Hệ thống bài tập vật lý đại cương b theo chương trình đào tạo tín chỉ

Tr-ờng đại học vinh Khoa vật lý === === nguyễn thị thu hồng hệ thống tập vật lí đại c-ơng b theo ch-ơng trình đào tạo tín khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên Ngành: vật lí đại c-ơng NGH AN - 2012 Tr-ờng đại học vinh Khoa vËt lý ===  === hƯ thèng bµi tËp vật lí đại c-ơng b theo ch-ơng trình đào tạo tín khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên Ngành: vật lí đại c-ơng Cán h-ớng dẫn: ts mai văn l-u Sinh viên thực hiện: nguyễn thị thu hồng Líp: 49B - VËt lÝ NGHỆ AN – 2012 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined Chương HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG B VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 1.1 Một số vấn đề tài liệu tham khảo thuộc học phần vật lí Đại cương B 1.2 Hệ thống tập vật lí đại cương B phương pháp giải 1.2.1 Bài tập chương “Động học chất điểm” 1.2.2 Bài tập chương “Động lực học chất điểm” 16 1.2.3 Bài tập chương “Động lực học hệ chất điểm Động lực học vật rắn” 20 1.2.4 Bài tập chương “Công lượng” 23 1.2.5 Bài tập chương “Các định luật thực nghiệm chất khí” 29 1.2.6 Bài tập chương “Nguyên lí thứ nhiệt động lực học” 32 1.2.7 Bài tập chương “Trường tĩnh điện” 36 1.2.8 Bài tập chương “Từ trường không đổi” 40 1.2.9 Bài tập chương “Sự giao thoa nhiễu xạ ánh sáng” 44 Chương HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG B 57 2.1 Bài tập chương “Động học chất điểm” 57 2.2 Bài tập chương “Động lực học chất điểm” 60 2.3 Bài tập chương “Động lực học hệ chất điểm Động lực học vật rắn” 61 2.4 Bài tập chương “Công lượng” 64 2.5 Bài tập chương “Các định luật thực nghiệm chất khí” 67 2.6 Bài tập chương “Nguyên lí thứ nhiệt động lực học” 68 2.7 Bài tập chương “Trường tĩnh đện” 70 2.8 Bài tập chương “Từ trường không đổi” 72 2.9 Bài tập chương “Sự giao thoa nhiễu xạ ánh sáng” 73 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 MỞ ĐẦU Mơn học vật lí đại cương B trang bị cho sinh viên (SV) kiến thức phương pháp nghiên cứu, kĩ thực hành mơn Vật lí để họ nắm vững tính chất, quy luật, định luật học, nhiệt học điện học Từ SV vận dụng để giải thích tượng học, nhiệt học, điện học, quang học, xảy sống, đồng thời có sở khoa học để nghiên cứu môn học Vật lí đại cương B áp dụng trường Đại học Vinh môn học dành cho SV ngành sinh học, quản lý đất đai, Giáo dục thể chất, Khoa học mơi trường,… Nó phận quan trọng khoa học vật lí, hệ thống hóa khái niệm, định luật, lí thuyết vật lí học Vật lí đại cương có phần gồm học, nhiệt học, điện học, quang học, nội dung nghiên cứu mơn học Vật lí đại cương B Nội dung nghiên cứu môn học: - Mối liên hệ đại lượng đặc trưng cho chuyển động, định luật biến thiên bảo toàn đại lượng: động lượng, mô men động lượng, năng… - Các tính chất bản, định luật, nguyên lý trình biến đổi hệ nhiệt động - Các định luật, tính chất, phương trình điện từ trường - Một số tượng tương tác ánh sáng với môi trường vật chất sơ lược chất ánh sáng Những kiến thức vật lí đại cương không sở để SV học nghiên cứu mơn khoa học khác mà cịn góp phần rèn luyện phương pháp suy luận khoa học, xây dựng giới quan vật biện chứng Đối với SV ngồi ngành vật lí việc nắm vững hệ thống kiến thức phương pháp giải tập vật lí đại cương góp phần quan trọng việc tiếp thu kiến thức học phần Bài tập vật lí đại cương phận quan trọng giáo trình vật lý đại cương, giúp SV: - Nắm phần lí thuyết vững vàng, thấu đáo sâu sắc - Rèn luyện phương pháp vận dụng lí thuyết để phân tích, suy luận, tính tốn để khảo sát, nghiên cứu tượng, vấn đề vật lí cụ thể thường gặp sở vận dụng kiến thức vật lí để giải tập kĩ thuật - Rèn luyện phương pháp suy luận khoa học, tư logic, khả độc lập, suy nghĩ, sáng tạo, kĩ tính tốn Để giúp cho SV tự học ngồi lên lớp việc chọn lựa xếp hệ thống tập, hướng dẫn giải cách có hệ thống quan trọng Đặc biệt SV học tập theo học chế tín thời gian dành cho tự học nhiều Các tập sử dụng khéo léo đưa đến suy nghĩ tượng xây dựng khái niệm để giải thích tượng tập phát Vì vậy, việc lựa chọn phân loại tập Vật lí đại cương cách khoa học, phù hợp với phương pháp giải điển hình cho loại yêu cầu cần thiết Trong điều kiện thời gian có hạn, dựa theo đề cương chi tiết học phần Vật lí đại cương B áp dụng trường Đại học Vinh chúng tơi trình bày hệ thống tập Vật lí đại cương B gồm bốn phần: học, nhiệt học, điện học, quang học Với tài liệu SV giảng viên (GV) tham khảo, làm dạng tập dùng để ôn thi hết môn, GV thể lựa chọn tập nhà, hay đề kiểm tra cho SV Khoá luận phân loại tập kèm phương pháp giải giúp SV nắm vững kiến thức, tạo điều kiện học tập tốt Nội dung khố luận “Hệ thống tập vật lí đại cương B theo chương trình đào tạo tín chỉ” trình bày hai chương: Chương Hệ thống tập vật lí đại cương B phương pháp giải Trong chương chúng tơi trình bày nội dung: kiến thức chương, phân dạng tập, khái quát phương pháp giải tập điển hình chương Chương Giới thiệu hệ thống tập vật lí đại cương B Nội dung chương giới thiệu dạng tập vật lí đại cương B phù hợp với phân phối chương trình phần lý thuyết mơn học Các tập khó có hướng dẫn kèm theo sau có đáp án Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian kiến thức nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý thầy giáo bạn đọc để luận văn hoàn thiện Qua đây, xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn tới thầy, giáo khoa Vật lí – Trường Đại học Vinh giảng dạy giúp đỡ suốt thời gian học tập Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo - TS Mai Văn Lưu định hướng cho đề tài, trực tiếp hướng dẫn, tham gia giảng dạy giúp đỡ suốt trình nghiên cứu, hồn thiện đề tài khóa luận tốt nghiệp Chương HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG B VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 1.1 Một số vấn đề tài liệu tham khảo thuộc học phần vật lí Đại cương B Là mơn học học nhiều trường thuộc ngành sư phạm kĩ thuật, tài liệu tham khảo dành cho mơn học vật lí đại cương B khơng ít, gây khó khăn cho người học việc lựa chọn tài liệu tham khảo Các giáo trình phổ biến SV tham khảo giáo trình Lương Duyên Bình, Nguyễn Hữu Hồ, Lê Văn , nhiên với lượng kiến thức tương đối nhiều mơn học gây khó khăn cho người học việc xác định vấn đề trọng tâm để nghiên cứu Khi có giáo trình tham khảo tay nhiều SV chưa tìm cách học hiệu đứng trước hệ thống kiến thức rộng, đặc biệt đổi cách dạy học theo hình thức tín thời gian tự học tự nghiên cứu chủ yếu Riêng giáo trình tập vật lí đại cương B lượng tập đưa tương đối nhiều, chưa có phân loại phương hướng giải cụ thể Các kiến thức vật lí đại cương B trường phổ thông SV làm quen với kiến thức lên đại học kiến thức sâu sắc có phần mở rộng, nâng cao Vì vậy, việc hệ thống hóa kiến thức lí thuyết sau chương trước làm tập quan trọng, giúp SV nhớ lại kiến thức áp dụng cho toán Điều nhiều giáo trình tham khảo chưa làm Thực tế cho thấy đứng trước nhiều tập, có số người học cảm thấy giống nhau, mơ hồ họ khơng biết thuộc dạng Đứng trước hệ thống tập mà phân dạng chúng, đưa có nội dung giống dạng giúp người học khơng hoang mang lượng tập nhiều Đặc biệt ơn thi việc phân loại tập giúp cho người học giảm thời gian nhiều thay cho học tất tập chương cần cần nhớ dạng tập chương Sau phân chia tập người học có phương hướng để giải dạng giúp người học tiết kiệm thời gian làm tập chương, nắm vững phương pháp giải điển hình, củng cố khắc sâu kiến thức Hệ thống tập vật lí đại cương B chúng tơi giới thiệu nhằm định hướng người đọc cách giải thông qua gợi ý có kèm theo kết quả, giúp người đọc kiểm tra kết sau tốn Ở phần chúng tơi trình bày hệ thống tập phù hợp với SV học theo hệ thống tín 1.2 Hệ thống tập vật lí đại cương B phương pháp giải Phương pháp chung giải tập vật lí Bước 1: Đọc đầu Đọc kỹ đầu bài, ghi đại lượng cho, đại lượng cần tìm Cho Hỏi Vẽ hình tốn, xác, rõ ràng, đầy đủ Nếu tốn khơng có sẵn hình tự vẽ hình, tự đặt kí hiệu cần thiết Bước 2: Phân tích tượng tốn Đây bước định giải tốn Người học phải tìm hiểu tượng cho đầu bài, hình dung tượng biểu diễn Liên hệ tượng với tượng học lý thuyết liên quan đến cơng thức Trong phân tích tượng, để dễ hình dung tự vẽ thêm số hình sơ đồ mơ tả q trình diễn biến tượng tốn Bước 3: Vận dụng định nghĩa, định luật để tính toán kết chữ Sau nắm vững tượng toán người học biết quy luật tượng từ vận dụng định nghĩa, định luật, công thức,… Đã học lý thuyết để thiết lập phương trình cho phép ta tìm đại lượng hỏi đề Để tránh nhầm lẫn tính tốn, trước hết cần viết phương trình liên hệ với đại lượng cho ký hiệu chữ Không nên thay trị số số vào phương trình, có nhiều trường hợp tượng vận dụng nhiều định luật khác để giải Khi nên chọn cách giải ngắn Bước 4: Tính kết số Sau tìm kết cuối chữ, ta thay đại lượng trị số để tính kết số Trước thay nhớ đổi trị số đại lượng tính hệ đơn vị Bước 5: Nhận xét kết Nhận xét kết thu về: - Giá trị thực tế kết quả, - Phương pháp giải, - Khả mở rộng toán A PHẦN CƠ HỌC 1.2.1 Bài tập chương “Động học chất điểm” 1.2.1.1 Tóm tắt lý thuyết - Vị trí chất điểm chuyển động xác định tọa độ hệ trục tọa độ, thường hệ trục tọa độ Descaster Oxyz,…Khi chất điểm chuyển động vị trí thay đổi theo thời gian - Vectơ vận tốc: Với : hoành độ cong - Vectơ gia tốc: Các thành phần hình chiếu: Gia tốc tồn phần: - Gia tốc chuyển động cong: Gia tốc tiếp tuyến: ; gia tốc pháp tuyến: Có độ lớn: ; R: bán kính cong , quỹ đạo chuyển động thẳng Trong chuyển động thẳng - Khi chuyển động thẳng biến đổi Nếu vận tốc lúc đầu chuyển động nhanh dần chuyển động chậm dần chuyển động thẳng chuyển động rơi tự - Công thức cộng vận tốc: Trong đó: vận tốc chất điểm so với hệ Oxyz, độ O’ hệ Oxyz số, vận tốc gốc tọa vận tốc chất điểm hệ O’x’y’z’ Khi R = const chuyển động trịn Vận tốc góc: , gia tốc góc: Các mối liên hệ: Nếu = const, chuyển động tròn biến đổi đều: ; Nếu = cosnt, chuyển động tròn đều: 2.1.2 Các dạng tập Dạng 1: Chuyển động thẳng Phương pháp giải: Bài 28 Tính cơng cần thiết để kéo lò xo giãn 20cm, biết lực kéo tỉ lệ với độ giãn lò xo muốn lò xo giãn 1cm cần lực 30N ∆x  HD: Công lực kéo A =  kxdx = k(∆x) k lấy từ điều kiện  cho đầu Đ/s: 60J Bài 29 Một xe chuyển động từ đỉnh dốc DC có độ cao h (hình 2.3) dừng lại sau đoạn đường nằm ngang CB Cho AB = s, AC = l, hệ số ma sát xe mặt đường đoạn DC BC Tính hệ số ma sát gia tốc xe đoạn đường D h α C B Hình 2.3 HD: Sử dụng định lí động để tìm hệ số ma sát, sử dụng định luật II Newton để tìm lại gia tốc Đ/s: k = h gh l , aCD = 2 (l - ), aCB = - kg s s l +h Bài 30 Một ôtô khối lượng tấn, tắt máy chuyển động xuống dốc có vận tốc khơng đổi 54km/h Độ nghiêng dốc 4% Hỏi động ơtơ phải có cơng suất để lên dốc vận tốc 54km/h HD: Công suất động lên dốc P = mgv(kcosα+sinα), k xác định từ điều kiện xuống dốc vận tốc Đ/s: 11,8kW Bài 31 Một viên đạn có khối lượng m = 10kg bay với vận tốc v = 100m/s gặp gỗ dày cắm sâu vào gỗ đoạn s = 4cm Tìm: a Lực cản trung bình gỗ lên viên đạn b Vận tốc viên đạn sau khỏi gỗ dày d = 2cm HD: b Viên đạn có khả xuyên sâu vào gỗ 4cm dừng lại Nếu gỗ dày 2cm sau xuyên qua gỗ, viên đạn tiếp tục chuyển động với vận tốc v’