Dự kiến sử dụng hệ thống bài tập đã soạn thảo trong dạy học

10. Cấu trúc luận văn

2.6. Dự kiến sử dụng hệ thống bài tập đã soạn thảo trong dạy học

“Các định luật bảo toàn” vật lý 10

Sau khi xây dựng được hệ thống 29 bài tập (trong đó có 20 bài tập tự luận và 9 câu trắc nghiệm khách quan) chương “Các định luật bảo tồn”, chúng tơi dự kiến sử dụng hệ thống bài tập này cụ thể như sau:

Bài theo SGK

Nội dung kiến thức

Ra bài tập và giải ngay tại lớp Ra về nhà các bài tập Giải ở lớp các bài ra về nhà Hình thành kiến thức mới Củng cố 23 Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng

câu 1, bài 1

bài 2, bài 4, bài 6

24 Công và công suất bài 10 bài 11 câu 3, bài 8 25

Bài tập về động lượng, định luật bảo tồn động lượng, cơng và công suất bài 3, bài 9, bài 12 bài 6 26 Động năng câu 2, bài 14 câu 7, bài 17, bài 20 27 Thế năng câu 4, bài 15 câu 8

28 Cơ năng câu 9,

bài 16, bài 18 câu 5, câu 6, bài 19 29 Bài tập tổng hợp ôn chương “Các định luật bảo toàn” bài 5, bài 7, bài 13

2.7. Hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập chƣơng “Các định luật bảo toàn” vật lý 10

Dạng 1: Động lƣợng, định luật bảo toàn động lƣợng

Bài tập định lượng: Hướng dẫn giải bài 1: Lời giải: p = mv = 20.25 = 500kgm/s p1 = m1v1 = 8.50 =400 kgm/s 2 1 p p

p     , p1 vng góc với p2 nên

s kgm p p p p 2 5002 4002 90000 2 300 / 1 2 2 2        s m m p v 25 / 12 300 2 2 2    Các bƣớc giải bài tập

Hƣớng dẫn của giáo viên và hoạt động của Học sinh

1.Tóm tắt m = 20kg, v = 25m/s, m1 = 8kg, v1 = 50m/s, v1 vng góc với v2 v2 = ? 2. Xác lập các mối liên hệ. - Liên hệ giữa động lượng với vận tốc?

-Liên hệ giữa động lượng của cả viên đạn với động lượng của hai mảnh?

CH1: Viết biểu thức của động lượng, biểu

thức của định luật bảo toàn động lượng?

v m

p , p p1p2 const

CH2: Liên hệ giữa động lượng với vận tốc?

p = mv

CH3: Công thức liên hệ giữa động lượng

của cả viên đạn với động lượng của hai mảnh khi hai mảnh đó chuyển động theo hai phương vng góc với nhau?

3.Sơ đồ luận giải

4. Kết quả và biện luận.

s m m p v 25 / 12 300 2 2 2    2 2 2 1 2 p p p   CH4. Cơng thức vận tốc tính vận tốc của

mảnh đạn nhỏ được suy ra từ cơng thức tính động lượng của nó? 2 2 2 m p v  Phương pháp chung:

- Từ cơng thức tính động lượng ta tính được động lượng p của cả viên đạn và động lượng p1 của mảnh nhỏ

- Từ định luật bảo toàn động lượng và điều kiện v1 vng góc với v2 ta tính được động lượng p2 của mảnh đạn thứ hai

- Từ cơng thức tính động lượng của mảnh thứ hai ta tính được vận tốc của mảnh thứ hai

Bài tập định tính: Hướng dẫn giải bài 3: Lời giải:

Bỏ qua mọi lực ma sát, lực cản… thì hệ (súng + đạn) có thể coi là hệ cơ lập. Vì vậy, động lượng của hệ trước và sau khi bắn được bảo toàn

Ban đầu hệ đứng yên, tổng động lượng của hệ bằng không: p 0

Khi đạn có khối lượng m bắn đi với vận tốc v thì sung có khối lượng M chuyển động với vận tốc V, tổng động lượng của hệ bằng: p'mvMV

Theo định luật bảo toàn động lượng: mvMV 0  v M

m V  

Các bƣớc giải bài tập

Hƣớng dẫn của giáo viên và hoạt động của Học sinh

1.Tìm hiểu đầu bài

2. Phân tích hiện tượng xảy ra trong bài tốn: Hiện tượng súng giật lùi khi bắn

3. Xây dựng lập luận

Hệ súng – đạn là hệ cô lập nên áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ trước và sau khi bắn ta tìm được vận tốc của súng sau khi bắn

đạn là v

M m

V   chứng tỏ súng chuyển động ngược chiều bay của đạn.

CH1: Biểu thức của định luật bảo

toàn động lượng cho hệ cô lập gồm hai vật?

CH2: Hệ súng – đạn có phải là hệ cơ

lập không?

Hệ súng – đạn là hệ cô lập.

CH3: Chuyển động của hệ súng –

đạn có tuân theo nguyên tắc chuyển động bằng phản lực không?

Chuyển động của hệ súng – đạn tuân theo nguyên tắc chuyển động bằng phản lực.

CH4: Áp dụng định luật vật lý nào

để giải thích hiện tượng súng giật lùi khi bắn?

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng để giải thích.

Phương pháp chung: Áp dụng định luật bảo tồn động lượng cho hệ trước và

sau khi bắn ta tìm được vận tốc của súng sau khi bắn đạn là v M

m V  .

Bài tập thí nghiệm: Hướng dẫn giải bài 6:

Lời giải:

- Dụng cụ thí nghiệm là một máng đặt nằm ngang đã được chỉnh để có thể coi ma sát là khơng đáng kể, hai xe lăn có thể thay đổi được khối lượng bằng các gia trọng được đặt cách nhau một khoảng. Xe lăn 1 có gắn băng giấy luồn qua bộ cần rung dùng để xác định quãng đường đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau.

- Dùng tay đẩy xe 1 chuyển động với vận tốc v1 đến va chạm với xe 2 đứng yên (v2 = 0).Lá thép mỏng ở đầu xe 1 sẽ cắm vào cái kẹp ở đầu xe 2 làm cho 2 xe gắn chặt vào nhau cùng chuyển động vớivận tốc v’ theo chiều của v1.

- Dùng bộ cần rung đánh dấu vị trí của xe sau những khoảng thời gian bằng nhaut 0,02s. Đo những khoảng cách giữa các vết mực liên tiếp s trước va chạm và s' sau va chạm, ta xác nhận được các chuyển động trước và sau va chạm đều là những chuyển động đều với các vận tốc tương ứng là

t s v    1 và t s v    ' '

- Ta hãy tính động lượng mv cho từng xe và cả hệ, sau đó so sánh các giá trị trước và sau va chạm. Thí nghiệm được tiến hành trong 3 trường hợp khác nhau với sai số trung bình của vận tốc là 0,02m/s (vận tốc trung bình được tính sau một số khoảng thời gian t bằng nhau.

Bảng 2.5.1. Thống kê kết quả thí nghiệm đã thực hiện Thí nghiệm Trƣớc va chạm Sau va chạm Xe 1 Xe 2 Xe 1 Xe 2 v1 (m/s) m1v1 (kg.m/s) v2 (m/s) m2v2 (kg.m/s) v’ (m/s) m1v’ (kg.m/s) v’ (m/s) m2v’ (kg.m/s) Lần 1 kg m kg m 16 , 0 16 , 0 2 1   0,90 0,16.0,90 0 0 0,45 0,16.0,45 0.45 0,16.0,45 Lần 2 kg m kg m 16 , 0 32 , 0 2 1   0,80 0,32.0,80 0 0 0,52 0,32.0,52 0,52 0,16.0,52 Lần 3 kg m kg m 32 , 0 16 , 0 2 1   0,98 0,16.0,98 0 0 0,32 0,16.0,32 0,32 0,32.0,32

- Nhận xét kết quả thí nghiêm: Trong phạm vi sai số ta nhận thấy trong tất cả các lần thí nghiệm, kết quả sau đây được nghiệm đúng:

m1v1 = m1v’ + m2v’ = (m1 + m2)v’

Các bƣớc giải bài tập

Hƣớng dẫn của giáo viên và hoạt động của Học sinh

1. Tìm hiểu đề bài

2. Tìm hiểu về dụng cụ thí nghiệm

CH1: Nêu mục đích thí nghiệm của bài tốn?

- Mục đích: Kiểm chứng định luật bảo tồn động lượng

CH2: Nêu các dụng cụ thí nghiệm của bài tốn?

- - Dụng cụ thí nghiệm là một máng đặt nằm ngang đã được chỉnh để có thể coi ma sát là khơng đáng kể, hai xe lăn có thể thay đổi được khối lượng bằng các gia trọng được đặt cách nhau một khoảng. Xe lăn 1 có gắn băng giấy luồn qua

3.Tiến hành thí nghiệm

4. Báo cáo kết quả thí nghiệm

bộ cần rung dùng để xác định quãng đường đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau

CH3: Nêu các bước tiến hành thí nghiệm?

- Học sinh tiến hành làm thí nghiệm theo các bước đã nêu - Giáo viên quan sát học sinh làm thí nghiệm, hướng dẫn

giải đáp các thắc mắc của học sinh

Giáo viên yêu cầu học sinh báo cáo kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét.

- Kết quả thí nghiệm được ghi lại trong bảng 2.5.1

- Nhận xét kết quả thí nghiêm: Trong phạm vi sai số ta nhận thấy trong tất cả các lần thí nghiệm, kết quả sau đây được nghiệm đúng:

m1v1 = m1v’ + m2v’ = (m1 + m2)v’

Phương pháp chung:

- Từ mục đích thí nghiệm ta xác định được thí nghiệm phải làm

- Dựa vào tiến trình thí nghiệm ta xác định được các nhiệm vụ phải làm để tiến hành thí nghiệm, quan sát thí nghiệm và thu nhận kết quả thí nghiệm - Từ kết quả thí nghiệm ta rút ra được nhận xét

Bài tập đồ thị:

Lời giải:

Các bƣớc giải bài tập

Hƣớng dẫn của giáo viên và hoạt động của Học sinh

1. Tìm hiểu đề bài

Vẽ đồ thị của động lượng p theo thời gian t của vật rơi tự do?

2. Xác lập các mối liên hệ.

- Liên hệ giữa động lượng p với vận tốc v của vật rơi tự do?

- Liên hệ giữa vận tốc v với thời gian t của vật rơi tự do?

- Liên hệ giữa động lượng p với thời gian t của vật rơi tự do?

3. Luận giải

p tỉ lệ thuận với t nên đồ thị của p theo t của vật rơi tự do là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

CH1: Viết cơng thức tính độ lớn của

vectơ động lượng dựa vào định nghĩa động lượng?

p = mv

CH2: Viết công thức liên hệ giữa

động lượng p với thời gian t của vật rơi tự do?

p = mv = mgt

CH3: Từ công thức liên hệ giữa

động lượng p với thời gian t của vật rơi tự do rút ra được nhận xét gì? p tỉ lệ thuận với t

t

p

Phương pháp chung:

- Từ công thức liên hệ giữa động lượng p với vận tốc v và công thức liên hệ giữa vận tốc v với thời gian t của vật rơi tự do ta suy ra được công thức liên hệ giữa động lượng p với thời gian t của vật rơi tự do là p = mgt

- Từ công thức liên hệ giữa động lượng p với thời gian t của vật rơi tự do ta nhận thấy p tỉ lệ thuận với t nên đồ thị của động lượng p theo thời gian t của vật rơi tự do là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

Dạng 2: Bài tập vận dụng kiến thức về công và công suất

Bài tập định lượng Hướng dẫn giải bài 9: Lời giải:

Thời gian rơi của vật

s g h t 1.41 10 10 . 2 2  

 > 1.2s => Tại thời điểm t1 = 1.2s vật chưa chạm đất Quãng đường vật rơi được sau t = 1.2s là

m gt s 10.1.2 7.2 2 1 2 1 2  2  

Công của trọng lực thực hiện trong khoảng thời gian t = 1.2s là A = P.s = m.g.s = 2.10.7.2 = 144J

Công suất trung bình của trọng lực trong thời gian 1.2s là

t A tb   = 120W 2 . 1 144

Công suất tức thời của trọng lực tại thời điểm t = 1.2s là

W t mg Pv tt   2 2.100.1,2240 

Các bƣớc giải bài tập

Hƣớng dẫn của giáo viên và hoạt động của Học sinh

1. Tóm tắt

m = 2kg, h = 10m, g = 10m/s2, t = 1.2s

A =?, tb =?, tt =?

2. Xác lập các mối liên hệ.

- Liên hệ giữa công A của trọng lực với quãng đường s của vật?

- Liên hệ giữa cơng suất trung bình của trọng lực với thời gian t?

- Liên hệ giữa công suất tức thời của trọng lực với vận tốc v của vật? 3. Luận giải

4. Kết quả và biện luận.

A = 144J, tb = 120W, tt = 240W

CH1: Cơng thức tính thời gian, quãng đường của vật rơi tự do?

2 2 1 2 gt s g h t  

CH2: Liên hệ giữa cơng suất trung

bình của trọng lực với thời gian t?

t A





CH3: So sánh quãng đường s vật rơi

được sau thời gian t = 1,2s với độ cao h = 10m? m gt s 10.1.2 7.2 2 1 2 1 2  2   < h Phương pháp chung:

- Từ việc tính được quãng đường vật rơi được sau thời gian t = 1,2s là s < h ta tính được cơng A của trọng lực thực hiện sau thời gian t = 1,2s là A = P.s = m.g.s

- Từ công thức liên hệ giữa cơng suất trung bình của trọng lực với thời gian t là t A   ta tính được tb - Từ công thức  = P.v = m.g.v ta tính được 

Bài tập định tính: Hướng dẫn giải bài 11: Lời giải:

Áp dụng công thức:

t A



 = Fv thì với cơng suất khơng đổi của một động cơ ơ tơ, xe máy thì lực kéo tỉ lệ với vận tốc của ô tô, xe máy. Khi xe lên dốc, cần có lực kéo khoẻ thì phải chuyển đổi bánh răng trong hộp số về số nhỏ sao cho trục quay chậm hơn. Ngược lại, khi xe chạy trên đường bằng phẳng chỉ cần lực kéo nhỏ, người lái xe có thể gài số lớn để trục quay nhanh hơn khiến xe có thể đạt vận tốc lớn hơn.

Các bƣớc giải bài tập

Hƣớng dẫn của giáo viên và hoạt động của học sinh

1.Tìm hiểu đầu bài

Giải thích ứng dụng của hộp số trên ô tô, xe máy?

2. Phân tích hiện tượng xảy ra trong bài toán: Nguyên tắc hoạt động của hộp số ô tô, xe máy khi xe muốn chạy nhanh, chạy chậm ?

3. Xây dựng lập luận

F tỉ lệ nghịch với v nên khi xe lên dốc, cần có lực kéo khoẻ thì phải chuyển đổi bánh răng trong hộp số về số nhỏ sao cho trục quay chậm hơn. Ngược lại, khi xe chạy trên đường bằng phẳng chỉ cần lực kéo nhỏ, người lái xe có thể gài số lớn để trục quay nhanh hơn khiến xe có thể đạt vận tốc lớn hơn.

CH1: Viết biểu thức tính cơng suất  theo vận tốc v?

 = Fv = Fv

CH2: Khi công suất 

khơng đổi thì F và v quan hệ với nhau như thế nào? F tỉ lệ nghịch với v

Phương pháp chung: Từ mối quan hệ F tỉ lệ nghịch với v, khi F lớn thì t phải

nhỏ (lúc xe lên dốc bánh xe quay chậm vì cần có lực kéo lớn) và ngược lại khi F nhỏ thì v phải lớn (lúc xe đi nhanh thì lực kéo nhỏ)

bài tập khơng hướng dẫn giải sẽ giải tóm tắt hoặc cho đáp số ở phần phụ lục.

Bài tập thí nghiệm: Hướng dẫn giải bài 12: Lời giải:

* Để giải được bài tập này chúng ta tiến hành hai thí nghiệm sau:

- Thí nghiệm 1: Dùng một máy để kéo đều một vật khối lượng m lên cao h = 10m

theo phương thẳng đứng. Sau đó, tiến hành đo đạc để tính được cơng mà máy đó đã phải thực hiện trong cơng việc nói trên.

- Thí nghiệm 2: Đặt một vật khối lượng m ở chân một mặt phẳng nghiêng

dài 20m, cao 10m. Dùng một máy để kéo vật từ chân mặt phẳng nghiêng lên đỉnh mặt phẳng nghiêng. Coi rằng ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng khơng đáng kể. Sau đó, tiến hành đo đạc để tính cơng mà máy đã thực hiện trong cơng việc kể trên.

* Sau khi tiến hành hai thí nghiệm trên, so sánh cơng mà máy đã thực hiện trong hai thí nghiệm trên.

* Tiến hành 2 thí nghiệm như trên ta thu được bảng kết quả sau:

Bảng 2.5.2. Thống kê kết quả thí nghiệm đã thực hiện

m = 10kg h = 10m s = 20m Thí nghiệm 1 Thí nghiệm 2 Cơng của máy A1 = F.h = P.h = m.g.h = = 10.10.10 = 1000J A2 = F.s = P.s.sin = m.g.h = = 10.10.10 = 1000J

* Nhận xét kết quả thí nghiêm: Ta thấy A1 = A2