Chưa có hoặc chưa nói rõ các dạng toán sử dụng sự chuyển hóa năng lượng trong các bài tập, dạng toán phức tạp hơn, cũng như chưa chỉ ra được sự tiện lợi hay ưu thế của phương pháp sử dụn[r]
(1)www.sangkienkinhnghiem.com PHỤ LỤC A - ĐẶT VẤN ĐỀ I TÊN ĐỀ TÀI II LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Lý khách quan: Lý chủ quan: B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I CƠ SỞ LÍ LUẬN II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 PHẦN 1: PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG II.1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.1 Đông 1.1.2 Thế 1.1.3 Cơ 1.1.4 Sự va chạm các vật 1.1.5 Sự chuyển hóa lượng II.1.2 CÁC DẠNG TOÁN VÀ BÀI TẬP VÍ DỤ 1.2.1 Dạng Áp dụng định luật bảo toàn 1.2.2 Dạng 2: Bài toán va chạm 1.2.3 Dạng 3: Chuyển hóa lượng II.2 PHẦN ƯU THẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG SO VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC II.2.1 CƠ SỞ LÍ THUYẾT II.2.2 ƯU THẾ VÀ VÍ DỤ DẪN CHỨNG II.3 PHẦN BÀI TÂP TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN VÀ TỰ LUẬN VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP III KẾT LUẬN IV- TÀI LIỆU THAM KHẢO (2) www.sangkienkinhnghiem.com PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG, ƯU THẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP SO VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TRONG VIỆC GIẢI CÁC BÀI TOÁN CƠ VẬT LÝ LỚP 10 A - ĐẶT VẤN ĐỀ: I TÊN ĐỀ TÀI PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG, ƯU THẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP SO VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TRONG VIỆC GIẢI CÁC BÀI TOÁN CƠ VẬT LÝ LỚP 10 II LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Lý khách quan: Để đảm bảo tốt việc thực mục tiêu đào tạo môn Vật lý trường trung học phổ thông nói chung và lớp 10 nói riêng, cung cấp cho học sinh kiến thức phổ thông bản, có hệ thống, số kiến thức nâng cao và toàn diện Rèn luyện cho các em 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 và vận dụng phương pháp vào giải các bài tập vật lí học, phát huy tính tích cực sáng tạo nâng cao tầm nhìn các em môn vật lí có tầm quan trọng kĩ thuật và đời sống Lý chủ quan: Trong quá trình giảng dạy môn vật lý cụ thể phần học vật lý 10 tôi nhận thấy đại đa số học sinh gặp vướng mắc giải các bài tập phần định luật bảo toàn và chuyển hóa lượng, chưa hiểu rõ cái tiện lợi và ưu phương pháp so với phương pháp động lực học và kết hợp các phương pháp để giải các bài toán khó và hay Nhằm phần nào đó tháo gỡ khó khăn cho các em học sinh, cung cấp kiến thức và các dạng toán khó hay, rõ phương pháp và kết hợp có tính khóa học quá trình làm bài tập phần này giúp các em có hứng thú, yêu thích và sáng tạo môn học vật lý Vì tôi mạnh dạn chọn đề tài “ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG, ƯU THẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP SO VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TRONG VIỆC GIẢI CÁC BÀI TOÁN CƠ VẬT LÝ LỚP 10 ” Qua đề tài này tôi mong muốn cung cấp cho các em số kĩ năng, sử hiểu sâu sáng tạo và toàn diện việc giải các bài tập vật lý chương trình vật lý 10 B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I CƠ SỞ LÍ LUẬN Định luật bảo toàn và chuyển hóa lượng là định luật quan trọng Dùng định luật này để giải bài toán vật lí 10 kể trường hợp có và không có ma sát, thì nhanh nhiều, tiện lợi nhiều là giải phương pháp động lực học chí có dạng toán mà phương pháp động lực học không thể giải thì phải vận dụng đến định luật bảo toàn (3) www.sangkienkinhnghiem.com và chuyển hóa lượng phải kết hợp hai phương pháp thì giải các dạng toán đó Trong sách giáo khoa vật lí 10 chương trình nâng cao đề cập định luật bảo toàn vào giải các dạng toán chuyển động ném, va chạm đàn hồi và lắc đơn Chưa có chưa nói rõ các dạng toán sử dụng chuyển hóa lượng các bài tập, dạng toán phức tạp hơn, chưa tiện lợi hay ưu phương pháp sử dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa lượng so với phương pháp động lực học hay kết hợp hai phương pháp để giải các bài toán phức tạp, khó cho các học sinh lớp chuyên, lớp chọn Từ nhìn nhận đó kết hợp kinh nghiệm dạy các lớp chọn năm học 2012- 2013 vừa qua tôi cảm thấy chất lượng kiến thức phương pháp mà sách giáo khoa cung cấp chưa đủ và chưa phong phú để giúp các em tư hay phát huy tinh động tích cực khám phá cái cái hay vật lí học lớp 10 Ở đây tôi xin giới thiệu phương pháp sử dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa lương số dạng toán ứng dụng nhiều học vật lí 10, các ưu phương pháp này so với phương pháp động lực học và số dạng toán kết hợp hai phương pháp giới hạn các bài toán chương trình vật lí 10 để giúp các em hoc sinh khắc sâu các định luật, đồng thời phát huy tính tích cực động sáng tạo vận dụng lí thuyết, phương pháp vào bài tập Đề tài tập trung nghiên cứu cách sử dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa lương giải các bài toán vật lý 10 và ưu tiện ích phương pháp so với phương pháp động lực học đưa số dạng toán có kết hợp hai phương pháp giải các bài tập vật lý 10 nâng cao trường trung học phổ thông, cụ thể là các em học sinh lớp 10 và học sinh tốp đầu trường THPT hay trường chuyên lớp chọn và đã áp dụng, tích lũy lớp 10A2 trường THPT Hoằng Hóa II năm học 2012 – 2013 vừa qua II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 PHẦN PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG II.1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.1 Đông a) Định nghĩa: Động là dạng lượng có vật chuyển động Chú y Wđ có giá trị lớn W đ = mv Wđ phụ thuộc hệ quy chiếu (J) lí đông năng: b) Định (4) www.sangkienkinhnghiem.com 1 2 mv − mv 1=ΣA 2 ; (ΣA : tổng các công các lực tác dụng vào vật) 1.1.2 Thế : Là lượng hệ có tương tác các vật hệ hay các phần vật thông qua lực a) Thế trọng trường Wt = mgh (Gốc mặt đất) b) Thế đàn hồi W đh= kx2 (Gốc ứng với trạng thái lò xo không biến dạng 1.1.3 Cơ - Định nghĩa : Là dạng lượng hệ bao gồm động và W = Wđ + Wt - Định luật bảo toàn : Hệ kín, không ma sát : W2 = W1 Wđ2 + Wt2 = Wđ1 + Wt1 ∆W = 1.1.4 Sự va chạm các vật - Định luật về va chạm : Nếu ngoại lực triệt tiêu nhỏ so với nội lực tương tác, hệ vật va chạm bảo toàn động lượng Đặc biệt, va chạm đàn hồi còn có bảo toàn động - Một số trường hợp va chạm : a) Va chạm đàn hồi xuyên tâm ( m1 −m2 ) v 1+ 2m v ( m2 −m1 ) v +2 m1 v ; v '= v '= m1 +m m1 +m2 b) Va chạm đàn hồi cầu với mặt phẳng cố định (m2 , v2 = 0) (5) www.sangkienkinhnghiem.com Va chạm xuyên tâm : v1’ = - v1 Va chạm xiên : vt’ = vt; vn’ = - vt , vt’ : các thành phần tiếp tuyến , vn’ : các thành phần pháp tuyến c) Va chạm không đàn hồi xuyên tâm (v1’ = v2’ = v’) v= m1 v +m2 v m1 +m2 1.1.5 Sự chuyển hóa lượng 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 Lưu ý: Công là số đo phần lượng bị biến đổi W = W1 = W2+ Ams = Wđ + Wt + Ams ∆W = W1-W2= Ams II.1.2 CÁC DẠNG TOÁN VÀ BÀI TẬP VÍ DỤ 1.2.1 Dạng Áp dụng định luật bảo toàn Phương pháp giải Khi áp dụng định luật bảo toàn cần : - Xác định biểu thức cụ thể động và hai vị trí vật Thông thường ta chọn hai vị trí có động không vị trí mà việc tính toán là đơn giản - Chọn mốc cho việc tính vật là dễ - Định luật bảo toàn áp dụng trọng lực lực đàn hồi ( lực thế) Bài tập ví dụ Từ độ cao 10 m so với mặt đất, vật ném lên cao theo phương thẳng đứng với vận tốc đầu m/s Bỏ qua sức cản không khí và lấy g = 10 m/s a Tính độ cao cực đại mà vật đạt so với mặt đất b Tính vận tốc vật thời điểm vật có động c Tìm toàn phần vật, biết khối lượng vật là m = 200 g Hướng dẫn: Chọn gốc mặt đất a) Tìm hmax mv A mghA Cơ vị trí ném A: WA = Gọi B là vị trí cao mà vật đạt : vB 0 Cơ vật B : WB WtB mghmax Theo định luật bảo toàn : WB WA mghmax vA2 mghA (6) www.sangkienkinhnghiem.com hmax v A2 hA 1, 25 10 11, 25m 2g b) Tính vận tốc vật thời điểm vật có động WđC = WtC => WC = WđC + WtC = 2WđC Theo định luật bảo toàn năng: WC WB mvC2 mghmax vC ghmax 7,5 2m / s c) Tìm toàn phần vật, biết khối lượng vật là m = 200 g W WB mghmax 0, 2.10.11, 25 22,5 J 1.2.2 Dạng 2: Bài toán va chạm Phương pháp giải Bài toán va chạm hai vật thường xét các trường hợp sau : - Va chạm mềm : Trong trường hợp va chạm hai vật là mềm thì hoàn toàn có thể áp dụng định luật bảo toàn động lượng, cần chú ý sau va chạm hai vật có cùng vận tốc Định luật bảo toàn không đúng với trường hợp này - Va chạm đàn hồi : Trường hợp các vật va chạm đàn hồi thì định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn nghiệm đúng Do đó có thể áp dụng hai định luật này Bài tập ví dụ Hai hòn bi A và B, có khối lượng m1 = 150 g và m2 = 300 g treo hai sợi dây (khối lượng không đáng kể) có cùng chiều dài l = 1m vào điểm O Kéo lệch hòn bi A cho dây treo nằm ngang (hình vẽ) thả nhẹ ra, nó đến va chạm vào hòn bi B Sau va chạm, hai hòn bi này chuyển động nào ? Lên đến độ cao bao nhiêu so với vị trí cân ? Tính phần động biến thành nhiệt va cham Xét hai trường hợp : a) Hai hòn bi là chì, va chạm là va chạm mềm b)Hai hòn bi là thép, va chạm là va chạm đàn hồi trực diện Trong trường hợp kiển tra lại định luật bảo toàn lượng Hướng dẫn : O Chọn mốc tính vị trí cân hòn l m1 bi B trước va chạm Ap dụng định luật bảo toàn cho hệ gồm ( hòn bi A và trái đất) l m1v12 m1 gl 0 1 v1 gl a) Hai hòn bi là chì, va chạm là va chạm mềm : m2 Khi hai hòn bi va chạm mềm, chúng không bảo toàn vì phần động biến thành nhiệt (7) www.sangkienkinhnghiem.com Ngay sau va chạm hai hòn bi chuyển động cùng vận tốc u Ap dụng định luật bảo toàn động lượng ta có : m1v v m1v m1 m2 u u m1 m2 2 Động hệ hai hòn bi sau va chạm là : m1u m2u 3m1u 3m2 m1 gl 2 Wđ’ = 3 Sau va chạm hai hòn bi dính vào và tiếp nối chuyển động tròn hòn bi A Khi hệ gồm hai hòn bi lên đến độ cao tối đa h thì toàn động Wđ’ chuyển thành m m2 gh 3m1 gh Wt’ = Ap dụng định luật bảo toàn : m gl l 3m1 gh h 11cm 4 Wt’ = Wđ’ Phần động hòn bi A đã biến thành nhiệt là : m gl 2m gl m1 gl 1J 5 3 Q = Wđ - Wđ’ = Kiểm tra lại định luật bảo toàn lượng : Ban đầu lượng hệ hai hòn bi là m1 gl hòn bi A độ cao l m1 gl Sau va chạm, hệ có , không bảo toàn mà phần động bi A đã chuyển thành nhiệt, quá trình va chạm mềm Nhưng lượng bảo toàn : m1 gl m1 gl + =Q 6 b) Va chạm đàn hồi trực diện : v ;v Gọi là vận tốc honf bi A và B sau va chạm Ap dụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cho hệ gồm hai hòn bi A và B ta có : m1v m1v1 m2 v2 v v1 2v2 7 m1v m1v12 m2v22 v v12 2v22 8 2 v 2v v1 ; v2 9 3 Từ (7) và (8), ta suy : Như : Bi A chuyển động ngược chiều với chuyển động ban đầu Hòn bi B chuyển động tiếp phía trước Ngay sau va chạm, động hòn bi A và B là : (8) www.sangkienkinhnghiem.com vmgl m2v22 4m1v 8m1 gl 10 11 9 Wđ1 = Wđ2 = Gọi h1 ; h2 là độ cao cực đại mà bi A, bi B lên sau va chạm Ap dụng định luật bảo toàn năng, ta có : m gl l m1 gh1 h1 11cm 12 9 Wđ1 =Wt1 8m gl 8l m2 gh2 h2 44cm 13 9 Wđ2=Wt2 Kiểm tra lại định luật bảo toàn lượng : Năng lượng lúc sau hệ : m1 gl 8m1 gl m1 gl 9 Wt1= Wt2 = lượng ban đầu 1.2.3 Dạng 3: Chuyển hóa lượng Phương pháp giải Dạng toán này cần chú ý đến chuyển hóa lương thành lượng gì ? và áp dụng định luật bảo toàn lượng toàn phần Bên cạnh đó phải vận dụng các công thức tính công các ngoại lực, cu thể công lực ma sát… Bài tập ví dụ Hai vật có cùng khối lượng m nối lò xo đặt trên mặt bàn nằm ngang Hệ số ma sát các vật với mặt bàn là Ban đầu lò xo không biến dạng Vật nằm sát tường 1) Tác dụng lực không đổi F hướng theo phương ngang đặt vào vật và hướng dọc theo trục lò xo xa tường (hình k Sử dụng định luật bảo toàn năntg lượng, F tìm điều kiện độ lớn lực F để vật di chuyển được? Hình 2) Không tác dụng lực trên mà 2a truyền cho vật vận tốc v0 hướng phía v0 tường (hình 2b) Độ cứng lò xo là k k a Tìm độ nén cực đại x1 lò xo b Sau đạt độ nén cực đại, vật chuyển động ngược lại làm lò xo bị giãn Biết vật Hình không chuyển động Tính độ giãn cực đại x 2b lò xo c Hỏi phải truyền cho vật vận tốc v tối thiểu là bao nhiêu để vật bị lò xo kéo khỏi tường? Hướng dẫn: (9) www.sangkienkinhnghiem.com x mg k Để vật dịch chuyển thì lò xo cần giãn đoạn là: Lực F nhỏ cần tìm ứng với trường hợp lò xo giãn đoạn là x thì vận tốc vật giảm Công lực F quá trình này có thể viết tổng công ma sát và lò xo: F x kx mg.x F mg Vậy: Truyền cho vật vận tốc v0 phía tường a, Bảo toàn năng: 2 mv kx mgx 2 x1 2mg m x1 v 0 k k 2 mg mg mv0 x1 k k k Nghiệm dương phương trình này là: b, Gọi x2 là độ giãn cực đại lò xo: kx kx mg( x x ) 2 2 2 2mg mg mv0 3mg x2 x1 k k k k ; c Để vật bị kéo khỏi tường thì lò xo phải giãn đoạn x3 cho: kx mg (1) Vận tốc v0 nhỏ là ứng với trường hợp lò xo bị giãn x3 trên thì vật dừng lại Phương trình bảo toàn lượng: 2 mv kx mgx 2 - Cho quá trình lò xo bị nén x1 (2) - Cho quá trình lò xo chuyển từ nén x1 sang giãn x3: 2 2mg kx kx x1 x mg( x x ) k 2 (3) Từ (3) x1 3mg 15m v0 g k k Thay vào (2), ta được: Kết hợp với (1), ta được: II.2 PHẦN ƯU THẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG SO VỚI PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC II.2.1 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Phương pháp đông lực học (10) www.sangkienkinhnghiem.com Phương pháp động lực học là phương pháp khảo sát chuyển động các vật dựa trên sở các định luật Niu-ton Phương pháp động lực học bao gồm các bước sau : 2.1.1 Xác định đầy đủ các lực tác dụng lên vật hệ vật Với lực xác định cần rõ điểm đặt, phương, chiều, độ lớn 2.1.2 Các lực tác dụng lên vật thường là : - Các lực tác dụng các trường lực gây trường hấp dẫn, điện trường, từ trường… - Các lực tác dụng liên kết các vật: Lực căng, lực đàn hồi… - Các lực tác dụng vật chuyển động trên mặt: Lực ma sát, phản lực pháp tuyến… 2.1.3 Chọn hệ trục toạ độ làm hệ quy chiếu để khảo sát chuyển động Đa số các bài toán khảo sát chuyển động vật trên đường thẳng mặt phẳng xác định Khi đó ta chọn hệ trục toạ độ có trục song song với chuyển động vật mặt phẳng chuyển động vật; nên chọn trục toạ độ song song với nhiều lực tác dụng 1.3.1 Bước là viết phương trình Niu-ton cho vật hệ vật (dạng véc tơ) Vật m ⃗a=∑ F (tổng các lực tác dụng lên vật) Hệ vật : ¿ m1 a⃗ 1=∑ ⃗ F1 m2 a⃗ 2=∑ ⃗ F2 ¿{ ¿ 1.3.2 Tiếp theo là chiếu các phương trình véc tơ trên lên các trục toạ độ đã chọn 1.3.3 Khảo sát các phương trình chuyển động theo phương trục toạ độ Lưu y: Đối với hệ nhiều vật người ta phân biệt: a) Nội lực là lực tương tác các vật hệ b) Ngoại lực là các lực các vật bên ngoài hệ tác dụng lên các vật hệ II.2.2 ƯU THẾ VÀ DẪN CHỨNG 2.2.1 Ưu thế Trên đây là phương pháp động lực học chủ yếu là kết hợp phương pháp tọa độ và định luật II Newton, phương pháp hạn chế không thể giải các bài toán phức tạp bài tập ví dụ dạng Bên cạnh đó phương pháp sử dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa lượng thì giải đươc tất các bài toán mà phương pháp động học thường giải Đối với phương pháp động lực học phải phân tích tất các lực tác dụng vào vật và hệ vật, nhận rõ tính chất tác dụng các lực học đó tính chất chuyển động vật và hệ vật, song không tránh việc phải thiết lập quá nhiều phương trình cho hệ vật có nhiều vật và phải giải hệ toán học sau (11) www.sangkienkinhnghiem.com chiếu lên trục tọa độ Còn phương pháp sử dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa lượng thì trút bỏ quá trình phức tạp dễ nhầm lẫn trên để đưa phương trình toán học đơn giản Đó là phân tính mang tính lý tính sau đây là ví dụ chứng minh điều đó 2.2.2 Bài tập ví dụ 2.2.1 Ví dụ 1: Một xe trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng góc α = 300 Chiều dài mặt phẳng nghiêng là l = 1m lấy g = 10m/s2 Tính vận tốc vật chân mặt phẳng nghiêng Bài giải: Cách 1: Sử dụng phương pháp động lực học Phân tích các lực tác dụng lên vật và chọn truc tọa độ hình vẽ Các lực tác dụng vào vật: → → Trọng lực P , phản lực N mặt phẳng nghiêng → → → → Ap dụng định luật Newton F =P +N =m a Chiếu lên trục Ox : Psinα = ma ⇒ a = 5m/s2 Ap dụng công thức chuyển động biến đổi v − v 20=2 as với s = l =1m; v =0 ⇒ v =√10 m/ s Cách Sử dụng phương pháp định luật bảo toàn Chọn gốc mặt phăng ngang ta có: Ở đỉnh dốc: WA = Wt = mgh = mglsinα Ở chân dốc: WB = Wđ = mv Ap dụng định luật bảo toàn WA = WB ⇒ v =√ 10 m/ s2 Với hai phương pháp giải bài toán thì phương pháp sử dụng định luật bảo toàn gọn, tiện lợi và nhanh nhiều Trong bài toán ví dụ trên có ma sát ta sử dụng phương pháp động lực học phải phân tích thêm lực ma sát, còn với phương pháp sử dụng định luật bảo toàn ta phải chuyển hóa phần thành công ma sát Bên cạnh đó còn dạng toán mà phương pháp động lực học không thể giải bài toán lắc đơn tìm vận tốc, tìm lực căng T… cần phải kết (12) www.sangkienkinhnghiem.com hợp hai phương pháp thi tìm vấn để bài toán Sau đây là các vị dụ dẫn chứng 2.2.2 Ví dụ Quả cầu nhỏ khối lượng 500 g treo đầu sợi dây dài m, đầu trên dây cố định Kéo cầu khỏi vị trí cân cho dây hợp với phương thẳng ứng góc 450 thả tự Tìm: a Vận tốc lắc nó qua vị trí cân b Tính lực căng dây vị trí cân Hướng dẫn : - Vật chịu tác dụng các lực: + Trọng lực P + Lực căng dây T - Vật chuyển động trường lực thế, ta có thể áp dụng định luật bảo toàn để giải bài toán này Ngoài ta có thể giải bài định lí động a) Chọn gốc vị trí cân (vị trí thấp vật) Viết biểu thức định luật bảo toàn cho vị trí góc 45 và WA WB WtA 0 WdB vị trí cân mghA mvB2 Với : hA l cos 450 l cos450 2 gl cos450 2.10.1 20 10 2, 42m / s b) Khi cần tính đến lực căng dây T, ta phải áp dụng lại Định luật II Niu tơn cho vật vị trí cần tính - Chú ý vật chuyển động tròn với gia tốc hướng tâm, hợp lực trọng lực và lực căng chính là lực hướng tâm - Viết biểu thức định luật II Niu tơn cho vật vị trí cân B: P T maB - Chiếu phương trình lên trục hướng tâm BO: vB2 P T maht m l v2 2, 422 T maht m B 0,5.10 0,5 7,93 N l 2.2.3 Ví dụ Quả cầu nhỏ khối lượng m treo đầu sợi dây dài l, đầu trên dây cố định Từ vị trí cân băng cần cung cấp vận tốc nhỏ bao nhiêu để cầu có thể quay vòng (13) www.sangkienkinhnghiem.com Hướng dẫn : Tương tự ví dụ ta chọn Chọn gốc vị trí cân (vị trí thấp vật) Viết biểu thức định luật bảo toàn cho vị trí cao và vị trí cân 1 W C =W B ⇔ ƯW tC+ W đC=W đB ⇔ mghC + mv 2C = mv 2B (1) 2 Viết biểu thcs định luật II Newton vị trí cao C ⃗ P +⃗ T =m ⃗aC Chiếu phương trình lên trục hướng tâm CO mv 2C P+T =ma ht= l mv −5 mgl T= B l (2) Từ (1) và (2) Ta được: Điều kiện để cầu có thể quay vòng là T ≥ ⇒ v BMin = √ gl(m/ s) Với dạng toán ví dụ này thi không riêng gì phương pháp nào có thể giải mà phải có kết hợp phù hợp hai phương pháp đưa kết phù hợp với yêu cầu bài toán II.3 PHẦN BÀI TÂP TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN VÀ TỰ LUẬN VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP 3.1 Bài tập trắc nghiệm khách quan Câu 1: Búa máy có khối lượng 500 kg rơi từ độ cao m và đóng vào cọc, làm cọc ngập thêm vào đất 0,1 m Lực đóng cọc trung bình là 80000 N Hiệu suất máy là bao nhiêu? A 60 % B 70 % C 80 % D 50 % Câu 2: Một ô tô có công suất động là 100 kW Đang chạy trên đường với vận tốc 36 km/h Lực kéo động lúc đó là: A 1000 N B 10000 N C 2778 N D 360 N Câu 3: Một hòn bi có khối lượng m1 chuyển động với vận tốc v đến va chạm tuyệt đối đàn hồi với bi m2 nằm yên Sau va chạm, hai có m1 cùng vận tốc có đọ lớn v/2 Tỉ số khối lượng m2 là: A B C 0,5 D 1/3 Câu 4: Một gàu nước khối lượng 10 kg kéo lên cao m khoảng thời gian phút 40 giây.Lấy g = 10 m/s2 Công suất trung bình lực kéo là: A W B W C W D W Câu 5: Người ta ném hòn bi theo phương ngang với vận tốc đầu 15 m/s và nó rơi xuống đất sau s Bỏ qua sức cản không khí Lấy g = 10 m/s2 Hòn bi ném từ độ cao nào? Tầm bay xa nó là bao nhiêu? A 80 m và 80 m B 80 m và 60 m C 60 m và 80 m D 60 m và 60 m (14) www.sangkienkinhnghiem.com Câu : Một vật trượt không vận tốc đầu từ đỉnh dốc dài 10 m, góc nghiêng mặt dốc và mặt ngang là 300 Bỏ qua ma sát Lấy g = 10 m/s2 Vận tốc vật chân dốc là : A 10 2m / s B.10m/s C 2m / s D 5m / s Câu : Khoảng cách từ hỏa tới mặt trời gấp lần khoảng cách từ trái đất tới mặt trời Một năm trên hỏa gấp lần năm trên trái đất ? A 1,5 B 1,8 C 2,25 D 3,2 Câu : Tác dụng lực F không đổi, làm vật dịch chuyển từ trạng thái nghỉ độ dời s và vận tốc v Nếu tăng lực tác dụng lên n lần thì với cùng độ dời s Vận tốc vật đã tăng thêm bao nhiêu ? A n lần B n2 lần C n lần D 2n lần Câu : Một lắc đơn có độ dài m Kéo cho nó hợp với phương thẳng đứng góc 450 thả nhẹ Độ lớn vận tốc lắc nó qua vị trí dây treo hợp với nó góc 300 là : A 17,32 m/s B 2,42 m/s C 3,17 m/s D 1,78 m/s Câu 10: Chọn câu đúng: Viên bi A chuyển động với vận tốc v thì va chạm vào viên bi B cùng khối lượng với viên bi A Bỏ qua mát lượng qua trình va chạm Sau va chạm: v A Hai viên bi cùng chuyển động với vận tốc B Hai viên bi cùng chuyển động với vận tốc v C Viên bi A bật ngược lạ với vận tốc v D Viên bi A đứng yên, viên bi B chuyển động với vận tốc v 3.2 Bài tập tự luận Bài 1: Một ống thủy tinh khối lượng M có đựng vài giột ête đậy cái nút khối lượng m Ống thủy tinh gắn đầu cứng dài L (trọng lượng không đáng kể) Khi hơ nóng ống thủy tinh ête bốc hơi, nút bị bật áp suất ête Hỏi vận tốc bé nút phải bao nhiêu để ống thủy tinh có thể quay vòng quanh điểm treo đó 5MgL m Đáp số: Bài : Một ô tô khối lượng chuyển động với vận tốc 36 km/h thì tắt máy và xuống dốc, hết dốc thời gian 10 s Góc nghiêng dốc là 20 , hệ số ma sát dốc và xe là 0,01 Dùng các định luật bảo toàn, tính: a) Gia tốc xe trên dốc và suy chiều dài dốc b) Vận tốc xe chân dốc Đáp số: a/ 3,33 (m/s2) b/ 43,3 (m/s) (15) www.sangkienkinhnghiem.com Bài : Một vật khối lượng m trượt không ma sát từ đỉnh mặt cầu xuống Hỏi từ khảng cách h nào vật bắt đầu rơi khỏi mặt cầu Cho bán kính mặt cầu R = 90cm Đáp số : h 30cm Bài : Một cầu khối lượng kg, chuyển động với vận tốc m/s, va chạm xuyên tâm với cầu thứ hai khối lượng kg chuyển động cùng chiều với cầu thứ với vận tốc m/s Tìm vận tốc các cầu sau va chạm nếu: a) Va chạm là hoàn toàn đàn hồi b) Va chạm không đàn hồi( va chạm mềm) Đáp số : ' ' a) v1 0, 6m / s ; v2 2, 6m / s ' ' m2 b) v1 v2 1,8m / s Bài : Cho hệ hình vẽ, m1 = m2 = 200 g, k = 0,5 N/cm Bỏ qua độ giãn dây, ma sát, khối lượng dây và ròng rọc ; g = 10 m/s2 m1 a) Tìm dộ giãn lò xo vị trí cân b) Từ vị trí cân bằng, kéo m1 xuống theo phương thẳng đứng buông tay Tính vận tốc các vật chúng qua vị trí cân và lò xo có chiều dài tự nhiên Đáp số : a) x0 = cm b) v2 = 0,67 m/s ; v3 = 0,5 m/s Bài : Một nhà máy thủy điện có công suất phát điện 200000 kW và có hiệu suất 80% Mức nước hồ chứa có độ cao 1000 m so với tua pin máy phát điện Tính lưu lượng nước đường ống dẫn nước từ hồ chứa đến tua pin máy phát điện (m3/s) Lấy g = 10 m/s2 Đáp số : 25 m3/s Bài : Cho hệ gồm các vật A, B, C, có khối m m lượngtương ứng là kg, kg, kg, nối với sợi dây trên hình Các sợi dây và ròng rọc có khối lượng không đáng kể và bỏ qua ma sát a Ap dụng định lý động tính gia tốc các vật b Tính lực căng dây nối hai vật A, B m Lấy g = 10 m/s2 Đáp số : a) m/s2 b) N (16) www.sangkienkinhnghiem.com III KẾT LUẬN Ở phần nội dung tôi đã đưa phương pháp, ví dụ dẫn chứng và lí luận so sánh để chứng minh tiện lợi, hữu dụng phương pháp ứng dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa lượng không tránh khỏi việc kết hợp hài hòa các phương pháp với để giải các bài toán khó và hay vật lí học lớp 10 Trong đó tôi đã ứng dụng linh hoạt phương pháp này cho lớp 10A2 trường THPT Hoằng Hóa II năm học vưa qua 2012-2013 mà tôi phân công giảng dạy và kết cho thấy phương pháp đã hữu dụng Cụ thể tôi đã thông kê kết lớp các kì thi học kì và kì thi học sinh giỏi cấp trường và tổng kết môn vật lí năm sau: Lớp 10A2 TSHS Khá - Giỏi SL % 36 70,5 41 80,4 80 39 76,5 Trung bình SL % 15 29,5 10 19,6 20 12 23,5 Yếu SL % 0 0 0 0 HK1 51 HK2 51 HSG Cấp trường Tk Cả năm 51 Đặc biệt: - Kì thi học ki 1: Toàn trường có em đạt điểm 10 là em Cao Thị Nhung 10A2 - Kì thi Học kì 2: Toàn trường có em đạt điểm cao 9,5 thì có em Lê Minh Huệ 10A2 - Kì thi học sinh giỏi cấp trường: em đạt giải toàn trường là em Nguyễn Bá Đạo 10A2 Mặc dù lớp 10A2 đứng tốp khối 10 trường THPT Hoằng Hóa kết thu môn vật lý năm học vừa qua 2012-2013 đã phần nào mà phương pháp tôi nêu trên có phần hữu dụng Để đáp ứng mục tiêu Giáo Dục và Đào Tạo đặc biệt là với môn vật lý nhằm nâng cao tư sáng tạo cho các em học sinh tôi có số kiến nghị sau: - Để tạo điều kiện cho các em học sinh tiếp cận với các kiến thức nâng cao trên sở tảng sách giáo khoa - Nên tổ chức cho các em làm nhiều các dạng toán khó có kết hợp nhiều phương pháp (17) www.sangkienkinhnghiem.com - Nên tổ chức các thi học sinh giỏi từ cấp trường đến cấp cuốc tế mà Giáo Dục đã và thực để các em thử sức mình học hỏi và giao lưu - Cần có đầu tư, bổ sung, thay thường xuyên các loại sách tham khảo và cập nhật internet cho thư viện nhà trường Trên đây là toàn nội dung sáng kiến kinh nghiệm tôi Rất mong góp ý đồng nghiệp, các cấp có thẩm quyền và chuyên môn để tôi có thể hoàn thiện thân, nâng cao thêm trình độ nhằm thực tốt trách nhiệm giáo dục và đào tạo mình Tôi xin chân thành cảm ơn! IV- TÀI LIỆU THAM KHẢO: - Sách giáo khoa và sách bài tập vật lý 10 nâng cao - Để học tốt vật lý 10 ( Trương Trọng Lương – Phan Hoàng Văn ) - Chuyên đề bồi dưỡng vật lý 10 ( Nguyễn Đình Đoàn ) - Kiến thức và nâng cao vật lí THPT tập 1( Vũ Thanh Khiết ) - Một số đề thi học sinh giỏi - Tài liệu tham khảo internet XAC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Hoằng Hóa, ngày 10 tháng năm2013 Tôi xin cam đoan đây là SKKN mình viết, không chép nội dung người khác Vũ Trọng Toàn (18)