TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ THU PHƯƠNG XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÍ 10 THPT Chuyên ngành: Lí luận Phương pháp dạy học môn Vật lí KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS.NGUYỄN THẾ KHÔI HÀ NỘI, 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thế Khôi tận tình hướng dẫn giúp đỡ hoàn thành khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm khoa Vật lý thầy cô giáo tổ môn Lí luận Phương pháp dạy học môn Vật lí - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội quan tâm, động viên tạo điều kiện cho thời gian học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường THPT Sóc Sơn thầy cô giáo tổ Tự nhiên giúp đỡ suốt thời gian thực tập thực đề tài Cuối xin cảm ơn động viên, giúp đỡ nhiệt tình gia đình, bạn bè bạn sinh viên khoa Vật lí Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Thu Phương LỜI CAM ĐOAN Tôi hoàn thành khóa luận hướng dẫn TS Nguyễn Thế Khôi nỗ lực cố gắng thân Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu không trùng với kết nghiên cứu tác giả công bố trước Nếu sai xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên Nguyễn Thị Thu Phương NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG KHÓA LUẬN Viết đầy đủ Viết tắt Bài tập Vật lí BTVL Giáo dục - Đào tạo GD-ĐT Giáo viên GV Học sinh HS Học sinh giỏi HSG Nhà xuất NXB Phương pháp dạy học PPDH Sách giáo khoa SGK Sách giáo viên SGV Trung học phổ thông THPT MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp khóa luận Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG BỒI DƯỠNG HSG VẬT LÍ 10 THPT 1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi 1.1.1 Quan niệm HSG 1.1.2 Nội dung, phương pháp, biện pháp bồi dưỡng HSG môn Vật lí lớp 10 THPT 1.2 Bài tập Vật lí 11 1.2.1 Quan niệm tập Vật lí 11 1.2.2 Tác dụng tập vật lí dạy học 12 1.2.3 Phân loại tập vật lí 16 1.2.4 Phương pháp chung giải tập vật lí 18 1.2.5 Nguyên tắc xây dựng hệ thống tập cho đề tài, chương, phần giáo trình Vật lí phổ thông 19 1.2.6 Hướng dẫn HSG giải tập Vật lí 20 1.3 Thực trạng dạy học BTVL bồi dưỡng HSG lớp 10 THPT 23 1.3.1 Mục đích điều tra 23 1.3.2 Tiến hành điều tra 23 1.3.3 Kết điều tra 26 CHƯƠNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI BỘ MÔN VẬT LÍ 10 THPT 30 2.1 Mục tiêu dạy học chương “Động lực học chất điềm” Vật lí 10 THPT 30 2.1.1 Vị trí, nhiệm vụ, nội dung chương “Động lực học chất điểm” 30 2.1.2 Sơ đồ cấu trúc phân loại tập chương “Động lực học chất điểm” 31 2.1.3 Mục tiêu dạy học chương “Động lực học chất điểm” 34 2.2 Hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” bồi dưỡng HSG 38 2.3 Hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 THPT 44 CHƯƠNG THỬ NGHIỆM SƯ PHẠM 59 3.1 Mục đích thử nghiệm sư phạm 59 3.2 Nhiệm vụ thử nghiệm sư phạm 59 3.3 Đối tượng thử nghiệm sư phạm 59 3.4 Tiến hành thử nghiệm sư phạm 60 3.5 Kết thử nghiệm sư phạm 60 3.6 Phân tích kết thử nghiệm sư phạm 60 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trước phát triển vũ bão kinh tế khoa học kĩ thuật, để đáp ứng nhu cầu xã hội đào tạo nhân lực bồi dưỡng nhân tài yếu tố quan trọng Đảng khẳng định giáo dục quốc sách hàng đầu đất nước Vì vậy, bồi dưỡng HSG công tác đóng vai trò to lớn giúp ngành giáo dục phát nhân tài, lựa chọn mầm mống, đào tạo hệ có tri thức để xây dựng đất nước Hằng năm, để đánh giá lực học tập học sinh, Bộ GD-ĐT tổ chức kì thi chọn HSG cấp sở, cấp tỉnh/thành phố, cấp quốc gia quốc tế… Việc bồi dưỡng HSG từ giúp em HS hoàn thiện ước mơ trở thành ngoan, trò giỏi có định hướng tốt cho nghề nghiệp tương lai, đồng thời giúp GV bồi dưỡng HSG môn phát huy cao tính tự học, tự bồi dưỡng, trau dồi kiến thức chuyên môn cho thân Đối với Vật lí môn khoa học thực nghiệm toán học hóa mức độ cao Vì vậy, để trình bồi dưỡng đạt hiệu quả, GV thường xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập có tính tổng hợp chuyên sâu Từ đó, HS có nhìn nhận từ góc độ khác nhau, vận dụng linh hoạt, tư sáng tạo kiến thức học “Động lực học chất điểm” nằm phần đầu chương trình dạy học Vật lí THPT nội dung có đề thi HSG Đó phần kiến thức có vai trò tạo dựng tảng tư cho HS cấp học Vậy nên, rèn luyện phương pháp giải tập chương “Động lực học chất điểm” giúp HS vừa củng cố kiến thức vận dụng vào trường hợp cụ thể vừa biến thành vốn kiến thức riêng mình, từ thúc đẩy phát triển nhận thức, tư sáng tạo Khi nghiên cứu lĩnh vực vấn đề BTVL dạy học, có nhiều công trình nghiên cứu BTVL [2], [7], có luận văn Thạc sĩ, khóa luận tốt nghiệp Đại học nghiên cứu việc xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” Nguyễn Thị Lý (2010), Xây dựng phối hợp hệ thống câu hỏi trắc nghiệm tự luận trắc nghiệm khách quan nhiều lựa chọn nhằm kiểm tra, đánh giá, mức độ nắm vững kiến thức HS đề tài “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 THPT nâng cao; Bùi Thị Thu Thảo (2012), Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” nhằm nâng cao lực giải vấn đề cho HS lớp 10 THPT; Nguyễn Thị Thắm (2009), Rèn luyện lực sáng tạo cho học sinh thông qua việc xây dựng dạy giải tập chương “Động lực học chất điểm” Vật lí 10 THPT Các tác giả tác dụng BTVL dạy học, cách phân loại soạn thảo hệ thống BTVL, kiểu hướng dẫn giúp HS tìm kiếm lời giải Nhằm mục đích nghiên cứu chủ yếu công tác dạy học cho học sinh đại trà, việc bồi dưỡng học sinh giỏi nghiên cứu Mặt khác, số lượng tập chương trình Vật lí nói chung chương “Động lực học chất điểm” nói riêng nhiều tài liệu tham khảo Tuy nhiên tập phù hợp với đối tượng HS khác Vì vậy, lựa chọn hệ thống tập dành riêng cho bồi dưỡng HSG cần thiết để đạt hiệu tối ưu Những lí thực tế khiến chọn đề tài nghiên cứu: “Xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” bồi dưỡng HSG Vật lí 10 THPT” Mục đích nghiên cứu Xây dựng hệ thống đề cách hướng dẫn giải tập chương “Động lực học chất điểm” bồi dưỡng HSG môn Vật lí lớp10 trường THPT nhằm phát triển lực giải vấn đề Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động dạy học giải tập GV HS bồi dưỡng HSG môn Vật lí Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” bồi dưỡng HSG môn Vật lí 10 THPT Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng hệ thống tập phù hợp hướng dẫn HSG tích cực, chủ động, tự lực giải chúng giúp em phát triển lực giải vấn đề, góp phần nâng cao chất lượng học tập môn Vật lí trường THPT không chuyên Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Tìm hiểu đặc điểm HSG 5.2 Nghiên cứu nội dung, phương pháp, biện pháp hoạt động dạy học nhằm bồi dưỡng HSG 5.3 Nghiên cứu số sở lí luận BTVL 5.4 Điều tra thực trạng bồi dưỡng HSG Vật lí trường THPT không chuyên 5.5 Xác định mục tiêu dạy học chương “Động lực học chất điểm” 5.6 Xây dựng đề cách hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” việc bồi dưỡng cho HSG môn Vật lí lớp 10 THPT 5.7 Tiến hành thử nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi, hiệu hệ thống tập cách hướng dẫn giải soạn thảo việc bồi dưỡng HSG Phương pháp nghiên cứu Trong trình thực khóa luận, sử dụng phối hợp ba phương pháp nghiên cứu đặc trưng ngành lí luận PPDH môn Vật lí: Nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu lí luận chung BTVL bồi dưỡng HSG trường phổ thông để xác định sở lí luận đề tài Nghiên cứu chương trình SGK, SGV, tài liệu tham khảo có liên quan để xây dựng hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” dùng cho việc giảng dạy học tập môn Vật lí nói chung bồi dưỡng HSG lớp 10 THPT nói riêng Nghiên cứu thực tiễn: Điều tra thực trạng dạy học giải tập bồi dưỡng HSG GV HS lớp 10 trường THPT Thử nghiệm sư phạm: Nhằm kiểm nghiệm hiệu tính khoa học, khả thi đề tài Từ đó, chỉnh lí bổ sung để hoàn thiện hệ thống tập áp dụng vào thực tế Đóng góp khóa luận Về mặt lí luận: Hệ thống hóa sở lí luận việc bồi dưỡng HSG hướng dẫn giải hệ thống BTVL Về mặt thực tiễn: Hệ thống cách hướng dẫn giải tập chương “Động lực học chất điểm” nhằm bồi dưỡng HSG lớp 10 THPT, dùng làm tài liệu tham khảo cho GV HS dạy học môn Vật lí lớp 10 trường THPT Cấu trúc khóa luận Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, Danh mục tài liệu tham khảo Phụ lục, khóa luận gồm ba chương: Chương Cơ sở lí luận thực tiễn việc xây dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” nhằm bồi dưỡng HSG môn vật lí 10 THPT Chương Hệ thống tập chương “Động lực học chất điểm” bồi dưỡng HSG môn Vật lí 10 THPT Chương Thử nghiệm sư phạm bị đứt) Bài 8: a Chỉ có bánh đầu bánh phát động nên lực tác dụng vào đầu xe lửa gồm: P1;P2 trọng lượng đặt lên bánh trước bánh sau xe lửa N1; N phản lực đường ray tác dụng lên bánh trước bánh sau xe lửa Fms1 ;Fms2 lực ma sát tác dụng lên bánh trước bánh sau xe lửa Trong đó: Fms1 đóng vai trò lực phát động bánh xe có tác dụng làm cản trở chuyển động quay bánh xe quanh trục tạo chuyển động tịnh tiến bánh xe động tác dụng lên momen lực làm bánh xe quay Phương trình chuyển động xe lửa: Fms1  Fms2  Fms  N  P  N1  N2  P1  P2  Ma (1) Trong đó: Fms lực ma sát tác dụng lên toa tàu N;P phản lực trọng lực tác dụng toa tàu Chiếu (1) lên trục x ta được: Fms1  Fms2  Fms  Ma (2) Mà lực phát động lực ma sát tác dụng lên bánh đầu tàu Fpd  Fms1  k Md g  14.103 (N) (3) Vì khối lượng bánh nhỏ nhiều so với khối lượng xe nên Fms ;Fms2 Fms1 nên bỏ qua Từ (2) (3) suy gia tốc cực đại mà tàu đạt được: a max 14.103    0,07m / s Md  M t (40  8.20).10 Fpd Thời gian ngắn nhất: t v  v0 20.103    79,4 (s) a max 0,07.3600 Xét hệ quy chiếu gắn với tàu Khối lượng vật m nhỏ không ảnh hưởng đến gia tốc tàu Các lực tác dụng lên vật m tàu chuyển động trọng lực P ; lực căng dây T ; lực quán tính Fqt  ma phương ngược chiều tàu chuyển động Ta có: tan   Mà cos   Fqt P  ma max  0,007 Suy   0,40 mg P P T  2,0001(N) T cos b Khi hãm phanh, xe lửa chạy chậm dần * Chỉ hãm đầu máy Gia tốc xe lửa: a1  Fms1 M  kMd g  0,14(m / s ) M  v12 Khi dừng vận tốc xe lửa không quãng đường s1   110,23(m) 2a1 Góc lệch: tan 1  a1  0,14  1  7,970 g Lực căng dây: T1  P  2,0195(N) cos1 * Hãm tất bánh xe lửa Gia tốc xe lửa: a1  k(Md  M t )g  0,7(m / s ) M Tương tự thay số ta được: s2  22,05(m) ;   40 ; T2  2,005(N) Bài 9: Xét hệ quy chiếu gắn với bàn Khi bàn chuyển động với gia tốc a sang trái lực quán tính tác dụng lên vật có phương nằm ngang, chiều hướng sang phải: F q  m1 a0 , F q2  m2 a0 Vật m1: T  P1  N  Fms  Fq1  m1 a1 (1) Vật m2: T  P2  Fq  m2 a2 (2) Dưới tác dụng lực quán tính F q phương chuyển động vật m2 tạo với phương thẳng đứng góc α, với: sin   a0 a0  g ; cos   g a0  g Chiếu (1) (2) lên phương chiều chuyển động: Vật m1: T  Fq  Fms  m1a1 (3) Vật m2: T  Fq sin   P2 cos  m2 a2 (4) Mà: a1  a2 (5) Giải phương trình (3), (4) (5) ta được: a T m1a0  m2 a0  g   m1 g m1  m2  0,81m / s m1m2 ( a02  g  a0  g ) m1  m2  9,24 N Bài 10: Phương trình định luật II Newton cho hai vật: Vật m1: P1  T1  m1 a1 (1) Vật m2: P2  T2  m2 a2 (2) Chiếu phương trình (1) (2) lên phương chiều chuyển động hai vật, quan hệ lực căng hai dây, gia tốc hai vật, khối lượng hai vật là: P1  T1  m1a1 (3) T2  P2  m2 a2 (4) T1  2T2 (5) (Do khối lượng dây ròng rọc không đáng kể) a1  a2 m1  m2 (6) (Do dây không giãn) (7) Thay (5) (6) (7) vào (3) (4) ta được: a  2n  g 4n Giai đoạn 1: Từ lúc chuyển động đến m1 chạm đất (n  2) Khi m2 đoạn h2 Ta có: h2 a    h2  2h1  2h h1 a1 Giai đoạn 2: Vật m2 coi ném lên với vận tốc v0 Ta có: v02  2a2 h2  gh(n  2) n4 Tính từ độ cao h2 vật m2 có vận tốc v0 chuyển động ném lên đạt độ cao h’là: v02 4h(n  2) h   2g n4 ' Như tính từ mặt đất, độ cao m2 đạt cực đại là: H  h2  h '  6nh 4n Thay số ta được: H = 90cm Bài 11: Chọn hệ trục Oxy cho gốc tọa độ O gắn với mặt đất y qua mép trước toa xe hướng thẳng đứng lên x hướng theo chiều chuyển động xe Gốc thời gian lúc vali bắt đầu chạm mép trước toa xe Phương trình định luật II Newton cho vali toa xe là: P1  N1  Fms  ma1 (1) P2  N2  P1'  Fms'  M a2 (2) Chiếu (1)và (2) lên phương thẳng đứng trục Ox ta được: Vali: Fms  ma1 N1  P1  mg Suy ra: a1  Fms kN1   kg m m Toa xe:  F ' ms  Ma2 Mà Fms  Fms' Suy ra: a2   F ' ms km  g M M Phương trình vận tốc toa xe là: v1  v01  a1t  kgt Phương trình vận tốc vali là: v2  v02  a2 t  v0  km gt M Nếu độ dài sàn xe đủ lớn đến thời điểm t0 vận tốc vali toa xe tức vật nằm yên sàn Ta có: v1  v2  t  v0 kg(1  m ) M Đến lúc li độ mép trước toa xe là: s1  v0t0  a2t02 Li độ vali là: s2  a1t02 Khoảng cách vali mép trước toa xe là: l  s1  s  v02 2kg(1  m ) M Thay số ta l  1,91 m Như vậy, sau trượt vali nằm yên sàn cách mép trước toa xe 1,91m Vận tốc vali toa xe lúc là: v1  v2  kgt0  v0 m (1  ) M Thay số ta v1  v2  1,96 m/s Bài 12: Phương trình định luật II Newton cho hai vật là: Vật M: N1  P1  Fms1  F  Fms'  N2'  M a2 (1) Vật m: N2  P2  Fms  ma2 (2) Chiếu (1) (2) lên trục x phương thẳng đứng ta được: Vật m: Fms  ma2  k1 g  a2 (3) N  P2 Vật M: N1  F sin   N 2'  P1  F cos   Fms1  Fms'   N1  (m  M ) g  F sin  F cos   k (mg  Mg  F sin  )  k1mg  Ma1 Từ (4) ta có: a1  F cos   k (m  M ) g  k F sin   k1mg M (4) (5) Để M bắt đầu trượt khỏi m a1  a2 Dấu “=” xảy m nằm yên M Từ (3) (5) ta có: F cos   k (mg  Mg  F sin  )  k1mg  Mk1 g F (k1  k2 )( M  m) g  Fmin cos   k2 sin  (6) Đặt: y  cos   k2 sin  Như vậy, từ (6) suy Fmin ymax Theo BĐT Bu-nhi-a-cốp-xki ta có: (cos   k sin  )2  (12  k22 )(cos2   sin  )  y   k22  y   k22  ymax   k22  Fmin  (k1  k )( M  m) g  k 22 Dấu “=” xảy khi: k2  tan  Vậy Fmin  (k1  k2 )( M  m) g  k22 k2  tan  M trượt khỏi m Bài 13: Nhận xét: Khi thả vật m3, nêm m2 chuyển động sang phải, vật m1 trượt xuống mặt phẳng nghiêng Để xét chuyển động vật m1 ta xét chuyển động HQC gắn với mặt nêm hình vẽ (HQC phi quán tính).Các lực tác dụng lên hệ vật biểu diễn hình vẽ Phương trình định luật II Newton cho vật là: Vật m3: T  P3  m3 a3 (1) Nêm m2: T  P2  Q  N2  m2 a3 (2) Vật m1: Fq  P1  N1  m1 a1 (3) Chiếu (1) (2) lên phương chiều chuyển động ta có: T  P3  m3a3 (4) ; T  Q sin   m2a2 (5) Mà a2  a3  a Chiếu (3) lên trục xy ta được: Fq cos   P1 sin   m1a1  a2 cos   g sin   a1 (7) N1  Fq sin   P1 cos    N1  m1 g cos   m1a2 sin  (8) Cộng (4) với (5) ta được: P3  Q sin   m2 a2 m3 a3 (9) Kết hợp (6) (8) (9) ta được: (6) m3 g  (m1 g cos   m1a sin  ) sin   (m2  m3 )a g (m3  m1 sin  cos  ) 10(0,5  0,1 )  a2  a3    5,87m / s m1 sin   m2  m3 0,1  0,  0,5 (10) Thay (10) vào (7) ta được: a1  5,87  10  10, 08m / s 2 Thời gian để vật m1 trượt đến mặt bàn: t 2l  a1 2.0,8  0, 4s 10, 08 Quãng đường mà vật m3 thời gian t = 0,4s là: S a3t 5,87.0, 42   0, 47m 2 Thay a3 = 5,87m/s2 vào (4) ta tìm lực căng dây là: T  m3 ( g  a3 )  0,5(10  5,87)  2,065N Bài 14: Phương trình định luật II Newton cho vật m1 m2 là: P1  N1  N2'  Fms1  Fms'  m1 a1 (1) P2  N2  Fms  m2 a2 (2) * TH1: Vật m1 trượt trước m2 Chiếu lên phương chuyển động trục thẳng đứng ta được: Vật m1: P1 sin   k1 N1  kN2  m1a1 Vật m2: P2 sin   kN2  m2 a2 (3); N1  P1 cos   N 2' (4) N  P2 cos  (6) (5) ; Từ (3) (4) ta có: a2  g sin   kg cos  (7) Từ (1)(2) (4) ta được: a1  g sin   k1 g cos   m2 (k1  k ) g cos  (8) m1 Từ(7) (8) ta thấy a2 > a1 Như vậy, vật m1 trượt trước m2 * TH2: Vật m2 trượt trước m1 Chiếu lên phương chuyển động trục thẳng đứng ta được: Vật m1: Vật m2: P1 sin   k1 N1  kN2  m1a1 (9) N1  P1 cos   N 2' (10) P2 sin   kN2  m2 a2 (11) N  P2 cos  (12) Từ (11) (12) ta có: a2  g sin   kg cos  (13) Từ (9) (10) (12) ta được: a1  g sin   k1 g cos   m2 (k1  k ) g cos  (14) m1 Vật m2 trượt nhanh vật m1 a2 > a1 g sin   kg cos  > g sin   k1 g cos    k (1  m2 (k1  k ) g cos  m1 m2 m )  k1 (1  )  k  k1 m1 m1 Với k < k1 vật m2 trượt xuống trước m1 Vậy để hai vật trượt k1  k Bài 15: Theo   300 vật bắt đầu trượt xuống: Fmsn  Fmst  P sin  , max Ta có: P sin   t P cos   t  tan   tan 300  3 Vì    nên vật đứng yên ván nghiêng Chọn HQC phi quán tính gắn với ván nghiêng Kéo ván với gia tốc a0 theo phương ngang hướng sang phải vật bắt đầu trượt xuống Các lực tác dụng lên vật gồm: Trọng lực P , lực ma sát Fmst , phản lực N , lực quán tính Fq  ma0 hướng sang trái Phương trình chuyển động: P  N  Fq  Fmst  ma Chiếu (*) lên trục x y ta được: (*) ; N  P cos   Fq sin   P sin   Fq cos  Fmst  ma Với Fmst  t N  t ( P cos   Fq sin  ) Để vật A bắt đầu trượt xuống a  Suy ra: g sin   a0cos  t (g cos   a0 sin  )  a0  ( t  tan  ) g (tan 300  tan 200 )10   1, 76m / s  t tan   tan 300.tan 200 Bài 16: Quỹ đạo viên bi đường tròn có bán kính là: R  l sin   1.sin 300  0,5m Các lực tác dụng lên viên bi gồm: Trọng lực P , lực căng T , lực quán tính ly tâm Fqlt có độ lớn Fqlt  m R Trong HQC phi quán tính gắn với viên bi trạng thái viên bi đứng yên Phương trình cân viên bi: P  Fqlt  T  (1) Chiếu lên hai trục x y ta được:  Fql  T sin   (2) P  T cos   (3) Từ (2) (3) suy ra:   g 10   3, 4rad / s l cos  1.cos300 Lực căng T sợi dây: Từ (3) suy ra: T mg 0, 2.10   2,3N cos  Từ (2) suy ra: T  ml  Tmax  ml 2max Như vậy, dây chịu lực căng tối đa Tmax = 4N vận tốc góc cực đại max trước dây đứt là: max  Tmax   4, 47rad / s ml 0, 2.1 Bài 17: Người leo lên dây với gia tốc a dây Giả sử người leo lên dây dây phía người xuống m2 chuyển động lên với gia tốc a2 đất Do gia tốc người có khối lượng m1 đất là: a1  a  a2 Áp dụng định luật II Newton cho m1 m2 ta có: m1: T1  P1  m1 a1 (1) m2: T2  P2  m2 a2 (2) Chiếu (1) (2) lên chiều dương chọn ta có: T1  P1  m1a1 T2  P2  m2 a2 a1  a  a2 T1  T2  T Giải hệ phương trình ta được: a2  a1  T Để m2 lên a2   (m1  m2 ) g  m1 a m1  m2 (m1  m2 ) g  m1a m1  m2 (m2  m1 ) g  m2 a m1  m2 m1 m2 (a  g ) m1  m2 0 a g Với m  1,5m1 Khi a  a0  g  T0  1,5m1 g Vậy để m2 lên lực kéo người phải là: F  F0  T0  1,5m1 g Khi ta được: a2  ; a1  a  g Bài 18: Giả sử ta tác dụng lực F nằm ngang, chiều hướng sang phải để vật A B đứng yên C Lực gây gia tốc a có phương ngang cho hệ vật A, B, C Trong HQC phi quán tính gắn với vật C, vật A B không chuyển động Các lực tác dụng lên vật A gồm: Trọng lực P A , lực căng T A , lực quán tính F q  mA a phản lực N A Phương trình chuyển động vật A: N A  F q  P A  TA  (1) Chiếu (1) lên phương thẳng đứng chiều hướng lên ta được: TA  PA   TA  mA g (2) Các lực tác dụng lên vật B gồm: Trọng lực P B , phản lực N B , lực căng T B lực quán tính F q  mB a Phương trình chuyển động vật B: F q  PB  N B  T B  (3) Chiếu (3) lên phương ngang chiều hướng sang phải ta được:  Fq  TB   TB  mB a (4) Mà TA  TB , suy từ (2) (4) ta có: mB a  mA g  a  mA g 0,3.10   15m / s mB 0, Vì a > nên lực F hướng từ trái sang phải có độ lớn: F  (mA  mB  mC )a  (0,3  0,  1,5).15  30 N Lực căng dây nối A B: TA  TB  mA g  0,3.10  3N Bài 19: Vật tham gia chuyển động theo phương ngang chuyển động với gia tốc a; theo phương thẳng đứng chuyển động với gia tốc g Phương trình chuyển động vật: x  x0  v0t cos   at y  y0  v0t sin   gt 2 Khi vật chạm đất y   gt  v0t sin   y0  (1) Ta có:   v02 sin   gy0 Phương trình (1) có hai nghiệm: t1  t2  Thời gian bay vật là: T  t2  v0 sin   v02 sin   gy0 g 0 v0 sin   v02 sin   gy0 g v0 sin   v02 sin   gy0 g Gọi A điểm cao mà vật đạt ta có: vy   v0 sin   gt A   tA  Từ đó, suy ra: hmax  ymax  hmax v0 sin  g v02 sin  2  gt A  y0  v0t A sin   gt A  y0  g 2 v02 sin   y0  g Tầm bay xa cực đại mà vật đạt được: xmax  xmax  x0  v0T cos   aT 2 2 v0 sin 2  v0 cos  v02 sin   gy0  v sin   v0 sin   gy0   a g  g  Bài 20: Chọn hệ trục tọa độ hình vẽ: Phương trình chuyển động vật là: x  v0t cos  y  y0  v0t sin   gt Ta có: x  l cos   v0t cos  Thời gian vật bay đến chạm mặt phẳng nghiêng là: t  Tại điểm vật chạm mặt phẳng nghiêng thì: y  y0  l sin   y0  v0t sin   gt  y0  l sin  l cos  v0 cos      (loại)  v0 sin   l cos  l cos   g  l sin  v0 cos  v02 cos  cos  cos  sin    gl   sin   l  2 v0 cos   cos   l  l  cos  sin  cos  cos  g v02 cos  sin   2v02 sin     cos  g cos  Bài 21: Chọn hệ trục tọa độ hình vẽ Gốc thời gian lúc viên pháo bắn Viên pháo tham gia hai chuyển độngtheo phương x y Theo phương x, viên pháo có phương trình: x  v0t cos  Theo phương y, viên pháo có phương trình: y  v0t sin   gt Ta có: s  x  l Khi xmax ; lmin smax Như vậy, điều kiện l đạt nhỏ cho viên pháo vượt khỏi miệng hầm Khi pháo chạm đất y  h  v0t sin   gt  h  gt  v0t sin   h  (1) Ta có:   v02 sin   gh Để thỏa mãn điều kiện Δ > Phương trình (1) có hai nghiệm: t2  t1  v0 sin   v02 sin   gh g v0 sin   v02 sin   gh g Ta thấy: t1  t2 Như vậy, t2 ứng với thời điểm x  l viên pháo qua mép hầm t1 ứng với thời điểm viên pháo B  l  v0 t cos   v0 cos  xB  v0 t1 cos   v0 cos  v0 sin   v02 sin   gh g ; v0 sin   v02 sin   gh Ta có: s  xB  l  2v0 cos  g v02 sin   gh g Áp dụng bất đẳng thức Côsi cho hai số dương v0 cos  ; v02 sin  gh ta có: v02 cos2   v02 sin   gh  2v0 cos  v02 sin  gh  v02  gh s g  smax  v02  gh g Dấu “=” xảy khi: v0 cos   v02 sin  gh  Cos 2   Suy ra: l  gh v02  Cos  gh  v02  sin   gh  v02 v02   gh  gh        g   v02  v02    Bài 22: Phương trình chuyển động tác dụng lực kéo F cho chuyển động đều: F  P  N  Khi đó, để chuyển động lên thì: FL =  Pcos  + Psin  (1) Khi đó, để chuyển động xuống thì: FX =  Pcos  - Psin  (2) Từ (1) (2) ta được: sin   FL  FX F F ; cos   L X 2P 2 P Mà: sin2  + cos2   ( FL  FX 2P   )2 + ( FL  FX ) =1 2 P FL  FX P   FL  FX  Đo FL , FX , P lực kế sử dụng công thức để suy  Bài 23: Để xuất lực ma sát đầu gậy sàn phải làm cho gậy trượt sàn (đầu gậy chống xuống sàn) Khi đẩy gậy nhẹ sàn với lực tác dụng tương đối lớn (lực đẩy dọc theo chiều dài gậy) có hai trường hợp xảy là: gậy đứng yên không chuyển động; gậy trượt sàn Gậy chịu tác dụng lực: lực tác dụng dọc theo chiều dài gậy F ; phản lực sàn tác dụng lên gậy N ; lực ma sát gậy sàn Fms (có thể lực ma sát trượt hay lực ma sát nghỉ) Ta phân tích lực F tác dụng lên gậy thành hai thành phần Thành phần theo phương thẳng đứng F1: F1= Fsin Và thành phần theo phương nằm ngang F2: F2 = Fcos Ta có F1 cân với phản lực N sàn lên gậy: N = Fsin Lực ma sát gậy sàn có độ lớn: Fms = N = Fsin Để gậy chuyển động F2  Fms Ta có: Fcos   Fsin Suy ra:   tg gậy trượt sàn  > tg không chuyển động Ở thấy gậy có trượt hay không phụ thuộc vào góc  gậy sàn mà không phụ thuộc vào độ lớn lực tác dụng Như vậy, ta thấy đo hệ số ma sát gậy sàn phương pháp sau: Đẩy gậy lực dọc theo trục gậy thay đổi góc  gậy sàn, ứng với góc  giới hạn trường hợp gậy chuyển động gậy đứng yên (lực tác dụng đủ lớn) hệ số ma sát gậy sàn  = tg [...]... thảo hệ thống BT và tổ chức hướng dẫn giải nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS trong công tác bồi dưỡng HSG mà chúng tôi sẽ trình bày ở chương 2 29 CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI BỘ MÔN VẬT LÍ 10 THPT 2.1 Mục tiêu dạy học chương Động lực học chất điểm Vật lí 10 THPT 2.1.1 Vị trí, nhiệm vụ, nội dung của chương Động lực học chất điểm ... giải bài tập để xác định kiểu hướng dẫn cho phù hợp” Có thể được biểu diễn bằng sơ đồ 1.2 sau: Tư duy giải bài tập Mục đích sư phạm Phân tích phương pháp giải bài tập cụ thể Xác định kiểu hướng dẫn HS giải bài tập cụ thể Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập cụ thể Sơ đồ 1.2: Cơ sở định hướng xác định kiểu hướng dẫn HS giải bài tập vật 1.2.6.2 Các kiểu hướng dẫn học sinh giải bài tập Vật lí lí...CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG BỒI DƯỠNG HSG VẬT LÍ 10 THPT 1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi 1.1.1 Quan niệm về HSG Có thể nói, hầu như tất cả các nước đều coi trọng vấn đề đào tạo và bồi dưỡng HSG trong chiến lược phát triển chương trình GD phổ thông Nhiều nước ghi riêng thành một mục dành cho HSG và coi... vụ, nội dung của chương Động lực học chất điểm Trong chương trình vật lý THPT, Động lực học chất điểm được xếp vào chương 2 sau chương Động học chất điểm Có thể coi chương này có nội dung cơ bản nhất của phần cơ học lớp 10 (gồm 4 chương: Động học chất điểm; Động lực học chất điểm; Tĩnh học vật rắn; Các định luật bảo toàn) Nhiệm vụ chủ yếu của chương này nghiên cứu ba định luật Neutơn là những... vào những lời đã soạn sẵn mà phải kết hợp với trình độ HS để điều chỉnh sự hướng dẫn cho thích hợp Trong khóa luận chúng tôi sử dụng hai kiểu hướng dẫn là hướng dẫn tìm tòi và định hướng khái quát hóa chương trình 22 1.3 Thực trạng dạy học BTVL trong bồi dưỡng HSG ở lớp 10 THPT 1.3.1 Mục đích điều tra - Tìm hiểu tình hình dạy học và sử dụng bài tập chương Động lực học chất điểm của GV trong bồi dưỡng. .. đến khi giải quyết được bài tập đặt ra Kiểu hướng dẫn này được dùng khi có điều kiện hướng dẫn toàn bộ tiến trình hoạt động giải bài tập của HS, giúp HS tự giải được các bài tập đã cho, đồng thời dạy HS cách suy nghĩ trong quá trình giải bài tập và rút ra phương pháp giải một loại bài tập nào đó Ưu điểm của kiểu hướng dẫn này là rèn luyện tư duy, đảm bảo cho HS giải được bài tập đã cho Nhược điểm của... giải bài tập Vật lí 1.2.6.1 Cơ sở định hướng xác định kiểu hướng dẫn học sinh giải bài tập Vật lí Theo [17, tr.39-40] GS Phạm Hữu Tòng đã viết: “Muốn cho việc hướng dẫn giải bài tập vật lí được định hướng một cách đúng đắn, GV phải phân tích được phương pháp giải bài tập cụ thể bằng cách vận dụng những hiểu biết tư duy giải bài tập vật lí để xem xét việc giải bài tập cụ thể này Mặt khác phải xuất phát... HSG môn vật lí ở trường THPT - Tìm hiểu thực trạng nắm vững kiến thức và năng lực giải quyết vấn đề chương Động lực học chất điểm của HSG - Tìm hiểu những khó khăn chủ yếu và sai lầm phổ biến của HS trong học tập chương Động lực học chất điểm 1.3.2 Tiến hành điều tra 1.3.2.1 Đối tượng Đối tượng điều tra là GV và HS đã và đang tham gia ôn luyện thi HSG ở trường THPT Sóc Sơn (Sóc Sơn- Hà Nội) trong. .. việc soạn thảo hệ thống BT và hướng dẫn giải BTVL giúp HS nâng cao trình độ nắm vững tri thức Thực trạng dạy học BTVL trong bồi dưỡng HSG chương Động lực học chất điểm ở các trường THPT không chuyên Từ đó phát hiện ra những khó khăn chủ yếu và những sai lầm phổ biến của HS trong khi nghiên cứu bài tập chương này mà chúng tôi quan tâm Những luận điểm lí luận và thực tiễn trình bày chương này là cơ... năng lực sáng tạo của họ Và bồi dưỡng HSG là một nhiệm vụ quan trọng của ngành giáo dục 1.1.2 Nội dung, phương pháp, biện pháp bồi dưỡng HSG môn Vật lí lớp 10 THPT 1.1.2.1 Nội dung bồi dưỡng HSG môn Vật lí THPT Đào tạo HSG nói chung và ở bộ môn vật lí nói riêng là một quá trình mang tính khoa học và nghiêm túc, không chỉ một vài tháng mà có tính chiến lược dài hơn trong suốt ba năm học ở bậc THPT Quá ... dựng hướng dẫn giải hệ thống tập chương Động lực học chất điểm nhằm bồi dưỡng HSG môn vật lí 10 THPT Chương Hệ thống tập chương Động lực học chất điểm bồi dưỡng HSG môn Vật lí 10 THPT Chương. .. 26 CHƯƠNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI BỘ MÔN VẬT LÍ 10 THPT 30 2.1 Mục tiêu dạy học chương Động lực học chất điềm” Vật lí 10 THPT. .. CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” TRONG BỒI DƯỠNG HSG VẬT LÍ 10 THPT 1.1 Bồi dưỡng học sinh giỏi