SKKN PHƯƠNG PHÁP sử DỤNG ĐỊNH LUẬT II NIU tơn để GIẢI một số DẠNG bài tập PHẦN ĐỘNG lực học CHẤT điểm

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT TRIỆU SƠN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT II NIU TƠN ĐỂ GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Người thực hiện: Lê Cảnh Vỵ Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực : Vật Lí 10 THANH HỐ NĂM 2021 MỞ ĐẦU 1.1.Lí chọn đề tài Vật lý môn khoa học chương trình giáo dục phổ thơng, hệ thống giáo dục phổ thông nước ta Học tập tốt môn vật lý giúp người nói chung học sinh nói riêng phát triển lực phẩm chất , làm cho người linh hoạt hơn, động sống công việc Môn vật lý môn học quan trọng số đông học sinh Để tiếp tục học tập bậc học cao phát triển tốt tương lai học sinh phải vượt qua kỳ thi tuyển sinh vào trường Đại học, Cao đẳng Do nhu cầu thực tiễn mà khối A có tỷ lệ tuyển vào trường Đại học, Cao đẳng lớn nên số lượng học sinh có nhu cầu học tập mơn vật lý lớn Vì học mơn vật lý khơng dừng lại mức hình thành kỹ thực phép tính nhanh giải vấn đề mà cần có thời gian giải tập có tính phức tạp, tính tổng hợp cao môn Vật lý thi trắc nghiệm Nhiệm vụ giảng dạy môn vật lý bậc trung học phổ thông thực mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục Đào tạo đề là: - Nắm vững kiến thức mơn - Có kỹ để vận dụng kiến thức mơn - Có hứng thú học tập mơn - Có cách học tập rèn luyện kỹ đạt hiệu cao học thi trắc nghiệp môn vật lý - Hình thành học sinh kỹ tư đặc trưng môn Bộ môn vật lý phân phối theo chương trình đồng tâm Lớp 10 11 học để chuẩn bị cho lớp 12, nên nhiệm vụ vật lý lớp 10 tạo cho học sinh kỹ học tập theo đặc trưng mơn Vật lý lớp 10 có vai trị quan trọng nhất, có tồn cách tiếp cận môn, cách vận dụng kiến thức phát triển tư vật lý cho học sinh Trong môn Vật lý lớp 10 THPT, phần Động lực học chất điểm có tác dụng tốt, giúp học sinh phát triển tư Phần thể rõ thao tác tư vật lý từ trực quan sinh động đến tư trừu tượng, từ tư trừu tượng đến thực tiễn khách quan như: - Phân tích tượng huy động kiến thức có liên quan để đưa kết nội dung đề cập - Sử dụng kiến thức tốn học để thực tính tốn đơn giản suy luận tiếp nội dung mà yêu cầu - Sử dụng kiến thức thực tế để suy luận, để biện luận kết toán (Xác nhận hay nêu điều kiện để tốn có kết quả) Vấn đề đặt là: Làm để học sinh có kỹ giải tập vật lý trắc nghiệm nhanh nhất, đặc biệt làm để qua việc rèn luyện kỹ giải tập động lực học chất điểm nội dung cụ thể giúp học sinh phát triển tư duy, khả sáng tạo Trong năm giảng dạy môn Vật lý bậc trung học phổ thông, nhận thấy: Ở phần kiến thức có yêu cầu cao vận dụng kiến thức học vào giải tập Vì phần người giáo viên cần đưa phương án hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức cách tối ưu để học sinh nhanh chóng tiếp thu vận dụng dễ dàng vào giải tập cụ thể: Theo nhận thức cá nhân tôi, việc hướng dẫn học sinh giải tập cần phải thực số nội dung sau: - Phân loại tập phần theo hướng dạng - Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức tốn thứ tự thao tác cần thực - Hình thành cho học sinh cách trình bày giải đặc trưng phần kiến thức Những năm trước tơi trình bày suy nghĩ cá nhân tơi việc hình thành cho học sinh kỹ giải tập phần Động lực học chất điểm thuộc Vật lý lớp 10 THPT áp dụng cho đối tượng học sinh Nay tiếp tục phát triển đề tài để nhằm giúp học sinh có hứng thú, say mê học vật lý vận dụng vào giải tập có tính từ đơn giản đến phức tạp yêu cầu cao nhằm giúp học sinh phát triển lực tối đa mà tơi sử dụng năm qua để tham khảo, rút kinh nghiệm bổ sung 1.2 Mục đích nghiên cứu Tìm giải pháp hướng dẫn học sinh lớp 10 THPT có kỹ vận dụng kiến thức Định luật II Niutơn vào giải tập vật lý phần Động lực học chất điểm phát triển tư học tập môn vật lý 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Phương pháp giảng dạy môn Vật lý bậc THPT - Kiến thức: Định luật II Niu tơn, Động lực học chất điểm phương pháp vận dụng kiến thức việc giải tập phần - Kỹ năng: Vận dụng kiến thức, phương pháp tư môn phần để giải tập từ đơn giản đến phức tạp - Đối với tất học sinh lớp 10B4 năm 2017; lớp10B3,10B5 năm 2020, 10A4 năm 2021 1.4 Phương pháp nghiên cứu a) Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu tài liệu cơng trình nghiên cứu đổi dạy học theo hướng tích cực hóa việc học học sinh - Nghiên cứu tài liệu liên quan đến kiến thức - Nghiên cứu cấu trúc nội dung, chuẩn kiến thức chương trình Đặc biệt Định luật II Niutơn b) Phương pháp lấy ý kiến Gặp gỡ, trao đổi, tiếp thu ý kiến giáo viên, học sinh để tham khảo ý kiến làm sở cho việc nghiên cứu đề tài c)Phương pháp thực nghiệm sư phạm Thực sư phạm Trường THPT Triệu Sơn 5: lớp 10B4 năm 2017; lớp10B5 năm 2020, 10A4 năm 2021 d) Phương pháp xử lý thống kê toán học Cho học sinh làm kiểm tra, chấm điểm tổng hợp xử lý số liệu 1.5 Giới hạn đề tài Trong đề tài áp dụng cho học sinh khối 10, 12 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí luận Vật lý mơn khoa học chương trình giáo dục phổ thông, hệ thống giáo dục phổ thông nước ta Học tập tốt môn vật lý giúp người nói chung học sinh nói riêng có kỹ tư sáng tạo, làm cho người linh hoạt hơn, động sống công việc Môn vật lý môn học quan trọng số đông học sinh Để tiếp tục học tập bậc học cao phát triển tốt tương lai học sinh phải vượt qua kỳ thi tuyển sinh vào trường Đại học, Cao đẳng Do nhu cầu thực tiễn mà khối A có tỷ lệ tuyển vào trường Đại học, Cao đẳng lớn (khoảng 60%), nên số lượng học sinh có nhu cầu học tập mơn vật lý lớn Vì học mơn vật lý khơng dừng lại mức hình thành kỹ giải vấn đề mà cịn có nhu cầu phát triển cao giải tập có tính phức tạp, tính tổng hợp cao mơn Vật lý Nhiệm vụ giảng dạy môn vật lý bậc trung học phổ thông thực mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục Đào tạo đề là: - Nắm vững kiến thức mơn - Có kỹ nhanh để vận dụng làm trắc nghiệm - Có hứng thú học tập mơn - Có cách học tập rèn luyện kỹ đạt hiệu cao học mơn vật lý - Hình thành học sinh kỹ tư đặc trưng môn Bộ môn vật lý phân phối Lớp 10 11 học để chuẩn bị cho lớp 12, nên nhiệm vụ vật lý lớp 10 tạo cho học sinh kỹ học tập theo đặc trưng mơn Vật lý lớp 10 có vai trị quan trọng nhất, có tồn cách tiếp cận mơn, cách vận dụng kiến thức phát triển tư vật lý cho học sinh Trong môn Vật lý THPT, phần sử dụng Định luật II Niu tơn để giải tập phần Động học chất điểm khó học sinh vào Phần thể rõ thao tác tư vật lý từ trực quan sinh động đến tư trừu tượng, từ tư trừu tượng đến thực tiễn khách quan như: - Phân tích tượng huy động kiến thức có liên quan để đưa kết nội dung đề cập - Sử dụng kiến thức tốn học có liên quan để thực tính tốn đơn giản suy luận tiếp nội dung mà yêu cầu - Sử dụng kiến thức thực tế để suy luận, để biện luận kết toán 2.Thực trạng vấn đề Học sinh lớp 10 đa số kiến thức toán chưa sâu, em chịu nhiều áp lực kiến thức tất môn lớp đầu cấp, kiến thức vừa nhiều mà lại khó nên địi hỏi giáo viên vật lí dạy cho em có phương pháp để vận dụng tốt vào tập trắc nghiệm nhất, kĩ nhanh Trong năm giảng dạy môn Vật lý bậc trung học phổ thông, nhận thấy: Ở phần kiến thức có yêu cầu cao vận dụng kiến thức học vào giải tập Vì phần người giáo viên cần đưa phương án hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức Định luật II Niu tơn cách tối ưu để học sinh nhanh chóng tiếp thu vận dụng dễ dàng vào giải tập cụ thể: Theo nhận thức cá nhân tôi, việc hướng dẫn học sinh giải tập cần phải thực số nội dung sau: - Phân loại tập phần theo hướng dạng - Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức toán học thứ tự thao tác cần thực - Hình thành cho học sinh cách trình bày giải đặc trưng phần kiến thức 2.3.Giai pháp thực 2.3.1/ Các khái niệm bản: 1/ Lực: - Lực đại lượng đặc trưng cho tác dụng vật vào vật khác, kết làm thay đổi vận tốc vật làm cho vật bị biến dạng - Lực có ba đặc trưng: + Điểm đặt: Là vị trí tác dụng tương tác + Hướng lực: Là hướng tác dụng tương tác gồm phương chiều + Độ lớn lực: Là mức độ mạnh yếu tương tác - Biểu diễn lực: Bằng vectơ + Gốc vectơ biểu diễn điểm đặt lực + Hướng vectơ biểu diễn hướng lực, đường thẳng mang vectơ lực giá lực + Chiều dài vectơ biểu diễn độ lớn lực theo tỷ lệ xích quy ước 2/ Tổng hợp phân tích lực: a/ Tổng hợp lực thay nhiều lực tác dụng đồng thời vào vật lực có tác dụng giống hệt tác dụng toàn lực Lực thay gọi hợp lực, lực thay gọi lực thành phần F = F1 + F2 - Quy tắc: Cộng vectơ Trong vật lý thường dùng quy tắc hình bình hành: Hợp lực hai lực đồng quy biểu diễn đường chéo (kẻ từ điểm đồng quy) hình bình hành mà hai cạnh vectơ biểu diễn hai lực thành phần b/ Phân tích lực thay lực hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời gây hiệu giống hệt lực - Quy tắc: Quy tắc hình bình hành Để phân tích lực thành hai lực cần phải biết phương tác dụng hai lực Nếu phương tác dụng hai lực thành phần vng góc với lực thành phần hình chiếu hợp lực phương 3/ Các lực học: a/ Lực hấp dẫn: Là lực hút hai vật - Đặc điểm lực hấp dẫn hai chất điểm + Điểm đặt: Ở chất điểm xét + Hướng: Phương: trùng đường thẳng nối hai chất điểm Chiều: biểu diễn lực hút mm + Độ lớn: Fhd = G 2 Với G = 6,67 Nm2/kg2 r - Trọng lực: lục hút trái đất tác dụng lên vật Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở trọng tâm vật + Hướng: Phương thẳng đứng Chiều từ xuống + Độ lớn: P = mg g: gia tốc rơi tự (gia tốc trọng trường) b/ Lực đàn hồi: Là lực xuất vật vật đàn hồi bị biến dạng - Lực đàn hồi lò xo đồng bị kéo bị nén: Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực đàn hồi + Hướng: Ngược với hướng biến dạng (hướng biến dạng hướng chuyển động tương đối đầu so với đầu kia) + Độ lớn: Fđh = k ∆l ∆l = l – l0: độ biến dạng lò xo - Lực căng dây: Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực căng dây + Hướng: Phương trùng với dây Chiều hướng phần dây - Lực đàn hồi mặt bị ép Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực đàn hồi + Hướng: Phương vng góc với bề mặt vật Chiều ngược với chiều áp lực gây lực đàn hồi c/ Lực ma sát: Là lực xuất vật chuyển động có xu hướng chuyển động mặt vật khác Có ba trường hợp: - Lực ma sát trượt: xuất mặt tiếp xúc vật trượt mặt vật khác: Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực ma sát + Hướng: Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc Chiều: ngược chiều chuyển động tương đối vật so với vật + Độ lớn: Fms = µt.N µt: hệ số ma sát trượt - Lực ma sát nghỉ: xuất vật có xu hướng chuyển động mặt vật khác Lực ma sát nghỉ xuất để cân với ngoại lực khác tác dụng vào vật Đặc điểm: + Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng lực ma sát + Hướng: Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc Chiều: ngược chiều với xu hướng chuyển động tương đối vật so với vật + Độ lớn: Cân với ngoại lực khác tác dụng lên vật Bằng độ lớn hợp lực ngoại lực khác tác dụng lên vật Độ lớn lực có giá trị cực đại Fmscđ = µn.N µn : Hệ số ma sát nghỉ Nên viết : Fms≤ µn.N Giá trị hệ số ma sát nghỉ µn lớn hệ số ma sát trượt µt cặp mặt tiếp xúc 2.3.2 Các định luật Niu Tơn 1/ Định luật I Niu - Tơn: Nếu vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực cân vật đứng yên đứng yên chuyển động tiếp tục chuyeemr động thẳng 2/ Định luật II Niu - Tơn: Gia tốc vật hướng với lực tác dụng gây nó, có độ lớn tỷ lệ thuận với độ lớn lực tỷ lệ nghịch với khối lượng vật F a= hay F = m.a m Dạng đại số: Fhl = P cos α P + N cos α N + Fmst cos α mst + Fk cos α k 3/ Định luật III Niu – Tơn: Nếu vật A tác dụng lên vật B lực vật B tác dụng trở lại vật A lực, hai lực trực đối Nghĩa giá, độ lớn ngược chiều 2.3.3 Phương pháp giải tập Vật lý: bước Bước 1: Tóm tắt đầu bài, đổi đơn vị, vẽ hình (nếu có) Bước 2: Tìm cơng thức áp dụng Bước 3: Thay số tìm đại lượng cần tìm chọn đáp án 2.3.4 Phương pháp sử dụng Định luật II Niuton giải tập phần Động học chất điểm: Đối với tập phần động lực học có phương pháp chung: Bước 1: Chọn hệ quy chiếu Bước 2: Tìm biểu diễn lực tác dụng lên vật Bước 3: Viết biểu thức định luật II Niutơn dạng đại số Fhl = P cos α P + N cos α N + Fms cos α ms + Fk cos α k = ma Gia tốc Fhl v − v v − v o2 a= = = m t 2s α P , α N , α ms góc tạo lực hút trái đất, phản lực, lực ma sát trượt… Bước 4: Thay số tính đại lượng yêu cầu Việc chọn hệ quy chiếu thực cho toán giải thuận lợi thường chọn chiều dương trục tọa độ ox chiều chuyển đông, chiều dương trục oy chiều phản lực mặt phẳng đỡ vật 2.3.5 Việc chia dạng tập: Các tập động lực học chất điểm chia thành hai dạng chính: Dạng 1: Bài tốn thuận: Cho đại lượng đặc trưng cho chuyển động a,s,v…đi tìm hợp lực hay lực tác dụng P, N , Fmst , Fk Dạng 2: Bài toán ngược; Cho hợp lực hay lực tác dụng tìm đại lượng đặc trưng cho chuyển động a, s, v… 2.3.5.1 Vận dụng phương pháp giải vào vật chuyển động thẳng: Bài 1: Một ô tô khối lượng đứng yên c/đ tác dụng lực phát động(cùng hướng c/đ).Giả sử sau 4s 20m lực phát động =? Giải cho: S = 20m, t = s, m = 2000kg , F = ? pđ at ⇒ a = 2,5m / s 2 Fhl = ma = 5000 N S = v0t + Chọn trục ox trùng chiều chuyển động ta có: Có lực t/d vào tô: Trọng lực P phản lực N tạo với chiều dương trục ox góc 90 , Lực phát động Fpđ tạo với chiều dương trục ox góc 0 ⇒ Fhl = N cos 90 + P cos 90 + F pđ cos ⇒ F pđ = Fhl = 5000 N Bài 2: Giả sử đoàn tàu c/đ thẳng nhanh dần với tốc độ đầu 5m/s sau 2ph tàu đạt tốc độ 15m/s bỏ qua ma sát lực cản, biết toa nặng Tính lực căng dây nối hai toa cuối tàu Hd: t = 120 s, v = 15ms, v = 0, T = ? v − v0 1000 a= = ⇒ Fhl = ma = = 33,3 t 12 12 Chọn trục ox trùng chiều chuyển động Có lực t/d vào toa cuối: Trọng lực P phản lực N tạo với chiều dương trục ox góc 90 , Lực kéo T tạo với chiều dương trục ox góc 0 ⇒ Fhl = N cos 90 + P cos 90 + T cos ⇒ T = Fhl = 33,3 N Bài 3: Một vật có khối lượng m = chuyển động trượt đường thẳng ngang với tốc độ v0 = 72km/h nhờ lực kéo lớn mà thể tạo F k = 4400N, đến chân dốc dài l = 288m, dốc coi mặt phẳng nghiêng so với phương ngang góc α Hệ số ma sát trượt vật mặt phẳng nghiêng µ = Cho sinα = 0,2; g = 10m/s2 20 a/ Vật có vượt qua dốc khơng? b/ Muốn vật vượt qua dốc tốc độ vật chân dốc phải có giá trị nào? Giải Đây dạng toán vật chuyển động thẳng Song cần hướng dẫn học sinh xác định đại lượng cần tìm, dựa vào dấu hiệu để giải nhiệm vụ tốn u cầu Muốn biết vật có vượt qua dốc khơng cần phải xác định dốc vật thuộc loại chuyển động Phân tích dấu hiệu thấy vận tốc ban đầu tơ khác khơng với lực phát động lớn xảy trường hợp sau: - Nếu ô tô chuyển động thẳng nhanh dần đều, quãng đường mà tơ vơ hạn, tơ vượt qua dốc - Nếu ô tô chuyển động thẳng đều, quãng đường mà tơ vơ hạn, tơ vượt qua dốc - Nếu ô tô chuyển động thẳng chậm dần đều, qng đường mà tơ có giới hạn hạn, cần phải tính quãng đường mà ô tô đến dừng lại Nếu quãng đường lớn chiều dài dốc tơ vượt qua dốc Nếu quãng đường nhỏ chiều dài dốc tơ khơng vượt qua dốc Như nhiệm vụ tốn cần tìm gia tốc ô tô dốc với lực phát động lớn để xác định loại chuyển động ô tô Để xác định gia tốc vật ta dùng phương pháp giải nêu Lời giải cụ thể sau: Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất: Tọa độ Oxy có Ox: phương song song mặt dốc, chiều từ chân lên đỉnh dốc theo chiều lực phát động Oy: phương thẳng đứng vng góc với mặt dốc, chiều từ mặt dốc lên phía trên, chiều với phản lực N Mốc thời gian t = lúc vật bắt đầu chuyển động Ta có hình vẽ: N Fpd Fms α P Các lực tác dụng vào vật: + Trọng lực P `,Phản áp lực từ mặt dốc N , Lực kéo Fk ,Lực ma sát trượt: F ms Áp dụng định luật II Niu-Tơn : Fhl = P cos α P + N cos α N + Fms cos α ms + Fk cos α k Theo phương Oy: N cos + P cos(180 − α ) ⇒ N – P.cosα = → N = mg.cosα Fms = µN = µmg.cosα với cos α = − sin α = Theo phương Ox: Fk cos + Fmst cos 180 + P cos(90 + α ) = ma ⇒ Fk – Fms – P.sinα = ma → Fk - µmg.cosα - mg.sinα = ma 6 2000.10 − 2000.10.0,2 → 2000.a = 4400 − 20 → a = - 1(m/s2) a ↑↓ Ox → a ngược chiều chuyển động nên vật chuyển động thẳng chậm dần a/ Áp dụng công thức: v − v = 2as Quãng đường vật đến dừng lại: 2.(- 1).s = - 202 → s = 200(m) Ta thấy: s < l=288m, vật không vượt qua dốc b/ Áp dụng công thức: v − v = 2as v Quãng đường vật đến dừng lại: 2.(- 1).s = - v → s = Để vật vượt qua dốc: s ≥ l v0 → ≥ l → v ≥ 2.288 → v ≥ 24( m / s ) Đáp số: a/ vật không vượt qua dốc b/ v ≥ 24( m / s ) Bài 4: Một khối trụ tam giác có mặt phẳng nghiêng góc α so với phương ngang mang vật có khối lượng m chuyển động theo phương ngang với gia tốc a hình vẽ Hãy tìm giá trị a để vật m đứng yên so với lăng trụ trường hợp vật m lăng trụ có ma sát khơng đáng kể Giải m a0 Trong tốn vật m ta xét đứng yên so với lăng trụ, vật so với mặt đất vật m chuyển động có gia tốc a Để giải ta chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất (hệ quy chiếu quán tính) hệ quy chiếu gắn với lăng trụ (hệ quy chiếu phi quán tính) Lời giải cụ thể sau: Hệ quy chiếu: Tọa đô Oxy gắn với lăng trụ Ox: phương ngang, chiều a Oy: phương thẳng đứng, chiều từ lên Vật đứng n Ta có hình vẽ Các lực tác dụng vào vật: y N m x Fq P α a0 + Trọng lực: P + Phản áp lực từ mặt lăng trụ: N + Lực quán tính: Fq Apa dụng Định luật II Niu tơn: Fhl = P cos α P + N cos α N + Fms cos α ms + Fk cos α k Vật cân bằng: Fhl = Theo 0x: N cos(90 − α ) + P cos O + Fqt cos180 = ⇒ N.sinα - Fq = → N.sinα = Fq Theo Oy: N cos α + P cos180 + Fqt cos 90 = ⇒ N.cosα - P = → N.cosα = P P mg g g Nên: tan α = F = ma = a ⇒ a0 = tan α q 0 2.3.5.2 Vận dụng phương pháp giải vào vật chuyển động tròn Các thao tác giải giữ trên, nhiên cần vận dụng cách linh hoạt chuyển động tròn lực tác dụng vào vật, gia tốc vật điểm khác hướng Nên cần có linh hoạt hướng dẫn học sinh vận dụng: Phương pháp giải: Bước 1: Chọn loại hệ quy chiếu Bước 2: Biểu diễn lực tác dụng lên vật Bước 3: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn Bước 4: Chọn phương chiếu chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số, tính đại lượng yêu cầu Lưu ý: Nếu vật chuyển động tròn đều, gia tốc vật gia tốc hướng tâm Nếu vật chuyển động trịn khơng đều, gia tốc vật có hai thành phần: Gia tốc tiếp tuyến gia tốc hướng tâm Khi chiếu lên phương vuông góc với quỹ đạo thành phần gia tốc hướng tâm Bài 1: Một đá nặng 100g, buộc vào sợi dây quay tròn mp thẳng đứng với bán kính quỹ đạo 50cm tốc độ góc không đổi 8rad/s Lực căng sợi dây đá đỉnh đường tròn? HD: a = ω R = 32 ⇒ Fhl = ma = 3,2 N Chọn trục ox hướng vào tâm Có lực t/d vào hịn đá lực căng sợi dây tạo với ox góc 0 Áp dụng Định luật II Niu tơn: Fhl = P cos α P + N cos α N + Fms cos α ms + Fk cos α k Trên ox Fhl = T cos ⇒ T = Fhl = 3,2 N ĐS: 3,2 N Bài : Một người xe máy với tốc độ 72 km/h vào đoạn đường cua chuyển động theo cung trịn có bán kính 200m mặt phẳng ngang Lấy g = 10m/s2 a/ Tính góc nghiêng người xe so với phương thẳng đứng? b/ Hệ số ma sát nghỉ bánh xe mặt đường 0,4 Hỏi người với tốc độ bị văng khỏi đường? Giải Khi vào đường cua xe máy chuyển động tròn bán Quỹ đạo cung tròn đường mặt phẳng ngang Cần hướng dẫn học sinh hình tượng tượng nêu cách vẽ hình Hướng dẫn học sinh tìm hiểu tác dụng mặt đường vào xe, thể góc nghiêng người xe so với phương thẳng đứng hình vẽ Hướng dẫn học sinh phân tích để nêu cách xác định góc nghiêng Đối với câu b cần phân tích cho học sinh để chuyển động đường điểm bánh xe tiếp xúc với mặt đường không trượt Nếu điểm bánh xe tiếp xúc với mặt đường bị trượt xe bị văng khỏi đường Lời giải cụ thể sau: N a ht Fms P Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất.trục 0x hướng vào tâm, 0y hướng theo phản lực Khi xe người chưa bị văng khỏi đường: Các lực tác dụng vào người xe: Phản áp lực: N Lực ma sát nghỉ: Fms Trọng lực: P Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = P cos α P + N cos α N + Fms cos α ms + Fk cos α k Trên oy: P cos + N cos 180+ = ⇒ P – N = → N = P = mg Chiếu lên phương ngang, chiều từ vật hướng vào tâm đường: N cos 90 + P cos 90 + Fmsn cos = ma ht ⇒ Fmsn = ma ht Fmsn ma ht v2 20 = = = = 0,2 a/ Từ hình: tan α = N mg r.g 200.10 Vậy xe nghiêng so với phương thẳng đứng góc α với tanα = 0,2 b/ Xét người xe chưa bị văng khỏi đườg điểm bánh xe tiếp xúc với mặt đường không bị trượt mặt đường Như Fmsn lực ma nghỉ: → Fmsn ≤ µ.N → maht ≤ µ.mg v2 → ≤ µg → v ≤ rµg → v ≤ 20 ( m / s ) r Ngược lại, để xe bị văng khỏi đường: tốc độ xe v ≥ 20 ( m / s ) Đáp số: tanα = 0,2 v ≥ 20 ( m / s ) 2.3.5.3 Bài toán hệ vật Phương pháp giải: Bước 1: Chọn hệ quy chiếu cho vật Bước 2: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn cho vật Bước 3: Tìm liên hệ lực gia tốc Bước 4: Tính đại lượng u cầu Hướng dẫn giải tốn dạng có kế thừa kỹ mà học sinh có giải toán vật Việc thực thao tác toán thực vật hệ Só thể hệ vật chỗ tìm liên hệ lực gia tốc phân tích tượng, liên hệ chuyển động cấu trúc hệ cho Bài toán dạng phong phú nhiều trường hợp Trong phạm vi sáng kiến kinh nghiệm nêu nên cách vận dụng để giải tập có tính phức tạp cao, giúp học sinh khá, giỏi có điều kiện phát triển lực tư qua vài ví dụ minh họa sau: Bài1 : Trên mặt phẳng ngang có hai vật ban đầu cách khoảng l, phiến nặng động Trên đầu trục động có quấn sợi dây mà đầu buộc vào phiến nặng Khi động hoạt động, hai trượt phiến nặng có gia tốc khơng đổi a Hệ số ma sát trượt hai vật với mặt phẳng ngang µ Khối lượng phiến nặng gấp đôi khối lượng động Bỏ qua khối lượng dây a/ Sau hai vật va vào nhau? b/ Áp dụng số: l = 18m; a0 = 2m/s2; µ = 0,3; g = 10m/s2 ĐC Phiến Bài giải Đây tốn hệ vật có diễn biến khác lạ với trường hợp có sách giáo khoa sách tập Giáo viên cần mô tả chi tiết diễn biến tượng để học sinh nắm được, sở phát huy khả huy động kiến thức, kỹ cần thiết cho việc giải tập Hướng dẫn học sinh trả lời câu hỏi sau: - Khi động hoạt động, trục động quay, có tượng diễn ra? Các vật chuyển động theo chiều Giáo viên cần làm cho học sinh biết được: Khi động hoạt động dây bị quấn lại ngắn dần, tạo lực kéo hai vật chuyển động lại gần - Dùng biện pháp để xác định thời điểm hai vật va vào nhau? - Giải tốn viết phương trình chuyển động toán hệ vật nào? - Hệ quy chiếu tốn viết phương trình chuyển động vật cần có yêu cầu nào? Trong nên chọn hệ quy chiếu nào? Giáo viên định hướng học sinh dùng toán viết phương trình chuyển động kế hợp với tốn hệ vật hướng dẫn học sinh thực kết hợp Lời giải cụ thể sau: y N1 ĐC Fms1 P1 T1 N2 O x T2 Phiến Fms P2 Hệ quy chiếu: Tọa độ Oxy: Ox: phương ngang, chiều từ vị trí ban đầu động đến vị trí ban đầu phiến nặng Oy: phương thẳng đứng, chiều từ lên Gốc tọa độ O: vị trí ban đầu động Mốc thời gian: t = 0: lúc vật bắt đầu chuyển động Giáo viên hướng dẫn học sinh xác định thông số cần thiết cho việc giải tốn viết phương trình chuyển động vật học phần Động học chất điểm Đồng thời tìm hiểu thơng số biết, thơng số chưa biết nêu cách xác định thông số chưa biết Thời điểm ban đầu: Tọa độ ban đầu: Vận tốc ban đầu: Gia tốc: Động t01 = x01 = v01 = a1 Các lực tác dụng vào động cơ: P1 Trọng lực: Phản áp lực: Phiến nặng t02 = x02 = l v02 = a2 = - a0 N1 Lực ma sát: Fms1 Lực căng dây: T1 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Theo Ox: N1 cos 90 + P1 cos 90 + T1 cos + Fms1 cos180 = m1 a ⇒ T1 - Fms1 = m1a1 → T1 = Fms1 + m1a1 (1) Theo 0y: N1 cos + P1 cos180 + Fms1 cos 90 + T1 cos 90 = ⇒ N1 - P1 = → N1 = P1 Fms1 = µ.N1 = µm1g Các lực tác dụng vào phiến nặng Trọng lực: Phản áp lực: P2 N2 Lực ma sát: Fms Lực căng dây: T2 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: Fhl = P cos α P + N cos α N + Fms cos α mst + Fk cos α k Theo 0x: N cos 90 + P2 cos 90 + Fms cos + T2 cos180 = m2 a ⇒ Fms2 - T2 = m2a2 → T2 = Fms2 + m2a0 (2) Theo 0y: N2 – P2 = → N2 = P2 Fms2 = µ.N2 = µm2g Bỏ qua khối lượng dây: T1 = T2 m2 = 2m1 Từ (1) (2): µm1g + m1a1 = 2µm1g + 2m1a0 → a1 = µg + 2a0 Chuyển động thẳng biến đổi đều: x = x + v t + a.t 2 Đối với động cơ: x = x 01 + v 01 t + a t 2 → x = ( 2a + µg ).t 2 Đối với phiến nặng: x = x 02 + v 02 t + a t 2 → x = l − a t 2 Khi động va vào phiến nặng: x1 = x2 1 → ( 2a + µg ).t = l − a t 2 2l 2l →t= →t = 3a + µg 3a + µg Thay số: t = 2.18 = 2( s ) 3.2 + 0,3.10 Đáp số: 2s 3: KẾT LUẬN 3.1/Kết luận Sau hướng dẫn học sinh nắm kỹ để học môn vật lý nói chung sử dụng Định luật II Niu tơn nói riêng để giải tập phần động lực học chất điểm nói riêng, cần tạo điều kiện cho em học sinh có khả nhận thức tốt có điều kiện phát triển tư chiếm lĩnh tri thức, linh hoạt việc vận dụng kiến thức, kỹ vào vấn đề phức tạp q trình học tập mơn vật lý, tăng cường vận dụng kiến thức tốn học vào học tập mơn vật lý nói chung giải tập động lực học chất điểm nói riêng Sau nhiều năm áp dụng đề tài vào hướng dẫn học sinh giải tập vật lý phần động lực học chất điểm lớp 10 trường THPT Tiệu sơn – Triệu sơn, nhận thấy kỹ thực thao tác tư đặc trưng học tập vật lý học sinh lớp phụ trách nâng lên rõ rệt làm học sinh say mê với môn vật lý mơn khoa học có giá trị cho thân học sinh sau tư duy, suy luận vấn đề sống cách khoa học, logíc, giúp người thực nhiệm vụ thân với say mê, có sáng tạo có lợi đạt suất, chất lượng cao Từng phần, chương suy nghĩ đưa giải pháp giúp học sinh thực nhiệm vụ học tập cách thuận lợi, tránh cho học sinh có cảm giác sợ mơn vật lý Trên sở tạo cho học sinh say mê học tập học tập tốt môn vật lý Sau nhiều năm thực đề tài lớp học sinh trường THPT Triệu sơn Tôi nhận thấy việc học tập môn Vật lý sôi học sinh có khả vận dụng kiến thức Vật lý nói chung việc giải toán động lực học chất điểm thục, tập có tính phức tạp cao tạo hứng thú cho học sinh khá, giỏi Tư vật lý học sinh nâng cao bước, việc kết hợp kiến thức tốn học vào giải tập vật lý khơng cịn khó khăn cho học sinh Các thao tác tư đặc trưng học tập môn vật lý nói chung học sinh tiến hành thuận lợi linh hoạt Vì kết học tập học sinh lớp 10 trường đạt cao 3.2/Thống kê kết triển khai đề tài qua năm học: Năm học: 2016 – 2017 Nội dung thống kê Lớp đại trà 10B4 Giỏi Khá Tỷ lệ học sinh giải tập phần động lực học chất điểm áp dụng Định luật II Niu tơn dạng đại số kết nhanh Tỷ lệ học sinh vận dụng Định luật II NIU tơn dạng véc tơ có sư dụng phương pháp hình chiếu kết Năm học: 2019 – 2020 Nội dung thống kê TB Y Kém Sĩ số 10 16 41 14 12 10 41 Lớp đại trà 10B5 Giỏi Khá Tỷ lệ học sinh giải tập phần động lực học chất điểm áp dụng Định luật II Niu tơn dạng đại số kết nhanh Tỷ lệ học sinh vận dụng Định luật II NIU tơn dạng véc tơ có sư dụng phương pháp hình chiếu kết Năm học: 2020 – 2021` Nội dung thống kê TB Y Kém Sĩ số 28 43 30 43 Lớp đại trà 10A4 Giỏi Khá Tỷ lệ học sinh giải tập phần động lực học chất điểm áp dụng Định luật II Niu tơn dạng đại số kết nhanh 20 Tỷ lệ học sinh vận dụng Định luật II NIU tơn dạng véc tơ có sư dụng phương pháp hình chiếu kết TB Y Kém Sĩ số 16 41 20 11 41 3.3/ Hướng phát triển đề tài: + Đề tài tạo cho học sinh kỹ vận dụng kiến thức kỹ năng, thao tác cần thực có nhiệm vụ giải tập phần động lực học chất điểm lớp 10, chuẩn bị tốt cho học sinh học phần học chương trình vật lý lớp 12, phần kiến thức quan trọng sử dụng nhiều kỳ thi Đặc biệt kỳ thi Đại học, cao đẳng, kỳ thi quan trọng đời học sinh Với cách hướng dẫn cung cấp cho người học thao tác việc suy nghĩ, tư công việc cụ thể để giải nhiệm vụ tốn phần Trong thời gian tới tơi tiếp tục nghiên cứu để vận dụng cách hướng dẫn học sinh vào loại toán nâng cao, chuyên sâu, yêu cầu vận dụng kiến thức phức tạp + Trên suy nghĩ cá nhân tơi vấn đề cụ thể, nhiều mang tính chủ quan khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong đánh giá, góp ý đồng nghiệp! 3.4/ Kiến nghị - Kính đề nghị cấp lãnh đạo tạo điều kiện thường xun để thầy giáo đồng mơn có nhiều thời gian giao lưu, trao đổi kinh nghiệm giảng dạy với Có tạo hứng thú, sáng tạo học tập học sinh - Sở giáo dục đào tạo tỉnh Thanh Hóa có nhiều sách nhằm động viên, khuyến khích thầy giáo chun tâm chun mơn, tự tìm tịi, sáng tạo nhằm tạo nhiều sáng kiến hay, có chiều sâu - Đối với Trường, tổ chuyên môn nghiên cứu nội dung mơn học có nội dung phù hợp với kiến thức để dạy tốt học, khơng mơn Vật lí mà cịn mơn khác góp phần bồi dưỡng thêm kiến thức cho học sinh.Từ có thái độ, ý thức việc học tập MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……1 1.1.Lí chọn đề tài ………………………………………………………… 1.2.Mục đích nghiên cứu……………………………………………………….2 1.3.Đối tượng nghiên cứu………………………………………………………2 1.4.Phương pháp nghiên cứu………………………………………………… 2 NỘI DUNG ………………………………………………………………….3 2.1.Cơ sở lí luận…………………………………………………………… .3 2.2.Thực trạng vấn đề …………………………………………………… ….4 2.3.Giai pháp thực .……4 2.3.1/ Các khái niệm .……4 2.3.2/ Các định luật Niu Tơn ……6 2.3.3/ Phương pháp giải tập Vật lý .……6 2.3.4/ Phương pháp giải tập phần Động lực học chất điểm ……6 2.3.5/ Chia dạng tập .……7 Dạng 1: Bài toán thuận ……7 Dạng 2: Bài toán ngược…………………………………………………… .7 2.3.5.1/ Vận dụng phương pháp vào vật chuyển động thẳng ……7 2.3.5.2/ Vận dụng phương pháp vào vật chuyển động trịn ….11 2.3.5.3/ Bài tốn hệ vật .….13 3.KẾT LUẬN ……………………………………………………………… 16 3.1/ Kết luận………………………………………………………………… 16 3.2/Kết thực đề tài ………………………………………………….17 3.3/ Hướng phát triển đề tài … 18 3.4/ Kiến nghị…………………………………………………………………18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Lương Duyên Bình tác giả, Vật lý 10, NXB Giáo Dục, 2006 2.Nguyễn Thế Khôi, Sách giáo viên Vật lý 10, NXB Giáo Dục, 2006 3.Lê TRọng Tường, Bài tập Vật lý 10, NXB Giáo Dục, 2006 4.vatly247.com/phuong-phap-giai-bai-tap-dong-luc-hoc-a637.html 5.vatly247.com/phuong-phap-giai-bai-tap-dong-luc-hoc-chat-dieme325.html 6.vatly247.com/cong-thuc-giai-nhanh-dong-luc-hoc-chat-diem-a648.html 7.123doc.org › Giáo án - Bài giảng › Cao đẳng - Đại học 8.giaoducthoidai.vn › Trao đổi 9.https://www.youtube.com/watch?v=bQINZStJSO8 ... Khá Tỷ lệ học sinh giải tập phần động lực học chất điểm áp dụng Định luật II Niu tơn dạng đại số kết nhanh Tỷ lệ học sinh vận dụng Định luật II NIU tơn dạng véc tơ có sư dụng phương pháp hình... lệ học sinh giải tập phần động lực học chất điểm áp dụng Định luật II Niu tơn dạng đại số kết nhanh 20 Tỷ lệ học sinh vận dụng Định luật II NIU tơn dạng véc tơ có sư dụng phương pháp hình chiếu... thức áp dụng Bước 3: Thay số tìm đại lượng cần tìm chọn đáp án 2.3.4 Phương pháp sử dụng Định luật II Niuton giải tập phần Động học chất điểm: Đối với tập phần động lực học có phương pháp chung: