Tôi cũng đã đưa ra biện pháp sau đây để giúp các em khắc phục bằng cách dựa vào điều kiện ban đầu của bài toán mà áp dụng từng công thức thích hợp a Tính cơ năng theo điều kiện ban đầu c[r]
(1)MỤC LỤC A ĐẶT VẤN ĐỀ ………………………………………………………… trang B NỘI DUNG ………………………………………………………… trang I CƠ SỞ LÝ THUYẾT ……………………………………………… trang II PHƯƠNG PHÁP GIẢI ………………………………………………trang III BÀI TẬP VẬN DỤNG …………………………………………… trang IV KẾT QUẢ THỰC HIỆN ………………………………………… trang 10 C KẾT LUẬN …………………………………………………………….trang 11 (2) (3) A ĐẶT VẤN ĐỀ: Mỗi phần học chương vật lý phổ thông có có vai trò quan trọng việc hình thành và phát triển tư học sinh Trong quá trình giảng dạy người thầy luôn phải đặt mục tiêu giúp học sinh nắm kiến thức bản, hình thành phương pháp, kĩ năng, kĩ xảo, tạo thái độ và động học tập đúng đắn để học sinh có khả tiếp cận và chiếm lĩnh nội dung kiến thức theo xu phát triển thời đại Môn Vật lýlà môn khoa học nghiên cứu vật, tượng xảy hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn cao, cần vận dụng kiến thức toán 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 chương trình Vật lý lớp 10 kiến thức phần học đóng vai trò quan trọng Chúng cung cấp cho các em học sinh hiểu biết các chuyển động đơn giản đời sống hàng ngày, giúp học sinh hiểu các phương trình các chuyển động đó giúp học sinh biết cách xác định vị trí, thời gian, vận tốc vật chuyển động Nguyên nhân chọn đề tài: Khách quan: Nhằm đảm bảo tốt việc thực mục tiêu đào tạo môn Vật lý trường trung học phổ thông, cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thông bản, có hệ thống và tương đối toàn diện Rèn luyện cho học sinh kỹ như: kỹ vận dụng các kiến thức Vật lý để giải thích tượng Vật lý đơn giản, ứng dụng đời sống, kỹ quan sát Vật lý học là sở nhiều ngành kỹ thuật quan trọng, phát triển khoa học Vật lý gắn bó chặt chẽ và có tác động qua lại, trực tiếp với tiến khoa học kỹ thuật Vì vậy, hiểu biết và nhận thức Vật lý có giá trị lớn đời sống và sản xuất, đặc biệt công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Ngày việc nâng cao chất lượng giáo dục là vấn đề quan tâm hàng đầu xã hội.Trong bối cảnh toàn ngành Giáo Dục và Đào Tạo nỗ lực đổi phương pháp dạy học (PPDH) theo hướng phát huy tính tích cực chủ động học sinh họat động học tập mà phương pháp dạy học là cách thức họat động giáo viên việc đạo,tổ chức họat động học tập nhằm giúp học sinh chủ động đạt các mục tiêu dạy học Yêu cầu đổi PPDH môn Vật lý còn có sắc thái riêng, phải huớng tới việc tạo điều kiện cho học sinh tự chiếm lĩnh kiến thức thông qua họat động thực nghiệm và cao nữa, cho học sinh tập dượt giải quuyết số vấn đề Vật lý thực tế Chủ quan: Trong quá trình giảng dạy tôi nhận thấy đại đa số học sinh gặp vướng mắc giải các bài tập phần định luật bảo toàn Nhằm phần nào đó tháo gỡ (4) nhữngkhó khăn cho học sinh quá trình làm bài tập phần này giúp các em hứng thú, yêu thích môn học vật lý tôi chọn đề tài “PHƯƠNGPHÁP GIẢI CÁC BÀI TOÁN BẰNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG” Qua đề tài này tôi mong muốn cung cấp cho các em số kĩ việc giải các bài tập vật lý và bảo toàn Mục tiêu giúp học sinh vận dụng các kiến thức vật lý và toán học để đưa phương pháp giải các bài tập định luật bảo toàn cách đơn giản, dễ hiểu và dễ áp dụng Từ đó xây dựng hệ thống bài tập để học sinh có thể vận dụng phương pháp trên B NỘI DUNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.Năng lượng : là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả sinh công vật + Năng lượng tồn nhiều dạng khác nhau: năng, nội năng, lượng điện trường, lượng từ trường… + Năng lượng có thể chuyển hoá qua lại từ dạng này sang dạng khác truyền từ vật này sang vật khác + Năng lượng có đơn vị hệ SI là J (Jun) Lưu ý: Công là số đo phần lượng bị biến đổi Động năng: Là dạng lượng vật gắn liền với chuyển động vật = m.v 2 Wđ Trong đó : Wđ : Động vật chuyển động (J) m : Khối lượng vật (Kg) v : Vận tốc vật (m/s) Lưu ý : Động là đại lượng vô hướng, có giá trị dương (nếu vật đứng yên) 2Wd v= m Công thức tính vận tốc theo động là: Thế : Thế trọng trường: là lượng vật tương tác với Trái đất phụ thuộc vào vị trí vật trên Trái đất Wt =mgz Trong đó : Wt : vật trọng trường (J) m : khối lượng vật (kg) g= 10m/s2 : gia tốc trọng trường z : độ cao vật so với mặt đất (m) Lưu ý : chọn gốc mặt đất (Wt= 0) chiều dương hướng lên (5) là đại lượng vô hướng, có thể âm, dương, Thế đàn hồi: Wt = k l k.x 2 Trong đó: Wt : đàn hồi (J) Trong đó: k : độ cứng lò xo (N/m) l (hoặc x): độ biến dạng lò xo (m) 1cm = 0,01m Lưu ý : đàn hồi là đại lượng vô hướng, có dương Cơ và định luật bảo toàn Cơ : là tổng động và Cơ trọng trường = mv2 +mgz W = Wđ + Wt = số Cơ đàn hồi : 1 = mv2 + k l W = Wđ + Wt = số Hoặc 1 = mv2 + kx2 W = Wđ + Wt = số II Phương pháp giải Bài tập trọng trường Những điều lưu ý học sinh giải: Cách xác định công thức tính cho bài toán: Đối với các em học sinh trung bình việc xác địn công thức đúng cho bài toán là vấn đề khó các em Các em hay bị mắc lỗi từ đầu bài toán Tôi đã đưa biện pháp sau đây để giúp các em khắc phục cách dựa vào điều kiện ban đầu bài toán mà áp dụng công thức thích hợp a) Tính theo điều kiện ban đầu bài: + Dạng 1: Nếu ban đầu đề bài cho đầy đủ khối lượng, độ cao , vận tốc thì công thức tính bài là: = mv2 +mgz W Ví dụ : Một vật có khối lượng là kg độ cao 10m chuyển động xuống đất với vận tốc đầu là 15m/s Tính vật Giải Cơ vật là 1 = mv2 +mgz = 3.152 +3.10.10=637,5(J) W (6) +Dạng 2: Nếu ban đầu đề bài cho khối lượng, độ cao, không cho biết giá trị vận tốc vật ( không vận tốc đầu) thì công thức xác định là W mgz (vì Wđ = 0) Ví dụ : Một vật có khối lượng kg độ cao 10m thả rơi tự không vận tốc đầu a) Tính vật b) Tính độ cao vật có vận tốc là 10m/s Khi gặp dạng này thì học sinh hay hiểu nhầm giá trị 10 m/s vào biểu thức 1 = mv2 +mgz = 3.102 +3.10.10 để tính W Nên ta cần phải giải thích cho học sinh hiểu rỏ cách thức xác định trên Cơ vật là : W mgz =3.10.10=300(J) Dạng 3: tương tự dạng 2, điều kiện ban đầu cho khối lượng, vận tốc, không cho giá trị độ cao (vật nằm mặt đất) Biểu thức có dạng là: = mv2 W (vì Wt=mgz=0) b) Áp dụng định luật bảo toàn để tìm vận tốc, độ cao vật Theo cách truyền thông ta lập luận sau: Áp dụng định luật bảo toàn ta có W2 = W1 (hoặc Wsau = Wđầu) Nhưng học sinh yếu, trung bình các em lại hiểu sai vận tốc v2 = v1 z2 = z1 Ví dụ : Một vật có khối lượng là kg độ cao 10m chuyển động xuống đất với vận tốc đầu là 15m/s a) Tính vật b) Tính vận tốc vật chạm đất Tóm tắt m = 3kg z1 = 10m v1 = 15m/s g = 10m/s2 a) W =? b) v2 = ? z2=0 Giải a) Cơ vật là W b) vận tốc vật có cách trình bày sai mà hs gặp phải C1: C2: W 637,5(z1 = z2) v = 15m/s (7) Do đó cần phải phân dạng cho các em nhận và giải Lưu ý trước giải loại bài tập này các em hãy tính theo điều kiện ban đầu và áp dụng giá trị này để giải các phần sau Dạng 1: Tính vận tốc vật chạm đất (z = 0) (hoặc vận tốc cực đại) = mv2 Ta có hệ thức : W (vì z =0) 2W v= m (W là giá trị đã tính điều kiện ban đầu) 2W 2.637,5 v= = =20,6 m/s m Ví dụ trên ta giải sau: Dạng 2: Tính độ cao vật đó vận tốc không (hoặc độ cao cực đại) Ta có hệ thức : W = mgz (vì v=0) W z= m.g Dang 3: Xác định độ cao ( vận tốc) biết vận tốc (hoặc độ cao) , đây có thể xem là dạng tổng quát dạng trên = mv2 +mgz Ta có hệ thức : W W m.v2 mgz W m.v2 mg z W mgz m vận tốc vật tính: v Ta có thể giải nhanh dạng này lệnh SOLVE trên máy tính CASIO Dạng : tính vận tốc (hoặc độ cao ) đó động Ta có Wđ= Wt nên W =2Wđ =2Wt W v= m Vận tốc vật là : W z= 2.m.g Độ cao vật là : Bài tập đàn hồi : ta xây dựng công thức tương tự phần trọng trường a) Tính nang đàn hồi: Dạng : đề bài ban đầu cho: độ cứng k, khối lượng m, vận tốc ban đầu v , độ biến dạng l Ta có là: (8) 1 = mv2 + k l W Dạng 2: đề bài ban đầu cho: độ cứng k, khối lượng m, vận tốc ban đầu v, lò xo không biến dạng ( l =0) Ta có là: = mv W Dạng 3: đề bài ban đàu cho: độ cứng k, khối lượng m, độ biến dạng l , không vận tốc đầu (v=0) Ta có là: = k l W b) Áp dụng định luật bảo toàn tìm vận tốc và độ biến dạng lò xo ta xây dựng cách giải tương tự phần trọng trường Dạng 1: Tính vận tốc vật vị trí lò xo không biến dạng ( l = 0) (hoặc vận tốc cực đại) = mv2 Ta có hệ thức : W (vì l =0) 2W v= m (W là giá trị đã tính điều kiện ban đầu) Dạng 2: Tính độ biến dạng l lò xo đó vận tốc vật không (hoặc độ biến dạng cực đại) = k l Ta có hệ thức : W (vì v=0) 2W l = k Dang 3: Xác định độ biến dạng ( vận tốc) biết vận tốc (hoặc độ biến dạng) , đây có thể xem là dạng tổng quát dạng trên 1 = mv2 + k l Ta có hệ thức : W 2 1 k l W m.v 2 W m.v 2 l k Ta có thể giải nhanh dạng này lệnh SOLVE trên máy tính CASIO Dạng : tính vận tốc (hoặc độ cao ) đó động Ta có Wđ= Wt nên W =2Wđ =2Wt Ta áp dụng lệnh SOLVE để giải III Bài tập vận dụng: (9) Sau phân loại dạng và phương pháp giải, ta nên đưa dạng bài tập chuẩn để các em nhận dạng và đưa phương pháp giải Bài tập trọng trường Một vật có khối lượng là 4kg thả rơi tự Tại độ cao 20m thì vận có vận tốc là 15m/s Sức cản không khí không đáng kể a) Tính độ cao ban đầu vật lúc bắt đầu rơi b) Tính vận tốc vật vật rơi đến độ cao 10m c) Tính vận tốc động d) Tính vận tốc vật chạm đất Tóm tắt m=4 kg z1=20 m v1= 15 m/s g=10 m/s2 a) zmax =? b)v2 =? Khi z2=10m c)v3= ? Wđ=Wt d)vmax = ? (10) Bài tập đàn hồi Giải Một lắc lò xo nằm ngang(trước có độtiên cứngcần 500N/m , vật 0,2kg Ta kéo vật và lò xác định cơnặng năng) xo dãn đoạn 0,1m Cơ thả cho vật củadao vậtđộng (dạngkhông 1) vận tốc đầu Lực ma sát không đáng kể và bảo toàn +mgz = 4.152 +4.10.20=1250(J) = mv a) Tính đàn hồi W vật 2 b) Tính vận tốc cực đại vật lò xo không biến dạng a) Độ cao cực đại c) Tính vận tốc vật vị trí lò xo dãn 0,05m W 1250 d) Tính độ dãn lò xo đó động thếznăng max = m.g 4.10 31,25(m) W = mgzmax (vì v=0) b) Vận tốc vật z2=10m = mv2 +mgz W 1250= 4.v2 +4.10.10 KẾT QUẢ LÀ: 20,6m/s (ta hướng dẫn các em giải lệnh SOLVE để không bị sai ) 4.x +4.10.10 1250 ALPHA SOLVE 2 x2= ALPHA ) x2 Sau đó bấm SHIFT SOLVE = c) Vận tốc vật động là Ta có Wđ= Wt nên W =2Wđ W 1250 v= 17, 6m / s m d) vận tốc vật chạm đất: vmax = 2W 2.1250 25m / s m (11) IV Kết khai thực Tóm tắtquả sau triển Giải Trong ápnăng dụngcủa phương pháp 1) trên thì thấy đa số các em m=0,2năm kg học 2011- 2012a)tôiCơ vật (dạng không còn l1 0,1 m mắc lỗi cách giải góp 2phần cho kết2quả thi học ki II các em k l 2010-2011 500 0,1 2,5 J trên trung bình nhiều so với năm học v1=0 W Kết cụ thể sau: k =500 N/m b) vận tốc cực đại 2W 2.2,5 a) W =? vmax = Trên 5(m / s) Dưới trung bình Lớp Sĩ số Kì kiểm tra trung bình b)vmax =? m 0,2 SL Tỉ lệ% SL Tỉ lệ % l1 0, 05m l 0, 05 m c)v = ? c) Vận tốc19của vật 10a4 30 tiết 63,33 11 36,67 l ? 2 HK II 10 d) Wđ=Wt = mv27 + k l 90 10a8 28 tiết 82,14 17,86 W 23 HK II 25 89,29 10.71 2,5= 0,2.v + 500.0,052 10a9 28 tiết 92,86(ta hướng2 dẫn các em 7,14 26 giải HK II lệnh28 SOLVE để100 không bị sai )0 1 0,2.x + 500.0,052 Năm học 2010-2011 2011-2012 2 2,5 ALPHA SOLVE Tỉ lệ trên 79,56% 90,69% trung bình Có hs kém Không có học sinh kém x2= ALPHA ) x2 Kết kiểm tra tiết 10a4 thấp so với lớp còn lại giáo viên chưa phân dạng cụ thể và phương pháp dạyđóởbấm trên.SHIFT Bản thân đã hướng Sau SOLVE = dẫn lại các dạng và cho các em rèn luyện dạng bài tập để các em quen dạng và cuối cùng đạt kết tiến Tôi không ngừngLÀ: hoàn thiện phương pháp giải này đề giúp KẾT QUẢ 4,3m/s nhiều học sinh yếu có thể tiếp cận tốc bộvật môn lý, làm giảm học là vật lý d) Vận khivật động bằngnỗi thếsợ các em Ta có Wđ= Wt nên W =2Wt C KẾT LUẬN: 500số lbài toán định luật bảo toàn năng, Trênđây tôi đã trình bày cách2,5=2 giải 2một đồng thời so sánh phương này với cách khác giảng (tương pháp tự ta giải lệnhgiải SOLVE đểQua tìm kết quả)dạy tôi nhận thấy học sinh hứng thú học tập môn và có cách giải sáng tạo, bướcđầu đã mang lại kết tốt.Hi vọng đây là phương l3 0, 07 m Kết là Lý pháp hay để các giáo viên tổ Vật vận dụng vào dạy mình (12)