chuyển động xung quanh
- Nêu đƣợc nội dung, viết đƣợc biểu thức của ĐLBT động lƣợng, ĐLBT bảo toàn cơ năng, 3 định luật Kê-ple. Vận dụng đƣợc các ĐLBT để giải thích một số hiện tƣợng trong thực tế và giải một số bài toán liên quan đến các hiện tƣợng. 2.2.1. Kiến thức Chủ đề Nội dung Động lƣợng, ĐLBT động lƣợng, chuyển động bằng phản lực
+ Trình bày đƣợc khái niệm và lấy đƣợc ví dụ về hệ kín. + Viết đƣợc cơng thức tính và nêu đƣợc đơn vị của động lƣợng.
+ Phát biểu và viết đƣợc biểu thức của ĐLBT đối với hệ kín gồm hai vật.
+ Nêu đƣợc nguyên tắc CĐ bằng phản lực. Công, công
suất
+ Phát biểu đƣợc định nghĩa và viết đƣợc cơng thức tính cơng, cơng suất.
Động năng + Trình bày đƣợc định nghĩa, viết đƣợc công thức và nêu đƣợc đơn vị của động năng.
+ Trình bày đƣợc đầy đủ về định lí biến thiên động năng. Thế năng tr ng
trƣờng và TN đàn hồi
+ Trình bày đƣợc thế năng tr ng trƣờng về các mặt: định nghĩa, cơng thức, đơn vị.
+ Trình bày đƣợc thế năng đàn hồi về các mặt: định nghĩa, công thức.
Cơ năng và ĐLBT cơ năng
+ Trình bày đƣợc khái niệm cơ năng về các mặt: định nghĩa, công thức, đơn vị.
+ Trình bày đƣợc nội dung và viết đƣợc biểu thức của ĐLBT cơ năng.
Va chạm đàn hồi và va chạm không đàn hồi
+ Trình bày đƣợc khái niệm va chạm, va chạm đàn hồi (đặc biệt là va chạm hoàn toàn đàn hồi, xuyên tâm), va chạm không đàn hồi (đặc biệt là va chạm mềm).
Ba định luật Kê-ple
+ Trình bày chính xác khái niệm hệ nhật tâm: Mặt Trời là trung tâm của hệ, các hành tinh quay xung quanh mặt trời. + Trình bày đ ng nội dung và viết đƣợc biểu thức của ba định luật Kê-ple. R t ra đƣợc các hệ quả của các định luật.
2.2.2. Kỹ năng
- Dùng ĐLBT động lƣợng, ĐLBT cơ năng để giải thích đƣợc một số hiện tƣợng gặp trong đời sống cũng nhƣ giải đƣợc các bài tập đối với va chạm mềm, va chạm tuyệt đối đàn hồi.
- Vận dụng đƣợc một cách chính xác cơng thức AFscos và
t A
P . Hiểu rõ
ý nghĩa Vật lí của từng đại lƣợng trong cơng thức.
2.3. Một số nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập để bồi dƣỡng học sinh giỏi
Việc xây dựng hệ thống bài tập để bồi dƣ ng h c sinh giỏi vừa phải đảm bảo yêu cầu về mặt kiến thức, vừa phải đảm bảo yêu cầu về kĩ năng, tính logic của hệ thống. Mặt khác phải sự phát triển các năng lực của h c sinh giỏi, đặc biệt là năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
Về kiến thức phải đảm bảo các u cầu của một bài tập Vật lí nói chung, bài tập Vật lí cho h c sinh giỏi nói riêng, đảm bảo phƣơng pháp luận cho quá trình nắm bắt, phát triển kiến thức, phát triển tƣ duy logic cho h c sinh giỏi.
Hệ thống bài tập cần đáp ứng đƣợc việc phát triển các kĩ năng giải bài tập, phát hiện và phân tích hiện tƣợng Vật lí, dự đốn đƣợc các hiện tƣợng có thể xảy
ra tiếp theo. Đặc biệt, các kết quả đƣợc xử lí xong phải có các ứng dụng rõ ràng trong thực tiễn.
2.4. Hệ thống bài tập
2.4.1. Bài tập định tính
2.4.1.1. Bài tập có hướng dẫn giải
Bài 1: Giải thích tác dụng của các dụng cụ sau:
a) Tấm đệm đ vận động viên nhảy cao hay nhảy sào khi rơi xuống.
b) Tấm lƣới cứu hộ hứng những ngƣời bị kẹt do hỏa hoạn phải nhảy từ tầng cao xuống đất.
c) Túi khí tự động bật ra trƣớc tay lái khi có sự cố ô tô va chạm nhau hoặc đâm vào chƣớng ngại vật.
Hƣớng dẫn giải:
a) Khi nhảy sào ở giai đoạn tiếp đất cần có tấm đệm để làm giảm vận tốc của vận động viên một cách từ từ (tăng thời gian tác dụng lực làm động lƣợng biến thiên chậm) nên lực tiếp đất nhỏ sẽ tránh gây thƣơng tật cho các vận động viên.
b) Ngƣời nhảy từ trên cao xuống sẽ có vận tốc lớn, nếu để tiếp đất trực tiếp sẽ gây tổn hại đến chân. Cần có tấm lƣới với mục đích giảm dần vận tốc của ngƣời (tăng thời gian tác dụng lực làm động lƣợng biến thiên chậm) để tránh gây thƣơng tật.
c) Túi khí tự động bật trƣớc tay lái có hai mục đích. Một là, tránh gây va chạm cho ngƣời lái vào vô lăng xe. Hai là sinh ra lực cản làm động lƣợng của vật giảm dần nên vận tốc của ngƣời khi bị văng về trƣớc do quán tính đƣợc giảm dần nên lực tƣơng tác với vô lăng xe sẽ nhỏ đi.
Bài 2: Một em bé đang thổi hơi vào quả bong bóng. Khi bóng căng, do sơ ý
bóng tuột ra khỏi tay. Nêu hiện tƣợng xảy ra khi đó và giải thích đặc điểm chuyển động của quả bóng.
Hƣớng dẫn giải:
Khi quả bong bóng đang căng mà bị tuột tay thì khí ở trong quả bóng sẽ bị đẩy ra ngồi do sự đàn hồi của quả bóng. Khi đó theo ĐLBT động lƣợng thì quả bóng (phần cịn lại) sẽ bị chuyển động theo chiều ngƣợc lại. Do quả bóng mềm, dẻo nên khí khi bị đẩy ra sẽ khơng có quỹ đạo thẳng nên quả bóng cũng bị chuyển động theo quỹ đạo có hình dạng bất kỳ.
Bài 3: Hãy mơ tả và giải thích chuyển động của các loài mực và sứa ở trong
nƣớc.
Hƣớng dẫn giải:
Các loài mực và sứa chuyển động đƣợc theo nguyên tắc của chuyển động bằng phản lực. Mực và sứa có cấu tạo thân rỗng, bên trong chứa các túi hoặc ống chứa đầy nƣớc. Khi chuyển động ch ng đẩy nƣớc về đằng sau thì phần thân sẽ chuyển động về phía trƣớc. Muốn thay đổi hƣớng chuyển động chỉ cần thay đổi tƣ thế của các túi hoặc ống để điều chỉnh hƣớng đẩy nƣớc ra phía sau sẽ làm thay đổi hƣớng chuyển động của phần thân còn lại.
Bài 4: Một phi hành gia rời khỏi tàu và làm việc ngồi khoảng khơng vũ trụ. Sau
khi làm việc xong h muốn trở về tàu của mình. Hãy đề xuất một phƣơng án đơn giản giúp phi hành gia trở lại tàu.
Hƣớng dẫn giải:
Các phi hành gia làm việc bên ngồi tàu vũ trụ sẽ ở trạng thái khơng tr ng lƣợng, tức là h lơ lửng trong khơng gian, vì vậy việc đi lại khơng thể thực hiện nhƣ khi trên Trái đất. Để có thể quay lại tàu thì h có thể buộc dây vào con tàu ngay từ khi bắt đầu đi ra. H cũng có thể mang theo một vật nặng nào đó, khi h muốn quay lại tàu thì chỉ việc cầm vật đó ném theo hƣớng ra xa con tàu thì bản thân phi hành gia sẽ chuyển động về phía con tàu theo đặc điểm chuyển động thẳng đều.
Bài 5: Khi nào thì một lực tác dụng lên một vật đang dịch chuyển nhƣng vẫn
không sinh cơng? Hƣớng dẫn giải:
Dựa vào cơng thức tính cơng, khi một lực tác dụng lên một vật đang dịch chuyển nhƣng vẫn không sinh công là khi lực tác dụng theo phƣơng vng góc với hƣớng chuyển động của vật.
Bài 6: Một vật có tr ng lƣợng 1 N đƣợc nâng lên 1 m theo phƣơng thẳng đứng.
Trong trƣờng hợp này có thể có cơng bằng 1 J hay lớn hơn 1 J không? Trong điều kiện nào công bằng 1 J hay lớn hơn 1 J đƣợc thực hiện?
Hƣớng dẫn giải:
Theo cơng thức tính cơng thì có thể có cơng bằng hoặc lớn hơn 1 J. Điều đó tùy thuộc vào độ lớn lực tác dụng. Muốn cơng bằng 1 J thì nâng vật lên đều khi đó độ lớn lực nâng bằng tr ng lƣợng của vật. Muốn công lớn hơn 1 J thì nâng vật lên nhanh dần đều, khi đó độ lớn lực nâng lớn hơn tr ng lƣợng của vật và sẽ sinh cơng lớn hơn 1 J.
Bài 7: Trong một trị xiếc, hai con khỉ leo dây để cùng đạt độ cao z nhƣ nhau từ
mặt đất. Con thứ nhất leo dây cố định buộc trên cao, con thứ hai leo dây vắt qua ròng r c và đầu kia treo một vật nặng. Công do hai con khỉ thực hiện có bằng nhau khơng? Vì sao?
Hƣớng dẫn giải:
Đây là một ví dụ về máy cơ đơn giản, khơng cho ta lợi về cơng. Vì vậy, cơng do hai con khỉ thực hiện là bằng nhau. Với con khỉ 1 thì cơng của nó có thể tính theo cơng của tr ng lực. Con khỉ 2 sẽ cần tác dụng lực bằng một nửa tr ng lƣợng của nó nhƣng phải leo đoạn dây dài gấp 2 lần con khỉ kia nên công của hai con khỉ là bằng nhau.
Bài 8: Khi chế tạo hộp số dùng trong xe ô tô và xe gắn máy phải dựa vào cơ sở
vật lí nào? Hƣớng dẫn giải:
Khi chế tạo hộp số cho ô tô, xe máy phải dựa vào công thức tính cơng suất. Với mỗi động cơ thì cơng suất là khơng đổi tức là tích Fv ln bằng nhau. Vậy nếu tăng lực sẽ giảm vận tốc và ngƣợc lại. Điều đó đƣợc sử dụng ở các loại địa hình khác nhau. Ví dụ, khi đi đƣờng bằng phẳng thì khơng cần lực lớn nhƣng cần vận tốc lớn, khi lên dốc thì khơng cần vận tốc lớn nhƣng cần lực lớn.
Bài 9: Tại sao các con đƣờng đèo vƣợt qua núi thƣờng có dạng uốn lƣợn men
dần lên đỉnh núi mà không làm theo một đƣờng thẳng lên dốc? Hƣớng dẫn giải:
Các con đƣờng đèo vƣợt n i thƣờng có độ cao lớn. Mục đích của việc làm các con đèo có dạng uốn lƣợn để làm giảm thành phần lực cản do tr ng lực của xe, từ đó sẽ khơng cần lực phát động sinh công lớn để đ hại cho động cơ. Về mặt lý thuyết thì phƣơng án này không đƣợc lợi nhƣng cũng khơng có hại về công. Nhƣng trong thực tế, khi làm nhƣ vậy sẽ làm tăng độ dài đƣờng đi nên làm tăng công của lực ma sát nên thực tế vẫn tốn cơng hơn. Tuy nhiên cịn một nguyên nhân nữa đó là nếu có xảy ra tai nạn thì cũng không nguy hiểm bằng trƣờng hợp làm đƣờng thẳng lên dốc.
Bài 10: Động năng của một vật không thay đổi trong trƣờng hợp:
A. khối lƣợng không đổi, vận tốc tăng gấp hai. B. vận tốc tăng gấp đôi, khối lƣợng tăng gấp hai. C. khối lƣợng giảm một nửa, vận tốc tăng gấp 4. D. vận tốc giảm một nửa, khối lƣợng tăng gấp 4. Hƣớng dẫn giải:
Bài 11: Tác dụng một lực F khơng đổi làm một vật có khối lƣợng m dịch chuyển
đƣợc một độ dời s từ trạng thái nghỉ đến l c đạt vận tốc v. Nếu giảm độ lớn lực tác dụng 4 lần thì với cùng quãng đƣờng đi đƣợc s, vận tốc của vật sẽ:
A. giảm 2 lần. B. giảm 4 lần. C. giảm 5 lần. D. giảm 16 lần. Hƣớng dẫn giải: A. giảm 2 lần.
Bài 12: Một h c sinh cho rằng: Giá trị thế năng phụ thuộc vào mốc tính thế năng
nên độ giảm thế năng cũng phụ thuộc mốc tính thế năng. Lập luận của h c sinh này có đ ng khơng? Tại sao?
Hƣớng dẫn giải:
Giá trị thế năng phụ thuộc vào việc ta ch n mốc thế năng. Nhƣng khi xét hiệu thế năng thì yếu tố mốc thế năng tự động triệt tiêu nhau nên độ giảm thế năng không phụ thuộc việc ch n mốc thế năng.
Bài 13: Thế năng đàn hồi ln có giá trị dƣơng, nhƣng thế năng tr ng trƣờng có
thể có giá trị dƣơng hoặc âm. Tại sao lại có sự khác nhau giữa giá trị của hai loại thế năng nhƣ vậy?
Hƣớng dẫn giải:
Có sự khác nhau giữa giá trị của hai loại thế năng nhƣ vậy là do hai nguyên nhân. Một là chúng ta có thể ch n mốc thế năng tùy ý để tính thế năng. Hai là do cơng thức tính của hai loại thế năng, thế năng tr ng trƣờng phụ thuộc t a độ của vị trí vật mà ta xét nên có thể âm, dƣơng hoặc bằng khơng, cịn thế năng đàn hồi thì phụ thuộc bình phƣơng t a độ vị trí của vật nên khơng thể âm.
Bài 14: Trong quá trình dao động của con lắc đơn, khi nào thì thế năng chuyển
hóa thành động năng, khi nào thì động năng chuyển hóa thành thế năng? Vị trí nào thế năng cực đại, vị trí nào thế năng cực tiểu?
Hƣớng dẫn giải:
Trong quá trình dao động của con lắc đơn, khi vật đi từ vị trí biên về vị trí cân bằng thì thế năng giảm, động năng tăng, tức là thế năng chuyển hóa thành động năng. Ngƣợc lại, khi vật đi từ vị trí cân bằng ra biên thì thế năng tăng, động năng giảm, tức là động năng chuyển hóa thành thế năng.
Do sự chuyển hóa giữa thế năng và động năng nhƣ đã nêu ở trên nên khi vật tới vị trí cân bằng tồn bộ thế năng chuyển hóa thành động năng nên động năng đạt giá trị cực đại ở vị trí cân bằng. Ngƣợc lại, khi vật tới vị trí biên thì tồn bộ động năng chuyển hóa thành thế năng nên tại vị trí biên thế năng cực đại.
2.4.1.2. Bài tập tự giải
Bài 15: Trong quá trình dao động trên
mặt phẳng ngang không ma sát của một con lắc lị xo ở hai bên vị trí cân bằng O, giữa A và B nhƣ hình vẽ.
a) Tìm vị trí mà tại đó động năng có giá trị cực đại, thế năng có giá trị cực đại? b) Chỉ rõ khi vật chuyển động trên những đoạn nào, chiều chuyển động thi thế năng chuyển hóa thành động năng và ngƣợc lại?
Bài 16: Từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng ngƣời ta thả đồng thời hai vật giống hệt
nhau: vật thứ nhất rơi tự do, vật thứ hai lăn không ma sát trên mặt phẳng nghiêng.
a) So sánh thời gian chuyển động của hai vật.
b) So sánh động năng của hai vật tại thời điểm chạm đất. c) Ở thời điểm nào hai vật có cùng cơ năng?
Bài 17: Phân tích sự biến đổi năng lƣợng trong q trình phi cơng nhảy dù khi
chƣa mở dù, khi đã mở dù (biết lực cản của khơng khí lên dù có giá trị bằng tr ng lƣợng của phi công) và lúc chạm đất.
Bài 18: Hãy quan sát và giải thích trị chơi bắn bi của trẻ em (với điều kiện bắn
xuyên tâm).
Bài 19: Hai quả cầu nhỏ giống hệt nhau đƣợc treo sát
nhau bằng hai sợi dây có cùng chiều dài nhƣ hình vẽ. Đƣa quả cầu A đến vị trí nhƣ hình vẽ rồi bng nhẹ. Mô tả chuyển động tiếp theo của hai quả cầu.
Bài 20: Giải thích tại sao trong trị chơi bi-a, khi dùng viên bi A bắn xuyên tâm
vào viên bi B thì có thể xảy ra hiện tƣợng viên bi A đứng ngay tại chỗ, chỉ viên bi B chuyển động.
Bài 21: Một ngƣời đứng trên thuyền, đi từ đầu A về đầu B. Khi đó thuyền có
chuyển động khơng? Nếu có thì chiều chuyển động của thuyền nhƣ thế nào? Vận dụng kiến thức về các định luật bảo tồn hãy giải thích hiện tƣợng đó.
Bài 22: Khi tham gia giao thông, m i ngƣời luôn đƣợc nhắc nhở tránh phóng
nhanh, vƣợt ẩu. Bằng kiến thức Vật lí, hãy giải thích những hậu quả nghiêm tr ng có thể dẫn đến khi “phóng nhanh”.
2.4.2. Bài tập định lượng
2.4.2.1. Bài tập có hướng dẫn
Bài 1: Quả bóng đang bay với vận tốc 15 m/s thì tới tay thủ mơn, khối lƣợng quả
bóng là 400 g. Thủ mơn bắt bóng trong thời gian 0,2 s. Tính độ lớn lực mà quả bóng tác dụng lên tay thủ mơn trong thời gian nói trên.
* Phân tích hiện tƣợng vật lí: khi thủ mơn dùng tay bắt bóng tức là cản trở chuyển động của quả bóng, sẽ có tƣơng tác lực giữa tay thủ mơn và quả bóng. Lý thuyết và thực tế đã chứng minh thời gian tƣơng tác (bắt bóng) càng ngắn thì lực tƣơng tác sẽ càng lớn.
* Việc sử dụng cơng cụ tốn h c: theo cơng thức về xung lƣợng của lực, ta có: Ft = mv2 – mv1, có đầy đủ các thơng số ta sẽ tính đƣợc lực tƣơng tác giữa tay thủ mơn và quả bóng.
* Lời giải: