2.4. Biên soạn hệ thống và cách giải bài tập định tính chƣơng “Động học chất
2.4.2. Hệ thống BTĐT và hướng dẫn giải
Chúng tôi biên soạn BTĐT gồm 6 chuyên đề; trong mỗi chuyên đề có 2 bài tập mẫu; 2 bài tập định hƣớng và 6 bài tập tự giải.
Hiện tƣợng vật lí trong thực tiễn ở những điều kiện khác nhau, hệ quy chiếu khác nhau là những hiện tƣợng khá thú vị trong đời sống mà HS thƣờng gặp. Những hiện tƣợng đó rất quen thuộc, HS có thể quan sát đƣợc hoặc đã gặp, khi làm bài tập này HS chỉ cần liên tƣởng đến quy tắc hoặc định luật vật lí nào chia phối sau đó tiến hành làm theo các bƣớc sau:
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập Bước 2: Phân tích hiện tượng
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả Bước 4: Biên luận
Chuyên đề 1: Chuyển động cơ
Bài tập mẫu:
1.1. Ngƣời ta nói Mặt Trời mọc đằng Đông, lặn đằng Tây đúng hay sai?
Hãy giải thích?
Hướng dẫn giải
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Ngƣời quan sát đứng trên Trái đất. Họ thấy Mặt trời từ từ chuyển động đi lên ở phía Đơng, chuyển động đi xuống ở phía Tây.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Nếu mốc là trái đất ta thấy mặt trời chuyển động. Thực tế mặt trời không chuyển động. Trái đất quay quanh trục của nó và quay quanh Mặt trời.
Bước 3: Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Khi Trái Đất quay, góc nghiêng giữa Mặt Trời và Trái Đất cũng lớn dần. Vì vậy ta có cảm tƣởng Mặt Trời "mọc" từ thấp lên cao.
Trái đất quay về hƣớng Đông, nên ta cũng thấy Mặt Trời "mọc" lên từ hƣớng Đông.
Bước 4: Biên luận
Mọi vật chuyển động chỉ có tính chất tƣơng đối.
1.2. Một phi công vũ trụ đang làm việc trong một khoang kín của tàu vũ
trụ. Anh ta khơng biết là anh ta có chuyển động cùng với tàu vũ trụ trên quỹ đạo không? Cảm giác của anh ta có đúng khơng? Tại sao? [5, tr. 29]
Hướng dẫn giải
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Đầu bài cho: Một phi cơng ngồi trong khoang kín của một tàu vũ trụ. Khơng nhìn thấy vật gì ở bên ngồi, chỉ nhìn thấy những vật ở bên trong của tàu.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Tàu vũ trụ chuyển động, phi công làm việc ở trong tàu. Phi cơng khơng nhìn thấy vật gì khác ngồi tàu vũ trụ.
Bước 3: Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Để nhận biết một vật đứng yên hay chuyển động ta cần phải có vật làm mốc để đối chiếu.
Khi đã khơng có mốc để đối chiếu thì phi cơng cũng khơng biết rằng tàu vũ trụ đang chuyển động hay tàu đang đứng n. Vì vậy phi cơng có cảm giác đó là đúng.
Bước 4: Biên luận
Vì khơng nhìn thấy vật mốc ngồi con tàu nên phi cơng khơng biết tàu có chuyển động hay khơng. Với vật mốc này thì tàu chuyển động nhƣng với vật mốc khác thì tàu lại đứng n. Mọi chuyển động có tính tƣơng đối.
Vậy cần có một vật mốc đƣợc chọn trƣớc để xác định quỹ đạo và phi cơng phải đƣợc nhìn thấy vật mốc đó thì mới xác định đƣợc là mình có chuyển động cùng với tàu vũ trụ trên quỹ đạo hay không.
Bài tập định hướng:
1.3. Một truyện dân gian có kể rằng: Khi chết một phú ông đã để lại cho
ngƣời con một hũ vàng chôn trong một khu vƣờn rộng và một mảnh giấy ghi: Đi về phía đơng 23 bƣớc chân, sau đó rẽ phải 4 bƣớc chân, đào sâu 3m. Hỏi với chỉ dẫn này ngƣời con có tìm đƣợc hũ vàng khơng? Vì sao ?
Câu hỏi định hƣớng tƣ duy:
Ngƣời con bắt đầu đi từ chỗ nào? Bài tốn có liên quan tới nội dung kiến thức nào đã học trong bài?
Giải thích:
Ngƣời con sẽ khơng tìm đƣợc hũ vàng vì khơng có vật làm mốc
1.4. Dán vào vành bánh xe bị một mẩu giấy màu rồi quan sát nó chuyển
động, bạn sẽ thấy một hiện tƣợng kỳ dị: Khi mẩu giấy chạy xuống phần dƣới của bánh xe thì ta trơng thấy nó khá rõ rệt, cịn khi ở phần trên thì nó quay nhanh đến nỗi ta khơng thể nhận ra nó nữa. hãy giải thích? [5, tr. 29]
Câu hỏi định hƣớng tƣ duy:
Chuyển động có tính chất tƣơng đối.
Bánh xe đang chuyển động. Mẩu giấy ở đâu chuyển động nhanh hơn? Chuyển động của các mẩu giấy so với vật mốc nào?
Giải thích: Vận tốc có tính tƣơng đối, chuyển động của mẩu giấy trên
bánh xe cũng có tính tƣơng đối. Nếu lấy trục bánh xe làm mốc thì chúng có cùng vận tốc. Chọn đất làm mốc, vận tốc so với đất của các điểm bên dƣới trục quay nhỏ hơn vận tốc những điểm bên trên trục quay nên ta thấy hiện tƣợng đã nêu.
Bài tập học sinh tự giải:
1.5. Bình và An cùng ngồi trên một toa tàu hỏa đang chuẩn bị rời ga. Bình nhìn qua cửa sổ bên phải quan sát một đoàn tàu khác và nói tàu mình
đang chạy. An nhìn qua cửa sổ bên trái quan sát nhà ga và nói tàu mình đứng n. Theo em ai nói đúng ? Vì sao hai ngƣời lại có nhận xét khác nhau?
Gợi ý trả lời: Bình nói đúng nếu chọn vật mốc là đồn tàu đi ngang qua.
An nói đúng nếu chọn vật mốc là nhà ga. Hai bạn có nhận xét khác nhau vì họ chọn vật mốc khác nhau khi xét chuyển động của đồn tàu mình đang ngồi.
1.6. Quan sát một toa tàu đang chuyển động trên đƣờng sắt, tại bất cứ thời điểm nào của chuyển động cũng có những điểm khơng chuyển động và những điểm chuyển động theo chiều ngƣợc với chuyển động của toa. Đó là những điểm nào?
Gợi ý trả lời: Vì vận tốc so với đất của các điểm ở bánh tàu khác nhau.
Các điểm của bánh tàu tiếp xúc với đƣờng ray có vận tốc bằng khơng. Các điểm ở vành bánh tàu nằm ở phía dƣới đƣờng tiếp xúc giữa bánh tàu và đƣờng ray dịch chuyển theo chiều ngƣợc với chiều chuyển động của toa tàu.
1.7. Một ngƣời đứng trên bờ sông thấy nƣớc sông đang chảy và khoảng
cách từ một bè gỗ đến một ca nô ngắn dần. Phát biểu nào sau đây khơng đúng? Giải thích vì sao? [5, tr. 29]
A. Ca nô tắt máy, thả neo và đứng n so với bờ sơng, bè gỗ trơi theo dịng nƣớc đến gần ca nô.
B. Bè gỗ đứng yên so với bờ, ca nơ chuyển động về phía bè gỗ.
C. Ca nô tắt máy thả trơi theo dịng nƣớc, bè gỗ trôi nhanh hơn nên khoảng cách ngắn dần.
D. Bè gỗ thả trơi theo dịng nƣớc, ca nơ mở máy chuyển động xi dịng nƣớc để “đuổi theo” bè gỗ.
Gợi ý trả lời: Đáp án C
1.8. Có 3 ơ tơ A, B, C chuyển động trên đƣờng. Ngƣời ta nhận thấy ô tô
A chuyển động so với ô tô B, ô tô B chuyển động so với ô tơ C. Có thể suy ra rằng: Chắc chắn ơ tơ A chuyển động so với ơ tơ C hay khơng? Vì sao?
Gợi ý trả lời: Vì chuyển động có tính tƣơng đối.
chuyển động. Lúc này nếu chọn ơ tơ B làm mốc thì ơ tơ A chuyển động so với ô tơ B. Chọn ơ tơ C làm mốc thì ơ tơ B chuyển động so với ô tô C. Vậy không thể chắc chắn ô tô A chuyển động so với ô tô C.
1.9. Nếu khơng chọn mặt trời làm vật mốc thì ta có thể chọn vật mốc nào để biết trái đất đang chuyển động? Hãy chỉ ra một hiện tƣợng giúp chúng ta nhận biết trái đất tự quay quanh trục của nó?
Gợi ý trả lời: Có thể chọn các vì sao làm mốc để biết trái đất đang chuyển động. Hiện tƣợng ngày và đêm giúp ta nhận biết đƣợc trái đất tự quay quanh trục của nó.
1.10. Từ tâm một cái đĩa đang quay ngƣời ta búng một viên bi lăn theo
lịng máng đặt trên một bán kính của đĩa. Hỏi quỹ đạo của viên bi đối với đĩa và đối với Trái Đất có hình gì? [5, tr. 29]
Gợi ý trả lời: Đối với đĩa: Bi chuyển động trên đƣờng thẳng.
Đối với Trái Đất: Bi chuyển động trên đƣờng xoắn ốc.
Chuyên đề 2: Chuyển động thẳng đều
Bài tập mẫu:
2.1. Vì sao trong cơn giơng lại nhìn thấy chớp sáng trƣớc sau đó mới
nghe thấy tiếng sấm?
Hướng dẫn giải
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Trong cơn giơng: Ta nhìn thấy chớp sáng, sau đó một khoảng thời gian ta mới nghe thấy tiếng sấm.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Tốc độ của ánh sáng lớn hơn tốc độ của âm thanh. Quãng đƣờng truyền là nhƣ nhau.
Bước 3: Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Áp dụng công thức: V =
t S
Ta có: Thời gian ánh sáng truyền ít hơn so với âm thanh nên ta nhìn thấy chớp sáng trƣớc sau đó mới nghe thấy tiếng sấm.
Bước 4: Biên luận
Tốc độ càng lớn, thời gian truyền càng nhanh.
2.2. Trong một chiếc ô tô đang chạy, cứ sau 5 phút ngƣời ta lại ghi số chỉ của đồng hồ đo tốc độ. Hỏi :
a) Số liệu đã ghi cho biết tốc độ gì ?
b) Căn cứ vào các số liệu trên có thể tính đƣợc tốc độ trung bình của ơ tơ khơng? Tại sao ?
Hướng dẫn giải
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Cứ sau 5 phút ngƣời ta ghi lại số chỉ của đồng hồ đo tốc độ.
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Ta có các giá trị tốc độ tại các thời điểm. Cơng thức tính tốc độ trung bình: Vtb=
t S
.
Bước 3: Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
a) Số liệu đã ghi lại cho biết tốc độ tức thời tại thời điểm ghi số liệu . b) Cơng thức tính tốc độ trung bình: Vtb=
t S
Khơng thể dùng số liệu trên để tính tốc độ trung bình đƣợc .
Bước 4: Biên luận
Cách tính tốc độ trung bình khác cách tính trung bình cộng của dãy số.
n v v v v n tb 1 2 ... Bài tập định hướng:
2.3. Đồ thị biểu diễn sự biến thiên đƣờng đi của ba vật theo thời gian (hình 2.1). Các vật ấy chuyển động nhƣ thế nào? 2 1 I x X1 X2
Hình 2.1
Câu hỏi định hƣớng tƣ duy:
Tính chất của đồ thị bậc nhất? Liên hệ với phƣơng trình x,t?
Giải thích:
Từ đồ thị ta có: x1= hằng số; Vật 1 đứng yên.
Đƣờng thẳng 2, 3 đều là những đƣờng thẳng chứng tỏ các vật chuyển động đều. Tọa độ ban đầu của các vật 2, 3 lần lƣợt là: x2, 0.
Vật 2 hƣớng về gốc toạ độ, vật 3 chuyển động hƣớng xa gốc tọa độ. Vì vậy dựa vào hình ta thấy: Vật 2 chuyển động nhanh hơn vì có độ dốc lớn hơn.
Giao điểm của các đồ thị với nhau cho biết thời điểm hai chuyển động gặp nhau tại một tọa độ xác định.
2.4. Một học sinh đạp xe với tốc độ trung bình là 15 km/h. Biết rằng nhà
học sinh cách trƣờng 3 km. Hỏi học sinh này phải bắt đầu rời khỏi nhà trƣớc giờ học ít nhất bao nhiêu phút để không bị muộn học?
Câu hỏi định hƣớng tƣ duy:
Thời gian học sinh đi từ nhà đến trƣờng là bao nhiêu? Đổi đơn vị các đại lƣợng v, S, t?
Gợi ý trả lời: Sử dụng công thức t = S/v; Học sinh phải rời nhà trƣớc
giờ vào lớp ít nhất 12 phút.
Bài tập học sinh tự giải:
2.5. Một vật chuyển động trong giây đầu tiên đi đƣợc quãng đƣờng 2m,
giây thứ hai cũng đi đƣợc 2m và tƣơng tự mỗi giây kế tiếp nó cũng đi đƣợc 2m. Có thể kết luận rằng vật đó chuyển động đều hay khơng, vì sao?
Gợi ý trả lời:
là đều.
Nếu xét đơn vị thời gian nhỏ 1 giây: Không thể kết luận chuyển động của vật là đều vì trong mỗi đơn vị thời gian đó vật có thể chuyển động khơng đều.
2.6. An đi học lúc 6 giờ 30 phút, dự định đến trƣờng lúc 7 giờ 15 phút.
Hôm nay đi khỏi nhà đƣợc 400 m thì An phải quay về lấy một quyển vở để quên nên khi đến trƣờng thì đúng 7 giờ 30 phút. Hỏi trung bình An đi một giờ đƣợc bao nhiêu km?
Gợi ý trả lời: Quãng đƣờng An phải đi thêm là: 400 x 2 = 800 m
Thời gian đi thêm là: 15 phút; Tốc độ trung bình: 3,2 km/h
2.7. Khi mẹ đi chợ về đến đầu ngõ cách nhà 100m, Liên chạy ra cửa đón
mẹ, chú vện cũng chạy theo. Chú vện chạy đến mẹ, xong quay lại chạy đến Liên, và quay lại đến mẹ và cứ thế tiếp tục cho đến khi mẹ và chú vện cùng vào nhà. Biết vận tốc của mẹ là 4km/h và vận tốc của chú vện là 12km/h. Hãy tìm quãng đƣờng đi đƣợc tổng cộng của chú vện ?
Gợi ý trả lời: Thời gian chú vện chạy bằng thời gian mẹ đi.
Quãng đƣờng chú vện chạy: S = v.t = (12.100)/4 = 300 m
2.8. Một đoàn tàu chiều dài l chạy ngang qua cột điện A hết 8 giây. Cũng với vận tốc đó, đồn tàu chui qua một đƣờng hầm dài 260 m hết 1 phút 5 giây. Tính chiều dài và vận tốc của đồn tàu?
Gợi ý trả lời: Vận tốc của đoàn tàu: v = 4 m/s;
Chiều dài đoàn tàu: l = 32 m.
2.9. Một ngƣời đứng gần vách núi đá và gọi to hƣớng về phía núi thì thấy khoảng thời gian từ lúc gọi đến lúc nghe thấy tiếng vọng là 1,5 giây. Biết vận tốc truyền âm thanh trong khơng khí là 340 m/s. Xác định khoảng cách từ ngƣời đó đến vách núi đá?
Gợi ý trả lời: Âm thanh đi từ ngƣời đó đến vách núi rồi phản xạ lại, quãng đƣờng âm thanh đi đƣợc trong 1,5 giây bằng hai lần khoảng cánh từ ngƣời đó đến vách núi.
S = v.t = 340.1,5 = 510 m; khoảng cách: l = S/2 = 255 m
2.10. Đoạn đƣờng từ A đến B có biển hạn chế tốc độ là 40 km/h (xe chỉ
đƣợc chạy với vận tốc nhỏ hơn hoặc bằng 40 km/h). Một ngƣời xuất phát từ A lúc 8h và đến B lúc 10h30. Biết chiều dài quãng đƣờng AB là 80 km. Có thể khẳng định chắc chắn rằng ngƣời đó khơng vi phạm quy định hạn chế tốc độ trên hay không? Tại sao?
Gợi ý trả lời: Tốc độ trung bình của ngƣời đó là 40 km/h. Ngƣời này chỉ
không vi phạm quy định nếu chuyển động của xe là đều.
Chuyên đề 3: Chuyển động thẳng biến đổi đều
Bài tập mẫu
3.1. Một bạn học sinh đi xe đạp với vận tốc ban đầu bằng không từ đỉnh
một con dốc, khi đến cuối con dốc hết thời gian t. Coi bề mặt của dốc là nhƣ nhau. Chuyển động của bạn học sinh là chuyển động gì?
Hướng dẫn giải
Bước 1: Tìm hiểu đầu bài, nắm vững giả thiết của bài tập
Em có nhận xét gì về vận tốc, gia tốc của bạn?
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Độ biến thiên vận tốc trong những khoảng thời gian bằng nhau thay đổi nhƣ thế nào?
Em có nhận xét gì về độ dốc của đoạn đƣờng, bề mặt của mặt đƣờng, gia tốc trên cả đoạn đƣờng?
Bước 3 Xây dựng lập luận và suy luận kết quả
Khi xe của bạn học sinh chuyển động, độ dốc và bề mặt của mặt đƣờng nhƣ nhau do đó gia tốc sinh ra là khơng đổi trong suốt thời gian chuyển động lăn của xe trên mặt đƣờng.
Càng xuống cuối dốc vận tốc xe càng tăng. Mặt khác, khi thực nghiệm ta thấy: Độ biến thiên vận tốc trong những khoảng thời gian bằng nhau là bằng nhau.
Bước 4: Biên luận
Bất kì vật nào chuyển động trên đoạn đƣờng dốc thì càng xuống cuối dốc vận tốc đều tăng.
3.2. Một học sinh tự đặt ra bài toán nhƣ sau: Khi một toa xe điện đang
có vận tốc 10m/s, ngƣời lái xe bắt đầu hãm phanh. Toa xe chuyển động chậm dần đều cho đến khi dừng lại. Kết quả thí nghiệm cho thấy toa xe đã đi đƣợc