Vì đối tượng áp dụng là cho HSG ở các trường THPT không chuyên nên đề tài nghiên cứu chỉ bám sát chương trình SGK phổ thông (chương trình chuẩn). Do vậy việc rèn luyện PP giải BT cơ học vật lí lớp 10 tập trung vào các phần:
- Động học chất điểm - Động lực học chất điểm - Tĩnh học vật rắn
- Các định luật bảo toàn
Trong đề tài, các bài toán được nghiên cứu là các bài toán phẳng, không nghiên cứu đến bài toán không gian; động lực học vật rắn và cơ học chất lưu.
Chủ đề 1: ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM A. Các kiến thức lí thuyết cơ bản
1. Chất điểm
2. Quỹ đạo
3. Thời điểm
4. Thời gian chuyển động
5. Hệ tọa độ
6. Hệ quy chiếu
7. Đường đi và độ dời 8. Vận tốc và tốc độ 9. Gia tốc
10. Các thuật ngữ
11. Phương pháp tọa độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn * Chuyển động thẳng đều 1. Vận tốc: 2. Đường đi 3. Phương trình chuyển động 4. Cộng vận tốc 5. Công thức cộng gia tốc
* Chuyển động thẳng biến đổi đều
1. Gia tốc 2. Vận tốc 3. Đường đi
4. Liên hệ vận tốc, gia tốc, đường đi 5. Phương trình chuyển động * Chuyển động rơi tự do * Chuyển động tròn đều 1. Đường đi 2. Tốc độ góc 3. Gia tốc 4. Liên hệ tốc độ góc chu kì và tần số 5. Liên hệ tốc độ dài và tốc độ góc
* Chuyển động tròn biến đổi đều
1. Gia tốc tiếp tuyến .
2. Gia tốc pháp tuyến 3. Gia tốc toàn phần 4. Gia tốc góc
5. Độ lớn vận tốc dài
6. Đường đi
7. Liên hệ các đại lượng dài
8. Tốc độ góc
9. Góc quay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
* Chuyển động của một vật bị ném (Bỏ qua sức cản của không khí)
- Góc ném là (so với phương ngang). Nếu 0 thì vật được ném ngang; Nếu 0
90
thì vật được ném thẳng đứng ; Nếu 0 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
0 90 thì vật được ném xiên.
- Phân tích chuyển động của vật thành hai thành phần: Theo phương ngang Ox (chuyển động thẳng đều) và theo phương thẳng đứng Oy (chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc g
.
1. Các phương trình viết cho chuyển động thành phần theo phương ngang: 2. Các phương trình viết cho chuyển động thành phần theo phương thẳng đứng. 3. Vận tốc của vật tại một thời điểm:
C. Phƣơng pháp chung giải bài tập về động học:
+ Bước 1: Chọn hệ quy chiếu; vẽ hình và biểu diễn các véc tơ vận tốc và gia tốc của mỗi vật và tóm tắt đầu bài bằng các kí hiệu.
+ Bước 2: Ghi tên các công thức có liên quan đến các dữ kiện và ẩn số; phân tích các thuật ngữ trong đề bài để hiểu diễn biến của chuyển động; Tìm kiến thức toán học có liên quan đến BT.
+ Bước 3: Lập các phương trình dựa trên bước 2. Số phương trình ít nhất phải bằng số ẩn trong các phương trình. Giải hệ các phương trình.
+ Bước 4: Biện luận kết quả tìm được.
D. Những chú ý khi giải bài tập về động học chất điểm
- Cần phân biệt các khái niệm: đường đi và độ dời; tốc độ và vận tốc; thời gian và thời điểm.
- Luôn chọn hệ quy chiếu trước khi lập phương trình chuyển động. Việc chọn hệ quy chiếu khi giải các bài toán động học là tuỳ ý nhưng phải chọn sao cho phù hợp để việc giải bài toán được đơn giản. Cụ thể, việc chọn hệ quy chiếu gồm: chọn hệ tọa độ (gốc tọa độ, trục tọa độ, chiều dương) và gốc thời gian. Sau đó dựa vào hệ quy chiếu đã chọn xác định giá trị và dấu của các đại lượng x t0, 0 và v.
- Khi thay giá trị của các đại lượng vật lí vào các phương trình cần xem xét đơn vị của chúng đã phù hợp chưa, cần đổi ra đơn vị nào cho đơn giản.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Trước khi sử dụng công thức cộng vận tốc cần gọi tên ba vật theo số (vật 1, vật 2, vật 3). Ví dụ: gọi thuyền, nước, bờ là các vật tương ứng 1,2,3. Sau đó xác định các vận tốc tuyệt đối v13
, vận tốc tương đối v12
và vận tốc kéo theov23
dựa vào đề bài. - Các bài toán thường cho các chuyển động không đổi chiều nên x S v t
- Trong chuyển động thẳng NDĐ không vận tốc đầu, quãng đường đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp thì tỉ lệ với các số lẻ liên tiếp.
1: 2: 3: 4: ... 1: 3 : 5 : 7...
l l l l Và hiệu các quãng đường vật đi được trong những khoảng thời gian bằng nhau liên tiếp là một hằng số:
1 1 2 ... 3 2 2 1 .
n n n n
l l l l l l l l aT2 const, với T là thời gian đi mỗi quãng đường ln.
- Xác định thời điểm và vị trí lúc 2 chất điểm gặp nhau hoặc khoảng cách giữa hai vật thì ta cần lập phương trình chuyển động của hai vật. Tại vị trí gặp nhau, hai vật có cùng tọa độ. Giải hệ 1 2 1 2 x x y y ta tìm được ẩn.
- Xác định khoảng cách hai vật tại một thời điểm: 2 2
1 2 1 2
d x x y y . Để tìm khoảng cách ngắn nhất hay dài nhất giữa hai vật ta cần dựa vào các tính chất và công thức toán học như: Bất đẳng thức Côsi, tính chất của hàm số bậc hai, định lí hàm số sin, định lí hàm số cosin...
- Với bài toán về chuyển động của vật bị ném (bỏ qua sức cản không khí, vật chỉ chịu trọng lựcP
): (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Để lập phương trình quỹ đạo của vật, ta khử t trong phương trình của x rồi thế vào phương trình của y và dùng hệ thức lượng giác 2
2 1 1 tan cos , ta được phương trình quỹ đạo có dạng 2 yax bxc.
+ Để phương trình quỹ đạo có nghiệm thì 0. Tại điểm cao nhất C của quỹ đạo ta có: vy 0; 4 y a ; 2 b x a
. Ta dùng kiến thức toán này trong trường hợp cần tính tầm ném xa cực đại, vận tốc tối thiểu ứng với tầm ném xa xác định…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
có chứa ẩn số phải tìm.
+ Nếu chọn hệ tọa độ mà không trục nào nằm ngang hoặc thẳng đứng thì cả hai chuyển động thành phần trên hai trục tọa độ đều là chuyển động thẳng biến đổi đều. Trong trường hợp này, để xác định các vận tốc đầu và gia tốc của các chuyển động thành phần ta cần chiếu v0
và g
lên các trục.
Chủ đề 2: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM A. Các kiến thức lí thuyết cơ bản
1. Lực 2. Lực quán tính 3. Sự cân bằng lực 4. Trạng thái cân bằng 5. Tổng hợp lực 6. Phân tích lực 7. Hệ vật 8. Nội lực và ngoại lực 9. Phương pháp động lực học
B. Các định luật về chuyển động, các lực cơ học và công thức tƣơng ứng
1.Định luật I Niu-tơn
2. Định luật II Niu tơn 3. Định luật III Niu-tơn
4. Lực hấp dẫn 5. Lực đàn hồi 6. Lực ma sát
C. Phƣơng pháp chung giải bài tập về động lực học:
+ Bước 1: Chọn vật khảo sát; vẽ hình và biểu diễn các lực tác dụng lên vật; chọn hệ quy chiếu và tóm tắt đầu bài.
+ Bước 2: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn dưới dạng véctơ Fhl ma . Sau đó chiếu phương trình véc tơ này lên các trục tọa độ để được các phương trình đại số. Căn cứ dữ kiện và các công thức vật lí, lập thêm các phương trình khác. Số các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
phương trình bằng số ẩn trong các phương trình. + Bước 3: Giải hệ các phương trình.
+ Bước 4: Biện luận kết quả tìm được.
D. Những chú ý khi giải bài tập về động lực học
- Một bước không thể thiếu khi giải BT về động lực học và tĩnh học là phải phân tích các lực tác dụng lên vật và biểu diễn các lực đó trên hình vẽ. Các véc tơ lực cần được vẽ đúng hướng và đúng tỉ lệ độ dài.
- Để vẽ đủ các lực tác dụng lên vật ta cần căn cứ vào định luật III Niutơn. Phải xét xem vật tiếp xúc, tương tác với những vật nào thì chỉ những vật đó mới có lực tác dụng lên vật đang xét. Chú ý là lực không xuất hiện một mình (trừ lực quán tính) mà luôn xuất hiện thành từng cặp lực và phản lực.
- Ta chọn hệ quy chiếu sao cho bài toán là đơn giản nhất. Nếu chọn hệ quy chiếu phi quán tính thì có thêm lực quán tính.
- Để tìm áp lực N trong biểu thức của các lực ma sát, ta cần chiếu phương trình định luật II Niutơn Fhl ma lên phương vuông góc với bề mặt tiếp xúc của vật.
- Đối với những bài toán về chuyển động của vật bị ném (bỏ qua sức cản không khí, vật chỉ chịu trọng lựcP
),ta dùng PP tọa độ và các công thức động học để giải. - Đối với các bài toán về chuyển động tròn: Với chuyển động tròn luôn có một lựchoặc thành phần lực hướng vào tâm quỹ đạo. Tại một điểm trên quỹ đạo ta luôn có hình chiếu của hợp lực lên phương bán kính nối điểm đó đóng vai trò và bằng lực hướng tâm. 2
ht mv F
r (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(v là vận tốc tức tời tại điểm đó).
- Đối với các bài toán về chuyển động của hệ vật:
+ Các hệ vật thường gặp: Hệ vật liên kết với nhau bằng dây nối; hệ vật liên kết qua ròng rọc; hệ vật chồng lên nhau...
+ Nếu hệ vật có ròng rọc mà bỏ qua ma sát ở ròng rọc và khối lượng ròng rọc thì lực căng dây ở hai phía ròng rọc có giá trị bằng nhau. Lực tác dụng lên trục ròng rọc bằng hợp lực của hai lực căng đó.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
từng vật riêng rẽ; khi không có chuyển động tương đối (các vật trong hệ chuyển động với cùng gia tốc), ta có thể coi hệ là một vật khi khảo sát. và gia tốc của hệ chỉ do các ngoại lực gây ra. i
i F a m Chủ đề 3: TĨNH HỌC VẬT RẮN A. Các kiến thức lí thuyết cơ bản
1. Vật rắn
2. Đặc điểm chuyển động của vật rắn 3.Trọng tâm của vật rắn
4. Cánh tay đòn của lực 5. Mô men của lực
6. Mặt chân đế
7. Ngẫu lực
8. Các dạng cân bằng
B. Các công thức về tĩnh học vật rắn
1.Tọa độ của khối tâm
2. Mô men của lực đối với một điểm 3. Mô men ngẫu lực
4. Hợp lực của hai lực song song cùng chiều 5. Hợp lực của hai lực song song ngược chiều 6. Điều kiện cân bằng của một chất điểm
7. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định
8. Điều kiện cân bằng tổng quát của một vật rắn
C. Phƣơng pháp chung giải các bài tập về tĩnh học vật rắn
+ Bước 1:
- Chọn vật khảo sát. Vật khảo sát có thể là một vật rắn; một “vật” do nhiều vật ghép lại; một nút, điểm tập trung của các dây, các thanh.
- Vẽ hình và biểu diễn các lực tác dụng lên vật.
- Chọn hệ quy chiếu (chỉ cần chọn hệ tọa độ để chiếu); tóm tắt đầu bài. + Bước 2:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn dưới dạng véctơ Fhl ma0 . Sau đó chiếu phương trình véc tơ này lên các trục tọa độ để được hai phương trình đại số: 0 0 x y F F
- Chọn vị trí trục quay cố định; viết phương trình về mômen lực với trục quay đó. Có thể chọn một hay nhiều vị trí trục quay khác nhau để lập các phương trình về mômen lực.
- Căn cứ suy luận từ các dữ kiện và các công thức vật lí, lập thêm các phương trình khác. Số các phương trình cần lập ít nhất bằng số ẩn trong các phương trình. + Bước 3: Giải hệ các phương trình.
+ Bước 4: Biện luận kết quả tìm được.
D. Những chú ý khi giải bài tập về tĩnh học (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Để xác định trọng tâm vật rắn ta có thể dùng công thức tọa độ khối tâm, cũng có thể dùng quy tắc hợp lực song song.
- Việc xác định các lực tác dụng lên từng vật tương tự như đối với phần động lực học.
- Việc chọn hệ tọa độ để lấy trục chiếu và việc chọn vị trí trục quay cần dựa trên đặc điểm của các lực đã phân tích được. Ta thường chiếu lên trục vuông góc với lực ẩn và chọn vị trí trục quay có nhiều lực đi qua nhất hoặc chưa biết lực đi qua trục quay đó.
- Việc thiết lập điều kiện cân bằng của vật rắn dựa vào các lực đã phân tích. Có 3 cách lập hệ phương trình cân bằng:
Dạng 2 phương trình chiếu, 1 phương trình mô men. Dạng 1 phương trình chiếu, 2 phương trình momen.
Dạng 3 phương trình momen (ba điểm chọn làm trục quay phải không thẳng hàng).
- Vật còn cân bằng khi lực ma sát còn là lực ma sát nghỉ.
- Việc xác định các lực tác dụng lên từng vật cũng tương tự như đối với phần động lực học nhưng cần lưu ý đến đặc điểm của hệ ba lực cân bằng. Trường hợp vật chịu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nhiều hơn ba lực thì có thể tổng hợp các lực đã biết để đưa về hệ chỉ còn ba lực. - Đối với hệ vật, có hai điều kiện cân bằng: Điều kiện cân bằng của một vật tách riêng và điều kiện cân bằng của toàn hệ hóa rắn (xem hệ như một vật rắn duy nhất), các nội lực khử lẫn nhau hay còn gọi là điều kiện cân bằng của các ngoại lực. Do vậy, đối với bài toán về hệ vật, cả về động lực học hay tĩnh học, có hai PP thành lập các phương trình: PP tách vật và PP tổng thể (còn gọi là PP hóa rắn). Nếu số phương trình vẫn ít hơn số ẩn thì cần kết hợp cả hai PP.
- Khi xác định và vẽ phản lực của các vật tiếp xúc (tường, sàn, trần, vật…) lên vật khảo sát thì các véc tơ phản lực có phương vuông góc với tiếp tuyến của bề mặt tiếp xúc nhưng nếu vật khảo sát không tiếp xúc trực tiếp với tường, trần… mà thông qua bản lề thì phản lực của bản lề lên vật nói chung là không vuông góc với tường, trần…
Chủ đề 4: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN A. Các kiến thức lí thuyết cơ bản
1. Hệ kín (hệ cô lập) 2. Xung lực
3. Động lượng
4. Định luật biến thiên động lượng 5. Định luật bảo toàn động lượng 6. Công
7. Công suất
8. Hiệu suất 9. Năng lượng
10. Định luật bảo toàn năng lượng
11. Động năng
12. Định lí biến thiên động năng 13. Lực thế
14. Thế năng 15. Cơ năng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
16. Định luật bảo toàn cơ năng 17. Định luật biến thiên cơ năng 18. Va chạm
B. Phƣơng pháp giải bài tập vận dụng các định luật bảo toàn (PP năng lƣợng)
Về nguyên tắc, có thể sử dụng PP động lực học để giải các bài toán cơ học