7. Cấu trúc luận văn
2.4Phương pháp động lực học
Phương pháp vận dụng các kiến thức động lực học ( ba định luật Niuton và các lực cơ học để giải các bài toán cơ học)
2.4.1. Phương pháp bài toán thuận ( xác định chuyển động khi biết trước các
lực tác dụng
- Chọn hệ quy chiếu sao cho việc giải bài toán được đơn giản (có một trục song song với phương chuyển động) và viết dữ kiện bài toán;
- Biểu diễn trên một hình các lực tác dụng vào vật ( đặc biệt là chú ý đến lực cản và lực phát động).
-Xác định gia tốc của vật theo định luật II Newton Fhl
a m = uur r - Biết các dữ kiện ban đầu có thể xác định được chuyển động.
Bài toán: Một người dùng dây kéo một vật có khối lượng m=100kg trượt trên
mặt sàn nằm ngang với lực kéo F =100 3N với vận tốc ban đầu bằng 0 . Dây nghiêng một góc 300 so với phương ngang. Lực ma sát ngược chiều chuyển động và có độ 50N. tính gia tốc của vật và quãng đường vật đi được trong thời gian 5s, xác định tính chất chuyển động của vật?
Giải:
Chọn trục Ox cùng hướng chuyển động Vật chịu tác dụng các lực (hình vẽ) Phân tích urF thành hai lực Fuurt ↑↑0x
và uurFn ⊥ox
áp dụng định luật II Newton: a = với Fms =50N, Ft = F cosα = 150N,
⇒ a = = 1 m/s2 chuyển động nhanh dần đều Quãng đường 2
0
1 2
s v t= + at = 0,5.25=12,5m
2.4.2. Phương pháp giải bài toán ngược ( xác định lực khi biết trước chuyển
động)
- Chọn hệ quy chiếu sao cho việc giải bài toán được đơn giản (có một trục song song với phương chuyển động) và viết dữ kiện bài toán;
- Xác định gia tốc căn cứ vào chuyển động đã cho
-Xác định hợp lực tác dụng theo định luật II Newton uurFhl =mar
x y ms F uuur F ur O P ur
-Biết hợp lực có thể xác định được các lực đã tác dụng vào vật
Bài toán Một đầu tàu kéo một toa xe khởi hành với gia tốc 0,2 m/s2. Toa xe có khối lượng 2 tấn. Hệ số ma sát lăn bằng 0,05. Hãy xác định lực kéo của đầu tàu. Lấy g = 9,8 m/s2.
Giải
Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động
Áp dụng định luật II Newton: = m P N Fur uur uuur uur+ + ms+Fk =mar(1) Chiếu (1) lên phương chuyển động
- Fms + Fk = ma ⇒ Fk = ma + F ms với Fms = µN ( mà N = P) Nên Fk = ma + µmg
Thay số: Fk = 2000. 0,2 + 0,05.2000.9,8 = 1380N.
2.5. Một số bài tập tổng hợp của chương (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bài 1:Một vật có trọng lượng P = 20 N được treo vào một vòng nhẫn O (coi là chất điểm). Vòng nhẫn được giữ yên bằng hai dây OA và OB (hình 2.2.9). Biết
dây OA nằm ngang và hợp với dây OB một góc 1200. Tìm lực căng của hai dây OA và OB.
Bài 2: : Một vệ tinh nhân tạo có khối lượng 200kg bay trên một quỹ đạo tròn có tâm là tâm Trái Đất, có độ cao so với mặt đất là 1600km. Trái Đất có bán kính 6400km. Hãy tính lực hấp dẫn mà Trái Đất tác dụng lên vệ tinh, lấy gần đúng gia tốc rơi tự do trên mặt đất là 10m/s2
Bài 3: Phải treo một vật có khối lượng bằng bao nhiêu vào một lò xo có độ cứng k = 100N/m để nó giãn ra 1cm. Lấy g=10m/s2.
Bài 4: Một đầu tàu kéo một toa xe khởi hành với gia tốc 0,2 m/s2. Toa xe có khối lượng 2 tấn. Hệ số ma sát lăn bằng 0,05. Hãy xác định lực kéo của đầu tàu. Lấy g = 9,8 m/s2. 1200 A B O P Hình 2.29
Bài 5: Một vật được ném theo phương nằm ngang với vận tốc ban đầu v0 = 30 m/s, ở độ cao h = 80m.
a. Vẽ quỹ đạo chuyển động.
b. Xác định tầm bay xa của vật ( tính theo phương ngang).
c. Xác định vận tốc của vật lúc chạm đất. Bỏ qua sức cản của không khí và lấy g = 10 m/s2.
2.6.Đề xuất một số tiến trình dạy bài tập chương“Động lực học chất điểm” 2.6.1. Giáo án: Bài tập về lực đàn hồi và lực ma sát.
I. Mục tiêu
1. Kiến thức: - Nắm vững nội dung định luật Húc, biết vận dụng biểu thức của định luật để giải bài tập.
- Nhớ lại khái niệm lực ma sát nghỉ, ma sát lăn và ma sát trượt, phương, chiều và độ lớn của các lực đó.
2. Kĩ năng: - Kĩ năng vận dụng phương pháp phân tích, tổng hợp để giải bài tập
- Kĩ năng phân tích và biểu diễn các lực tác dụng vào vật.
II. Chuẩn bị
1. Học sinh: - Ôn lại kiến thức về lực đàn hồi và lực ma sát
- Làm các bài tập về lực đàn hồi và lực ma sát trong SGK. 2. Giáo viên: - Phần kiến thức cơ bản liên quan đến bài tập
- Phiếu học tập
Phiếu học tập 1:
Bài tập 1: Một ô tô tải kéo một ô tô con có khối lượng 2 tấn và chạy nhanh dần đều với vận tốc ban đầu v0 = 0. Sau 50s đi được 400m. Khi đó dây cáp nối hai ô tô dãn ra bao nhiêu nếu độ cứng của nó là k = 2.106
m N
. Bỏ qua các lực cản tác dụng lên ô tô con.
Phiếu học tập 2:
Bài tập 2: Một ô tô đang chạy trên đường lát bê tông với vận tốc v0 = 100 km/h thì hãm lại. Hãy tính quãng đường ngắn nhất ô tô có thể đi được cho tới lúc dừng lại trong 2 trường hợp:
a. Đường khô, hệ số ma sát trượt giữa xe và mặt đường là µ = 0,7. b. Đường ướt, hệ số ma sát trượt giữa xe và mặt đường là µ = 0,5.
Phiếu học tập 3:
Bài tập 3: Một vật có khối lượng m = 400g đặt trên mặt bàn nằm ngang . Hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt bàn là µ=0,3. Vật bắt đầu được kéo đi bằng một lực F = 2 N có phương nằm ngang.
a. Tính quãng đường vật đi được sau 1 s.
b. Sau đó, lực F ngừng tác dụng. Tính quãng đường vật đi được cho đến khi dừng lại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
III. Tiến trình bài dạy
1. Kiểm tra bài cũ: CH1: Lực đàn hồi xuất hiện khi nào? Nêu đặc điểm của lực đàn hồi? (điểm đặt, phương, chiều và độ lớn).
CH2: Lực ma sát xuất hiện khi nào? Nêu đặc điểm của lực ma sát (điểm đặt, phương, chiều và độ lớn).
Bài mới:
Bài tập 1: Kết hợp phương pháp phân tích và tổng hợp để giải Bước 1: Tóm tắt bài toán
Mời một học sinh viết đại lượng đã cho và đại lượng cần tìm của bài toán Đại lượng đã cho: m = 2 tấn = 2.103kg; v0 = 0; t = 50s ;s = 400m; k = 2.106
m N
Đại lượng cần tìm: Tính độ giãn ∆l của dây cáp. Bước 2: Phân tích bài toán
HS: Áp dụng công thức s = 2
2
at
GV: Để tính độ giãn của dây cáp ta làm thế nào?
HS: Ta áp dụng biểu thức của định luật Húc:F = k∆l(F là lực căng của dây cáp)
GV: Vậy lực căng của dây cáp có tác dụng gì đối với chuyển động của xe ô tô? HS: Lực căng của dây cáp là lực gây ra gia tốc chuyển động của xe con
GV: Vậy xe con chịu tác dụng của những lực nào? Em hãy viết phương trình định luật II Niutơn đối với xe con ?
HS: Xe con chịu tác dụng của trọng lực Pur, phản lực uurN và lực căng của dây cáp urF
GV: Để xác định ∆ltừ phương trình định luật II Niutơn ta làm thế nào? HS: Chiếu phương trình định luật II Niutơn lên các trục toạ độ.
GV: Từ các bước phân tích trên em hãy viết Grap tiến trình giải bài toán? HS:
Bước 3: Tiến trình giải
Từ Grap trên mời một học sinh lên giải bài toán Giải: Gia tốc a = 2 2 t s = 2 2 0,32 / 50 400 . 2 s m =
Phương trình định luật II Niu ton: P N Fur uur ur+ + =mar
Chiếu lên chiều chuyển động ta có: F = ma ⇒ k∆l = ma m mm k ma l 0,32.10 0,32 10 . 2 32 , 0 . 10 . 2 3 6 3 = = = = ∆ ⇒ −
Bài tập 2: Kết hợp phương pháp phân tích và tổng hợp để giải
Định luật Húc Định luật Húc Định luật II Niutơn F a s t
Bước 1: Tóm tắt bài toán
Mời một học sinh viết đại lượng đã cho và đại lượng cần tìm của bài toán Đại lượng đã cho: v0 = 100 km/h ≈27,78 m/s, v = 0
Đại lượng cần tìm: Quãng đường ngắn nhất Smin ô tô có thể đi được khi: a. µ=0,7
b. µ=0,5 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bước 2: Phân tích bài toán
GV: ô tô đi được quãng đường ngắn nhất khi nào? HS: Học sinh lúng túng
GV: Vậy trong trường hợp xe ô tô trượt và lăn thì trường hợp nào xe dừng lại nhanh hơn?
HS: Trường hợp xe ô tô trượt sẽ dừng lại nhanh hơn. GV: Vậy ta trả lời câu hỏi 1 như thế nào?
HS: Ô tô đi được quãng đường ngắn nhất trước khi dừng lại nếu ta phanh gấp đến mức bánh xe trượt mà không lăn trên đường.
GV: Vậy khi đó lực hãm xe chuyển động là lực gì? HS: Lực ma sát trượt.
GV: Lực ma sát trượt có độ lớn được xác định bằng công thức nào? HS: Fmst = µN .
GV: Để xác định gia tốc chuyển động của xe ta làm thế nào?
HS: Dựa vào định luật II Niutơn (viết phương trình định luật II Niutơn rồi chiếu phương trình đó lên hệ trục toạ độ đã chọn).
GV: Sau khi xác định được gia tốc để tính quãng đường ngắn nhất mà ô tô có thể đi được cho đến khi dừng lại ta sẽ áp dụng công thức nào?
HS: Áp dụng công thức: v2 - v02 = 2as, ta sẽ tìm được s ( với v, v0 đã biết). Bước 3: Giải bài toán
Bài giải: Phương trình định luật II Niutơn đối với chuyển động của ô tô là: P Q Fur ur uuur+ + ms =mar
Chiếu lên chiều chuyển động ta có: - Fmst = ma ⇒−µN =ma
g m
mg
a= −µ =−µ
⇒ ( với N = Q = P = mg). Vậy quãng đường ngắn nhất mà ô tô đi được là:
Smin = g v a v v µ 2 2 2 0 2 0 2 = − a. Với µ=0,7⇒Smin ≈55,11m. b. Với µ=0,5⇒Smin ≈77,17m
Bài tập 3: Kết hợp phương pháp phân tích và tổng hợp để giải bài tập Bước 1: Tóm tắt bài toán
Mời một học sinh viết đại lượng đã cho và đại lượng cần tìm của bài toán Đại lượng đã cho: m= 400g = 0,4 kg; µ=0,3; F = 2 N
Đại lượng cần tìm: a. Tính quãng đường vật đi được sau 1 s. b. F = 0. Tính quãng đường vật đi được cho đến khi dừng lại. Bước 2: Phân tích bài toán
Câu a.
GV: Vật m chịu tác dụng của những lực nào? Hãy biểu diễn các lực đó trên hình vẽ?
HS: Vật m chịu tác dụng của trọng lựcPur, phản lựcQur, lực kéoFur, và lực ma sát trượt Fuuurmst .
GV: Hãy viết phương trình định luật II Niutơn cho vật?
HS: Phương trình định luật II Niutơn đối với vật là: Pur+ Qur +urF +uuurFmst = m ar. GV: Làm thế nào để xác định gia tốc từ phương trình vectơ trên?
HS: Chọn trục toạ độ x0y vuông góc, rồi chiếu phương trình vectơ lên các trục toạ độ ta sẽ tìm được a.
GV: Biết a và t, ta sẽ tính được quãng đường mà vật di được bằng công thức nào? HS: Áp dụngcông thức s = 2 2 at , ta sẽ tìm được s. Bước 3: Tiến trình giải
Từ các bước phân tích trên, mời một em hãy giải bài toán Giải: Chọn trục toạ độ x0y như hình vẽ
Phương trình định luật II Niutơn cho vật: Pur+ Qur +urF +Fuuurmst = m ar (1) Chiếu (1) lên 0x và 0y ta được: F - Fmst = ma (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
N = Q = P = mg 2 / 06 , 2 4 , 0 10 . 4 , 0 . 3 , 0 2 m s m mg F a= − = − = ⇒ µ . (2)
Quãng đường vật đi được sau 1s là: s1 = at 2,06.1 1,03m
2 1 2 2 = = Câu b.
GV: Sau khi F ngừng tác dụng thì gia tốc có giá trị như thế nào? HS: Sau khi F thôi tác dụng nghĩa là F = 0, từ (2) ta có a = - µg .
GV: Vậy để tính quãng đường vật đi được cho đến khi dừng lại ta áp dụng công thức nào?
HS: Áp dụng công thức: v2 - v02 = 2as. GV: Với v = ?, v0 = ?
HS: Khi vật dừng lại v = 0, v0 = at = 2,06.1 = 2,06 m/s. Từ đó ta tính được s. GV: Từ các bước phân tích trên mời một em lên giải bài toán
HS: Giải
Khi F = 0 thì a = - µg
Quãng đường vật đi được cho đến khi dừng lại là: s = m g v 72 , 0 10 . 3 , 0 . 2 06 , 2 2 2 2 0 = ≈ µ .
- Cần nắm vững được các đặc điểm của lực đàn hồi gồm: phương, chiều điểm đặt, độ lớn của nó.
- Các đặc điểm của lực ma sát như : điểm đặt, phương, chiều, độ lớn.
- Phương pháp chung khi giải các bài tập loại này cần phải phân tích lực tác dụng lên vật từ đó sử dụng phương pháp phân tích lực để giải.
-Bài tập vê nhà: xem lại cách giải bài tập đã học và các bài tập trong SGK và sách bài tập vật lí 10 NXB GD.
2.6.2. Giáo án 2 ( Xem phụ lục)
2.6.3. Giáo án 3 ( Xem phụ lục)
2.7. Kết luận chương 2
Trong chương này, chúng tôi đã làm được những việc sau:
- Tìm hiểu nội dung cơ bản của chương “ Động lực học chất điểm ” vật lí 10 chương trình chuẩn; tóm tắt những kiến thức cơ bản và yêu cầu cần đạt của nội dung chương trình.
- Tìm hiểu các đơn vị kiến thức cơ bản dạy học chương “ Động lực học chất điểm ”.
- Xây dựng cơ sở phân loại hệ thống bài tập chương “ Động lực học chất điểm ” theo tiêu chí nội dung kiến thức và mức độ khó, dễ.
- Xây dựng được hệ thống bài tập vật lý chương “Động lực học chất điểm ” hệ thống đó gồm các loại bài tập định tính và bài tập định lượng.
- Nêu ra được phương pháp động lực học gồm cách giải bài toán thuận và bài toán ngược.
-Bài tập tổng hợp của chương đây là các bài tập trọng tâm của chương liên quan đến kiến thức các lớp sau.
- Thiết kế giáo án dạy học bài tập vật lý trong chương, chú trọng việc hướng dẫn học sinh phân loại, xây dựng hệ thống bài tập và phương pháp giải chúng.
Với các phương án xây dựng, sử dụng hệ thống bài tập bài tập của chương này có thể làm tài liêu tham khảo cho giáo viên và học sinh trong dạy học bài tập vật lý chương “ Động lực học chất điểm ” nhằm phát huy tính tự lực, tích cực, chủ động của học sinh để nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học.
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của nghiệm sư phạm
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành nhằm kiểm tra giả thuyết khoa học của đề tài.Cụ thể quá trình thực nghiệm phải xem xét:
- Hệ thống bài tập đã xây dựng có hợp lí không ? Phương pháp giải cho mỗi dạng bài tập đã nêu có tác dụng như thế nào trong quá trình giải bài tập của học sinh? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khi vận dụng hệ thống bài tập chương “ Động lực học chất điểm ” đã xây dựng vào dạy học hiệu quả và chất lượng dạy học được nâng cao như thế nào?
Để đạt được mục đích đó thực nghiệm sư phạm có những nhiệm vụ sau: -Soạn thảo một hệ thống câu hỏi và bài tập kiểm tra để định hướng học sinh về dạng bài tập cần nắm trong các tiết dạy lí thuyết.