Luận văn Đề tài: “Phân loại giải tập chương Động học chất điểm vật lý lớp 10 nâng cao Mc lc A Mở ĐầU Lý chọn đề tài Cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước mục tiêu hàng đầu đường lối xây dựng phát triển nước ta, "Đến năm 2020 đất nước ta phải trở thành nước công nghiệp" Muốn thực thành công nghiệp này, phải thấy rõ nhân tố định thắng lợi nguồn nhân lực người Việt Nam Nền giáo dục ta không lo đào tạo cho đủ số lượng mà cần quan tâm đặc biệt đến chất lượng đào tạo Trước tình hình đó, giáo dục nước ta đặc biệt nhấn mạnh đến việc đổi phương pháp, hình thức tổ chức dạy học theo hướng phát huy tính động, sáng tạo người học phát huy khả học tập suốt đời để chủ động tồn giới Ở trường phổ thông, đổi phương pháp dạy học nghĩa tạo điều kiện để học sinh tiếp thu kiến thức cách tích cực, tự lực biết vận dụng sáng tạo tri thức để giải vấn đề học tập sống Với tinh thần đó, thực đổi phương pháp dạy học theo hướng đưa học sinh vào vị trí chủ thể hoạt động nhận thức Vật lý môn học quan trọng hệ thống môn học trường phổ thơng Nó cung cấp kiến thức tượng vật lý, khái niệm, định luật, thuyết…và góp phần hình thành giới quan khoa học cho học sinh Bài tập vật lý phổ thơng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng việc cố, mở rộng, đào sâu, hoàn thiện kiến thức lý thuyết rèn luyện cho học sinh khả vận dụng kiến thức vào thực tiễn, góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp Tuy nhiên thực tế việc dạy học vật lý tập vật lý trường phổ thông theo phương pháp truyền thống, chưa có phương pháp cụ thể, đặc trưng cho loại tập Từ học sinh tiếp nhận kiến thức cách thụ động dẫn đến học trở nên nhàm chán Nhà vật lý Albert Einstein nói: “Chức cao người thầy khơng phải truyền đạt kiến thức mà khuyến khích học sinh yêu kiến thức mưu cầu kiến thức” Để làm cần phải nghiên cứu, áp dụng liên tục cải tiến phương pháp giảng dạy Chương “Động học chất điểm” chương quan trọng phần học chương trình Vật lý lớp 10 nâng cao Các kiến thức phần tảng để học sinh tiếp tục tiếp thu kiến thức Do việc nghiên cứu, tìm biện pháp phù hợp để dạy học có hiệu chương “Động học chất điểm” việc làm cần thiết Vì lí với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy học, phù hợp với sách đổi nội dung phương pháp dạy học Bộ giáo dục, em xin chọn đề tài: “Phân loại giải tập chương Động học chất điểm vật lý lớp 10 nâng cao” để làm đề tài tiểu luận Mục tiêu nghiên cứu - Phân loại tập chương “Động học chất điểm” - Nêu phương pháp giải số tập chương “Động học chất điểm” Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lí luận thực tiễn việc sử dụng tập dạy học vật lý trường phổ thông - Nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Động học chất điểm” - Phân loại tập chương “Động học chất điểm” - Đề xuất phương pháp giải tập chương “Động học chất điểm” - Giải số tập chương “Động học chất điểm” Đối tượng nghiên cứu Bài tập chương “Động học chất điểm” vật lý lớp 10 nâng cao Phạm vi nghiên cứu Trong tiểu luận nghiên cứu cách phân loại tập chương “Động học chất điểm” vật lý lớp 10 nhằm giúp học sinh dễ dàng nắm bắt dạng tập chương qua phát huy tính tích cực, sáng tạo học tập cho em Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận - Tổng kết kinh nghiệm Cấu trúc tiểu luận A MỞ ĐẦU B NỘI DUNG Chương I: Bài tập dạy học vật lý Chương II: Phân loại giải tập chương “Động học chất điểm” Vật lý 10 nâng cao C KẾT LUẬN D TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ch¬ng i b néi dung tập dạy học vật lý 1.1 Vai trũ tập dạy học vật lý Việc giảng dạy tập vật lý nhà trường không giúp học sinh hiểu cách sâu sắc đầy đủ kiến thức quy định chương trình mà giúp em vận dụng kiến thức để giải nhiệm vụ học tập vấn đề mà thực tiễn đặt Muốn đạt điều đó, phải thường xuyên rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo vận dụng kiến thức vào sống ngày Kỹ vận dụng kiến thức tập thực tiễn đời sống thước mức độ sâu sắc vững vàn kiến thức mà học sinh thu nhận Bài tập vật lý với chức phương pháp dạy học có vị trí đặc biệt dạy học vật lý trường phổ thông Trước hết, vật lý môn khoa học giúp học sinh nắm dược qui luật vận động giới vật chất tập vật lý giúp học sinh hiểu rõ qui luật ấy, biết phân tích vận dụng qui luật vào thực tiễn Trong nhiều trường hợp mặt dù người giáo viên có trình bày tài liệu cách mạch lạc, hợp lơgích, phát biểu định luật xác, làm thí nghiệm yêu cầu, qui tắc có kết xác điều kiện cần chưa đủ để học sinh hiểu nắm sâu sắc kiến thức Chỉ thông qua việc giải tập vật lý hình thức hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng kiến thức học để giải tình cụ thể kiến thức trở nên sâu sắc hồn thiện Trong qua trình giải tình cụ thể tập vật lý đặt ra, học sinh phải sử dụng thao tác tư phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa , trừu tượng hóa …để giải vấn đề, tư học sinh có điều kiện để phát triển Vì nói tập vật lý phương tiện tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả độc lập suy nghĩ hành động, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn sống học sinh Bài tập vật lý hội để giáo viên đề cập đến kiến thức mà học lý thuyết chưa có điều kiện để đề cập qua nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh Đặc biệt, để giải tập vật lý hình thức trắc nghiệm khách quan học sinh việc nhớ lại kiến thức cách tổng hợp, xác nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học học sinh cần phải rèn luyện cho tính phản ứng nhanh tình cụ thể, bên cạnh học sinh phải giải thật nhiều dạng tập khác để có kiến thức tổng hợp, xác khoa học 1.2 Phân loại tập vật lý Tất cách phân loại có tính tương đối có tính chất qui ước Người ta phân loại tập dựa vào dấu hiệu, khác 1.2.1 Căn vào cách giải - Bài tập định tính - Bài tập định lượng (bài tập tính tốn) - Bài tập đồ thị - Bài tập thí nghiệm 1.2.2 Căn vào mục đích sử dụng - Bài tập tập dượt - Bài tập tổng hợp 1.2.3 Căn vào nội dung - Bài tập có nội dung lịch sử - Bài tập có nội dung thực tế - Bài tập có nội dung giả tạo 1.3 Phương pháp chung để giải tập vật lý Tác dụng tập vật lý phát huy tối tuân thủ phương pháp giải tập vật lý Vì cần phải rèn luyện cho học sinh biết cách giải tập cách khoa học đảm bảo đến kết cách chắn Cần phải giúp học sinh tránh cách giải theo kiểu mò mẩm, may rủi Muốn thế, thầy giáo phải hướng dẫn học sinh vận dụng phương pháp giải tập vật lý từ tiết tập suốt trình học vật lý Trên thực tế, đa số học sinh thường vận dụng cơng thức cách máy móc giải cách mị mẫm: áp dụng cơng thức khơng áp dụng cơng thức khác mà khơng hiểu tốn liên quan đến tượng, định luật hay hệ Và không hiểu chất vật lý tượng liên quan Để cho việc giải tập thực có hiệu quả, giải tập vật lý cần hướng dẫn học sinh theo bước sau: Bước Đọc kỹ đầu bài, tìm hiểu ý nghĩa thuật ngữ mới, nắm vững đâu kiện, đâu ẩn số phải tìm Để từ tóm tắt đầu kí hiệu hình vẽ Đọc kĩ đầu nhằm giúp học sinh hiểu đề tìm phương hướng để giải vấn đề Song học sinh nhận thức rõ điều tạo cho thói quen đọc đọc lại đề nhiều lần trước bắt tay vào giải Thực tế cho thấy nhiều học sinh đọc lướt qua để sau giải ngay, thường dẫn đến sai lầm, thiếu sót hiểu sai đề ra, khơng thể giải tốn bỏ sót kiện Những sai sót tránh ta biết đọc kĩ đề Bước Phân tích tượng vật lý đề nhằm sáng tỏ chất tượng, trình vật lý đề cập tập Đây bước có tính chất định đến chất lượng việc giải tập vật lý Kết bước phân tích cần làm rõ số điểm sau đây: - Bài tập giải thuộc loại nào: tập định tính hay định lượng, tập đồ thị hay tập thí nghiệm - Nội dung tập đề cập đến tượng vật lý nào? Mối liên hệ tượng diễn biến theo quy luật nào? - Đối tượng xét trạng thái nào: biến đổi hay ổn định? Những điều kiện ổn định hay biến đổi gì? - Có đặc trưng định tính, định lượng biết chưa biết ? Mối liên hệ đặc trưng liên quan đến định luật, quy tắc , định nghĩa nào? Kết bước công thức, định luật cần huy động giải tập Bước Xác định phương pháp, vạch kế hoạch tiến hành giải cụ thể Có hai phương pháp chung, là: phương pháp phân tích phương pháp tổng hợp - Phương pháp phân tích: Theo phương pháp phân tích việc giải tập vật lý phân chia nhiều giai đoạn, giai đoạn tập nhỏ đơn giản tập tạo thành hệ thống gồm nhiều tập nhỏ Để tìm ẩn số ta phải giải toán nhỏ Theo phương pháp việc giải tập phải ẩn số - Phương pháp tổng hợp: Theo phương pháp tổng hợp việc giải tập vật lý không ẩn số mà dự kiện toán để tính tốn(hoặc lập luận) để tiến dần đến ẩn số phải tìm Bước Kiểm tra biện luận Để đảm bảo tính đắn lời giải sau giải ta cần tiến hành kiểm tra kết biện luận (đối với tập cần biện luận) để loại bỏ kết không phù hợp khẳng định kết theo điều kiện ban đầu đặt Bước cần thiết, qua rèn luyện cho học sinh đức tính cẩn thận, thói quen ý thức thường xuyên kiểm tra kết cơng việc Đó phẩm chất cần thiết người lao động Tùy vào tốn mà ta biện luận không cần biện luận, bỏ qua khâu kiểm tra Để kiểm tra tiến hành theo cách sau: - Xem lại cách cẩn thận tiến trình giải để phát sai sót có - Giải lại toán phương pháp khác so sánh kết hai lần giải - Khác với cơng thức tốn học, cơng thức vật lý phải hai vế trị số lẫn đơn vị Vì để kiểm tra kết hay sai ta cần kiểm tra thứ nguyên biểu thức kết Việc kiểm tra biện luận giải tập giúp học sinh mở rộng hiểu biết Qua biện luận kết khơng phù hợp với điều kiện ban đầu toán, không phù hợp với thực tế phải loại bỏ Nhờ biện luận kiểm tra giúp học sinh phát sai sót tiến trình giải tập Trên bốn bước để giải tập vật lý, nhiên loại tập có đặc điểm riêng, nên vận dụng phải tùy vào tập cụ thể để vận dụng cho linh hoạt 1.4 Vấn đề lựa chọn tập vật lý Trong dạy học đề tài nào, giáo viên cần phải lựa chọn hệ thống tập thoả mãn yêu cầu sau: Các tập phải từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp (phạm vi số lượng kiến thức, kĩ cần vận dụng từ đề tài đến nhiều đề tài, số lượng đại lượng cho biết đại lượng phải tìm…) giúp học sinh nắm phương pháp giải loại tập điển hình Mỗi tập phải mắt xích hệ thống tập, đóng góp phần vào việc củng cố, hồn thiện mở rộng kiến thức Hệ thống tập cần bao gồm nhiều loại tập: tập giả tạo tập có nội dung thực tế, tập luyện tập tập sáng tạo, tập cho thừa thiếu kiện, tập mang tính chất ngụy biện nghịch lí, tập có nhiều cách giải khác tập có nhiều lời giải tuỳ theo điều kiện cụ thể tập mà giáo viên không nêu lên nêu lên iu kin no ú m thụi Chơng ii Phân loại giảI tập chơng độnghọc chất điểm vật lý 10 n©ng cao 2.1 Nội dung kiến thức chương “Động học chất điểm” vật lý lớp 10 nâng cao 2.1.1 Vị trí, vai trị kiến thức chương “Động học chất điểm” Phần động học chất điểm phần học nghiên cứu chuyển động đơn giản tự nhiên (chuyển động học) Trong người ta nghiên cứu cách xác định vị trí vật khơng gian thời điểm khác mơ tả tính chất chuyển động vật phương trình tốn học, chưa xét đến nguyên nhân chuyển động Ở phần đề cập đến khái niệm liên quan đến chuyển động chất điểm, quỹ đạo, độ dời, hệ quy chiếu; đại lượng đặc trưng cho chuyển động thời gian, quãng đường, vận tốc, gia tốc; dạng chuyển động đơn giản chuyển động thẳng gồm có chuyển động thẳng chuyển động thẳng biến đổi đều, chuyển động tròn chyển động vật bị ném nghiên cứu đặc điểm chuyển động tính tương đối chuyển động Các phương pháp vật lý nghiên cứu phần gồm có phương pháp mơ hình, phương pháp thực nghiệm, phương pháp tương tự 2.1.2 Kiến thức kỹ học sinh cần đạt chương “Động học chất điểm” 2.1.2.1 Cấu trúc chương Động học chất điểm 2.1.2.2 Kiến thức chương Động học chất điểm 2.1.2.2.1 Chất điểm Chất điểm vật có khối lượng có kích thước khơng đáng kể so với khoảng cách mà ta khảo sát Khi vật coi chất điểm khối lượng vật coi tập trung chất điểm Các hành tinh hệ mặt trời chuyển động xung quanh mặt trời coi chất điểm 2.1.2.2.2 Quỹ đạo Quỹ đạo đường mà chất điểm vạch không gian chuyển động.Muốn xác định quỹ đạo chuyển động vật ta phải dựa vào phương pháp toạ độ 2.1.2.2.3 Hệ quy chiếu Vật chọn làm mốc với hệ toạ độ đồng hồ gắn liền với nó, dùng để xác định vị trí củ a vật khác gọi hệ quy chiếu Hệ quy chiếu ban đầu xây dựng học cổ điển Newton hệ đứng yên tuyệt đối.Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ tồn hệ quy chiếu tuyệt đối ảo giác 2.1.2.2.4 Vận tốc Vận tốc đại lượng vật lý đặc trưng cho nhanh hay chậm chuyển động cho biết hướng chuyển động Như vận tốc vừa đại lượng có hướng vừa có giá trị cụ thể Vậy vận tốc phải đại lượng vectơ Mặt khác q trình chuyển động, chất điểm chuyển động nhanh hay chậm đi, xét đến khái niệm vận tốc ta phải khảo sát khoảng thời gian định Định nghĩa xác vận tốc là: r r ds ν = dt Định nghĩa thực định nghĩa vận tốc tức thời,phù hợp cho loại chuyển động chặt chẽ mặt lôgic.Nhưng muốn định nghĩa phải có kiến thức giới hạn,đạo hàm,vi phân.Điều gặp khó khăn học sinh đầu cấp,vì phải đưa thêm khái niệm khác vận tốc trung bình,tốc độ trung bình,tốc độ tức thời + Vận tốc trung bình Vectơ vận tốc trung bình chất điểm thời gian ∆t định nghĩa là: ur u r ∆r v= ∆t r Với ∆r vectơ độ dời chất điểm Vectơ vận tốc trung bình có hướng trùng với vectơ dịch chuyển biểu thị thay đổi vị trí chất điểm khoảng thời gian ∆t Trong chuyển động thẳng, giá trị vận tốc trung bình tính theo cơng thức: v= ∆x ∆t 10 Bài 17 Một xe buýt chạy A đoạn đường thẳng BC với vận tốc v1 = 15 km/h có hành khách đứng điểm A cách xe đoạn a = 400 m cách đường ô tô d đoạn d = 800 m tìm cách chạy C đến gặp xe buýt Hỏi người chạy với vận tốc nhỏ theo hướng gặp xe ? (Hình 1.8) a r v1 H B Hình 1.8 C B Bài 18 Xe I xuất phát từ điểm A chạy đường thẳng AC với vận tốc v1 Cùng lúc điểm B cách A đoạn l có xe II xuất phát với vận tốc v2 để đến gặp xe I Biết đoạn AB làm với đường BH vng góc với AC góc α (Hình 1.9) α H l r v1 A a) Hỏi xe II phải theo hướng sau thời gian để gặp xe I ? Hình 1.9 b)Tìm điều kiện để hai xe gặp H 2.2.2 CHỦ ĐỀ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU 2.2.2.1 Các dạng tập Dạng 1: Tính vận tốc trung bình chuyển động thẳng biến đổi + Phương pháp giải Đây loại tốn vận tốc trung bình qng đường vật chuyển s t động không Để giải tốn cần áp dụng cơng thức v = Thông thường đoạn khác quãng đường , đề cho biết vận tốc vật, cơng thức cịn viết dạng : v= v1t1 + v2t2 + t1 + t + Trong vi , ti vận tốc thời gian đoạn si quãng đường Tùy thuộc vào kiện đề, biết ti , si vi + Bài tập ví dụ Một người xe đạp đoạn đường thẳng AB Nữa đoạn đường đầu người với vận tốc trung bình 20km/h ; thời gian lại với vận tốc 10km/h, 30 sau dắt với vận tốc 5km/h Tính vận tốc trung bình người đoạn đường AB Lời giải Gọi s chiều dài đoạn đường AB Thời gian đoạn đường : t1 = s , với v1 = 20 km/h 2v1 Gọi t2 thời gian quãng đường cịn lại, theo đề khoảng thời gian t2 người với vận tốc v2 = 10 km/h , đoạn đường thời gian : v2 t2 Và cuối thời gian t2 cịn lại người dắt với vận tốc v3 = km/h , đoạn đường thời gian v3 Như ta có : t2 s t t s = v2 + v3 ⇒ t2 = 2 v2 + v3 Thời gian hết toàn đoạn đương AB : t = t1 + t2 = s s 1 + = s( + ) 2v1 v2 + v3 2v1 v2 + v3 Từ đó, vận tốc trung bình đoạn đường AB : v= s 40.15 = = ; 10,9 km/h t ( + ) 40 + 15 2v1 v2 + v3 Dạng : Tính gia tốc, vận tốc, thời gian quãng đường chuyển động thẳng biến đổi + Phương pháp giải Đây loại toán xác định thông số đặc trưng cho chuyển động nhanh dần dựa vào công thức đường (hoặc vào định nghĩa đại lượng) Để giải toán: - Áp dụng cơng thức tính đường : s = v0t + 31 at 2 - Công thức : a = ∆v ∆t 2 - Công thức : vt − v0 = 2as Nếu chọn chiều dương chiều chuyển động : a > chuyển động nhanh dần ; a < chuyển động chậm dần + Bài tập ví dụ: Một xe chuyển động thẳng nhanh dần đoạn đường s1 = 35 m s2 = 120 m khoảng thời gian liên tiếp 5s Tìm gia tốc vận tốc ban đầu xe Lời giải Áp dụng cơng thức tính đường : s = v0t + at Theo đề : Khi t1 = s , s1 = 35 m t2 = 10 s , s2 = 120 m ta 25a  = 35 5v0 + phương trình :  10v0 + 50a = 120  (1) (2) Giải hệ ta : a = m/s ; v0 = m/s Dạng 3: Bài toán gặp hai vật chuyển động thẳng biến đổi + Phương pháp giải Đây loại tốn lập phương trình chuyển động vật chuyển động biến đổi đều, từ khảo sát hai vật gặp (lúc đâu) , xác định khoảng cách hai vật (bằng x1 − x2 ) Điều quan trọng : sở chọn gốc tọa độ, chiều dương trục tọa độ, gốc thời gian, vào liệu đề xác định giá trị đại số a, v0, từ lập phương trình chuyển động Cần lưu ý kiểm tra đơn vị đo đại lượng thay số Ngồi tốn thuận cịn có tốn nghịch, phải tìm a, v0…Để khẳng định giá trị đại số a, v0 , nên dùng hình vẽ minh họa tập ví dụ Nói chung tốn phức tạp toán chuyển động xét chủ đề chuyển động thẳng + Bài tập ví dụ 32 Cùng lúc hai xe qua hai địa điểm cách 260m ngược chiều nhau, tới gặp Xe A có vận tốc đầu 10,8 km/h chuyển động nhanh dần với gia tốc 40cm/s2 Xe B có vận tốc đầu 30km/h chuyển động chậm dần với gia tốc 0,4 m/s2 Hỏi sau hai người gặp đến lúc gặp hai người quãng đường dài bao nhiêu? Lời giải Ta chọn gốc tọa độ vị trí xe A cách xe B 260m, chiều dương chiều chuyển động xe A (hình 2.3), gốc thời gian lúc hai xe qua hai địa điểm r r r r a1 v01 a2 v02 A Đối với xe A : Hình 2.1 B v = 10,8 km/h = m/s a = 40 cm/s = 0,4 m/s Do ta có phương trình chuyển động xe A : x A = 3t + 0,2t (1) Đối với xe B : v0 = −36 km/h = −10 m/s a = 0,4 m/s Do ta có phương trình chuyển động xe B : xB = 260 − 10t + 0, 2t (2) Hai xe gặp x A = xB , Hay : 3t + 0, 2t = 260 − 10t + 0, 2t Suy t = 20 s Từ x A = 3.20 + 0,2(20) = 140 m Vậy sau 20s hai xe gặp nhau, đến lúc gặp xe A 140m xe B 260 – 140 = 120m Dạng 4: Các đồ thị chuyển động thẳng biến đổi + Phương pháp giải Đây loại toán đồ thị chuyển động thẳng biến đổi a) Thường có đồ thị sau đây: 33 - Đồ thị vận tốc – thời gian: đường thẳng có độ dốc gia tốc a - Đồ thị tọa độ - thời gian: đường parabol Vẽ đồ thị dựa vào số điểm biểu diễn đặc biệt đồ thị giới hạn điều kiện toán Ngược lại, dựa vào đồ thị cho trước, ta tìm đặc điểm chuyển động phương trình (vận tốc, đường đi…), từ suy lời giải tốn b) Đặc điểm chuyển động dựa theo đồ thị vận tốc – thời gian: - Đồ thị hướng lên: a > 0; đồ thị hướng xuống: a < 0; đồ thị nằm ngang a = 0; Kết hợp với dấu v suy tính chất chuyển động - Hai đồ thị song song: hai chuyển động có gia tốc - Giao điểm đồ thị với trục thời gian, xác định lúc vật dừng lại - Hai đồ thị cắt nhau: hai vật có gia tốc Tính a vo từ đồ thị thiết lập phương trình vận tốc phương trình chuyển động c) Giao điểm hai đồ thị tọa độ - thời gian hai vật chuyển động giúp ta xác định thời điểm vị trí hai vật gặp + Bài tập ví dụ: Chuyển động vật có đồ thị tọa độ - thời gian hình vẽ Nêu tính chất giai đoạn chuyển động vật Tính gia tốc lập phương trình vận tốc giai đoạn chuyển động Lập phương trình chuyển động vật giai đoạn Tính quãng đường mà vật vật dừng lại m v ÷ s C 40 10 A O B 10 20 D 40 t ( s) Hình 2.2 Lời giải 1) Trong ba giai đoạn chuyển động, biểu diễn đoạn đồ thị AB, BC, CD, ta có v ≥ (chuyển động vật ln theo chiều) Trong giai đoạn (đoạn AB), gia tốc a1 = 0, vật chuyển động thẳng với vận tốc v1 = 10 m/s khoảng thời gian < t ≤ 10 s Phương trình chuyển động vật là: x1 = 10t (1) 34 Ta chọn gốc tọa độ điểm khởi hành vật Trong giai đoạn (đoạn BC), gia tốc: a2 = 40 − 10 20 − 10 = m/s > → Vật chuyển động nhanh dần khoảng thời gian 10 < t ≤ 20 s Phương trình vận tốc vật, theo đồ thị có dạng: v2 = 3(t − 10) + 10 (m/s) (2) Phương trình chuyển động vật là: x2 = 1,5(t − 10) + 10(t − 10) + 100 Hay: x2 = 1,5t − 20t + 150 (m) (3) (ở t0 = 10s ; v0 = 10m/s; x0 = x1( t =0) = 10.10 = 100m ) Trong giai đoạn (đoạn CD) vật có gia tốc: a3 = − 40 = −2m/s < 40 − 20 → vật chuyển động chậm dần khoảng thời gian 20s < t ≤ 40s dừng lại lúc t = 40s Phương trình vận tốc vật có dạng: v3 = −2(t − 20) + 40 (m/s) (4) Phương trình chuyển động vật là: x3 = −(t − 20) + 40(t − 20) + 350 Hay x3 = −t + 80t − 850 (m) (5) Vì gốc tọa độ điểm khởi hành vật chiều chuyển động vật không thay đổi suốt thời gian vật chuyển động, quãng đường vật bằng: s = x3 = −t + 80t − 850 = − (40) + 80.40 − 850 = 750(m) Cũng tính qng đường dựa vào đồ thị: diện tích đa giác OABCD, đó: s = 10.10 + (10 + 40) (40 − 20).40 (20 − 10) + = 750 (m) 2 Dạng 5: Sự rơi tự Loại 1: Tính thời gian , quãng đường rơi , vận tốc rơi.Liên hệ quãng đường, thời gian , vận tốc hai vật rơi tự + Phương pháp giải Đây toán rơi tự vật 35 Để giải toán cần chọn gốc tọa độ, chiều dương (thường chọn chiều dương hướng xuống), gốc thời gian công thức chuyển động rơi tự Cần ý gốc tọa độ gốc thời gian khơng trùng với vị trí lúc bng vật phương trình rơi tự có dạng tổng quát: y= g (t − t0 ) + y0 , với y0 t0 tương ứng với kiện đề + Bài tập ví dụ: Từ tầng cao tòa nhà cao tầng người ta thả rơi tự vật A Một giây sau, tầng thấp 10m, dọc theo phương chuyển động vật A, người ta buông rơi vật B 1) Sau hai vật A B đụng Tính vận tốc hai vật quãng đường mà vật B 2) Tính khoảng cách hai vật A B sau 2s kể từ lúc vật A bắt đầu rơi Lấy g = 10m/s Lời giải 1) Chọn gốc tọa độ O vị trí vật A bắt đầu rơi, chiều dương trục Oy hướng thẳng đứng xuống dưới, gốc thời gian lúc vật A bắt đầu rơi Phương trình chuyển động vật A B : yA = gt = 5t (1) ; vA = gt = 10t (2) yB = g (t − 1) + 10 = 5t − 10t + 15 (3) ; vB = g (t − 1) = 10t − 10 (4) Hai vật A B đụng yA = yB → 5t = 5t − 10t + 15 hay suy : t = 1,5s Hai vật đụng sau 1,5s kể từ lúc vật A bắt đầu rơi Vận tốc hai vật đụng nhau: Từ (2) (4) suy ra: vA = 10.1,5 = 15m/s v B = 10.1,5 − 10 = 5m/s Khi đụng với vật A, vật B quãng đường là: g (t − 1)2 sA = = 1.25(m) Khoảng cách hai vật sau 2s là: 36 d = y A − yB = 10t − 15 = 5m Loại 2: Chuyển động vật ném thẳng đứng (hướng lên hướng xuống) + Phương pháp gải Đây loại toán chuyển động vật ném thẳng đứng Nội dung toán là: xét chuyển động vật có gia tốc gia tốc rơi tự g có r r vận tốc ban đầu v0 hướng thẳng đứng Tùy thuộc vào hướng vận tốc ban đầu v0 r (hướng lên hướng xuống) mà chuyển động vật nhanh dần (nếu v0 r r r hướng với g ) chậm dần (nếu v0 ngược hướng với g ) Sau phân tích kỹ liệu đề bài, cần vận dụng phương pháp giải toán chuyển động biến đổi nêu ví dụ trước Chỉ cần lưu ý là: Cuối vật r rơi đến mặt đất Trong trường hợp vật ném lên ( v0 hướng lên trên), sau thời gian chuyển động vật đổi chiều, trường hợp cần thận trọng tính quãng đường mà vật + Bài bập thí dụ: Một viên đạn pháo nổ độ cao 100m thành hai mảnh: mảnh A có vận tốc v1 = 60m/s hướng thẳng đứng lên trên, mảnh B có vận tốc v2 = 40m/s hướng thẳng đứng xuống a) Hỏi sau 0,5s kể từ lúc đạn nổ, mảnh B cách mặt đất bao nhiêu? b) Tính khoảng cách hai mảnh sau 0,5s kể từ lúc đạn nổ Lời giải Chọn gốc tọa độ vị trí đạn nổ, chiều dương hướng thẳng đứng lên gốc thời gian lúc đạn nổ Phương trình chuyển động hai mảnh A B là: gt yA = − + v1t = −5t + 60t (1) gt yB = − − v2t = −5t − 40t (2) a) Khoảng cách h từ mảnh B đến mặt đất bằng: h = 100 − yB ( t =0,5 s ) Ta có: yB ( t =0,5 s ) = −5(0,5) − 40.(0,5) = −21,25 37 Từ đó: h = 100 − y B ( t =0,5 s ) = 78,75m b) Khoảng cách H hai mảnh sau 0,5s: H = y A − yB = 100t = 100.0,5 = 50m 2.2.2.2 Bài tập luyện tập Bài Một vật phần đường thời gian t1 với vận tốc trung bình v1, phần lại thời gian t2 với vận tốc trung bình v2 Tìm vận tốc trung bình v vật đoạn đường Trong điều kiện vận tốc trung bình v trung bình cộng hai vận tốc v1 v2 −b ± b − 4ac 2a Bài Một vật chuyển động nhanh dần với vận tốc ban đầu v0 = 36km/h Trong giây thứ tư kể từ lúc vật bắt đầu chuyển động vật 13,5m Tìm gia tốc vật quãng đường vật sau 8s Bài Trên quốc lộ song song với đường sắt ô tô bắt đầu khởi hành chuyển động nhanh dần với gia tốc 0,5 m/s vào lúc tàu hỏa vượt qua với vận tốc 18km/h gia tốc 0,3m/s2 Hỏi ô tô đuổi kịp tàu hỏa vận tốc tơ cách điểm khởi hành bao xa ? Sau phút kể từ lúc ô tô khởi hành hai xe cách nha km ? Bài Hai ô tô khởi hành lúc từ địa điểm A sau thời gian 2h chúng đến địa điểm B Ơ tơ thứ hết đầu đoạn đường với vận tốc trung bình v1 = 30km/h lại với vận tốc trung bình v2 = 45km/h Cịn tơ thứ hai hết qng đường với vận tốc khơng đổi a) Tính vận tốc tơ thứ hai đến B b) Tại thời điểm hai ô tô có vận tốc ? c) Trên đường có lúc xe vượt xe khơng ? Bài Chuyển động ba vật 1, có đồ thị vận tốc – thời gian hình vẽ Hãy nêu tính chất chuyển động vật, lập phương trình vận tốc phương trình đường vật.(Hình 2.3) Bài Thang máy tòa nhà cao tầng chuyển động xuống theo ba giai đoạn liên tiếp Giai đoạn : Chuyển động nhanh dần đều, khơng có vận tốc ban đầu sau 12,5m đạt vận tốc 5m/s Giai đoạn 2: chuyển 38  km  v ÷  h  80 ( 1) ( 3) 40 ( 2) 20 O Hình 2.3 t ( h) động đoạn đường 25m Giai đoạn 3: chuyển động chậm dần đuề để dừng lại cách nơi khởi hành 50m a) Lập phương trình chuyển động giai đoạn b) vẽ đồ thị vận tốc - thời gian tọa độ - thời gian giai đoạn chuyển động Bài Một tàu hỏa với vận tốc 10m/s hãm phanh, chuyển động chậm dần Sau thêm 64m vận tốc cịn 21,6km/h a) Tính gia tốc tàu quãng đường tàu thêm kể từ lúc hãm phanh đến lúc dừng lại b) Tính vận tốc tàu sau quãng đường h = 20m ; lúc vật B ném thẳng xuống với vận tốc đầu v0 từ độ cao h = 30m Biết hai vật đến đất lúc Tính Bài Vật A rơi tự từ độ cao vận tốc v0 Lấy g = 10m/s Bài Một vật rơi tự do, giây cuối rơi quãng đường quãng đường vật rơi trước 2s Tính qng đường tổng cộng vật rơi Lấy g = 10m/s Bài 10 Từ điểm A cách mặt đất 20m người ta ném thẳng đứng lên viên bi với vận tốc 10m/s a) Tính thời gian viên bi lên đến đỉnh cao nhất, thời gian trở lại điểm A thời gian rơi đến mặt đất b) Tính vận tốc viên bi rơi trở lại qua A xuống tới đất Lấy g = 10m/s 2.2.3 CHỦ ĐỀ CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU 2.2.3.1 Bài tốn chuyển động trịn + Phương pháp giải Đây tốn vê chuyển động trịn (đều biến đổi đều) Để giải toán cần nắm cơng thức chuyển động trịn Nếu vật vừa quay tròn vừa tịnh tiến, ta cần ý : vật hình trụ trịn lăn khơng trượt, độ dài cung quay điểm vành quãng đường ; vận tốc dài điểm vận tốc vật Ngoài vận tốc điểm vật mặt đường xác định công thức cộng vận tốc Như ta thấy, thông thường gia tốc hướng tâm có giá trị lớn Cần đặc biệt lưu ý đến đơn vị đo tính tốn số 39 + Bài tập ví dụ : Một xe tơ có bánh xe với bán kính R = 30cm, chuyển động lăn không trượt đường A a) Biết bánh xe ô tô quay với vận tốc 10 vịng/giây Tính vận tốc tơ Tính chu kì quay gia tốc hướng tâm điểm M bánh xe cách trục quay 20 cm Xác định vận tốc tức thời so với mặt đất điểm A, B, C, D, vành bánh xe.(Hình 3.1) O D B ϕ R s C E' C' Hình 3.1 b) Ơ tơ giảm tốc độ, sau 10s vận tốc quay bánh xe vịng/giây Tính gia tốc tơ chuyển động chậm dần Tính vận tốc tơ sau 10 giây gia tốc điểm A chuyển đông quay quanh trục sau 5s kể từ lúc ô tô bắt đầu giảm tóc độ Lời giải a) Khi bánh xe lăn không trượt, độ dài cung quay CE điểm vành quãng đường xe C’E’: s = CE = Rϕ = C ' E ' Do vận tốc xe (và bánh xe) : v= A ' B ' Rϕ = = Rω = 2π nR t t Theo đề : n = 10 vòng/s ; R = 30cm = 0,3m, suy v ≅ 18,6 m/s Chu kì quay điểm M (và bánh xe) là: T = 2π = = 0,1s ω n Gia tốc hướng tâm điểm M: a = Rω = R.4π n ≅ 789m/s Áp dụng công thức cộng vận tốc, vận tốc tức thời điểm A so với mặt đất r r r r r bằng: VA = v A + v0 , v A véc tơ vận tốc A trục bánh xe O, v0 vận tốc O (của xe) mặt đất r Suy (hình 3.2 a), VA song song với mặt đường có độ lớn: VA = v A + vO = 2vO = 2v ; 37,2 m/s Lập luận tương tự ta có: 40 + Vận tốc tức thời B so với mặt đất (hình 3.2b) có độ lớn r VB = v ; 26,2 m/s có phương hợp với v góc 450 r + Vận tốc tức thời C so với mặt đất (3.2c): VO = + Vận tốc tức thời D so với mặt đất (hình 3.2d) có độ lớn: r VD = v ; 26,2m / s có phương hợp với v góc 450 r vA r vO r vO r VA ( a) r vD r r vC v b) Gia tốc góc bánh xe là:O γ = ( c) ∆ω ; −3,14rad/s ∆t ( d) −0,94m/s Gia tốc dài bánh xe: a = Rγ =Hình 3.2 Vận tốc ô tô sau 10s: v = v0 + at ; 9,2m/s Gia tốc điểm A chuyển động quay bằng: r r r a A = at + an Ta có: at = Rγ = −0,94m/s an = Rω 2 Với ω = ωo + γ t = 15π rad/s Suy ra: a = (an + at2 ) ; 665,5 m/s 2.2.3.2 Bài tập luyện tập 41 r VB r vB ( b) r VD r vO Bài Một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn quanh Trái Đất vòng hết 90phút Vệ tinh bay độ cao cách mặt đất 320km Tính vận tốc gia tốc hướng tâm vệ tinh Cho biết bán kính Trái đất R = 6380km Bài Một vô lăng quay với gia tốc góc khơng đổi, vận tốc góc biến thiên từ 60 vòng/phút tới 780 vòng/phút phút Hãy tính gia tốc góc số vịng quay vơ lăng phút Bài Một máy bay bổ nhào xuống mục tiêu bay vọt lên theo cung trịn bán kính R = 800m với vận tốc 600 km/h Tính gia tốc hướng tâm máy bay Bài Hai điểm A B nằm bán kính vơ lăng quay đều, cách 20cm Điểm A phía ngồi có vận tốc v A = 0,6 m/s , cịn điểm B có vận tốc vB = 0,2 m/s Tính vận tốc góc vơ lăng khoảng cách từ điểm B đến trục quay Bài Trái đất coi hình cầu bán kính R0 = 6400km có tâm O quay quanh Mặt trời đường trịn bán kính R = 1,5.108 km , đồng thời Trái đất tự quay quanh trục qua O vng góc với mặt phẳng quỹ đạo O Tính vận tốc dài điểm xích đạo trái đất lúc trưa lúc đêm Các chiều tự quay Trái đất quay quanh Mặt trời trùng Bài Một hình trụ kim loại đường kính 10cm đặt vào máy tiện để tiện rãnh Hình trụ quay với vận tốc góc vịng/s Cứ vịng quay lưỡi dao tiện bóc lớp kim loại dày 0,1mm a) Viết phương trình cho vận tốc dài v gia tốc a điểm tiếp xúc dao hình trụ b) Tính v a rãnh sâu 10mm Bài Một vệ tinh nhân tạo, cách mặt đất 320km, chuyển động tròn quanh Trái đất, vịng 4,5h Tính vận tốc gia tốc hướng tâm vệ tinh Biết bán kính Trái đất R = 6380km Bài Một ô tô chạy với vận tốc 36km/h qua khúc quanh cung trịn bán kính 100m Tính gia tốc hướng tâm xe 42 c kÕt luËn Qua đề tài Phương pháp giải tập chương Động học chất điểm lớp Vật lý lớp 10 NC giúp cho người đọc thấy tầm quan trọng phân loại, hệ thống đưa phương pháp để giải toán vật lý Trong tiểu luận nghiên cứu chương Động học chất điểm Bài tập chương phân làm ba chủ đề chính, tập chủ đề định dạng gợi ý phương pháp Từ thực tế việc dạy học tập vật lý trường phổ thông đưa số điểm lưu ý mà học sinh phổ thông thường gặp phải giải tập Điều quan trọng là: + Cần khéo léo vận dụng yêu cầu đưa làm tập + Cần xây dựng cho thân thói quen tư khoa học, độc lập, lĩnh hội kiến thức cách logic, từ dễ đến khó, từ khái quát đến chi tiết + Đặc biệt nên giải tập công thức trước, sau thay số để tìm kết toán sau Và việc nghiên cứu giúp cho thân em: + Có nhìn khái qt phần học, đặc biệt phần động học chất điểm nhằm giúp cho em có điều kiện tiếp cận cách nhanh chóng kiến thức bản, tập định tính, tập định lượng vật lý khác + Rèn luyện cho thân bước tư duy, đồng thời giúp em có khả suy luận logic, có trình độ tổng hợp, phân tích, đối chiếu cách có kế hoạch đạt hiệu cao + Là tư liệu cần thiết để em sử dụng vào đợt thực tập tới + Trao dồi kĩ sử dụng tin học cách thành thạo Tuy nhiên, đề tài đề cập đến số vấn đề bản, có nhiều cố gắng không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến q thầy 43 d tµi liƯu tham kh¶o Bộ giáo dục đào tạo, SGK Vật lí 10 Nâng cao, NXB Giáo dục Bộ giáo dục đào tạo, SBT Vật lý 10 Nâng cao, NXB Giáo dục PGS.TS.Lê Văn Giáo, Giáo trình phương pháp giải tập vật lý Vũ Thanh Khiết, Kiến thức nâng cao vật lí THPT tập 1, NXB Hà Nội Nguyễn Đức Thâm, Phương pháp dạy học vật lý trường phổ thông, NXB Đại học Sư phạm Internet 44 ... Phân loại tập chương ? ?Động học chất điểm? ?? - Đề xuất phương pháp giải tập chương ? ?Động học chất điểm? ?? - Giải số tập chương ? ?Động học chất điểm? ?? Đối tượng nghiên cứu Bài tập chương ? ?Động học chất điểm? ??... chọn đề tài: “Phân loại giải tập chương Động học chất điểm vật lý lớp 10 nâng cao” để làm đề tài tiểu luận Mục tiêu nghiên cứu - Phân loại tập chương ? ?Động học chất điểm? ?? - Nêu phương pháp giải. .. tập mà giáo viên không nêu lên nêu lên điều kiện no ú m thụi Chơng ii Phân loại giảI tập chơng độnghọc chất điểm vật lý 10 nâng cao 2.1 Nội dung kiến thức chương ? ?Động học chất điểm? ?? vật lý lớp