10. Cấu trúc luận văn
2.3. Soạn thảo hệ thống bài tập chƣơng “Động lực học chất điểm”
lý 10 nâng cao
2.3.1. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập
Khi xây dựng hệ thống bài tập vật lý cho một khối kiến thức nào đó cần phải đảm bảo những nguyên tắc sau:
- Bám sát mục tiêu dạy học.
- Đảm bảo phù hợp trình độ của học sinh .
- Đảm bảo tính phân hóa khi sử dụng bài tập trong dạy học, phải đi từ bài tập dễ, cơ bản , sau đó tiếp tục phát triển với độ khó tăng dần .
- Lựa chọn bài tập phải đa dạng , đủ các loại bài tập trong đề đã chọn
- Mỗi bài tập trong hệ thống phải là một mắt xích, có thể sử dụng kiến thức của bài trƣớc và mở hƣớng phát triển của bài tập tiếp theo.
2.3.2. Hệ thống bài tập
2.3.2.1. Phân loại
- Dựa vào nôi dung kiến thức chƣơng Động lực học chất điểm chúng tôi
chia bài tập theo:
Bài tập về các định luật Niutơn. Bài tập về từng loại cơ học.
Bài tập về chuyển động ném.
Bài tập về chuyển động của vật trong hệ quy chiếu phi quán tính .
- Căn cứ vào phƣơng thức giải và phƣơng thức cho điều kiện bài tập chƣơng Động lực học chất điểm có thể chia thành các loại:
Bài tập định lƣợng Bài tập định tính. Bài tập đồ thị. Bài tập thí nghiệm.
Bài tập trắc nghiệm khách quan.
2.3.2.2. Tiêu chí lựa chọn, biên soạn các bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica
- Căn cứ vào sự phân loại bài tập chƣơng Động lực học chất điểm. - Căn cứ vào các bƣớc giải bài tập vật lý
Mô tả hiện tƣợng vật lý cho từng bài . Chỉ ra các lực tác dụng lên vật.
Viết phƣơng trình định luật II Niu- Tơn. Giải các hệ phƣơng trình đó.
Biện luận kết quả.
- Những tiện ích của phần mềm đối với mỗi loại bài tập hoặc một số bƣớc giải bài tập.
Từ những cơ sở đã nêu, trong đề tài nghiên cứu của mình, chúng tơi xây dựng hệ thống bài tập chƣơng “Động lực học chất điểm” vật lý 10 có sử dụng phần mềm toán học Mathematica theo loại sau:
Bài tập có mơ tả hiện tƣợng vật lý khó tƣởng tƣợng đối với học sinh Bài tập vẽ đồ thị
2.3.2.3. Hệ thống bài tập
a. Vẽ đồ thị và mô phỏng hiện tượng vật lý
Bài1: Ngƣời đứng ở độ cao 4,9 m cách mặt đất ném một viên đá theo phƣơng ngang với vận tốc v0 = 5 m/s. Lấy g = 9,8 m/s2
. a.Sau bao lâu vật chạm đất kể từ bắt đầu ném .
b.Tính tầm bay xa của viên đá (theo phƣơng ngang )
c. Viết phƣơng trình tọa độ ,Viết phƣơng trình quỹ đạo của viên đá chuyển động . d. Vẽ đồ thị tọa độ x(t) trong hệ trục tọa độ (x,0,t).
e. Vẽ đồ thị tọa độ y(t) trong hệ trục tọa độ (y,0,t).
f. Vẽ dạng quỹ đạo của chuyển động trong hệ trục tọa độ (x,0,y). g. Mơ phỏng q trình chuyển động của viên đá bằng Mathemtica .
Bài 2: Một vật đƣợc ném lên từ mặt đất theo phƣơng xiên hợp với phƣơng ngang góc 36, 870 với vận tốc ban đầu V0 =50m/s . Lấy g = 10m/s2.
a.Sau bao lâu vật chạm đất kể từ bắt đầu ném . b.Tính tầm bay cao và tầm bay xa của vật . c.Viết phƣơng trình quỹ đạo của vật chuyển động . d.Vẽ đồ thị tọa độ x(t) trong hệ trục tọa độ (x,0,t). e.Vẽ đồ thị tọa độ y(t) trong hệ trục tọa độ (y,0,t).
f.Vẽ dạng quỹ đạo của chuyển động trong hệ trục tọa độ (x,0,y). g.Mơ phỏng q trình chuyển động của viên đá bằng Mathemtica .
Bài 3: Một máy bay đang bay theo phƣơng ngang với vận tốc v1=150m/s, ở độ cao 2km (so với mực nƣớc biển)và thả bom tấn cơng một tàu chiến. a.Tìm khoảng cách giữa máy bay và tàu chiến theo phƣơng ngang để máy bay thả bom trúng tàu chiến. Khi tàu chiến đang chạy với vận tốc v2=20m/s cùng chiều chuyển động của máy bay.
b. Tìm thời gian bom chuyển động tính từ lúc máy bay bắn đến khi bắn trúng tàu chiến.
c. Vẽ đồ thị quỹ đạo chuyển động của bom trong hệ tọa độ (x,O,y).
d. Mơ phỏng q trình chuyển động của máy bay, tàu chiến bằng Mathemtica.
Bài 4 : Máy bay đang bay theo phƣơng ngang với vận tốc v1=150m/s, ở độ cao 2km (so với mực nƣớc biển) khi nó bay qua một khẩu pháo đặt cố định trên mặt đất (cùng độ cao vớí mặt biển) thì pháo nhả đạn. Lấy g=10m/s2 , bỏ qua sức cản của khơng khí .
a.Tìm vận tốc ban đầu v2 nhỏ nhất của đạn để nó bắn trúng máy bay. b. Xác định góc bắn của đạn hợp với phƣơng ngang góc bằng bao nhiêu để trúng đƣợc máy bay.
c.Vẽ dạng quỹ đạo chuyển động của đạn và máy bay trong cùng một hệ trục tọa độ .
d. Mô phỏng quá trình chuyển động của máy bay ,đạn bắn bằng Mathemtica
b. Giải các hệ phương trình tốn học và mô phỏng hiện tượng vật lý
Bài 5 : Quả cầu m = 50g buộc ở đầu A của dây OA dài l = 90cm.Cầm đầu dây O quay đều ,sao cho quỹ đạo của quả cầu nằm trong mặt phẳng thẳng đứng .
a.Tìm lực căng của dây khi quả cầu ở vị trí thấp hơn O và dây OA hợp với phƣơng thẳng đứng góc = 60o vơí vận tốc quả cầu là 3m/s, g = 10m/s2.
c. Mơ phỏng q trình chuyển động của quả cầu bằng Mathemtica.
Bài 6:Một vật m = 10kg treo vào trần một buồng thang máy có khối lƣợng M = 200kg. Vật cách sàn 2m. Một lực F kéo buồng thang máy đi lên với gia tốc a = 1m/s2. Trong lúc buồng đi lên, dây treo bị đứt, lực kéo F vẫn khơng đổi.
Tính thời gian để vật rơi xuống sàn buồng Thang máy. Lấy g = 10m/s2 . Bài 7: Hai vật A và B có khối lƣợng lần lƣợt là mA = 600g, mB = 400g đƣợc nối với nhau bằng sợi dây nhẹ khơng dãn và vắt qua rịng rọc cố định. Bỏ qua khối lƣợng của ròng rọc và lực ma sát giữa dây với rịng rọc. Lấy g = 10m/s2. a. Tính gia tốc chuyển động của mối vật.
b. Mô phỏng quá trình chuyển động của hệ vật bằng Mathematica Bài 8 :Trong hệ thống rịng rọc nhƣ hình vẽ,
khối lƣợng hai vật lần lƣợt là :
m1=0,4kg , m2=0,1kg , chiều cao của vật một h =30cm , khối lƣợng ròng rọc ,dây , ma sát đều không đáng kể . tại một thời điểm ngƣời ta thả vật 2 và hệ bắt đầu chuyển động .
a. Hỏi độ cao cực đại (đối với mặt đất ) mà vật 2 đạt đƣợc .
b. Mơ phỏng q trình chuyển động của hệ vật bằng Mathematica
Bài 9: Một toa xe nhỏ dài 4m khối lƣợng m2 = 100kg đang chuyển động trên đƣờng ray với vận tốc v0 = 7,2km/h thì một chiếc vali kích thƣớc nhỏ khối lƣợng m1 = 5kg đƣợc đặt nhẹ vào mép trƣớc của sàn xe.
a. Sau khi trƣợt trên sàn, vali có thể nằm n trên sàn chuyển động khơng? Nếu đƣợc thì nằm ở đâu? Tính vận tốc mới của toa xe và vali. Cho biết hệ số ma sát giữa va li và sàn là k = 0,1. Bỏ qua ma sát giữa toa xe và đƣờng ray. Lấy g = 10m/s2
.
b. Mơ phỏng q trình chuyển động của hệ vật bằng Mathematica
Khi dạy nôi dung kiếm thức này chúng ta có thể sử dụng các bài tập trong hệ thống bài tập ở trên với mục đích sau:
Bảng 2.1: Sử dụng các bài tập
Nội dung kiến thức
Ra bài tập và giải ngay tại lớp Giải ở lớp các bài tập đã ra về nhà. Ra về nhà các bài tập Hình thành kiến thức mới Củng cố Chuyển động của vật bị ném
Bài 1 Bài 4 Bài 2,3 Bài 2,3
Lực hƣớng tâm và lực quán tính ly tâm ,Hiện tƣợng tăng, giảm mất trọng lƣợng
Bài 6 Bài 5 Bài 5
Chuyển động của hệ vật
Bài 8 Bài 9 Bài 7 Bài 7