Tài liệu Skkn xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực tế phần cơ học thuộc chương trình vật lí 10 thpt

Phần I - MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. Việc giải một bài tập vật lí là việc áp dụng kiến thức vào việc học tập, còn việc áp dụng kiến thức vào thực tiễn thì chưa nhiều nên có nhiều học sinh nhàm chán, chưa thấy được cái hay, cái thú vị của bộ môn vật lí. Kiến thức các em nắm được một cách máy móc và đối phó. Vì thế để cho học sinh phổ thông nắm vững được kiến thức và vận dụng kiến thức ấy vào thực tế đời sống đó là việc rất quan trọng và cấp thiết. Nhiều khi giáo viên đưa ra các bài tập với hàng loạt con số mà không hề quan tâm chúng có phù hợp với thực tế hay không . Chính điều này đã làm cho bộ môn vật lí ngày càng xa rời cuộc sống, trở nên khô khan, khó tiếp thu. Với lý do đó tôi chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực tế phần cơ học thuộc chương trình Vật lí 10 THPT”. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU. Đưa ra một số bài tậpcó nội dung thực tế thuộc phần cơ học thuộc chương trình Vật lí 10 THPT nhằm giúp các em học sinh biết cách vận dụng kiến thức vào trong thực tế và gắn kết giữa l thuyết với thực tiễn tạo hứng thú cho học sinh khi học môn vật lí. III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 1. Đối tượng nghiên cứu: Nguyễn Quốc Đạt-THPT Lê Hồng Phong 1 - Hệ thống bài tập có nội dung thực tế thuộc phần cơ học thuộc chương trình Vật lí 10 THPT. 2. Phạm vi nghiên cứu: Chương : Động học chất điểm – 5 bài tập Chương : Động lực học chất điểm – 4 bài tập Chương : Tĩnh học vật rắn – 3 bài tập Chương : Các định luật bảo toàn – 5 bài tập IV. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU. - Tìm hiểu những hiện tượng cơ học thực tế gần gủi với học sinh. - Xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực tế thuộc phần cơ học thuộc chương trình Vật lí 10 THPT. V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU : - Đọc và tìm hiểu các sách lí luận về phương pháp dạy học và vai trò của các bài tập vật lí có nội dung thực tế. - Tham khảo các sách bài tập có nội dung liên quan đến thực tế. VI. CẨU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI Phần một: Mở đầu. Phần hai: Nội dung. Chương I: Cơ sở lý luận của đề tài. Chương II: Tóm tắt lí thuyết phần cơ học thuộc chương trình vật lí 10 THPT. Chương III: Xây dựng hệ thống bài tập có nội dung thực thế thuộc phần cơ học. Phần ba: Kết luận. Tài liệu tham khảo. Nguyễn Quốc Đạt-THPT Lê Hồng Phong 2 Mục lục. Phần II - NỘI DUNG Chương I - CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI I.1 Vai trò của bài tập vật lý Bài tập vật lý là một vấn đề đặt ra đòi hỏi học sinh phải giải quyết nhờ những suy lý logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật vật lý và phương pháp Vật lý. Ở góc độ phát triển tính tự lực, tích cực của học sinh nhất là về mặt rèn luyện kỹ năng vận dụng những kiến thức đã lĩnh hội được thì vai trò của việc giải bài tập vật lý trong quá trình học tập có một giá trị rất lớn. Bài tập vật lý có thể được sử dụng trong nhiều khâu trong quá trình dạy học mang lại hiệu quả cao. Bài tập vật lý có thể được sử dụng như là phương tiện nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được kiến thức mới một cách sâu sắc và vững chắc. Bài tập vật lý là một phương tiện rèn luyện cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức, liên hệ giữa lý thuyết với thực tế, học tập và đời sống. Bài tập vật lý là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh. Nguyễn Quốc Đạt-THPT Lê Hồng Phong 3 Bài tập vật lý là một phương tiện giúp học sinh ôn tập, củng cố kiến thức một cách sinh động và có hiệu quả. Bài tập vật lý là một phương tiện để kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh, thông qua đó giáo viên tự đánh giá kết quả giảng dạy của mình và có sự điều chỉnh thích hợp. Thông qua việc giải bài tập vật lý có thể rèn luyện cho học sinh các đức tính tốt như: tinh thần tự lập, tính cẩn thận, tính kiên trì, tinh thần chịu khó... I.2. Phân loại bài tập vật lý Đối với chương trình vật lý phổ thông, người ta thường phân loại bài tập vật lý theo phương thức giải, gồm 4 loại cơ bản. I.2.1. Bài tập định tính Bài tập định tính là những bài tập mà việc giải chúng không cần phải tính toán hay chỉ làm những phép tính đơn giản có thể tính nhẫm được. I.2.2. Bài tập định lượng ( bài tập tính toán) Bài tập định lượng là những bài tập muốn giải được thì phải thực hiện một loạt các phép tính. Căn cứ vào mục đích sử dụng có thể chia bài tập định lượng ra làm 2 loại : bài tập tính toán tập dượt và bài tập tính toán tổng hợp. I.2.3 Bài tập tính toán tập dượt Bài tập tính toán tập dượt là loại bài tập đơn giản được sử dụng ngay sau khi nghiên cứu một khái niệm, một định luật, quy tắc vật lý nào đó. Nó có tác dụng giúp học sinh hiểu đầy đủ và sâu sắc hom những mặt định lượng của các đại lượng vật lý và làm cơ sở cho việc giải các bài toán phức tạp hơn. I.2.4. Bài tập tính toán tổng hợp Bài tập tính toán tổng hợp là những bài tập phức tạp mà muốn giải được chúng phải vận dụng nhiều khái niệm, nhiều định luật hoặc quy tắc, công thức ở nhiều bài, nhiều mục, thậm chí nhiều phần khác nhau của chương trình. Nó có tác dụng ôn tập tài liệu giáo khoa, đào sâu và mở rộng kiến thức của học sinh, giúp học sinh thấy được mối liên hệ giữa những phần khác nhau của giáo trình. I.3. Phương pháp chung để giải bài tập vật lý Gồm 4 bước: I.3.1.Tìm hiểu đề bài Nguyễn Quốc Đạt-THPT Lê Hồng Phong 4 - Đọc, ghi ngắn gọn các đại lượng đã cho và các đại lượng phải tìm. - Mô tả lại tình huống được nêu trong bài tập, vẽ hình minh họa nếu cần. I.3.2.Xác lập mối quan hệ giữa các đại lượng đã cho và các đại lượng phải tìm Đối chiếu các dữ kiện xuất phát và các đại lượng phải tìm, phân tích hiện tượng vật lý đã cho trong đề bài để nhận biết các định luật, công thức vật lý có liên quan. Xác lập các mối liên hệ cụ thể giữa các đại lượng đã cho và các đại lượng phải tìm và lựa chọn các mối liên hệ cơ bản để dễ dàng tim ra đại lượng phải tim. I.3.3. Rút ra kết quả cần tìm Từ các phương trình liên hệ ở bước 2, tiếp tục luận giải, tính toán để suy ra đại lượng phải tìm. 1.3.4. Biện luận kết quả Có thể dùng một số cách sau: • Kiểm tra xem kết quả có phù hợp với thực tế không. • Kiểm tra đơn vị có phù hợp hay không. • Nếu giải bài tập bằng cách khác có đúng kết quả không. • Xét thêm một số trường hợp riêng, xem có phù hợp không. I.4. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý Dựa trên cơ sở phân tích tư duy trong quá trình giải bài tập vật lý, giáo viên phân tích phương pháp giải bài tập cụ thể. Mặt khác kết hợp với mục đích sư phạm cụ thể của việc giải bài tập để xác định kiểu hướng dẫn phù hợp. Từ đó giáo viên có thể xây dựng phương pháp hướng dẫn học sinh giải một bài tập cụ thể. Thông thường có 3 kiểu chủ yếu hướng dẫn học sinh giải một bài toán như sau: I.4.1. Kiểu hưởng dẫn angôrít (hướng dẫn theo mẫu) Là kiểu hướng dẫn trong đó giáo viên chỉ ra cho học sinh các hành động cần thiết một cách rõ ràng, chính xác và trình tự để đi đến kết quả. Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải bài tập để xác định được trình tự chính xác các hành động cần thực hiện nghĩa là xây dựng được angôrít giải bài tập đó. Kiểu này thường được áp dụng khi giáo viên cần giúp học sinh nắm được phương pháp giải một loại bài tập nào đó. I.4.2. Kiểu hướng dẫn tìm tòi (hưởng dẫn ơrixtic) Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ, tìm tòi, phát hiện cách giải quyết chứ không phải giáo viên chỉ rõ để cho học sinh chấp nhận các hành động theo Nguyễn Quốc Đạt-THPT Lê Hồng Phong 5 mẫu. Trong kiểu này, giáo viên sẽ gợi ý để học sinh tự xác định hành động cần thực hiện để đi đến kết quả. Kiểu này thường được áp dụng khi càn giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn để giải được bài tập đồng thời đảm bảo yêu càu phát triển tư duy cho học sinh, tạo điều kiện cho học sinh tự giải quyết vấn đề. I.4.3. Kiểu hướng dẫn khái quát chương trình hỏa Là kiểu hướng dẫn cho học sinh tự lực tìm tòi cách giải quyết nhưng giáo viên chỉ định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề. Nếu học sinh không giải quyết được thì giáo viên có thể đặt thêm những câu hỏi phụ để thu hẹp phạm vi phải tìm tòi. Nguyễn Quốc Đạt-THPT Lê Hồng Phong 6 Chương II - TÓM TẮT LÍ THUYẾT PHẦN CƠ HỌC. II. 1. Động học chất điểm II. 1.1. Chuyển động cơ, thời điểm, thời gian và hệ quy chiếu Chuyển động của một vật là sự thay đổi vị trí của vật đó trong không gian theo thời gian. Vật chuyển động đến từng vị trí trên quỹ đạo vào những thời điểm nhất định còn vật đi từ vị trí này đến vị trí khác trong những khoảng thời gian t. Một hệ quy chiếu gồm : + Một vật làm mốc, một hệ toạ độ gắn với vật làm mốc. + Một mốc thời gian và một đồng hồ thời gian nhất định. II.1.2. Chuyển động thẳng đều - Tốc độ trung bình : vtb  s t - Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có tốc độ trung bình như nhau trên mọi quãng đường bất kỳ. - Phương trình chuyển động : x  x0  v.t II.1.3. Chuyển động thảng hiến đổi đều -Vận tốc tức thời v  v0  a.t , đơn vị vận tốc là m/s. Véc tơ vận tốc tức thời của một vật tại một điểm là một véc tơ có gốc tại vật chuyển động, có hướng của chuyển động và có độ dài tỉ lệ với độ lớn của vận tốc tức thời theo một tỉ xích nào đó. - Gia tốc: + Biểu thức độ lớn: a v t vôùi : v = v – vo ; t = t – to Đơn vị gia tốc là m/s2. + Veùc tô gia toác. Vì vâ nâ tốc là đại lượng vectơ nên gia tốc cũng là đại lượng vectơ. r r r r v  v0 v a  t  t0 t Veùc tô gia toác cuûa chuyeån ñoäng thaúng nhanh daàn ñeàu cuøng phöông, cuøng chieàu vôùi veùc tô vaän toác. - Chuyển động thẳng biến đổi đều. 7 Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng trong đó véctơ gia tốc a không đổi cả về hướng và độ lớn. Chuyển động là nhanh dần đều khi r r r r a  v , chuyển động là chậm dần đều khi a  v . - Xét trong hệ quy chiếu quán tính ta có: + Công thức xác định vận tốc: v = v0 + at. 1 s  v0 t  at 2 2 + Phương trình đường đi của chuyển động thẳng biến đổi đều: 1 x  x0  v0 .t  a.t 2 2 + Phương trình chuyên động của chuyên động thẳng biến đổi đều: 2 2 Công thức liên hệ giữa a, v và s của chuyển động thẳng biến đổi đều: v  v0  2as II.1.4. Sự rơi tự do Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực. Những đặc điểm của chuyển động rơi tự do: + Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng (phương của dây dọi). + Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên xuống dưới. + Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dàn đều. 1 2 gt Với hệ quy chiểu quán tính, ta có các công thức đơn giản: v = g,t ; h = 2 ; v2 = 2gh II. 2. Động lực học chất điểm II.2.1. Các định luật Newton - Định luật I Newton (định luật quán tính). Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào ( hay vật cô lập) thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. - Định luật II Newton. 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  F a m  8     Trong tröôøng hôïp vaät chòu nhieàu löïc taùc duïng F1 , F2 ,..., Fn thì F laø hôïp löïc cuûa caùc löïc     ñoù : F  F1  F2  ...  Fn - Định luật III Newton. Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại   vật A một lực, hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiêu: FBA   FAB II.2.2. Lực hấp dẫn - Lực hấp dẫn: Mọi vật trong vũ trụ đều hút nhau với một lực, gọi là lực hấp dẫn. - Định luật vạn vật hấp dẫn: Lực hấp dẫn giữa hai vật (coi như chất điểm bất kì) tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng Fhd m .m G 12 2 r , G = 6,67.10-11  N .m 2  2  kg    là hằng số hấp dẫn. - Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn. Trọng lực tác dụng lên một vật là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật đó. Trọng lực có điểm đặt ở một điểm đặc biệt của vật, gọi là trọng tâm của vật. m.M - Độ lớn của trong lực (trọng lượng) : P = G  R  h  2 GM 2 Gia tốc rơi tự do: g =  R  h  Nếu ở gần măt đất (h << R) : P = G m.M GM 2 R ; g = R2 II.2.3. Lực đàn hồi - Định luật Húc (Hookes). 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 | , với k gọi là độ cứng (hay hệ số đàn hồi) của lò xo, có đơn vị là N/m. 9 II.2.4. Lực ma sát - Xuất hiện ở mặt tiếp xúc giữa hai vật, có phương tiếp tuyến với mặt đó, ngăn cản chuyển động tương đối hoặc xu hướng chuyển động tương đối của hai vật đối với nhau. - Lực ma sát trượt. Xuất hiện khi vật này trượt lên vật kia, hướng ngược chiều chuyển động và có độ lớn tỉ lệ với áp lực N ( lực nén vuông góc). Lực ma sát trượt không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ của vật mà phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc. Fmst  t .N Trong đó: t : hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào tình trạng và bề mặt. N : Áp lực của vật (lực nén vật lên bề mặt). II.2.5. Lực hướng tâm Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động theo quỹ đạo cong và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng Fht = m. aht = m. v2  m. 2 .r r II.3. Cân bằng và chuyển động của vật rắn II.3.1. Quy tắc tổng hợp lực - Tổng hợp hai lực đồng quy: Dùng quy tắc hình bình hành hoặc quy tắc đa giác lực như sau: ur uu r ur F  F1  F 2 10 a) Hôïp löïc cuûa hai löïc song song cuøng chieàu laø moät löïc song song, cuøng chieàu vaø coù ñoä lôùn baèng toång caùc ñoä lôùn cuûa hai löïc aáy. b) Giaù cuûa hôïp löïc chia khoaûng caùch giöõa hai giaù cuûa hai löïc song song thaønh nhöõng ñoaïn tæ leä nghòch vôùi ñoä lôùn cuûa hai löïc aáy. O O 1 F1 d 2  F d1 (chia trong) 2 F = F1 + F2 ; O 2 II.3.2. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của hai lực. Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng r r F   F 1 2 giá, cùng độ lớn và ngược chiêu: II.3.3. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song - Quy tắc hợp lực hai lực có giá đồng quy. Muốn tổng hợp hai lực có giá đồng qui tác dụng lên một vật rắn, trước hết ta phải trượt hai véctơ lực đó trên giá của chúng đến điểm đồng quy, rồi áp dụng qui tắc hình bĩnh hành để tìm hợp lực. - Điều kiện cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực không song song. Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực không song song ở trạng thái cân bằng thì: + Ba lực đó phải đồng phẵng và đồng quy. r r r F  F   F 1 2 3 + Hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba: II.3.4. Cân bằng của một vật có trục quay cổ định. Mômen lực - Mômen lực. Mômen lực đôi với một trục quay là là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó: M = F.d - Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định. Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại. II.3.5. Cân bằng của một vật chịu tác dụng của ba lực song song 11 Muốn cho một vật chịu tác dụng của ba lực song song ở trạng thái cân bằng thì hợp lực của hai lực song song cùng chiều phải cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều với lực thứ r r r r F ba. 1  F2  F3  0 II.4. Các định luật bảo toàn II.4.1. Động lượng - Động lượng p của một vật là một véctơ cùng hướng với vận tốc và được xác định bởi   p= mv công thức : - Đơn vị động lượng là kg.m/s    - Mối liên hệ giữa động lượng và xung lượng của lực: p 2 - p 1 = F t   hay p = F t (Dạng khác của định luật II Newton). - Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bàng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. II.4.2. Định luật bảo toàn động lượng - Hệ cô lập (hệ kín). Một hệ nhiêu vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ (hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau). - Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập.    Động lượng của một hệ cố lập là không đổi: p1 + p 2 + … + p n = khoâng ñoåi II.4.3. Công, công suất ur - Nêu lực không đôi F tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc  thì công của lực F được tính theo công thức : A = Fscos. - Đơn vị công là jun (kí hiệu là J) : 1J = lNm - Các công thức tính công chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong quá trĩnh chuyển động. A - Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian: P = t 12 1J - Đơn vị công suất là jun/giây, đươc đăt tên là oát, kí hiệu w, 1W = 1s - Ngoài ra ta còn một đơn vị thực hành của công là oát giờ (W.h) : 1 W.h = 3600J ; lkW.h = 3600kJ. II.4.4. Động năng, định ỉỉ biến thiên động năng - Động năng là dạng năng lượng mà vật có được do nó đang chuyển động và được xác 1 định bởi công thức: Wñ = 2 mv2 , với m là khối lượng của vật, v là tốc độ chuyển động của vật. - Đơn vị của động năng là jun (J). 1 1 2 - Định lí biến thiên động năng: A = 2 mv2 - 2 mv12 = Wđ2 – Wđ1 Tổng công của ngoại lực tác dụng lên vật bằng độ biến thiên động năng của vật. II.4.5. Thế năng - Theá naêng troïng tröôøng. + Theá naêng troïng tröôøng cuûa moät vaät laø daïng naêng löôïng töông taùc giöõa Traùi Ñaát vaø vaät ; noù phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa vaät trong troïng tröôøng. + Neáu choïn moác theá naêng taïi maët ñaát thì coâng thöùc tính theá naêng troïng tröôøng cuûa moät vaät coù khoái löôïng m ñaët taïi ñoä cao z laø : Wt = mgz - Theá naêng ñaøn hoài. Theá naêng ñaøn hoài laø daïng naêng löôïng cuûa moät vaät chòu taùc duïng cuûa löïc ñaøn hoài. Theá naêng ñaøn hoài cuûa moät loø xo coù ñoä cöùng k ôû troïng thaùi coù bieán daïng l laø : 1 Wt = 2 k(l)2 II.4.6. Cô naêng Cô naêng cuûa vaät chuyeån ñoäng döôùi taùc duïng cuûa troïng löïc baèng toång ñoäng naêng vaø theá naêng cuûa vaät : W = Wñ + Wt = const. 13 Chương III - XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ NỘI DUNG THỰC TẾ THUỘC PHẦN CƠ HỌC. III. 1. Chương - Động học chất điểm (5 bài tập) Bài tâp 1: Một xe mô tô chuyển động đều từ thị trấn A đến thị trấn B với vận tốc 20km/h, còn từ thị trấn B đến thị trấn A nó cũng chuyển động đều nhưng với vận tốc 30km/h. Xác định vận tốc trung bình của chuyển động cả đi lẫn về. 1.1. Mục đích xây dựng bài tập Thực tế thì hoc sinh THPT thường bị nhầm lẫn giữa vận tốc trung bình và trung bình vận tốc nên thông qua bài tập này, giáo viên sẽ phần nào giúp các học sinh khắc phục được sự nhầm lẫn trên. 1.2. Bài giải Nếu tính theo công thức vận tốc trung bình thỉ ta có: vtb= s /t 2l Vậy vận tốc trung bình của chuyển động cả đi lẫn về là: vtb= t1  t2 (với l là quãng đường từ thị trấn A đến thị trấn B). 2l 2l 2v v 2.20.30   1 2   24(km/ h) l l lv2  lv1 v1  v2 20  30  v1v2 Vtb = v1 v2 (1) Nếu tính theo công thức trung bình vận tốc thì ta có: v1  v2 20  30   25(km/ h) 2 vtb = 2 2v1v2 v1  v2 v  v Gọi A = 1 2 , B = 2 (2) (3) B v1  v2 v1  v2  v1  v2  v 2  v22 2v1v2 v 2  v22 1 1 1    1   1   A 2 2 v v 4 v v 4 v v 4 v v 2(2 v v ) 2  2 2 =1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 Xét biểu thức sau: 2 14 B  A 1 (4) Từ kết quả tính toán và từ biểu thức (4) ta có nhận xét: Trung bình vận tốc không nhỏ hơn vận tốc trung bình. Bài tập 2: Một chuyện dân giang kể rằng: Trước khi chết, một phú ông đã để lại cho người con của mình 1 hũ vàng chôn trong khu vườn rộng và một mảnh giấy có ghi “Đi về phía đông 10 bước chân sau đó rẽ phải đúng 8 bước , đào sâu lm”. Theo em, với cách ghi như thế, người con có thể xác định được chính xác vị trí chỗ chôn vàng không? Vì sao? 2.1. Mục đích xây dựng bài tập Mục đích của việc đưa ra bài tập nhằm giúp học sinh nhớ lại cách xác định vị trí của một vật, và điều quan trọng hơn nữa là giáo viên có thể rèn luyện cho học sinh đức tính cẩn thận khi giải quyết vấn đề. 2.2. Giải thích: Theo lý thuyết, để xác định được vị trí của chất điểm thì nguyên tắc chung là chọn một vật làm mốc và gắn trên vật mốc đó một hệ trục tọa độ. Như vậy với cách ghi trên thi không thể xác định được chính xác vị trí chỗ chôn vàng. Vì thông tin trên thiếu một yếu tố quan trọng là vật làm mốc. Bài tâp 3: Trong 1 cuộc đua xe đạp, khi xuất phát, coi các vận động viên tăng tốc đều. Nếu chỉ quan sát bằng mắt, dựa vào yếu tố nào ta có thể phát hiện được vận động viên nào có gia tốc lớn nhất ? Hãy nêu rõ cơ sở lý luận. 3.1. Mục đích xây dựng bài tập Bài tập này sẽ giúp học sinh biết cách vận dụng kến thức vật lý vào thực tế đời sống một cách định tính mà vẫn tìm ra được kết quả, từ đó rèn luyện cho các em có một tư duy nhạy bén khi giải quyết vấn đề. 3.2. Giải thích 1 2 at Ta có công thức tính quãng đường là: s = 2 . Với thời gian t như nhau, nếu a càng lớn thì s càng lớn. Như vậy khi chỉ quan sát bằng mắt thì ta dựa vào quãng đường mà các vận động viên đi được trong cùng một khoảng thời gian kể từ lúc xuất phát: Vận động viên nào đi được quãng đường dài hơn (dẫn đầu đoàn đua) thì có gia tốc lớn nhất. Bài tập 4: Cùng 1 lúc, ô tô thứ nhất chuyển động chậm dần vào bến và ô tô thứ hai rời bến 15 chuyển động nhanh dần. Coi 2 ô tô chuyển động trên 2 đường thẳng song song. Có nhận xét gì về hướng của véc tơ gia tốc của 2 xe ? Biểu diễn trên cùng một hình vẽ hướng của 2 véc tơ gia tốc này. 4.1. Mục đích xây dựng bài tập Ở bài tập này người giáo viên có thể giúp học sinh khắc sâu được kiến thức “Vận tốc luôn cùng hướng với chuyển động”, đồng thời có thể biểu diễn được các véctơ gia tốc và vận tốc khi xe chuyển động chậm dần hay nhanh dần. 4.2. Giải thích ur a Vì ô tô thứ nhất chuyển động chậm dần nên véctơ gia tốc 1 ngược hướng với chuyển uu r a động. Ô tô thứ 2 chuyển động nhanh dần nên véctơ gia tốc 2 cùng hướng với chuyển động. ur uu r a a 1 Kết quả là  2 như hình vẽ. Bài tâp 5: Một người đứng tại vị trí M trên đồng cỏ cách một con đường thẳng một khoảng h = 50m để đón xe ô tô. Khi thấy xe ô tô còn cách minh một đoạn a = 200m thì người này bắt đầu chạy ra đường để gặp xe. Biết xe chạy với vận tốc v1 = 36km/h. Hỏi người này phải chạy theo hướng nào để gặp được xe ô tô. Biết rằng người đó chạy với vận tốc v2 = 10,8km/h. 5.1. Mục đích xây dựng bài tập Hiện tượng được nêu ra trong đề bài là một hiện tượng rất gần gui với HS nên việc đưa ra bài tập này các em có thể dễ dàng hình dung hơn, đồng thời thông qua bài tập này, GV sẽ rèn luyện cho các em kỹ năng vận dụng những kiến thức vật lý và toán học vào việc giải quyết các bài toán thực tế, tạo được động lực và sự hứng thú cho các em khi học môn Vật lý. 5.2. Bài giải Giả sử người này chạy theo hướng MB. Để người đó có thể gặp đúng xe ô tô thì thời gian xe đi từ A đến B phải bằng thời gian người chạy từ M đến B. Do đó ta có: t xe = tng AB MB AB v1   v v MB v2 1 2   (1) Ta đặt góc  ,  như hình vẽ. Sử dụng định lý hàm số sin trong tam giác AMB ta có : 16 BM AB BM sin     sin  sin  AB sin  (2) sin  v1 v   sin   1 sin  v2 Từ (1) và (2)  sin  v2 (3) Mà sin = h/a (4) v1 h 10 50 5   v a 3 200 6 Thế (4) vào (3) ta có sin = 2 1  56030 '  0   2  123 30 ' Từ kết quả trên ta có thể vẽ lại hình như sau: Biện luận: Nếu người đó chạy theo hướng MB1 hoặc theo hướng MB2 thì người này sẽ gặp đúng xe, khi đó thì người này không thể đón xe được. Vậy để người này có thể đón được xe thì người đó phải đến trước xe, nghĩa là người này có thể chạy theo nhiều đường khác nhau nhưng phải thỏa mãn được điều kiện là: 56°30’  a  123°30’ . Tuy nhiên thực tế thì để người này có thể đón được xe mà ít mệt nhất thi trong cùng một khoảng thời gian, người đó phải chạy theo đường nào có vận tốc nhỏ nhất. Thật vậy v1 h (""  ) ta có: sin = v2 a v1h a v2 ۳ v2 36.50  9km / h 200 Khi v2 = 9km/h thì  = 900, nghĩa là người đó phải chạy theo hướng MI. III.2. Chương - Động lực học chất điểm (4 bài tập) Bài tâp 6 : Tại sao ở nhiều nước có quy định bắt buộc người lái xe và những người ngồi trong xe ô tô phải khoác một dây vòng qua ngực, hai đầu mắc chặt vào ghế ngồi? 6.1. Mục đích xây dựng bài tập Bài tập này có nội dung rất gần gủi với học sinh , người giáo viên khi cho học sinh làm bài tập này nhằm giúp các em hiểu rõ nội dung của định luật I Newton, ngoài ra bài toán này còn mang tính chất giáo dục các em nên chấp hành đúng luật khi tham gia giao thông trên đường bộ. 17 6.2. Giải thích Bài tập này có thể sử dụng tính chất quan trọng của định luật I Newton là “quán tính”. Khi xe ô tô đang chuyển động nhanh nếu phải dừng đột ngột, do có quán tính, người ngồi trên xe có xu hướng bị ngã về phía trước ngược lại khi xe đang chuyển động chậm nếu đột ngột tăng tốc, người ngồi trên xe có xu hướng bị ngã ra phía sau. Hiện tượng trên có thể được giải thích cụ thể như sau: Xe đang chuyển động nhanh, người ngồi trên xe cũng chuyển động theo, khi xe dừng đột ngột thi phần chân của người dừng lại cùng với xe nhưng phần cơ thể phía trên có xu hướng duy trì vận tốc cũ tức là vẫn chuyển động tới phía trước. Kết quả là người ngồi trên xe bị ngã về phía trước. Việc người ngồi trên xe phải khoác một chiếc dây phía trước ngực (gọi là dây an toàn) có thể hạn chế được những tinh huống đáng tiếc xảy ra khi có tai nạn giao thông. Bài tập 7: Khi chèo thuyền, muốn cho thuyền tiến hoặc lùi thi phải làm như thế nào? 7.1. Mục đích xây dựng bài tập Bài tập này đưa vào nhằm mục đích giúp học sinh hiểu rõ hơn về định luật III Newton, đồng thời đây là kinh nghiệm quý báu để các em có thể tham gia các trò chơi trên mặt nước hoặc có thể đi qua sông, suối... 7.2. Giải thích Muốn cho thuyền tiến tới phía trước thi mái chèo phải gạt nước về phía sau. Khi mái chèo tác dụng vào nước một lực hướng về phía sau thi theo định luật III Newton, nước sẽ tác dụng vào thuyền (thông qua mái chèo) 1 lực hướng về phía trước. Muốn cho thuyền tiến về phía sau thi mái chèo phải gạt nước về phía trước, theo định luật III Newton, nước tác dụng vào thuyền 1 lực hướng về phía sau, do đó thuyền chuyển động được về phía sau. Bài tâp 8: Hai chiếc tàu thủy có khối lượng rất lớn, lực hấp dẫn giữa chúng lại rất nhỏ (đến mức ta không thể nhận biết được có lực hút này). Thế nhưng một chiếc đinh sắt đặt gần một thỏi nam châm thì chúng lại hút nhau bàng một lực khá lớn mặc dù khối lượng của chúng là nhỏ. Điều này có mâu thuẫn với sự tỉ lệ của lực hấp dẫn với tích khối lượng của các vật như đã nêu trong định luật vạn vật hấp dẫn không? Tại sao? 8.1. Mục đích xây dựng bài tập Ngoài mục đích khắc sâu kiến thức về lực hấp dẫn cho học sinh thì bài tập này còn rèn luyện cho học sinh đức tính cẩn thận, biết suy nghĩ và phân tích kỹ vấn đề trước khi đưa ra hướng giải quyết. 8.2. Giải thích 18 Lực hấp dẫn là lực phổ biến trong tự nhiên, tuy nhiên lực hút giữa nam châm và thỏi sắt về bản chất thì đây là lực từ chứ không phải là lực hấp dẫn cho nên bài toán trên không có gì mâu thuẫn. Bài tâp 9: Gia tốc rơi tự do ở đỉnh núi bằng g = 9,809 m/s2. Tìm độ cao của đỉnh núi, biết gia tốc rơi tự do ở chân núi bằng g0 = 9,810 m/s2 và bán kính Trái Đất Rđ = 6370km. 9.1. Mục đích xây dựng bài tập Đây là một trong những phương pháp trắc địa nhằm giúp học sinh có thể đo chiều cao của một đỉnh núi, một tòa nhà... khi biết gia tốc tại đỉnh của đỉnh núi hay tòa nhà đó. 9.2. Bài giải Ta đã có khái niệm trọng lực P của một vật ở gần mặt đất là lực hấp dẫn mà Trái Đất hút vật đó. Mà P = mg, Fhd = G mmd r2 , trong đó: + G = 6,67.10-11 Nm 2 kg 2 là hằng số hấp dẫn. + m là khối lượng của vật, md là khối lượng của Trái Đất + r = Rd + h , với h là độ cao của vật so với mặt đất. mmd mg  G ( Rd  h) 2 P = Fhd  G với g0 = md Rd2 2  R  g0  d  R h  g=  d (1) (2) là gia tốc trọng trường trên mặt đất. 2 g 0 ( Rd  h) 2  h    1   2 g Rd Rd   Từ (1) và (2) ta có : Theo đề bài g = 9,809 m/s 2, g0 = 9,810m/s2, như vậy g khác g0 rất ít, nghĩa là h << R d g0 2h  1 Rd do đó áp dụng phương pháp gần đúng ta có thể viết g 19 h Rd  g 0  1  2 g  Vậy độ cao của đỉnh núi so với mặt đất là: h Rd  g 0    1  325m 2 g  II.3. Chương - Tĩnh học vật rắn (3 bài tập) uu r uur F Bài tập 10: Một vật rắn chịu tác dụng của 2 lực đồng quy 1 và F2 như hĩnh vẽ a. Đẻ vật cân bằng thì phải tác dụng vào vật một lực F như thế nào? uu r uu r uur F F 1 Một học sinh đã lập luận như sau: Các lực , và F2 tuân theo quy tắc hình bình hành, có nghĩa là chúng phải thõa mãn: F2 = F12+F22+2F1F2cos  F =  F12  F22  2 F1 F2 cos  uu r F Từ kết quả này học sinh đó cho rằng có 2 trường hợp của lực đều làm cho vật cân uu r uu r F F bằng, đó là lực hướng vào trong góc  và lực hướng ra ngoài góc  như hĩnh b và hình c. Lập luận trên có gì sai? Hình a Hình b Hình c 10.1. Mục đích xây dựng bài tập Bài tập này đưa ra nhằm giúp học sinh nhớ lại quy tắc hình bình hành khi tổng hợp hoặc phân tích lực, đồng thời giúp học sinh biết cách vận dụng linh hoạt những công thức toán học vào việc giải một bài tập vật lý. 10.2. Giải thích Ta biết rằng lực là một đại lượng véctơ nhưng tự nó không thể lấy dấu dương hoặc âm. Trên thực tế người ta có thể sử dụng dấu dương hoặc âm đi kèm với lực để giải một bài toán. Tuy nhiên trong trường hợp này, lời giải phải tìm thấy dựa trên quy tắc hình bình hành, tức là hợp lực của 2 lực đặt vào cùng một điểm và giá của hợp lực là đường chéo của hình bình hành được dựng trên các lực thành phần với điều kiện các lực thành phần này là cạnh của hình bình hành đó. 20