạng tập, không nâng cao đáng kể chất lượng học tập Vì vậy, việc sử dụng hệ thống lý thuyết tập học giúp học sinh nắm vững kiến thức học, có phương pháp giải nhiều tập từ đến nâng cao Qua đó, giúp học sinh phát huy tính tích cực, chủ động say mê hứng thú học tập, nâng cao đáng kể chất lượng mơn Từ vận dụng cao để giải số câu hỏi thuộc đề thi THPT quốc gia năm gần đây, số câu hỏi khó thuộc số đề thi thử trường THPT 2.2.2 Nguyên nhân thực trạng vấn đề trên: Các khái niệm Vật lí nhìn chung khó, trừu tượng, lần học sinh tiếp cận chương trình cấp III nên khơng dễ dàng chuyển hóa kiến thức cho em; Thường giáo viên đầu tư sưu tầm sử dụng hệ thống lý thuyết tập học Chất lượng học tập học sinh lớp thấp Khả độc lập suy nghĩ tính tích cực, chủ động em khơng cao Nội dung trình bày sách giáo khoa cịn nặng tính lý thuyết, tập sách giáo khoa, sách tập chưa phong phú đa dạng, không phân loại đưa phương pháp giải riêng cho dạng Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Các trường hợp va chạm thường gặp làm tập 2.3.1.1 Với dạng tập va chạm xuyên tâm, đàn hồi Phương pháp giải là: - Sử dụng cơng thức định luật bảo tồn động lượng (va chạm) bảo toàn động (đàn hồi):  ' ( m1 − m2 ) v1 + 2m2v2  m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2' v1 = m1 + m2   ⇒ 1 1 2 '2 '2  m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2 v ' = ( m2 − m1 ) v2 + 2m1v1 2 2  m1 + m2  - Một số ý: Vận tốc hai vật có giá trị đại số: theo chiều dương vectơ vận tốc chiều với chiều dương v > ; vectơ vận tốc ngược chiều với chiều dương v < 2.3.1.2 Với dạng tập va chạm xuyên tâm, không đàn hồi Phương pháp giải là: - Sử dụng cơng thức định luật bảo tồn động lượng (va chạm) độ giảm động (không đàn hồi):  m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'   1 1 2 '2 '2  m1v1 + m2 v2 ÷ −  m1v1 + m2v2 ÷ = Q     - Với va chạm mềm (hồn tồn khơng đàn hồi): v1' = v2' = v , đó: m1v1 + m2v2   m1v1 + m2v2 = ( m1 + m2 ) v v = m + m   ⇒  1 2  m1v1 + m2 v2 ÷− ( m1 + m2 ) v = Q Q =  m1m2  ( v − v )  ÷     m1 + m2  - Một số ý: va chạm mềm vật có vận tốc v1 với vật đứng yên ( v2 = ) thực tế: búa – cọc; búa – đe, ta được: + Vận tốc hệ sau va chạm nhiệt lượng toả ra: v = + Nếu m1 >> m2 (búa – cọc): + Nếu m1 Chọn D ω A 2 Bài 5: (Thi Thử chuyên Nguyễn Trãi- Hải Dương- lần 1-năm 2021) Con lắc lị xo gồm lị xo có độ cứng 200N/m , cầu M có khối lượng 1kg dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ 12,5cm Ngay cầu xuống đến vị trí thấp có vật nhỏ khối lượng 500g bay theo phương trục lò xo, từ lên với tốc độ 6m/s tới dính chặt vào M Lấy g=10m/s2 Sau va chạm, hai vật dao động điều hòa Biên độ dao động hệ hai vật sau va chạm là: A 10cm B 20cm C 17,3cm D 21cm Bài giải: Áp dụng định luật bảo toàn vecto động lượng cho hệ trước sau va chạm: uur uu r m×v0 0,5×6 = = 2m/s = 200cm/s ptr = ps ⇔ mv0 = (m+ M ).v ⇒ v = m+ M 0,5+ mg 0,5×10 = = 0,025m= 2,5cm VTCB VTCB đoạn: x0 = k 200 Li độ sau va chạm so với VTCB là: x = A − x0 = 12,5− 2,5 = 10cm Tần số góc dao động hệ: ω = k 200 20 = = rad/s M+m 1+ 0,5 Biên độ dao động hệ hai vật sau va chạm là: A = x2 + v2 2002 = 10 + = 20cm ω2 > Chọn B  20   ÷  3 Bài 6: (Thi Thử Diễn đàn vật lý- lần 1-năm 2021) Một lắc lò xo dao động điều hòa theo phương thẳng đứng trùng với trục lò xo Biết lị xo nhẹ có độ cứng 50 N/m, vật nhỏ dao động có khối lượng M = 0,4 kg lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s Người ta đặt nhẹ nhàng lên m gia trọng m = 0,05 kg dao động điều hòa với biên độ cm Lấy g = 10 m/s2 Khi vật vị trí cân 4,5 cm, áp lực m lên M A 0,4 N B 0,5 N C 0,25 N D 0,75 N Bài giải Vì  k  a max = ω  A =  ÷A M+m 50.0, 05 = = 5,56 (  m / s ) < g = 10 (  m / s ) 0, + 0, 05 vật m dao động với M u r + Các lựcurtác dụng lên m gồm: trọng lực P m , phản lực N 16 u r ur r + Theo định luật II Niu-tơn ta có: P m + N = ma + Chiếu lên chiều dương (hướng xuống) ta có: Pm − N = ma Do vật vị trí cân 4,5 cm: ⇒ N = Pm − ma = m(g − a) = m ( g + ω x ) ⇒ Chọn C 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Trong nhóm giảng dạy tơi chia làm hai nhóm; * Nhóm 1: Nhóm đối chứng (dạy theo chương trình tiến độ lớp sách giáo khoa) * Nhóm 2: Nhóm thực nghiệm ( Kết hợp sách giáo khoa phương pháp này) Hai nhóm có học lực môn lý thông qua kết học tập em từ kiểm tra Sau dạy xong, em làm đề kiểm tra khảo sát nhóm tiến rõ rệt so với nhóm điểm số hứng thú học tập, cụ thể số liệu sau: Nhóm Điểm Nhóm đối chứng Nhóm tiến hành thực nghiệm theo phương pháp Số học sinh Quy đổi % Số học sinh Quy đổi % 9-10 01 1.1 04 4.4 7-8 36 39.6 53 58.9 5-6 43 47.2 26 28.9 3-4 06 6.6 06 6.7 0-2 05 5.5 01 1.2 Tổng số HS 91 90 Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận Thơng qua tìm hiểu phân tích kết việc ứng dụng sáng kiến kinh nghiệm “ Phát triển tư vật lý học sinh qua nghiêm cứu chuyên va chạm học vật lý 10 THPT” số năm, đặc biệt phạm vi rộng hai năm học 2016-2017 tự nhận thấy - Đối với giáo viên, sáng kiến kinh nghiệm tài liệu quan trọng công tác giảng dạy đội tuyển học sinh giỏi cấp phần học góp phần giải triệt để câu hỏi chốt đề thi 17 - Đối với học sinh khá, giỏi, sáng kiến kinh nghiệm giúp cho em kỹ tư duy, suy luận lơgíc để chủ động, tự tin vào thân việc giải tập hay tượng vật lý khác mà em gặp sống Từ kết nghiên cứu, thân rút số học kinh nghiệm để phục vụ công tác giảng dạy ôn thi cấp 3.2 Kiến nghị Nhằm giúp đỡ Thầy cô nâng cao kinh nghiệm, tay nghề việc dạy học, giúp em học sinh biết cách tư lơgíc, phân tích, tổng hợp, xử lí thơng tin Theo tơi, hàng năm phịng trung học phổ thơng thuộc Sở giáo dục đào tạo cần lựa chọn cung cấp cho trường phổ thông số sáng kiến, viết có chất lượng, có khả vận dụng cao để Thầy có hội học hỏi thêm đồng nghiệp, có hội phát triển thêm sáng kiến để tự người tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với mình, phù hợp với đối tượng học sinh Trên số kinh nghiệm suy nghĩ thân tơi, khiếm khuyết Rất mong hội đồng khoa học, đồng nghiệp nghiên cứu, bổ sung góp ý để đề tài hoàn thiện hơn, để kinh nghiệm tơi thực có ý nghĩa có tính khả thi Tôi xin chân thành cảm ơn! Xác nhận thủ trưởng đơn vị Thanh Hóa, ngày 15 tháng năm 2021 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép người khác Người viết Trần Văn Ngãi Tài liệu tham khảo: Các toán vật lý chọn lọc Tác giả PGS-TS Vũ Thanh Khiết Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý THPT Tác giả PGS-TS Vũ Thanh Khiết Bài toán sở vật lý Tác giả Lương Duyên Bình - Nguyễn Quang Hậu Bài tập vật lý 12 Tác giả Dương Trọng Bái- Vũ Thanh Khiết Tuyển tập tập vật lý nang cao.Tác giả PGS-TS Vũ Thanh - Nguyễn Thế Khơi Tạp chí Vật lý tuổi trẻ Kiến thức nâng cao vật lý THPT - Tác giả PGS-TS Vũ Thanh Khiết 18 Phương pháp tư sáng tạo giải nhanh bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 10 Tác giả Trịnh Minh Hiệp Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 10 12 Tác giả Nguyễn Phú Đồng- Nguyễn Thanh Sơn- Nguyễn Thành Tương 10 Giải toán vật lý 10 12 Tác giả Bùi Quang Hân 11 Một số tài liệu chuyên môn khác DANH MỤC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN, TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả:Trần Văn Ngãi Chức vụ đơn vị công tác: Giáo viên Vật lý trường THPT Đặng Thai Mai 19 TT Tên đề tài SKKN Giúp học sinh giải nhanh tập vật lý ôn thi học sinh giỏi ôn thi đại học ứng dụng tích phân tốn học Cấp đánh giá xếp loại (Ngành GD cấp huyện/tỉnh; Tỉnh ) Sở GD & ĐT Thanh Hóa Kết đánh giá xếp loại (A, B, C) C Năm học đánh giá xếp loại 2014-2015 Phụ lục Đề dùng để khảo sát hai nhóm học sinh: (Thời gian: 25 phút ) Nhóm 1: Nhóm đối chứng (dạy theo chương trình tiến độ lớp sách giáo khoa) Nhóm 2: Nhóm thực nghiệm ( Kết hợp sách giáo khoa phương pháp này) Câu 1: Cho hệ hình vẽ Hai vật khối lượng m đặt sàn nhẵn nằm ngang nối với lò xo độ cứng k Vật thứ ba khối lượng m đến đập vào hai vật với vận tốc v 20 dọc theo phương song song với trục lò xo Coi va chạm tuyệt đối đàn hồi Vận tốc vật lò xo dãn tối đa A v1 = v2 = v B v1 = v2 = v C v1 = 2v2 = v D 2v1 = v2 = v Câu 2: Ba cầu khối lượng m1 , m2 , m3 đặt thẳng hàng sàn trơn Quả cầu I chuyển động đến cầu II với vận tốc cịn cầu II III đứng yên (hình vẽ) Để sau va chạm (tuyệt đối đàn hồi), cầu III có vận tốc lớn Biểu thức A m3 = m1m2 B m2 = m1m3 C m2 = m1 + m3 D m2 = m1m3 Câu 3: Búa máy khối lượng m1 = 1000kg rơi từ độ cao h = 3, 2m vào cọc khối lượng m2 , va chạm mềm Biết m1 = 1000kg ; m2 = 100kg Vận tốc búa cọc sau va chạm A 8,6 m/s B 6,3 m/s C 5,2 m/s D 7,3 m/s Câu Đĩa cân cân lị xo có khối lượng m1 = 120 g , lị xo có độ cứng k = 20 ( N / m ) Vật khối lượng m = 60 g rơi xuống đĩa từ độ cao h = 8cm (so với đĩa) không vận tốc đầu Coi va chạm hồn tồn khơng đàn hồi Bỏ qua sức cản khơng khí Vật dời xa so với vị trí ban đầu A 13 cm B 14 cm C 15 cm D 16cm P = 900 N Câu Vật nặng búa máy có trọng lượng dùng để đóng cọc P2 = 300 N vào đất Mỗi lần đóng cọc lún sâu h = 5cm Búa rơi từ độ cao H = 2m xuống đầu cọc lực cản khơng khí vào búa rơi F = 0,1P1 Coi va chạm tuyệt đối không đàn hồi Lực cản đất lên cọc A 26500 N B 8000 N C 25500 N D 12000 N Câu Hòn bi thép khối lượng M bi sáp khối lượng m treo cạnh đầu hai sợi dây song song Kéo dây treo M lệch góc α bng tay, sau va chạm (tuyệt đối khơng đàn hồi), góc lệch cực đại hai dây treo β Bỏ qua sức cản khơng khí Độ tiêu hao hệ α β − ( m + M ) sin  2  α β  B W ' = g l  M sin − ( m + M ) sin   2  2 β  C W ' = g l  M sin α − ( m + M ) sin  2    α D W ' = g l  M sin − ( m + M ) sin β      A W ' = g l  M sin Câu Cho hệ hình vẽ Cho biết m1 = 2kg , m2 = 3kg , v0 = 0, ban đầu m1 , m2 cách mặt đất 1m Coi va chạm m2 với đất tương tác m1 m2 dây bắt đầu căng va chạm mềm Trong 21 trình chuyển động, m1 xuống cách mặt đất khoảng thấp bao nhiêu? A 1,64m B 1,74m C 1,84m D 1,94m Câu Một lắc lị xo có độ cứng 200 N/m treo vật khối lượng m = 500 g dao động điều hòa theo phương thẳng đứng với biên độ 13,5 cm Khi m xuống vị trí thấp có vật nhỏ khối lượng M = 300 g bay theo phương thẳng đứng với tốc độ không đổi m/s tới va chạm với m Sau va chạm hai vật dính chặt với chuyển động vận tốc Lấy g = 10 m/s Biên độ dao động sau va chạm hệ có giá trị gần với giá trị sau đây? A 23,3 cm B 17,8 cm C 20,2 cm D 22,4 cm l = 1, 2m Câu Hòn bi sắt treo vào dây chiều dài kéo cho dây nằm ngang thả rơi Khi dây hợp góc α = 300 với đường thẳng đứng, bi va chạm đàn hồi với bề mặt thẳng đứng sắt lớn cố định (hình vẽ) Hỏi bi nảy lên đến độ cao bao nhiêu? A 0,12 m B 0,18 m C 0,32 m D 0,26 m Câu 10 Vật nhỏ trượt không ma sát với v0 = từ đỉnh bán cầu bán kính R đặt cố định sàn ngang Đến nơi bán cầu, vật rời bán cầu, rơi xuống sàn nẩy lên (hình vẽ) Biết va chạm vật với sàn hoàn toàn đàn hồi Độ cao H mà vật đạt tới sau va chạm A H = 23R 27 B H = 27 R 23 C H = 3R D H = Đáp án đề khảo sát Câu 1: Vì u1 + u2 = v khơng đổi nên theo bất đẳng thức Cơ-si u1u2 = u1 = u2 = v kx đạt cực đại khi: 2m (4) 22 2R - Khi (3) trở thành: v kxmax m = ⇒ xmax = v 2m 2k v Vậy: Vận tốc vật lò xo dãn tối đa u1 = u2 = * Chú ý: Có thể giải câu b theo cách khác sau: Gọi G khối tâm hệ hai vật 2; vG vận tốc khối tâm G - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ gồm vật vật sau vật va chạm vào vật 2, ta có: m1v1 = mG vG hay mv = 2mvG ⇒ vG = mv v = 2m v Như vậy, khối tâm G chuyển động sang phải với vận tốc vG = - Khi lò xo dãn tối đa hai vật đứng yên hệ quy chiếu khối tâm, tức đứng yên so với khối tâm G Suy vận tốc hai vật (đối với mặt đất) vận tốc khối tâm Ta có: u1 = u2 = v (4’) - Thay (4’ ) vào (3) ta được: xmax = v m -> Chọn A 2k Câu 2: Gọi v0 vận tốc ban đầu vật I; v2 vận tốc vật II sau vật I va chạm với vật II; v3 vận tốc vật III sau vật II va chạm với vật III (hình vẽ) - Tương tự trên, ta có: 2m1v0 m1 + m2 2m2 v2 v3 = m2 + m3 v2 = (1) (2) 2m v 2m 4m m v 1 2 - Thay (1) vào (2) ta được: v3 = m + m m + m = ( m + m ) ( m + m ) 2 ⇒ v3 = 4m1m2 v0 = m1m2 + m22 + m1m3 + m2 m3 4v0 4v = m m m + a (3) 1+ + + m1 m2 m1 Suy ra: v3 = v3max a = amin - Áp dụng bất đẳng thức Cơ-si, ta có: a = amin  m2 m3 m = m   m m ⇔  = ( 6)  m1 m1  m3 m3  =  m2 m1 - Từ (4) suy ra: m2 = m1m3 (7) - Từ (5) suy ra: m2 = m3 (8) 23 m2 m3 m3 = = m1 m2 m1 - Từ (6) suy ra: m1 = m2 (9) - Từ (8) (9) ta có: m1 = m2 = m3 Đây trường hợp đặc biệt (7) Điều kiện tổng quát để cầu III có vận tốc lớn là: m2 = m1m3 -> Chọn B Câu 3: Gọi v1 vận tốc búa trước va chạm vào cọc.  - Áp dụng định luật bảo toàn cho búa điểm A B (gốc trọng lực mặt mặt đất (hình vẽ)) m1v12 ⇒ v1 = gh (1) 2ur (Vectơ v1 hướng thẳng đứng xuống dưới) m1 gh = - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ (phương thẳng đứng cho va chạm mềm): m1v1 = ( m1 + m2 ) v ⇒ v = m gh m1v1 = m1 + m2 m1 + m2 (2) Câu Gọi v0 vận tốc vật m trước va chạm với đĩa m1 Ta có: v0 = gh          ( 1) Gọi v vận tốc hệ (m + m1 ) sau va chạm Theo định luật bảo toàn động lượng theo phương thẳng đứng va chạm mềm, ta có: mv0 = (m + m1 )v ⇒ v = mv0 m + m1 (2) Gọi O vị trí cân hệ (m + m1 ) , lị xo bị nén thêm đoạn x0 có thêm vật m Ta có: mg 0, 06.10 = = 0, 03m = 3cm k 20 Gọi M vị trí đĩa cân m1 va chạm N vị trí thấp đĩa cân m1 mg = kx0 ⇒ x0 = (khi lò xo bị nén tối đa) Chọn trục tọa độ Ox hình vẽ - Theo định luật bảo toàn (gốc đàn hồi vị trí cân O hệ m1 + m + lò xo)): 1 kxM + ( m + m1 ) vM2 = kxN2 ⇒ kxM2 + ( m + m1 ) vM2 = kxN2 (3) 2 mv0 với: xM = −OM = − x0 ; vM = v = m + m ; xN = ON WM = WN ⇒  mv0  - Thay vào (3), ta được: kx + ( m + m1 )  ÷ = kxN m + m   ⇒ kx02 + m v02 m v02 = kxN2 ⇒ xN = x02 + m + m1 k ( m + m1 ) - Thay (1) vào (4): xN = x0 + (4) ghm 2.10.0, 08.0, 06 = 0, 032 + = 0, 05m = 5cm k ( m + m1 ) 20 ( 0, 06 + 0,12 ) - Khoảng cách xa vật so với vị trí ban đầu: hmax = h + x0 + xN = + + = 16cm 24 Vậy: Khoảng cách xa vật so với vị trí ban đầu 16cm Chọn D P1 P2 Câu Lực cản đất: m1 = g = 90kg ; m2 = g = 30kg -> F = 0,1P1 = 0,1.900 = 90 N Gọi v1 vận tốc búa trước va chạm - Áp dụng định lý động cho chuyển động búa: AP1 + AF = ∆W1d ⇒ m1 gH − F H = m1v12 −  F  90   ⇒ v1 = H  g − ÷ = 2.2 10 − ÷ = ( m / s ) m1  90    Gọi v vận tốc hệ búa cọc sau va chạm - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho va chạm mềm: m1v1 = ( m1 + m2 ) v ⇒ v = m1v1 90.6 = = 4,5 ( m / s ) m1 + m2 90 + 30 Gọi Fd lực cản đất Áp dụng định lý động cho hệ búa cọc: ( m1 + m2 ) v 2   v2  4,52  ⇒ Fd = ( m1 + m2 )  g + ÷ = ( 90 + 30 ) 10 + ÷ = 25500 N 2h  2.0, 05    AP1 + AP2 + AF = ∆W2d ⇔ m1 gH + m2 gH − Fd H = − Vậy: lực cản đất 25500N Chọn C Câu - Khối lượng bi sáp Gọi v1 vận tốc bi thép M trước va chạm vào bi sáp m + Áp dụng định luật bảo toàn cho bi thép vị trí A B (vị trí va chạm): Mgl (1 − cosα ) = Mv12 ⇒ v12 = g l ( − cos α ) (1) Gọi v vận tốc hệ hai bi sau va chạm + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho va chạm mềm hai bi: Mv1 = ( m + M ) v ⇒ v = Mv1 m+M - Từ (1) (2) suy ra: v = (2) M 2 g l ( − cos α ) (m+M ) (3) + Áp dụng định luật bảo toàn cho hệ hai bi vị trí B C (4) ( m + M ) v = ( m + M ) g l ( − cos β ) ⇒ v = g l ( − cos β ) M 2 g l ( − cos α ) =2g l ( − cos β ) + Từ (3) (4) ta được: v = (m+M )  − cos α  ⇒ m = M  − 1÷ ÷  − cos β  α β  sin − sin  α β Với: − cos α = 2sin ;1 − cos β = 2sin nên: m = M  β 2  sin  25  ÷ ÷ ÷  - Độ tiêu hao hệ W ' = W0 − W = Mg l ( − cos α ) − ( m + M ) g l (1 − cos β ) α β − ( m + M ) sin  2  α β   sin − sin ÷ Vậy: Khối lượng bi sáp m = M  ÷, độ tiêu hao hệ là’ β  ÷ sin   α β  W ' = g l  M sin − ( m + M ) sin  >Chọn A 2   Hay W ' = g l  M sin Câu Khoảng cách thấp từ vật đến mặt đất - Vì m2 > m1 nên ban đầu m2 xuống m1 lên Khi m2 va chạm với đất m1 lên đoạn h đến vị trí N có vận tốc v0 (hình vẽ) - Sau va chạm mềm với đất m2 nằm n đất, cịn m1 tiếp tục lên chậm dần tác dụng trọng lực đến dừng lại K Sau m1 rơi tự đến N Khi m1 rơi đến N m1 đạt vận tốc v0 dây nối hai vật bắt đầu căng, hai vật tương tác với thông qua dây nối tương tự (va chạm” mềm với Sau “va chạm”, hai vật có vận tốc v m1 tiếp tục xuống (kéo m2 lên) chậm dần dừng lại I Sau hệ đổi chiều chuyển động trình tương tự ngược chiều lại diễn Như vậy, I vị trí thấp vật m1 q trình chuyển động h2 khoảng cách thấp từ vật m1 đến mặt đất (hình vẽ) - Áp dụng định lý động cho m1 giai đoạn chuyển động từ vị trí đầu đến m2 chạm đất: AP1 + AP2 = ∆Wđ ( m1 + m2 ) v02 − 2 gh ( m2 − m1 ) ⇒ v02 = m1 + m2 ⇔ −m1 gh + m2 gh = (1) - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho “va chạm mềm” hai vật thông qua dây nối hai vật: m1v0 = ( m1 + m2 ) v ⇒ v = m1v0 (2) m1 + m2 Gọi h1 quãng đường hệ hai vật từ N đến I Áp dụng định lí động cho giai đoạn chuyển động này, ta có: m1 + m2 ) v ( AP1 + AP2 = ∆Wđ ⇒ m1 gh1 − m2 gh1 = − ( m1 + m2 ) v ⇒ h1 = 2 ( m2 − m1 ) g - Từ (1) (2) (3) ta có: h1 = m12 h ( m + m2 ) = 22.1 ( + 3) = 0,16m - Khoảng cách thấp từ vật đến mặt đất (hình vẽ): 26 (3) h2 = 2h − h1 = 2.1 − 0,16 = 1,84m Vậy: Khoảng cách thấp từ vật đến mặt đất 1,84m >Chọn C Câu Vị trí cân lắc trước sau va chạm chênh lượng: ∆O = M +m mg Mg g− = =1,5cm k k k Mv o Vận tốc hai vật sau va chạm v = m + M =3m/s=300cm/s A = 122 + 3002 = 14 cm/s 52.10 >Chọn D Câu - Hòn bi bắt đầu chuyển động không vận tốc đầu từ A, va chạm đàn hồi với mặt thẳng đứngurcủa sắt B, sau nẩy lên đạt độ cao cực đại C (hình vẽ) - Gọi v1 vận tốc vật trước va chạm với sắt B - Áp dụng định luật bảo toàn cho giai đoạn AB với gốc trọng lực B: mv1 ⇒ v12 = gh = g l cos α (1) ur - Vectơ v1 có phương tiếp tuyến với quỹ đạo WA = WB ⇔ mgh = trịn B, tức vng góc với bán kính OB có chiều hình vẽ uu r - Gọi v2 vận tốc vật sau va chạm với sắt B uu r v2 - Vì va chạm đàn hồi với tường phẳng nên ur đối xứng với v1 qua mặt tường thẳng đứng, độ lớn v2 = v1 uur uu r + Thành phần pháp tuyến v2n v2 có phương vng góc quỹ đạo trịn nên uur khơng ảnh hưởng đến chuyển động trịn lên vật Thành phần v2n có tác dụng kéo dãn dây treo vật làm phần động vật biến thành nhiệt uu r r + Thành phần tiếp tuyến với quỹ đạo v 2t v2 có tác dụng nâng vật lên cao đến C v2t = v2 cos 2α = v1 cos 2α          ( ) - Áp dụng định luật bảo toàn cho giai đoạn BC với gốc trọng v22t lực B: WB = WC ⇔ mv2t = mgh ' ⇒ h ' =   ( 3) 2g ( v cos 2α ) - Thay (1) (2) vào (3) ta được: h ' = 2g = ⇒ h ' = l cos α cos 2α = l cos300.cos 600 = 1, 27 g l cos α cos 2α 2g 1  ÷ = 0,26 m 2 Sau va chạm với sắt, bi nảy lên đến độ cao cực đại h = 0, 26m >Chọn D Câu 10 Vật bắt đầu chuyển động không vận tốc đầu từ A, rời bán cầu B, va chạm với sàn C lên đến độ cao cực đại D (hình vẽ) Gọi v vận tốc vật rời bán cầu - Tại B, phản lực Q = nên: mg cos α = m v2 v2 ⇒ cos α = ( 1) R gR ur - Trong giai đoạn AB, có phản lực Q tác dụng vào vật lực ur Q vng góc với phương chuyển động nên khơng sinh cơng Vì bảo tồn Chọn gốc trọng lực sàn, ta có: v2 v2 mgR = mgR cos α + m ⇒ gR = gR cos α + ( ) 2 gR - Từ (1) (2) ta được: v = (3) ( 4) - Thay (3) vào (1) ta được: cos α = ur - Tại C, trước va chạm vật có vận tốc v1 , sau va chạm đàn hồi với sàn vật nảy uu r ur uu r lên có vận tốc v2 đối xứng với v1 qua mặt sàn Vectơ v2 hợp với sàn góc β - Áp dụng định luật bảo toàn cho giai đoạn AC (gốc trọng lực sàn): mgR = mv12 ⇒ v12 = gR (5) - Kể từ B ngoại lực tác dụng theo phương ngang nên thành phần vận tốc theo phương ngang không đổi Suy ra: v cos α = v2 cos β → cos β = v2 cos α v1 (6) - Thay (3), (4) (5) vào (6) ta được: cos β = 27 (7) - Sau va chạm với sàn, vật chuyển động vật bị ném xiên góc β với vận tốc đầu v2 = v1 đạt độ cao cực đại H D - Theo kết toán chuyển động vật bị ném xiên, ta có: 28 2 v22 sin β v1 ( − cos β ) H= = 2g 2g (8) - Thay (5) (7) vào (8) ta được: H = 23R 27 Vậy: Độ cao cực đại mà vật đạt tới sau va chạm với sàn H = 29 23R >Chọn A 27 ... cải thi? ??n điểm số thi thi tốt nghiệp THPT, đồng thời khơi dậy niềm đam mê học tập mơn vật lí cho bạn học sinh Vì vậy, mạnh dạn chọn đề tài “ Giúp học sinh chinh phục câu chốt phần va chạm học vật. .. phần va chạm học vật lí đề thi tốt nghiệp THPT “ 1.2 Mục đích nghiên cứu Xây dựng phương pháp giải tập thuộc phần va chạm học giúp học sinh chinh phục câu chốt đề thi tốt nghiệp THPT 1.3 Đối tượng... Qua đó, giúp học sinh phát huy tính tích cực, chủ động say mê hứng thú học tập môn Vật lí, từ nâng cao chất lượng mơn học Kiến thức vật lí va chạm nằm chương trình lớp 10, ôn thi tốt nghiệp lớp