CHƯƠNG 2. KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP TRONG DẠY HỌC PHẦN “ĐỘNG HỌC” VẬT LÍ 10
2.1. Tổng quan nội dung chương trình phần Động học
Phần động học là một phần của cơ học nghiên cứu về các chuyển động đơn giản nhất trong tự nhiên (chuyển động cơ học). Trong đó nghiên cứu cách xác định vị trí của các vật nhờ các phương trình toán học.
Có thể nói phần “Động học” là nền tảng, là tiền đề để nghiên cứu các nội dung khác của cơ học như “Động lực học”, “Các định luật bảo toàn”, …
“Động học” gồm chương thứ hai và thứ ba trong chương trình vật lý 10 THPT mới, nó là cơ sở để tìm hiểu kiến thức phần “Động lực học”, “Các định luật bảo toàn” trong vật lí 10 và các kiến thức của chương trình vật lí 11 và 12 sau này. Đây là phần cơ bản nhất của vật lí 10 nói riêng và vật lí THPT nói chung
2.1.2. Tổng hợp nội dung kiến thức phần Động học Một số khái niệm cơ bản trong chuyển động
+ Chất điểm: Một vật chuyển động được coi là chất điểm nếu kích thước của nó rất nhỏ so với quãng đường đi được hoặc so với khoảng cách mà ta đề cập đến.
+ Vị trí: Để xác định vị trí của vật, ta cần chọn một vật khác làm gốc. Sau đó gắn vào vật này một trục Ox hoặc hệ tọa độ Oxy. Khi đó, vị trí của vật có thể được xác định bởi tọa độ 𝑥 = 𝑂𝑀. Vật làm gốc, hệ trục tọa độ kết hợp với đồng hồ đo thời gian tạo thành hệ quy chiếu.
+ Thời điểm: Thời gian có thể biểu diễn thành một trục gọi là trục thời gian. Chọn một điểm nhất định làm gốc thời gian thì mọi điểm khác trên trục thời gian được gọi là thời điểm.
+ Quỹ đạo: Đường nối những vị trí liên tiếp của vật theo thời gian trong quá trình chuyển động.
Tốc độ
+ Tốc độ trung bình: tốc độ trung bình của vật (kí hiệu vtb) được xác định bằng thương số giữa quãng đường vật đi được và thời gian để vật thực hiện quãng đường đó
𝑣𝑡𝑏 = 𝑠
△ 𝑡 Trong hệ SI, đơn vị của tốc độ là m/s
Một số đơn vị thường dùng khác của tốc độ là km/h, km/s, cm/s,…
+ Tốc độ tức thời: tốc độ trung bình tính trong khoảng thời gian rất nhỏ là tốc độ tức thời (ký hiệu 𝑣) diễn tả sự nhanh, chậm của chuyển động tại thời điểm đó.
Vận tốc
+ Độ dịch chuyển: được xác định bằng độ biến thiên tọa độ của vật 𝑑 = 𝑥2− 𝑥1 =△ 𝑥
Độ dịch chuyển là đại lượng vectơ, kí hiệu là d
Độ dịch chuyển có thể nhận giá trị dương, âm hoặc bằng không. Quãng đường là đại lượng không âm.
+ Vận tốc: Vận tốc trung bình là đại lượng vectơ được xác định bằng thương số giữa độ dịch chuyển của vật và thời gian để vật thực hiện độ dịch chuyển đó
𝑣⃗𝑡𝑏 = 𝑑⃗
△ 𝑡 =△ 𝑥⃗
△ 𝑡
Xét trong một khoảng thời gian rất nhỏ, vận tốc trung bình sẽ trở thành vận tốc tức thời. Độ lớn của vật tốc tức thời chính là tốc độ tức thời.
Tốc độ trung bình chỉ bằng độ lớn của vận tốc trung bình khi vật chuyển động thẳng không đổi chiều
Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian
+ Vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian dựa vào số liệu cho trước.
+ Xác định vận tốc từ độ dốc của đồ thị (d – t) Khái niệm gia tốc:
Đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên của vật tốc theo thời gian được gọi là gia tốc.
Trong chuyển động thẳng, gia tốc trung bình được xác định theo biểu thức
𝑎𝑡𝑏 =△ 𝑣
△ 𝑡 =𝑣2− 𝑣1
△ 𝑡
Gia tốc tức thời tại một thời điểm có giá trị bằng độ dốc của tiếp tuyến của đồ thị vận tốc – thời gian (v – t) tại thời điểm đó. Trong hệ SI, gia tốc có đơn vị là m/s2
Đo vận tốc là một đại lượng vectơ nên gia tốc cũng là đại lượng vectơ Gia tốc trung bình được xác định 𝑎⃗𝑡𝑏 =△𝑣⃗⃗
△𝑡 =𝑣⃗⃗2−𝑣⃗⃗1
△𝑡
Dựa vào giá trị của gia tốc tức thời để phân chuyển động thành những loại sau:
+ a = 0: chuyển động thẳng đều, vật có độ lớn vận tốc không đổi.
+ a ≠ 0 và bằng hằng số: chuyển động thẳng biến đổi đều, vật có độ lớn vật tốc thay đổi (tăng hoặc giảm) đều theo thời gian.
+ a ≠ 0 nhưng không phải hằng số: chuyển động thẳng biến đổi phức tạp Các phương trình của chuyển động thẳng biến đổi đều
+ Phương trình gia tốc: a = hằng số
+ Phương trình vận tốc: v = vo + a.t (do chọn t0 = 0) + Phương trình độ dịch chuyển:𝑑 =1
2𝑎𝑡2+ 𝑣0𝑡
+ Phương trình xác định tọa độ của vật chuyển động thẳng biến đổi đều:
𝑥 =1
2𝑎𝑡2+ 𝑣0𝑡 + 𝑥0
+ Phương trình liên hệ giữa gia tốc, vận tốc và độ dịch chuyển:𝑣2− 𝑣02 = 2𝑎𝑑
+ Đồ thị (d – t) của chuyển động thẳng biến đổi đều được biểu diễn là một nhánh parabol
Bảng 2. 1 Sơ đồ nội dung phần động