thước, giá đỡ và thanh sắt.
Bài 9: Hãy đề xuất phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kiến thức về đặc điểm tầm bay cao cực đại của chuyển động ném xiên.
Bài 10: Dựa vào các kiến thức về chuyển động ném xiên đã được học hãy chứng minh rằng: “Trong các dịp lễ, tết khi bắn pháo hoa theo phương thẳng đứng thì pháo hoa sẽ đạt tới độ cao lớn nhất so với các trường hợp bắn theo các phương khác”.
Bài 11: Trong bộ môn giáo dục quốc phòng, khi học bắn súng trường, ta phải đặt khẩu súng trong mặt phẳng đứng. Hãy giải thích tại sao khi ngắm bắn các mục tiêu ở xa ta phải nâng thước ngắm lên?
Hãy tìm những ví dụ về các quá trình, các trò chơi liên quan đến chuyển động ném xiên trong thực tiễn.
2.4. Hướng dẫn hoạt động giải các bài tập có nội dung thực tiễn về chuyển động ném chuyển động ném
Bài 1:
Mục đích của bài tập: BT này được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 để kiểm nghiệm quy luật chuyển động của vật ném ngang.
Câu hỏi định hướng tư duy của HS
- Sau khi các phần tử nước rời khỏi lỗ hở, nếu bỏ qua lực cản của không khí có những lực nào tác dụng lên chúng?
- Quỹ đạo chuyển động của mỗi phần tử nước có dạng như thế nào? - Hãy lập phương trình chuyển động của mỗi phần tử nước (quy luật toạ độ phụ thuộc vào thời gian)?
Lời giải BT
Khi được phun ra từ lỗ hở, các phần tử nước chuyển động trong không gian, lúc này chúng chịu tác dụng của trọng lực P và lực cản không khí. Nếu bỏ qua lực cản của không khí thì các phần tử nước chỉ chịu tác dụng của trọng lực hướng theo phương thẳng đứng, chiều hướng xuống. Sau một thời gian nhất định thì chúng chạm đất.
Do đó, quỹ đạo của từng phần tử nước không phải là một đường thẳng mà là một đường cong.
Ta có thể thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm quỹ đạo của từng phần tử nước như sau: Dùng một parabol hình học để kiểm tra quỹ đạo của từng phần tử nước. Nếu quỹ đạo của từng phần tử nước trùng với parabol hình học thì quỹ đạo của tia nước cũng là một parabol.
Để có thể tiến hành được thí nghiệm kiểm nghiệm trên ta cần sử dụng các dụng cụ như: một chai nhựa được đục lỗ ở thân chai và nắp chai, ống hút nước (vòi phun) bằng nhựa, parabol hình học được tạo bởi đường cong đi qua tâm bốn hình tròn nhỏ được gắn cố định với bốn thanh sắt sao cho khoảng cách từ tâm bốn hình tròn đến một vị trí cố định trên thanh sắt có chiều dài theo tỉ lệ 1: 4: 9: 16, bốn thanh sắt được đặt cách đều nhau. Bố trí thí nghiệm như hình 4.
Hình 4. Thí nghiệm kiểm nghiệm quỹ đạo của tia nước.
Ta tiến hành thí nghiệm như sau: Lấy đầy nước vào chai nhựa, cắm ống nhựa (vòi phun) vào lỗ hở trên nắp chai, tia nước được phun ra tại lỗ hở ở thân chai chuyển động như một vật ném ngang. Quan sát quá trình chuyển động của tia nước, nếu tia nước đi qua cả bốn vòng tròn tạo bởi parabol hình học thì quỹ đạo của tia nước là một parabol.
Bài 2:
Mục đích của bài tập: BT được sử dụng trong giai đoạn giải quyết vấn đề của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 để kiểm nghiệm kiến thức thời gian rơi của vật bị ném ngang bằng thời gian rơi của vật rơi tự do ở cùng độ cao.
l l l
Câu hỏi định hướng tư duy của HS
- Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để có thể tạo ra cả hai chuyển động là chuyển động ném ngang và rơi tự do?
- Từ các dụng cụ thí nghiệm đã lựa chọn, hãy thiết kế phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm nhận định trên?
- Hãy tiến hành thí nghiệm dựa vào phương án thí nghiệm đã thiết kế? Lời giải BT
Ta có thể lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm như sau: hai viên bi, 1 thanh thép đàn hồi, vật đỡ, búa.
Có thể thiết kế phương án thí nghiệm như sau: cho hai viên bi A và B rơi cùng một thời điểm. Bi A chuyển động ném ngang còn bi B rơi tự do. Quan sát quá trình chuyển động của cả hai viên bi. Rút ra kết luận về thời gian rơi của chúng. Từ đó kiểm nghiệm được nhận định.
Thí nghiệm được bố trí như hình 5.
Hình 5. Thí nghiệm kiểm nghiệm thời gian rơi của viên bi
chuyển động ném ngang.
Tiến hành thí nghiệm:
Dùng búa đập nhẹ vào thanh thép, lúc này hai viên bi rơi xuống đồng thời. Khi đó bi A chuyển động ném ngang còn bi B rơi tự do.
Quan sát quá trình chuyển động của hai viên bi kết hợp dùng phương A
Kết quả thí nghiệm: Ta thấy hai viên bi ở mọi thời điểm luôn ở cùng một độ cao và chúng rơi xuống đất đồng thời.
Bài 3:
Mục đích của bài tập:
BT này được sử dụng để kiểm nghiệm kiến thức thời gian rơi của vật ném ngang bằng thời gian rơi của vật rơi tự do ở cùng độ cao. Được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10. Từ đó kiểm tra được kiến thức chuyển động ném ngang của viên bi xét theo phương thẳng đứng là chuyển động rơi tự do.
Câu hỏi định hướng tư duy của HS
- Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì viên bi và đồng xu chịu tác dụng của những lực nào?
- Hãy mô tả chuyển động của viên bi và đồng xu? - Viên bi có thể va chạm với đồng xu hay không? Lời giải BT
Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì viên bi và đồng xu chỉ chịu tác dụng của trọng lực P. Ta chọn hệ trục toạ độ gắn với viên bi như hình 6 với mốc thời gian là lúc viên bi vừa rời khỏi mặt bàn, gốc toạ độ O tại vị trí viên bi rời khỏi mặt bàn, trục Ox hướng theo véc tơ v0, trục Oy hướng theo véc tơ
trọng lực P. v0
Hình 6. Hệ trục toạ độ gắn với vật chuyển động ném ngang.
O x
y h
Chuyển động của viên bi khi rời khỏi mặt bàn là chuyển động ném ngang với vận tốc ban đầu là v0. Do trong quá trình chuyển động viên bi chỉ chịu tác dụng của trọng lực nên độ cao của bi giảm dần và sau một khoảng thời gian thì viên bi chạm đất.
Ta phân tích chuyển động của viên bi thành 2 chuyển động thành phần theo các trục toạ độ đã chọn
+ Theo phương ngang Ox viên bi không chịu tác dụng của lực nào nên chuyển động của bi là chuyển động thẳng đều: xv t0
+ Theo phương thẳng đứng Oy viên bi chỉ chịu tác dụng của trọng lực nên chuyển động của bi là chuyển động rơi tự do với gia tốc a = g, phương trình chuyển động: y = 1 2
gt 2
Chuyển động của đồng xu là chuyển động rơi tự do với gia tốc a = g. Khi viên bi được bắn đi thì đồng thời cắt dây treo đồng xu nên cả viên bi và đồng xu chuyển động ở cùng một thời điểm ban đầu. Chuyển động của viên bi theo phương thẳng đứng là chuyển động rơi tự do. Thời gian rơi của viên bi bằng thời gian rơi của đồng xu. Vì vậy viên bi có thể va chạm với đồng xu.
Bài 4:
Mục đích của bài tập:
BT này được sử dụng để tìm sự phụ thuộc của vận tốc tia nước tại lỗ hở ở thành bình vào độ cao h của lỗ hở trên thành bình so với điểm mà ta đánh dấu là điểm rơi của tia nước. BT được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10.
- Vận tốc của tia nước tại lỗ hở có mối liên hệ như thế nào với tầm xa của tia nước?
- Thời gian của vật chuyển động ném ngang phụ thuộc vào độ cao ban đầu của vật như thế nào?
- Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để có thể thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kết quả trên?
Lời giải BT
Chọn hệ toạ độ như hình 6. Gốc O tại lỗ hở của thành bình, mốc thời gian là lúc tia nước bắt đầu rời khỏi lỗ hở, trục Ox hướng theo véc tơ vận tốc ban đầu, trục Oy thẳng đứng hướng theo véc tơ trọng lực.
Gọi L là tầm xa của tia nước. Ta có vận tốc của tia nước phun ra từ lỗ
hở của bình: v L t (19) Khi các phần tử nước chạm đất ta có: 1 2 2 2 h y h gt t g (20)
Từ (19) và (20) ta có giá trị của vận tốc của tia nước tại lỗ hở của bình: 2 L v h g (21)
Như vậy ta có thể xác định được vận tốc của tia nước tại lỗ hở thông qua việc xác định tầm ném xa của tia nước và độ cao h của lỗ hở so với điểm ta đánh dấu điểm rơi của tia nước.
Từ kết quả trên ta thấy rằng có thể dùng thước để đo tầm xa của tia nước, đo độ cao của lỗ hở trên thành bình so với điểm mà ta đánh dấu là điểm rơi của tia nước. Sử dụng các kết quả đo được ta có thể tìm được vận tốc của tia nước dựa vào công thức (21).
Ta lựa chọn dụng cụ thí nghiệm như sau: Dùng thước đo độ cao của lỗ hở trên thành bình so với mặt đất, đo giá trị của tầm xa L, từ đó xác định được giá trị của v.
Tiến hành thí nghiệm: Đo tầm xa L của tia nước ứng với h = 7,5 cm. Dựa vào công thức (21) để xác định v.
Bài 5:
Mục đích của bài tập:
BT này được sử dụng để kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm ném xa của vật ném ngang vào vận tốc ban đầu v0 (L xmax v0 2h
g
). BT được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10.
Câu hỏi định hướng tư duy của HS
- Khi vật chạm đất, tầm ném xa của vật có mối liên hệ gì với vận tốc ban đầu của vật?
- Hãy thiết kế phương án thí nghiệm để chứng tỏ rằng tầm ném xa của vật phụ thuộc vào vận tốc ban đầu?
- Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm thích hợp và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ thuộc đó?
Lời giải BT
Đối với vật ném ngang khi vật chạm đất ta có: L xmax v0 2h g
Từ đó ta thấy giá trị tầm ném xa của vật phụ thuộc vào vận tốc ban đầu 0
v của vật và độ cao h của vật so với điểm mà vật chạm đất. Ta có thể thiết kế phương án thí nghiệm như sau:
với hai độ cao h1, h2. Nếu thấy tỉ số L 2h
v g = hằng số thì chứng tỏ tầm ném xa của tia nước phụ thuộc vào vận tốc ban đầu của nó.
Ta có thể lựa chọn dụng cụ thí nghiệm như sau: chai nhựa đục lỗ ở thân, thước đo và bố trí thí nghiệm như hình 7.
Hình 7. Thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ thuộc của tầm ném xa của vật ném ngang vào vận tốc ban đầu.
Tiến hành thí nghiệm: tiến hành thí nghiệm đo L1, L2 tương ứng với độ cao h1, h2. Sau đó ghi kết quả vào bảng 1.
Bảng 1. Bảng ghi giá trị của L và vtrong thí nghiệm kiểm nghiệm sự phụ
thuộc của tầm ném xa của vật ném ngang vào vận tốc ban đầu của vật.
v L L / v
v1 = L1 =
v2 = L2 =
Dựa vào kết quả thu được từ bảng 1, rút ra nhận xét về sự phụ thuộc
của tầm ném xa của vật ném ngang vào vận tốc ban đầu của vật.
L1 L2 2h1
h h1
Bài 6:
Mục đích của bài tập
BT này được sử dụng để kiểm nghiệm kiến thức: chuyển động ném ngang xét theo phương nằm ngang là chuyển động thẳng đều. Được sử dụng trong giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10 nhằm làm sáng tỏ kiến thức chuyển động ném ngang có thể được phân tích thành hai chuyển động thành phần theo phương thẳng đứng và theo nằm phương ngang.
Câu hỏi định hướng tư duy của HS
- Trong thực tiễn có những hiện tượng, quá trình, ứng dụng kĩ thuật nào liên quan đến chuyển động ném ngang?
- Trong các ví dụ vừa kể trên, ví dụ nào cho thấy rõ nhất chuyển động ném ngang xét theo phương nằm ngang là chuyển động thẳng đều?
Lời giải BT
Có thể kể ra một vài ví dụ như sau:
- Vận động viên trong khi biểu diễn tiết mục “mô tô bay” có thể bay qua hào rộng và nhào lộn trên không rồi lại rơi trúng vào yên xe.
- Diễn viên xiếc có thể cho xe mô tô bay qua hố cá sấu một cách an toàn sau khi rời khỏi xe và nhào lộn trên không.
- Trong trường hợp máy bay chuyển động thẳng đều thả hàng cứu trợ thì khi thùng hàng rơi xuống mặt đất, máy bay sẽ bay qua vị trí trên đường thẳng đứng vẽ từ điểm chạm đất của thùng hàng.
Bài 7:
Mục đích của bài tập
BT này giúp HS vận dụng kiến thức về chuyển động ném ngang đã được học để giải thích các quá trình trong thực tiễn. BT được sử dụng trong
giai đoạn kết luận, vận dụng của tiến trình dạy học bài 15: “Bài toán về chuyển động ném ngang” - Vật lí 10.
Câu hỏi định hướng tư duy của HS
- Quan sát mặt cắt ngang của mặt đập trên hình 8, liên hệ đến kiến thức về chuyển động ném ngang đã được học để giải thích?
- Hãy mô tả quy luật chuyển động của quả chuối và của con khỉ?
- Chuyển động của con khỉ và của quả chuối có xảy ra ở cùng một thời điểm ban đầu không?
- Tại sao con khỉ lại bắt được quả chuối?
Hình 8. Mặt cắt ngang phần đập tràn của nhà máy thuỷ điện phía hạ lưu.
Lời giải BT
a) Phần đập tràn của nhà máy thuỷ điện ở phía hạ lưu được xây theo dạng cong cong như hình vòi nước để dòng nước chảy từ thượng lưu xuống bám sát mặt đập nhằm giảm động năng của dòng nước, dòng nước không dội thẳng xuống lòng sông ở hạ lưu, không gây sụt lún ở lòng sông và ảnh hưởng đến hệ thống đập xung quanh.
b) Người đứng trên bục cao trong vườn thú ném quả chuối theo phương ngang với véc tơ vận tốc ban đầu v0 đi qua vị trí ban đầu của con khỉ thì chuyển động của quả chuối là chuyển động ném ngang với vận tốc ban đầu có được do lực duỗi cánh tay của người cung cấp. Ở thời điểm ban đầu con khỉ và quả chuối ở cùng một độ cao. Nếu đúng vào lúc người ném quả chuối mà con khỉ buông tay khỏi cành cây thì con khỉ và quả chuối chuyển động ở
do, chuyển động của quả chuối theo phương thẳng đứng cũng là chuyển động rơi tự do với gia tốc g. Vì vậy, tại mọi thời điểm quả chuối và con khỉ luôn ở cùng một độ cao. Do đó con khỉ bắt được quả chuối.
Bài 8:
Mục đích của bài tập
BT 8 được sử dụng để kiểm nghiệm kiến thức về đặc điểm tầm bay xa