CHƯƠNG II: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG CÁC THÍ NGHIỆM TỰ TẠO CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM BỘ MÔN VẬT LÝ LỚP 10 THPT
2.1 Đặc điểm bộ môn vật lý
2.2.2.1. Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương trình
CHỦ ĐỀ MỨC ĐỘ CẦN ĐẠT GHI CHÚ
a) Lực. Quy tắc tổng hợp và phân tích lực b) Ba định luật Niu-tơn c) Các loại lực cơ : lực hấp dẫn, trọng lực, lực đàn hồi, lực ma sát d) Lực hướng tâm trong chuyển động tròn đều
Phát biểu đƣợc định nghĩa của lực và nêu đƣợc lực là đại lƣợng vectơ.
Nêu đƣợc quy tắc tổng hợp và phân tích lực.
Phát biểu được điều kiện cân bằng của một chất điểm dưới tác dụng của nhiều lực.
Nêu đƣợc quán tính của vật là gì và kể đƣợc một số ví dụ về quán tính.
Phát biểu đƣợc định luật I Niu-tơn.
Phát biểu đƣợc định luật vạn vật hấp dẫn và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
Nêu đƣợc ví dụ về lực đàn hồi và những đặc điểm của lực đàn hồi của lò xo (điểm đặt, hướng).
Phát biểu đƣợc định luật Húc và viết hệ thức của định luật này đối với độ biến dạng của lò xo.
Viết đƣợc công thức xác định lực ma sát trƣợt.
Nêu mối quan hệ giữa lực, khối lƣợng và gia tốc đƣợc thể hiện trong định luật II Niu-tơn nhƣ thế nào và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
Nêu đƣợc gia tốc rơi tự do là do tác dụng của trọng lực và viết đƣợc hệ thức Pur
=mg r
.
Nêu đƣợc khối lƣợng là số đo mức quán tính.
Phát biểu đƣợc định luật III Niu-tơn và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
Nêu đƣợc các đặc điểm của phản lực và lực tác dụng.
Nêu được lực hướng tâm trong chuyển động tròn đều là tổng hợp các lực tác dụng lên vật và viết đƣợc công thức Fht=
mv2
r = m 2r.
Ở lớp 10, trọng lực tác dụng lên vật đƣợc hiểu gần đúng là lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật.
Kĩ năng
Vận dụng đƣợc định luật Húc để giải đƣợc bài tập đơn giản về sự biến dạng của lò xo.
Vận dụng đƣợc công thức của lực hấp dẫn để giải các bài tập đơn giản.
Vận dụng đƣợc công thức tính lực ma sát trƣợt để giải đƣợc các bài tập đơn giản.
Biểu diễn đƣợc các vectơ lực và phản lực trong một số ví dụ cụ thể.
Vận dụng đƣợc các định luật I, II, III Niu-tơn để giải đƣợc các bài toán đối với một vật hoặc hệ hai vật chuyển động.
Vận dụng đƣợc mối quan hệ giữa khối lƣợng và mức quán tính của vật để giải thích một số hiện tượng thường gặp trong đời sống và kĩ thuật.
Giải đƣợc bài toán về chuyển động của vật ném ngang.
Xác định được lực hướng tâm và giải được bài toán về chuyển động tròn đều khi vật chịu tác dụng của một hoặc hai lực.
Xác định đƣợc hệ số ma sát trƣợt bằng thí nghiệm.
Không yêu cầu giải các bài tập về sự tăng, giảm và mất trọng l-ợng
2.2.2.2 H-ớng dẫn thực hiện
1. TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH LỰC. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CHẤT ĐIỂM Stt Chuẩn KT, KN quy định
trong chương trình Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn KT, KN Ghi chú 1 Phát biểu đƣợc định nghĩa của
lực và nêu đƣợc lực là đại lƣợng vectơ.
[Thông hiểu]
Lực là đại lƣợng vectơ đặc trƣng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng.
Ôn tập về các tác dụng của lực ở Chương trình Vật lý cấp THCS.
2 Nêu đƣợc quy tắc tổng hợp và
phân tích lực. [Thông hiểu]
Tổng hợp lực là thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt nhƣ các lực ấy.
Lực thay thế này gọi là hợp lực.
Quy tắc hình bình hành : Nếu hai lực đồng quy làm thành hai
Chỉ khi biết một lực có tác dụng cụ thể theo hai phương nào thì mới phân tích lực
cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kẻ từ điểm đồng quy biểu diễn hợp lực của chúng.
Về mặt toán học : F F1 F2
ur ur ur
Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt lực đó. Các lực thay thế gọi là các lực thành phần.
Phân tích một lực thành hai lực thành phần đồng quy phải tuân theo quy tắc hình bình hành.
theo hai phương ấy.
3 Phát biểu đƣợc điều kiện cân bằng của một chất điểm dưới tác dụng của nhiều lực.
[Thông hiểu]
Muốn cho một chất điểm đứng cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không.
1 2
F F F ... 0
ur ur ur r
2. BA ĐỊNH LUẬT NIU-TƠN Stt Chuẩn KT, KN quy định
trong chương trình Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn KT, KN Ghi chú 1 Phát biểu đƣợc định luật I Niu-
tơn [Thông hiểu]
Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.
2 Nêu đƣợc quán tính của vật là gì và kể đƣợc một số ví dụ về quán tính.
Nêu đƣợc khối lƣợng là số đo mức quán tính.
[Thông hiểu]
Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn.
Khối lƣợng dùng để chỉ mức quán tính của vật.
Vật nào có mức quán tính lớn hơn thì có khối lƣợng lớn hơn và ngƣợc lại.
Khối lƣợng là đại lƣợng đặc trƣng cho mức quán
Định luật I Niu-tơn đƣợc gọi là định luật quán tính và chuyển động thẳng đều đƣợc gọi là chuyển động theo quán tính.
Một số ví dụ về quán tính:
Người ngồi trong xe đang chuyển động thẳng đều. Khi xe
Vận dụng đƣợc mối quan hệ giữa khối lƣợng và mức quán tính của vật để giải thích một số hiện tượng thường gặp trong đời sống và kĩ thuật.
tính của vật.
[Vận dụng]
Biết cách giải thích một số hiện tượng thường gặp trong đời sống và kĩ thuật liên quan đến quán tính.
hãm đột ngột, người có xu hướng bị lao về phía trước.
Hai ô tô có khối lƣợng khác nhau đang chuyển động với cùng một vận tốc. Nếu đƣợc hãm với cùng một lực thì ô tô có khối lƣợng lớn hơn sẽ lâu dừng lại hơn.
3 Nêu đƣợc mối quan hệ giữa lực, khối lƣợng và gia tốc đƣợc thể hiện trong định luật II Niu- tơn và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
[Thông hiểu]
Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lƣợng của vật.
a F m r ur
hay Fur mar
Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng thì F
ur
là hợp lực của các lực đó.
Khối lượng là đại lượng vô hướng, dương và không đổi, đối với mỗi vật, đặc trƣng cho mức quán tính của vật. Khối lƣợng có tính chất cộng đƣợc. Đơn vị của khối lƣợng là kilôgam (kg).
4 Nêu đƣợc gia tốc rơi tự do là do tác dụng của trọng lực và viết đƣợc hệ thức P
ur
=mg r
.
[Thông hiểu]
Trọng lực là lực hút của Trái Đất tác dụng vào các vật, gây ra cho chúng gia tốc rơi tự do. Trọng lực đƣợc kí hiệu là Pur. Độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật gọi là trọng lƣợng của vật.
Hệ thức của trọng lực là P mg
ur r
. 5 Phát biểu đƣợc định luật III
Niu-tơn và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
[Thông hiểu]
Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một
Hai lực cùng giá, cùng độ lớn, nhƣng ngƣợc chiều là hai lực trực đối.
lực. Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, nhƣng ngƣợc chiều.
B A A B
F F
ur ur
hay FBA FAB
ur ur
Một trong hai lực gọi là lực tác dụng còn lực kia gọi là phản lực.
6 Nêu đƣợc các đặc điểm của phản lực và lực tác dụng.
Biểu diễn đƣợc các vectơ lực và phản lực trong một số ví dụ cụ thể.
[Thông hiểu]
Lực và phản lực có những đặc điểm sau :
Lực và phản lực luôn xuất hiện (hoặc mất đi) đồng thời.
Lực và phản lực là hai lực trực đối.
Lực và phản lực không cân bằng nhau vì chúng đặt vào hai vật khác nhau.
[Vận dụng]
Biết cách biểu diễn vectơ lực và phản lực trong các trường hợp như: một người đi bộ được trên mặt đất, búa đóng đinh vào gỗ, một vật nằm yên trên mặt bàn,...
7 Vận dụng đƣợc các định luật I, II, III Niu-tơn để giải đƣợc các bài toán đối với một vật hoặc hệ hai vật chuyển động.
[Vận dụng]
Biết chỉ ra điều kiện áp dụng các định luật Niu- tơn.
Biết cách biểu diễn đƣợc tất cả các lực tác dụng lên vật hoặc hệ hai vật chuyển động.
Biết cách tính gia tốc và các đại lƣợng trong công thức của các định luật Niu-tơn để viết phương trình chuyển động cho vật hoặc hệ vật.
3. LỰC HẤP DẪN. ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN Stt Chuẩn KT, KN quy định
trong chương trình Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn KT, KN Ghi chú 1 Phát biểu đƣợc định luật vạn
vật hấp dẫn và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
Vận dụng đƣợc công thức của lực hấp dẫn để giải các bài tập đơn giản
[Thông hiểu]
Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm tỉ lệ thuận với tích hai khối lƣợng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Hệ thức của lực hấp dẫn là :
1 2
hd 2
F Gm m r
trong đó m1, m2 là khối lƣợng của hai chất điểm, r là khoảng cách giữa chúng, hệ số tỉ lệ G đƣợc gọi là hằng số hấp dẫn.
G = 6,67.10-11N.m2/kg2 [Vận dụng]
Biết cách tính lực hấp dẫn và tính đƣợc các đại lƣợng trong công thức của định luật vạn vật hấp dẫn.
Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực, gọi là lực hấp dẫn.
Do G rất nhỏ nên lực hấp dẫn chỉ đáng kể khi ít nhất một trong hai vật có khối lƣợng lớn.
Điều kiện áp dụng hệ thức cho các vật thông thường :
Khoảng cách giữa hai vật rất lớn so với kích thước của chúng;
Các vật đồng chất và có dạng hình cầu. Khi ấy r là khoảng cách giữa hai tâm. Lực hấp dẫn nằm trên đường nối hai tâm và đặt vào hai tâm đó.
Trọng lực P mà Trái Đất tác dụng lên một vật khối lƣợng m là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó.
P = mg
2
G mM
(R h) . Từ đó, suy ra
g 2
GM (R h) ,
với R là bán kính Trái Đất, h là độ cao của vật so với mặt đất. Nếu vật ở gần mặt đất (h << R) thì :
g 2
GM
R 9,806 m/s2 (ở vĩ độ 45o).
Điểm đặt của trọng lực là trọng tâm của vật.
4. LỰC ĐÀN HỒI CỦA LÒ XO. ĐỊNH LUẬT HÚC Stt Chuẩn KT, KN quy định
trong chương trình Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn KT, KN Ghi chú 1 Nêu đƣợc ví dụ về lực đàn hồi
và những đặc điểm của lực đàn hồi của lò xo (điểm đặt, hướng).
[Thông hiểu]
Lực đàn hồi xuất hiện ở hai đầu của lò xo và tác dụng vào các vật tiếp xúc (hay gắn) với lò xo, làm nó biến dạng.
Hướng của lực đàn hồi ở mỗi đầu lò xo ngược với hướng của ngoại lực gây biến dạng. Khi lò xo bị giãn, lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục lò xo vào phía trong, còn khi lò xo bị nén, lực đàn hồi của lò xo hướng theo trục của lò xo ra ngoài.
2 Phát biểu đƣợc định luật Húc và viết hệ thức của định luật này đối với độ biến dạng của lò xo.
Vận dụng đƣợc định luật Húc để giải đƣợc bài tập đơn giản về sự biến dạng của lò xo.
[Thông hiểu]
Định luật Húc : Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.
Fđh = k l
trong đó, l = l l0 là độ biến dạng của lò xo. Hệ số tỉ lệ k gọi là độ cứng của lò xo (hay hệ số đàn hồi). Đơn vị của độ cứng là niutơn trên mét (N/m).
[Vận dụng]
Biết cách tính độ biến dạng của lò xo và các đại lƣợng trong công thức của định luật Húc.
Giới hạn đàn hồi của lò xo là giá trị lớn nhất của lực tác dụng vào lò xo (lò xo biến dạng nhiều nhất) mà khi thôi tác dụng, lò xo vẫn lấy lại đƣợc hình dạng ban đầu.
Đối với dây cao su, dây thép,...
khi bị kéo thì lực đàn hồi gọi là lực căng. Đối với các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.
Không yêu cầu giải các bài tập con lắc lò xo trong trạng thái tăng, giảm và mất trọng lƣợng.
5. LỰC MA SÁT Stt Chuẩn KT, KN quy định
trong chương trình Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn KT, KN Ghi chú 1 Viết đƣợc công thức xác định
lực ma sát trƣợt.
Vận dụng đƣợc công thức tính lực ma sát trƣợt để giải đƣợc các bài tập đơn giản.
[Vận dụng]
Lực ma sát trƣợt xuất hiện ở mặt tiếp xúc của vật đang trƣợt trên một bề mặt, có tác dụng cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó, có hướng ngược với hướng của vận tốc. Lực ma sát trượt không phụ thuộc diện tích bề mặt tiếp xúc và tốc độ của vật, nhƣng phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc (độ nhám, độ sạch, độ khô, …).
Nó có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của áp lực theo công thức
mst t
F N
trong đó, N là áp lực tác dụng lên vật , t là hệ số tỉ lệ gọi là hệ số ma sát trƣợt, phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.
[Vận dụng]
Biết tính lực ma sát trƣợt và các đại lƣợng trong công thức tính lực ma sát.
Lực ma sát nghỉ chỉ xuất hiện khi có ngoại lực tác dụng lên vật, ngoại lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động nhƣng chƣa đủ để thắng lực ma sát. Giá của lực ma sát nghỉ nằm trong mặt phẳng tiếp xúc giữa hai vật. Lực ma sát luôn ngƣợc chiều với ngoại lực.
Lực ma sát nghỉ luôn cân bằng với ngoại lực. Độ lớn của ngoại lực tăng thì lực ma sát nghỉ tăng.
Chỉ xét bài tập có một vật trƣợt trên bề mặt của một vật khác.
6. LỰC HƯỚNG TÂM Stt Chuẩn KT, KN quy định
trong chương trình Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn KT, KN Ghi chú 1 Nêu được lực hướng tâm trong
chuyển động tròn đều là hợp lực tác dụng lên vật và viết đƣợc công thức Fht=
mv2
r = m 2r
[Thông hiểu]
Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm.
Công thức tính lực hướng tâm của vật chuyển động tròn đều là
2 2
ht ht
F ma mv m r
r
trong đó, m là khối lƣợng của vật, r là bán kính quỹ đạo tròn, là tốc độ góc, v là vận tốc dài của vật chuyển động tròn đều.
2 Xác định được lực hướng tâm và giải đƣợc bài toán về chuyển động tròn đều khi vật chịu tác dụng của một hoặc hai lực.
[Vận dụng]
Biết cách xác định lực hướng tâm và giải được bài toán như sau:
a) Phân tích được các lực gây ra gia tốc hướng tâm, chẳng hạn nhƣ :
Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai trò lực hướng tâm.
Lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm đối với một vật đứng yên trên bàn quay.
Hợp lực của trọng lực và phản lực đóng vai trò lực hướng tâm khi tàu hoả đi vào khúc lƣợn cong, ô tô chuyển động trên cầu cong ...
b) Tìm hợp lực và tính độ lớn của lực hướng tâm, các đại lƣợng trong công thức.
7. CHUYỂN ĐỘNG NÉM NGANG Stt Chuẩn KT, KN quy định
trong chương trình
Mức độ thể hiện cụ thể của chuẩn KT,
KN Ghi chú
1 Giải đƣợc bài toán về chuyển động của vật ném ngang
[Vận dụng]
Biết cách giải bài toán về chuyển động của một vật ném ngang. Các bước giải bài toán nhƣ sau:
Bước 1 : Chọn hệ toạ độ vuông góc. Ox hướng theo vectơ vận tốcv0
r . Oy hướng theo vectơ trọng lựcPur
.
Bước 2 : Phân tích chuyển động ném ngang :
Viết phương trình cho các chuyển động thành phần của vật theo phương Ox và Oy.
Bước 3 : Giải các phương trình để tìm các đại lƣợng nhƣ : thời gian chuyển động của vật, tầm ném xa.
Khi vật M chuyển động thì các hình chiếu Mx, My của nó trên hai trục toạ độ cũng chuyển động (đó là những chuyển động thành phần).
Viết phương trình cho Mx chuyển động đều theo phương ngang với vận tốc ban đầu là v0x
= v0.
ax = 0 ; vx = v0 ; x = v0t
Viết phương trình cho My chuyển động rơi tự do theo phương trọng lực :
ay = g ; vy = gt ; y = 1 2gt2
Phương trình quỹ đạo của vật ném ngang là
2 2 0
y g x 2v
Quỹ đạo của vật là một nửa đường parabol.