2.2.1. Nguyên tắc xây dựng (Biên soạn).
1. Hệ thống bài tập phải đầy đủ tư liệu để hình thành và phát triển tư tưởng về tính tương đối của chuyển động theo lôgic của các sơ đồ 2.1 và 2.2.
Chuyển động cơ học Chất điểm
Hệ quy chiếu Bài toán cơ bản
của cơ học
Chuyển động thẳng Chuyển động cong Tính tương đối của chuyển động
Tọa độ Độ dời Quỹ đạo Quãng đường Sơ đồ 2.2
2. Các bài tập phải đa dạng, bao gồm các bài tập thí nghiệm, các bài tập định tính, định lượng mà sau khi thực hiện các bài tập đó ý tưởng về tính tương đối của chuyển động sẽ được hình thành chắc chắn ở học sinh.
3. Cũng như bất kì hệ thống bài tập khác, các bài tập của hệ thống này cũng được xây dựng theo nguyên tắc từ đơn giản đến phức tạp, sáng tạo để đáp ứng tất cả các nhóm đối tượng học sinh.
4. Các bài tập có thể sử dụng được ở các giai đoạn khác nhau của quá trình lĩnh hội tri thức: làm xuất hiện vấn đề; giải quyết vấn đề; khắc sâu kiến thức; làm xuất hiện kiến thức mới ..v.v…
2.2.2. Hệ thống bài tập nhằm hình thành và phát triển tƣ tƣởng về tính tƣơng đối của chuyển động.
Bài 1: Hãy tìm phát biểu sai.
A. Quỹ đạo của vật là tương đối. B. Vận tốc của vật là tương đối.
C. Khoảng cách giữa hai điểm trong không gian là tương đối. D. Tọa độ của chất điểm phụ thuộc hệ quy chiếu.
Bài 2: Chọn câu khẳng định đúng. Đứng ở Trái Đất, ta sẽ thấy
A. Mặt Trời đứng yên, Trái Đất quay quanh Mặt Trời, Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.
B. Mặt Trời và Trái Đất đứng yên, Mặt Trăng quay quanh Trái Đất. C. Mặt Trời đứng yên, Trái Đất và Mặt Trăng quay quanh Mặt Trời. D. Trái Đất đứng yên, Mặt Trời và Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.
Bài 3: Quan sát một diễn viên đóng phim, người ta trầm trồ khen ngợi sự dũng cảm khi anh ta lao mình từ một chiếc ô tô đang chuyển động đều sang một chiếc xe máy đang chạy song song bên cạnh. Điều đó thật ra có quá mạo hiểm không? Hãy dùng kiến thức vật lí để trả lời.
Bài 4: Hai ô tô đang chuyển động cùng hướng trên một đường thẳng. Khi ô tô thứ nhất vượt qua ô tô thứ hai, một người ngồi trên ô tô thứ nhất bảo rằng ô tô kia chạy thụt lùi. Theo em nói như thế có đúng không? Tại sao?
Bài 5: Hai người đang đứng yên trên hai chiếc thuyền đang chuyển động cùng chiều, với các vận tốc có độ lớn không đổi lần lượt là v1 và v2 thì người thứ nhất ném cho người thứ hai một gói hàng theo phương chuyển động. Hỏi các đại lượng sau có như nhau không đối với hai người?
a) Thời gian chuyển động của gói hàng.
b) Vị trí của gói hàng ở một thời điểm nhất định. c) Vận tốc của gói hàng ở một thời điểm đã cho.
Bài 6: Hãy thiết kế phương án thí nghiệm minh họa tính tương đối của quỹ đạo chuyển động?
Bài 7: Một chiếc bè chiều rộng d trôi trên sông với vận tốc v. Một người đi đều ngang bè từ mép này sang mép kia và quay trở lại sau thời gian t. Tính độ dời và quãng đường của người đó đối với bờ sông và đối với bè.
Bài 8: Một đầu máy xe lửa đang tiến vào ga và khi đi ngang qua cột tín hiệu nằm cách ga một khoảng d = 500m thì bắt đầu hãm phanh và vận tốc khi đó là 72km/h. Xác định vị trí của đầu máy đối với nhà ga sau 10s và 30s nếu trong thời gian hãm phanh đầu máy chuyển động với gia tốc a = 0,1m/s2
.
Bài 9: Một công-ten-nơ đang được hạ đều từ trên cao xuống mặt đất thì từ đáy công-ten-nơ một hòn đá rơi ra. Sau bao lâu thì hòn đá chạm đất nếu vào thời điểm đá chạm đất, công-ten-nơ còn cách mặt đất một đoạn 20m. Bỏ qua sức cản của không khí và lấy g = 10m/s2.
Bài 10: Hai đầu máy xe lửa cùng chạy trên một đoạn đường sắt thẳng với vận tốc 40km/h và 60km/h. Tính vận tốc của đầu máy thứ nhất so với đầu máy thứ hai trong các trường hợp:
a) Hai đầu máy chạy ngược chiều. b) Hai đầu máy chạy cùng chiều.
Bài 11: Một người lái xuồng máy dự định mở máy cho xuồng chạy ngang con sông rộng 240m, mũi xuồng luôn luôn vuông góc với bờ sông. Nhưng do nước chảy nên xuồng sang đến bờ bên kia tại một địa điểm cách bến dự định 180m về phía hạ lưu và xuồng đi hết 1 phút. Xác định vận tốc của xuồng so với bờ sông và vận tốc của dòng nước.
Bài 12: Hai xe chạy ngược chiều nhau đến gặp nhau, cùng khởi hành lúc 8 giờ sáng từ hai địa điểm A và B cách nhau 120km. Vận tốc của xe đi từ A là 40km/h, của xe đi từ B là 20km/h. Coi chuyển động của các xe như chuyển động của các chất điểm trên đường thẳng. Tìm vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau.
a) Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất.
b) Chọn hệ quy chiếu gắn với một trong hai xe. Có nhận xét gì từ kết quả thu được?
c) Vẽ đồ thị chuyển động của hai xe. Căn cứ trên đồ thị tìm vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau.
Bài 13: Khi chế tạo máy bay, các kỹ sư cần biết máy bay có thể đạt đến vận tốc nào mà vỏ máy bay vẫn chịu đựng được (thân không bị biến dạng, cánh không bị gãy …). Hãy mô tả thiết kế cho phép thực hiện được điều đó mà không gây ra nguy hiểm. Nguyên tắc thiết kế của em còn có thể được sử dụng vào những trường hợp nào khác nữa?
Bài 14: Một ô tô A chạy đều trên một đường thẳng với vận tốc 40km/h. Một ô tô B đuổi theo ô tô A với vận tốc 60km/h. Xác định vận tốc của ô tô B đối với ô tô A và của ô tô A đối với ô tô B.
Bài 15: Một chiếc thuyền chuyển động ngược dòng với vận tốc 14km/h so với mặt nước. Nước chảy với tốc độ 9km/h so với bờ. Hỏi vận tốc của thuyền so với bờ? Một em bé đi từ đầu thuyền đến cuối thuyền với vận tốc 6km/h so với thuyền. Hỏi vận tốc của em bé so với bờ?
Bài 16: Hai ô tô xuất phát cùng một lúc từ hai địa điểm A và B cách nhau 9km trên một đường thẳng qua A và B, chuyển động cùng chiều từ A đến B. Tốc độ ban đầu của xe xuất phát từ A là 54km/h chuyển động có gia tốc với gia tốc 0,2m/s, xe xuất
phát từ B chuyển động đều với vận tốc 54km/h. Sau khoảng thời gian bao lâu thì xe A đuổi kịp xe B. Giải bài toán trong các hệ quy chiếu khác nhau và có nhận xét gì về các kết quả đó?
Bài 17: Hai xe mô tô chuyển động theo hai con đường vuông góc với nhau, cùng tiến về phía ngã tư ( giao điểm của hai con đường), xe A chạy từ hướng Tây sang hướng Đông với vận tốc 8m/s, xe B chạy từ hướng Nam về hướng Bắc với vận tốc 6m/s. Lúc 8h sáng A và B còn cách ngã tư lần lượt là 4km và 3km. Tìm thời điểm mà khoảng cách hai xe bằng khoảng cách lúc 8h sáng?
a) Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đường. b) Chọn hệ quy chiếu gắn với một trong hai xe.
Bài 18: Một người đi dọc theo bè có chiều dài d từ đầu này đến đầu kia và quay trở lại sau thời gian t. Tính quãng đường và độ dời của người đó đối với bè và đối với
bờ sông, nếu vận tốc của bè đối với bờ sông là v.
Bài 19: Hai người đi bộ cùng chiều trên một đường thẳng. Người thứ nhất đi với vận tốc không đổi bằng 0,9m/s. Người thứ hai đi với vận tốc không đổi bằng 1,9m/s. Biết hai người cùng xuất phát tại cùng một vị trí.
a) Nếu người thứ hai đi không nghỉ thì sau bao lâu sẽ đến một địa điểm cách nơi xuất phát 780m?
b) Người thứ hai đi được một đoạn thì dừng lại, sau 5,5 phút thì người thứ nhất đến. Hỏi vị trí đó cách nơi xuất phát bao xa?
Bài 20: Một đoàn tàu khi đi đến một ga xép, vào lúc 10h20’ nó đi ngang một bảng tín hiệu nằm cách ga 1,5km. Đoàn tàu sẽ ở vị trí cách ga bao nhiêu vào lúc 10h và 10h40’, nếu nó đi thẳng không dừng ở ga xép, coi đoàn tàu luôn chuyển động với vận tốc không đổi là 54km/h.
Bài 21: Thả hòn sỏi từ trên gác cao xuống đất. Trong giây cuối cùng hòn sỏi rơi được quãng đường 15m. Tính độ cao của điểm từ đó bắt đầu thả hòn sỏi. Lấy g = 10m/s2.
Bài 22: Một vật có khối lượng M được treo bằng một dây không dãn buộc vào đinh A qua một ròng rọc động B (hình 2.1). Người ta cho ròng rọc này chuyển động đều trên một đường nằm ngang đi qua A với vận tốc v = 1m/s hướng sang phải. Xác định vận tốc của M đối với các hệ quy chiếu:
a) gắn với ròng rọc. b) gắn với tường.
Bài 23: Một tàu thủy chạy trên sông với vận tốc v1 = 28km/h, gặp đoàn xà lan dài l = 200m chạy ngược chiều với vận tốc v2 = 16km/h. Trên boong tàu có một thủy thủ đi từ mũi đến lái với vận tốc v3 = 4km/h. Hỏi người đó thấy đoàn xà lan qua mặt mình trong bao lâu?
Bài 24: Một tàu thủy neo cố định tại một điểm trên đường xích đạo. Đối với trục quay của Trái đất thì tàu thủy có chuyển động không? Nếu có, chu kì của nó là bao nhiêu?
Bài 25: Một vệ tinh nhân tạo được coi như một điểm S quay xung quanh Trái Đất theo một quỹ đạo tròn ở độ cao h = 300 km với vận tốc không đổi v = 28000 km/h.
a) Các dữ kiện cho trong bài xét trong hệ quy chiếu nào?
b) Vectơ vận tốc của vệ tinh có thay đổi trong hệ quy chiếu này không? c) Chu kì quay của vệ tinh bằng bao nhiêu? (Biết bán kính Trái Đất R = 6400km).
d) Xác định tốc độ góc của vệ tinh.
Bài 26: Trong SGK viết quỹ đạo chuyển động của một điểm trên vành xe đạp đối với người quan sát bên đường được biểu diễn như hình 2.2. Hai bạn A và B quyết định làm thí nghiệm để kiểm tra cho rõ ràng, nên làm thể nào?
B A
M
Hình 2.1
Bài 27 : Một học sinh đứng gần một máy tiện đang hoạt động thấy trục của máy tiện quay rất nhanh. Bạn ấy nảy ra một ý nghĩ là xác định tốc độ quay của trục nhưng trong tay chỉ có một chiếc bút lông và một chiếc đồng hồ bấm giây. Liệu chỉ bằng hai dụng cụ trên, có thể xác định được tốc độ quay của trục không? Nếu được, hãy nêu một phương án thực hiện.
Bài 28: Trung tâm phóng tên lửa vũ trụ của Châu Âu đặt ở Kuru (Kourou) trên đảo Guyan ( thuộc Pháp) nằm gần xích đạo. Hỏi:
a) Với lí do vật lí nào, người ta lại chọn vị trí này?
b) Tại trung tâm phóng tên lửa này, cần phải phóng tên lửa theo hướng nào để có lợi nhất về vận tốc?
Bài 29: Năm 2008 Việt Nam đã có vệ tinh viễn thông Vinasat I. Vệ tinh này luôn ở cố định trên bầu trời Việt Nam (vệ tinh địa tĩnh). Hỏi vệ tinh cần bay ở độ cao bao nhiêu so với tâm Trái Đất để thỏa mãn điều kiện đó. Có thể thực hiện một mô hình để minh họa cho hoạt động của vệ tinh này?
Bài 30: Một ô tô có các bánh xe bán kính R = 30cm chuyển động lăn không trượt trên đường. Biết rằng các bánh xe ô tô đang quay đều với vận tốc 10 vòng/s. Hãy tìm:
a) Vận tốc của ô tô.
b) Chu kì quay và gia tốc hướng tâm của một điểm M trên bánh xe cách trục quay 20 cm.
b) Vận tốc tức thời so với mặt đất của các điểm A, B, C, D trên vành bánh xe.
Nhận xét: Có thể phân loại các bài tập mà chúng tôi đề xuất thành các nhóm cơ bản với mục đích cụ thể như sau:
- Nhóm thứ nhất: hình thành khái niệm ban đầu về tính tương đối của chuyển động - đứng yên và chuyển động có tính tương đối.
- Nhóm thứ hai: hình thành các đại lượng có tính tương đối.
- Nhóm thứ ba: lựa chọn hệ quy chiếu thuận lợi để giải bài toán động học. - Nhóm thứ tư: bước đầu làm xuất hiện các đại lượng có tính tuyệt đối.
2.3. Sử dụng hệ thống bài tập trong quá trình dạy học.
Như trên đã trình bày, hệ thống bài tập biên soạn có thể sử dụng vào tất cả các giai đoạn của quá trình dạy học. Dưới đây chúng tôi sẽ trình bày mang tính chất ví dụ về việc sử dụng một số bài tập trong hệ thống này vào giai đoạn khắc sâu kiến thức trong các giờ dạy giải bài tập vật lí.
BÀI HỌC SỐ 1
(Giải các bài tập từ bài 6 - 9) 1. Mục tiêu bài học.
+ Mục tiêu kiến thức:
a) Biết được và khẳng định được các đại lượng tương đối: quỹ đạo; quãng đường; vận tốc.
b) Khẳng định rằng việc chọn hệ quy chiếu trong phần động học là hoàn toàn tùy ý, phụ thuộc vào người giải bài toán; cần chọn hệ quy chiếu để việc giải bài toán là thuận lợi nhất, đơn giản nhất (trong phần động học, mọi hệ quy chiếu đều tương đương nhau).
+ Năng lực và kĩ năng: - Quan sát thí nghiệm.
- Đề xuất thí nghiệm tương đương. - Kĩ năng lập luận từ quan sát v. v..
2. Thí nghiệm, thiết bị:
- Xe lăn, ròng rọc.
- Ống nhựa trong suốt chứa dầu. - Viên bi kim loại.
- Nam châm
3. Tiến trình bài học:
Kế hoạch hoạt động của giáo viên Hƣớng hoạt động của học sinh Bài 6.
1. Phát phiếu học tập cho học sinh (Phiếu số 01 - xem phụ lục)
2. Thu phiếu học tập, phân loại, chọn ra những phương án điển hình. Công bố các phương án điển hình.
- Thực hiện bài toán, vẽ các phương án có thể.
- Thảo luận nhóm, thống nhất quan điểm của cả nhóm.
3. Yêu cầu các nhóm lên làm thí nghiệm theo phương án của nhóm.
4. Nếu cần lặp lại thí nghiệm nhiều lần cần đưa lại viên bi lên miệng ống - Làm cách nào để lấy bi?
TN2: Tương tự như đối với TN1 5. Hợp thức hóa kiến thức: Qua hai thí nghiệm vừa làm và qua nhiều ví dụ khác khẳng định quỹ đạo chuyển động có tính tương đối.
- Rút ra kết luận:
+ Đối với ống nhựa, quỹ đạo của viên bi là đường thẳng từ miệng ống đến đáy ống. + Đối với mặt bàn: quỹ đạo của viên bi là đường thẳng, xiên xuống, nối vị trí của viên bi ở ba vị trí khác nhau của ống khi dịch chuyển ống dọc trên mặt bàn.
- HS: Thảo luận, có ý kiến dùng nam châm đưa xuống cạnh bi rồi đưa lên.
Bài 7:
1. Thu phiếu học tập của học sinh, lựa chọn một số phương án điển hình, trình bày lên bảng vài phương án điển hình đó (Phiếu số 02 - xem phụ lục). 2. Tổ chức cho học sinh thảo luận các phương án đó.
3. Tổ chức việc hợp thức hóa kiến
- Học sinh thực hiện các nhiệm vụ ghi trong phiếu học tập.
- Học sinh thảo luận.
C B
thức bằng cách đưa ra từng câu hỏi sau:
- Một người ngồi trên bè sẽ nhìn thấy người đi trên bè theo con đường nào?
- Hãy tính quãng đường đó.
- Đúng. Đối với bè, anh ta đi được quãng đường bằng 2 lần chiều rộng của bè: S1= 2d (7.1)
- Một người ngồi trên bờ sẽ nhìn thấy người đi trên bè dịch chuyển theo con