bản chất vật lý trong các bài tập định tính ở phần cơ học lớp 10
lượt xem 65
download
trước hết cho tôi gởi lời cảm ơn chân thành tới BGH trường Đại học An Giang, phòng Hợp tác Quốc tế, Hội đồng khoa học trường Đại học An Giang, khoa Sư Phạm đã tạo cơ hội cho tôi tham gia nghiên cứu khoa học. Đồng thời cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy Vũ Tiến Dũng, đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Cuối cùng xin cảm ơn tất cả bạn bè, người thân đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. ...
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: bản chất vật lý trong các bài tập định tính ở phần cơ học lớp 10
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA SƯ PHẠM Người thực hiện : TRẦN QUỐC DUYỆT MSSV : DLY021307 BẢN CHẤT VẬT LÍ TRONG CÁC BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH Ở PHẦN CƠ HỌC LỚP 10 Giáo viên hướng dẫn : Th.S VŨ TIẾN DŨNG AN GIANG, NĂM 2004
- LỜI CẢM ƠN Trước hết cho tôi gởi lời cảm ơn chân thành tới BGH trường Đại học An Giang, phòng Hợp tác Quốc tế, Hội đồng khoa học trường Đại học An Giang, khoa Sư Phạm đã tạo cơ hội cho tôi tham gia nghiên cứu khoa học. Đồng thời cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy Vũ Tiến Dũng, đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Cuối cùng xin cảm ơn tất cả bạn bè, người thân đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Hy vọng đề tài sẽ giúp ích được phần nào trên con đường tự học, tự rèn luyện của bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn. Trần Quốc Duyệt
- MỤC LỤC Phần I : Phần Mở Đầu 1. Lý do chọn đề tài ………………………………………………….Trang 1 2. Mục đích nghiên cứu……………………………………………... Trang 1 3. Đối tượng nghiên cứu…………………………………………….. Trang 1 4. Phạm vi nghiên cứu………………………………………………. Trang 1 5. Nhiệm vụ nghiên cứu…………………………………………….. Trang 2 6. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………. Trang 2 7. Giả thuyết khoa học………………………………………………. Trang 2 8. Thời gian nghiên cứu……………………………………………... Trang 2 Phần II : Nội Dung Nghiên Cứu Chương I : Động học I. Cơ sở lý thuyết…………………………………………………….. Trang 3 II. Hệ thống các bài tập định tính về Động học……………………... Trang 4 1.Chuyển động của vật trong hệ qui chiếu đứng yên……………. Trang 4 2. Tính tương đối của chuyển động……………………………... Trang 9 3. Tổng hợp chuyển động……………………………………….. Trang 11 III. Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lí trong các bài tập định tính về Động học………………………………………………… Trang 18 Chương II : Động lực học I. Cơ sở lý thuyết…………………………………………………….. Trang 20 II. Hệ thống các bài tập định tính về Động lực học…………………. Trang 21 1. Quán tính……………………………………………………… Trang 21 2. Lực hấp dẫn…………………………………………………... Trang 22 3. Lực đàn hồi …………………………………………………... Trang 24 4. Lực ma sát…………………………………………………….. Trang 26 5. Lực cản………………………………………………………...Trang 28 6. Lực phụ thuộc vào thời gian………………………………….. Trang 29 III. Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lí trong các bài tập định tính về Động lực học……………………………………………. Trang 31 Chương III : Các định luật bảo toàn
- I. Cơ sở lý thuyết…………………………………………………….. Trang 32 II. Hệ thống các bài tập định tính về các định luật bảo toàn………… Trang 32 1. Định luật bảo toàn động lượng……………………………….. Trang 32 2. Định luật bảo toàn năng lượng………………………………... Trang 34 3. Định luật bảo toàn momen động lượng………………………. Trang 36 III. Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lí trong các bài tập định tính về các định luật bảo toàn…………………………………… Trang 39 Chương IV : Cân bằng của vật rắn I. Cơ sở lý thuyết…………………………………………………….. Trang 40 II. Hệ thống các bài tập định tính về cân bằng của vật rắn………….. Trang 40 1. Điều kiện cân bằng của vật rắn……………………………….. Trang 40 2. Các dạng cân bằng……………………………………………. Trang 42 3. Mức vững vàng của cân bằng………………………………... Trang 45 III. Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lí trong các bài tập định tính về cân bằngcủa vật rắn………………………………………… Trang 46 Phần III : Kết Luận I. Kết luận…………………………………………………………... Trang 48 1. Bản chất vật lí trong các bài tập định tính……………………. Trang 48 2. Con đường để đi đến bản chất vật lí trong các bài tập định tính……………………………………………………………... Trang 48 3. Tác dụng của việc tìm hiểu bản chất vật lí trong các bài tập định tính……………………………………………………………... Trang 49 II. Đề xuất sư phạm..………………………………………………… Trang 51 1. Sử dụng các bài tập định tính để tiến hành xêmina học tập.…. Trang 51 2. Sử dụng các bài tập định tính để xây dựng các tình huống có vấn đề………………………………………………………… Trang 52 3. Sử dụng các bài tập định tính để củng cố và phát triển phương pháp tự học………………………………………………………. Trang 52 4. Sưu tầm, phân loại và nghiên cứu các bài tập định tính để xây dựng kho tư liệu giảng dạy…………………………………. Trang 53 5. Phát triển đề tài……………………………………………….. Trang 53 Tài liệu tham khảo……………………………………………….….Trang 54
- LỜI NÓI ĐẦU Cơ học hay khoa học về chuyển động và cân bằng của các vật thể là một trong những phần quan trọng nhất và cũng sớm trở thành một lĩnh vực thực sự khoa học của Vật lý học. Bắt đầu từ những công trình của Galilêo Galilei và Isaac Newton vào nửa sau thế kỉ XVII. Suốt ba thế kỉ tiếp theo nhiều thế hệ nhà khoa học ở nhiều nước khác nhau trên thế giới đã đóng góp công sức lớn lao mở rộng phạm vi và hoàn thiện công cụ nghiên cứu Cơ học để hoàn chỉnh nó thành một khoa học tương đối độc lập và khái quát. Chỉ từ cuối thế kỉ thứ XIX trở đi, Cơ học Newton mới dần dần bộc lộ tính hạn chế của nó và các hiểu biết về chuyển động đã trở nên sâu sắc và đầy đủ hơn nhờ sự hình thành và phát triển của thuyết tương đối và thuyết lượng tử. Cơ học Newton bây giờ được gọi là Cơ học cổ điển, coi như trường hợp riêng của Cơ học tương đối tính và Cơ học lượng tử, khi mà vận tốc của chuyển động là nhỏ so với vận tốc ánh sáng và kích thước vật chuyển động là lớn so với kích thước của các hạt tạo thành nguyên tử như hạt electron. Dĩ nhiên Cơ học Newton vẫn cực kì quan trọng đối với hoạt động sống của con người vì nó giúp ta hiểu được chuyển động của mọi vật thể ở Trái Đất cũng như các vật thể khác trong vũ trụ. Phần Cơ học nghiên cứu trong chương trình lớp 10 được chia thành ba bộ phận : Động học nghiên cứu chuyển động của chất điểm một cách độc lập với nguyên nhân gây ra chuyển động, gồm các chuyển động thẳng và chuyển động cong mà cụ thể là chuyển động tròn. Động lực học nghiên cứu các chuyển động nói trên trong mối quan hệ với nguyên nhân gây ra sự biến đổi của chúng. Cuối cùng là tĩnh học nghiên cứu sự cân bằng của các vật thể, hiểu như trường hợp đặc biệt của chuyển động khi vận tốc của vật bằng không. Bài tập định tính là loại bài tập được đưa ra với nhiều tên gọi khác nhau : “câu hỏi thực hành, câu hỏi để lĩnh hội, bài tập logic, bài tập miệng, câu hỏi định tính, câu hỏi kiểm tra,…” Sự đa dạng trong cách gọi chứng tỏ loại bài tập này có những ưu điểm về phương pháp ở nhiều mặt, bởi vì mỗi một tên gọi đều phản ánh một khía cạnh nào đó của ưu điểm. Thuật ngữ “ bài tập định tính “ cũng chưa hoàn toàn chính xác bởi vì một đặc trưng định tính của hiện tượng được xác định nhờ những quan hệ định lượng thích ứng. Đặc điểm của bài tập định tính là nhấn mạnh về mặt định tính của các hiện tượng đang khảo sát. Chúng tạo điều kiện cho học sinh đào sâu và củng cố các kiến thức, phân tích hiện tượng, làm phát triển ở học sinh tư duy logic, khả năng phán đoán, mơ ước sáng tạo, kỹ năng vận dụng những kiến thức lý thuyết để giải thích các hiện tượng trong tự nhiên, trong đời sống, trong kĩ thuật. Mở rộng tầm mắt kĩ thuật của học sinh, chuẩn bị một bước để đi vào hoạt động thực tế sau khi tốt nghiệp.
- Đối với giáo viên, nếu biết vận dụng khéo léo các bài tập định tính thì sẽ nâng cao được hứng thú của học sinh khi học vật lí và giúp học sinh phát huy được tính tích cực tiếp thu tài liệu khi lên lớp. Vì thế, tôi đã chọn đề tài : “Bản chất vật lí trong các bài tập định tính”. Nội dung của đề tài được chia làm bốn chương, mỗi chương đều được trình bày theo một cấu trúc chung: Cơ sở lí thuyết. Hệ thống các bài tập định tính. Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lí trong các bài tập định tính. Lần đầu tiên tham gia nghiên cứu chắc hẳn không tránh khỏi những hạn chế. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô, bạn bè và nhất là các bạn học sinh phổ thông đang học phân môn Cơ học. Hy vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích góp phần phát huy hơn tính tích cực và chủ động trong công tác dạy và học ở nhà trường. Người thực hiện Trần Quốc Duyệt
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT PHẦN I : MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Bản chất của quá trình học vật lý là nghiên cứu các sự vật, hiện tượng xảy ra trong tự nhiên. Tìm ra quy luật của sự tồn tại và vận động của chúng trong tự nhiên để tác động vào các sự vật, hiện tượng đó theo ý muốn của con người. Các lý thuyết, các đối tượng nghiên cứu được trình bày ở phổ thông và vật lý đại cương đều có dạng tổng quát và còn mang đậm tính lí tưởng hoá, đã tách khỏi các mối quan hệ ràng buộc, qui định lẫn nhau. Chính vì vậy từ việc học lí thuyết đến việc vận dụng để giải quyết các nhiệm vụ đặt ra là cả một vấn đề nan giải đối với người học vật lí. Và đó cũng chính là điều mà nhiều SV-HS đang bâng khuâng suy nghĩ. Các sự vật, hiện tượng vật lí là muôn màu, muôn vẻ với nhiều điều bất ngờ thú vị. Được học vật lí trong sự thú vị và sống động của các sự vật, hiện tượng có lẽ là cách học tốt nhất để nắm vững bản chất vật lí. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Xây dựng kỹ năng vận dụng lý thuyết để giải thích các hiện tượng vật lí thường gặp trong tự nhiên và giải quyết các bài tập định tính trong Cơ học. III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Bản chất vật lí trong các bài tập định tính ở phần cơ học lớp 10. IV. PHẠM VI NGHIÊN CỨU: a. Động học. b. Động lực học. c. Các định luật bảo toàn. d. Cân bằng của vật rắn. V. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Trang 1
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT o Xây dựng hệ thống các điểm tựa lí thuyết và xác định rõ giới hạn áp dụng của chúng. o Tìm hiểu bản chất vật lí trong các bài bài tập định tính cơ học. o Phân tích và đánh giá vai trò của các nguyên nhân tác động đến kết quả trong hệ thống các bài tập định tính. o Thiết lập logíc cho các kiểu giải quyết các bài tập định tính. o Áp dụng giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn như giải thích các hiện tượng vật lí, giải bài tập định tính và định lượng,… VI. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU : 1. Nghiên cứu và phân tích các tài liệu giáo khoa, các lí thuyết vật lí có liên quan. 2. Phương pháp thu thập tư liệu. 3. Phương pháp quan sát sư phạm. VII. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC: Người học cần phải xây dựng một hệ thống các điểm tựa của tư duy dựa trên những bản chất cốt lõi của vấn đề để giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn đặt ra trong việc học vật lí nói chung và cơ học nói riêng. VIII. THỜI GIAN NGIÊN CỨU: Từ 01/04/2004 đến 30/06/2004. Trang 2
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I : ĐỘNG HỌC I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT : Động học nghiên cứu hình học của chuyển động. Đó là sự mô tả toán học chuyển động của các vật mà không phân tích nguyên nhân gây ra các chuyển động đó. Nói cách khác, sẽ không có sự giải thích tại sao chuyển động đang khảo sát lại diễn ra như hế này mà không như thế khác. Đồng thời, trong động học ta sẽ thiết lập các hệ thức toán học giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển động như độ dời, đường đi, vận tốc, gia tốc và thời gian chuyển động. Để miêu tả chuyển động của vật, tức là sự chuyển dịch của nó trong không gian đối với các vật khác, ta gắn vào các vật một hệ qui chiếu. Hệ qui chiếu được chọn lựa trong Cơ học Newton là một hệ đứng yên tuyệt đối, gồm một điểm O trên vật làm mốc gọi là gốc toạ độ, một hệ trục toạ độ với chiều dương tự chọn và một mốc thời gian để khảo sát chuyển động. Với những vật có kích thước rất nhỏ so với quỹ đạo chuyển động được gọi là chất điểm thì vị trí của chúng được xác định bởi véc tơ bán kính r . Vậy chuyển động của một chất điểm là hoàn toàn xác định nếu ta biết được vectơ r bán kính r như là một hàm của thời gian r (t ) . Chẳng hạn đối với chuyển at 2 động đều: r = r0 + vt (1) , còn chuyển động biến đổi đều : r = r0 + v0 t + ( 2) . 2 Trong đó, r0 đặc trưng cho vị trí ban đầu của chất điểm, v0 là vận tốc ban đầu của chất điểm lúc bắt đầu khảo sát chuyển động. Trong động học, gia tốc được xem là đã cho nhưng thực tế gia tốc được tìm bằng thực nghiệm hoặc bằng tính toán dựa trên các định luật của động lực học khi biết các lực xác định đặc tính của chuyển động. Phương trình (1) mô tả chuyển động của chất điểm trong một hệ qui chiếu quán tính, nếu như không có lực nào tác dụng lên vật (hoặc tất cả các lực tác dụng lên vật cân bằng nhau), còn phương trình (2) cho các lực tác dụng là không đổi. Trong trường hợp thứ hai, vật chuyển động trong một trường lực đồng nhất không thay đổi theo thời gian. Chẳng hạn, đối với những vật ở độ cao rất nhỏ so với bán kính Trái Đất thì trường lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên các Trang 3
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT vật là đồng nhất và không thay đổi theo thời gian. Chuyển động của vật ở gần mặt đất được mô tả bởi phương trình (2) nếu bỏ qua sức cản không khí. r Như vậy, hàm r (t ) chứa đựng thông tin đầy đủ về động học chuyển r động của vật, tức là chỉ cần sử dụng hàm r (t ) ta có thể trả lời mọi câu hỏi trong các bài tập về động học. Chẳng hạn, sự phụ thuộc của vận tốc tức thời của chất điểm vào thời gian, ta có thể dễ dàng rút ra từ phương trình (2) r bằng cách lấy đạo hàm vectơ bán kính r (t ) theo thời gian và có dạng : rrr v = v0 + at (3). Khi giải bài tập, ta sẽ viết phương trình (2) trực tiếp qua các hình chiếu r trên các trục tọa độ. Tùy thuộc a có bao nhiêu hình chiếu, tức có bao nhiêu bậc tự do, mà ta sẽ có bấy nhiêu phương trình tương ứng trên các trục tọa độ. Nếu số bậc tự do là 1 thì vật chuyển động trên đường thẳng, là 2 thì vật chuyển động trong mặt phẳng và vật sẽ chuyển động trong không gian nếu số bậc là 3. Để thuận tiện cho việc khảo sát ta nên chọn gốc tọa độ tại điểm vật bắt đầu chuyển động và hệ trục tọa độ cho thích hợp để số bậc tự do là nhỏ nhất. Đối với vật chuyển động đều theo một quĩ đạo tròn, vận tốc của vật chỉ có hướng thay đổi, còn độ lớn không đổi. Khi đó gia tốc hướng tâm vuông v2 góc với vận tốc và có độ lớn : a = (4) , với R là bán kính của đường tròn. R Công thức này vẫn còn đúng đối với một chất điểm có độ lớn vận tốc v không đổi chuyển động trên một quĩ đạo cong bất kì. Chỉ có điều bây giờ r là bán kính cong của quĩ đạo ở điểm đang xét. Lúc này gia tốc sẽ hướng vè tâm cong, tức là vuông góc với vectơ vận tốc, còn vận tốc thì tiếp tuyến với quĩ đạo. Nếu vận tốc không phải hằng số mà là một hàm biến đổi theo thời gian r r r v (t ) thì ngoài thành phần pháp tuyến a n hướng về tâm, gia tốc a còn có r thêm thành phần at tiếp tuyến với quĩ đạo, có hướng theo vận tốc nếu độ lớn vận tốc tăng hoặc ngược hướng với vận tốc nếu độ lớn vận tốc giảm. Việc giải các bài toán động học quy về việc sử dụng các phương trình nói trên trong những điều kiện cụ thể được cho trong bài toán. Sẽ là sai lầm nếu nghĩ rằng có một “phương pháp chung“ để giải quyết mọi vấn đề, bởi lẽ đơn giản là không tồn tại một phương pháp như thế. Mà trái lại, các hiện tượng vật lí thì muôn màu muôn vẻ. Với các cách tiếp cận khác nhau trong từng trường hợp cụ thể sẽ bộc lộ lên bản chất vật lí ở từng khía cạnh của vấn đề. II. HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH PHẦN ĐỘNG HỌC : 1. Chuyển động của vật trong hệ qui chiếu đứng yên: 1. 1. Thí nghiệm xác định tốc độ trung bình: Trang 4
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT Dùng một quả bóng rổ hay bóng đá và ba đồng hồ bấm giây. Chia học sinh thành ba tốp làm thí nghiệm trên một hành lang đủ dài. Một học sinh cho bóng lăn vừa đủ để bóng đi hết đường hành lang không quá nhanh. Ba tốp đứng ở vị trí cách bóng là a, 2a, 3a và cùng quan sát bóng lăn, ghi nhận lại khoảng thời gian để bóng lăn đến chỗ của mình. Sau đó tính tốc độ trung S bình ứng với mỗi vị trí dựa vào công thức : v = . t Dựa vào tốc độ trung bình ứng với vị trí 3a, có thể dự đoán được tốc độ trung bình ứng với các vị trí khác như 5a,10a,. . . hay không? Trong cùng điều kiện chuyển động (vật thể chuyển động, tính chất của con đường), chuyển động có cùng một qui luật. Do dó có thể dự đoán vận tốc trung bình ở những đoạn đường tiếp theo bất kì dựa vào quy luật của chuyển động. Vận tốc trung bình trên những quãng đường khác nhau thì khác nhau( v1 ≠ v 2 ) và vận tốc trung bình khác với trung bình của vận tốc. 1. 2. Đồ thị của chuyển động: a) Trên hình 1. 1 cho đồ thị vận tốc của ba chuyển động. Có thể thể nói gì về mỗi chuyển động đó? V (III) (II) (I) t O Hình 1. 1 r Đồ thị I là đường thẳng song song trục Ot cho biết v = const . Đồ thị II là đường thẳng hợp trục Ov một góc nhọn và hướng theo chiều dương cho biết chuyển động là nhanh dần đều. Đồ thị III song song trục Ov cho biết tại một thời điểm vật có thể đạt mọi giá trị của vận tốc nên đây là một chuyển động không có thực. b) Hai chất điểm chuyển động thẳng đều có vận tốc v1 > v 2 . Hỏi đồ thị vận tốc trong hệ toạ độ (Ov,t), đồ thị toạ độ trong hệ toạ độ (Ox,t) khác nhau ở điểm nào? Trang 5
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT Hai chất điểm chuyển động thẳng đều v1 > v 2 , chọn x=0 thì x ≡ S nên trong cùng một khoảng thời gian t, chúng có tọa độ S1 > S 2 và được đặc trưng trên đồ thị(Ox,t) là góc α1 > α 2 . Với α1 , α 2 lần lượt là góc hợp bởi đồ thị và trục thời gian của chất điểm thứ I và thứ II. Còn trong đồ thị (Ov,t) là hai nửa đường thẳng song song, khoảng cách giữa các đường là v 2 − v 1 . Đường đi là diện tích hình giới hạn bởi đồ thị với các trục toạ độ. S1 V X I S2 α1 I v1 S2 II α2 S1 v2 II O t O t c) Trên hình 1. 2 biểu diễn sự biến thiên đường đi của ba vật theo thời gian. Các vật ấy chuyển động như thế nào? I II x III O t Hình 1. 2 Cả ba đồ thị đều là những đường thẳng chứng tỏ các vật chuyển động đều. Độ dốc của đồ thị hay góc hợp bởi đồ thị và trục thời gian cho phép so sánh vận tốc của các vật chuyển động thẳng đều. Vì vậy dựa vào hình 1. 2 ta thấy vật II chuyển động nhanh nhất vì có độ dốc lớn nhất, vật III chuyển động chậm nhất vì có độ dốc nhỏ nhất. Giao điểm của đồ thị với trục Ox cho biết khoảng cách từ vật đến vị trí làm mốc trong hệ qui chiếu đã chọn tại thời điểm ban đầu. Còn giao điểm của đồ thị với trục thời gian Ot là thời điểm được chọn để xác định chuyển động. Giao điểm của các đồ thị với nhau cho biết thời điểm hai chuyển động gặp nhau tại một tọa độ xác định. d) Dựa vào đồ thị vận tốc của một vật chuyển động nhanh dần đều không có vận tốc ban đầu, hãy chứng minh rằng những quãng đường vật đi Trang 6
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT được trong những khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau tỉ lệ với dãy các số lẻ liên tiếp? V C B A ∆S3 ∆S2 ∆S1 O t ∆t Hình 1.3 Một chuyển động nhanh dần đều được mô tả bằng đồ thị 1. 3 và sử dụng ý nghĩa đồ thị của vận tốc : Quãng đường vật đi được trong những khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau là ∆S1 , ∆S 2 , ∆S 3 được biểu diễn bằng diện tích các hình thang tương ứng. A A ′.∆ t Ta có: ∆ S 1 = ; 2 (AA′ + BB′).∆t 3(AA′.∆t ) ∆S2 = = ; 2 2 (BB′ + CC′).∆t 5 = (AA′.∆t ) ∆S3 = 2 2 BB′ CC′ do tỉ lệ đồng dạng AA ′ = nên : ∆S1 : ∆S 2 : ∆S 3 = 1 : 3 : 5 . = 2 3 Căn cứ đặc điểm hình dạng của đồ thị có thể rút ra được qui luật của chuyển động và số chiều không gian tồn tại chuyển động qua hệ trục tọa độ của đồ thị. Có những thông tin được khai thác từ đồ thị căn cứ vào hình dạng của đồ thị, điểm xuất phát, giao điểm, diện tích, hệ trục tọa độ,. . . Tuỳ thuộc yêu cầu của vấn đề đặt ra cần giải quyết mà ta có sự lựa chọn thông tin cho phù hợp để giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng, rõ ràng. 1. 3. Thí nghiệm khảo sát gia tốc của một viên bi lăn trên máng nghiêng: Trang 7
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT 1. 3. 1. Ghép hai thước bẹt dài a(m) –đủ lớn để có đủ thời gian khảo sát chuyển động –và tạo thành một cái máng chữ V. Gác một đầu máng lên trên một quyển sách để tạo thành một máng nghiêng. Lựa chọn chiều dày quyển sách để cho một viên bi bắt đầu thả lăn từ đầu máng đi trọn chiều dài a(m) trong t(s). Chuyển động của viên bi lăn trên máng nghiêng là chuyển động gì? Gia tốc bi chỉ phụ thuộc vào yếu tố nào? Chuyển động của bi lăn trên máng nghiêng, nếu bỏ qua ma sát chịu tác dụng của trọng lực, phản lực của máng nghiêng lên bi. Dưới tác dụng của hợp lực không đổi thì gia tốc sinh ra là không đổi trong suốt thời gian chuyển động lăn của bi trên máng nghiêng. Càng xuống thấp vận tốc bi càng tăng nên đây là một chuyển động nhanh dần đều. Độ lớn gia tốc chỉ phụ thuộc vào thành phần của trọng lực theo phương mặt phẳng nghiêng, còn thành phần theo phương vuông góc với mặt phẳng nghiêng đã triệt tiêu với phản lực của máng. Mà thành phần này tỉ lệ với độ dốc của máng (góc α hợp bởi máng và mặt phẳng nằm ngang) nên độ lớn của gia tốc trong trường hợp này chỉ phụ thuộc vào độ dốc của máng nghiêng; nó càng tăng khi máng càng dốc. 1. 3. 2. Các thông tin có thể khai thác được từ thí nghiệm: a)Quãng đường viên bi đi được trong những khoảng thời gian t/2 là bao nhiêu? Nếu vội vã bạn sẽ dễ dàng đoán sai là quãng đường đó bằng nửa chiều dài của máng, tức a/2(m). Nhưng kết luận này chỉ đúng khi vật chuyển động thẳng đều(s tỉ lệ t), còn viên bi thì chuyển động nhanh dần đều (S tỉ lệ t2) nên quãng đường đi được giảm đi bằng (1/2)2=1/4 lần độ dài máng nghiêng. r a quyết định trạng thái của chuyển động. Chuyển động với gia r tốc a bao hàm cả các chuyển động thẳng đều quy luật biến đổi của gia tốc xác định quy luật thay đổi của chuyển động. Khi a=0:chuyển động thẳng r r đều, a = const : chuyển động biến đổi đều, a ≠ const :chuyển động biến đổi r theo qui luật biến đổi của a . b)Đánh dấu các vị trí a/2, a/4 tính từ đỉnh máng. Nếu thả hai viên bi cho lăn cùng lúc từ hai vị trí này thì chúng sẽ lăn xuống dưới mỗi lúc một rời xa nhau hơn hay mỗi lúc một lại gần nhau hơn? Tính chất cơ bản của chuyển động hay ma sát trên mặt phẳng nghiêng là a chỉ phụ thuộc vào độ dốc của mặt phẳng nghiêng. Với những vật được thả từ mặt phẳng nghiêng với độ dốc như nhau thì gia tốc của chúng sẽ bằng nhau. Và cả hai viên bi đều được thả cùng lúc không vận tốc đầu nên chúng sẽ đi được những quãng đường bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau. Do đó, khoảng cách giữa các viên bi sẽ không thay đổi trong suốt quá trình chuyển động. 2. Tính tương đối của chuyển động : Trang 8
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT 2. 1. Chuyển động của ôtô : Hai ôtô chuyển động cùng hướng trên một đường thẳng. Khi ôtô thứ nhất vượt qua ôtô thứ hai, người ngồi trên ôtô thứ nhất thấy ôtô thứ hai dường như chạy giật lùi. Hãy giải thích tại sao? Do ôtô thứ nhất chuyển động nhanh hơn so với ôtô thứ hai nên khoảng cách từ ôtô thứ nhất đến ôtô thứ hai ngày càng tăng. Người ngồi trên ôtô thứ nhất đứng yên so so với ôtô thứ nhất nên thấy ôtô thứ hai ngày càng lùi ra xa so với người đó. Đó là tính tương đối của chuyển động. Để biểu diễn tính tương đối của chuyển động, cần xét chuyển động trong các quan hệ quán tính khác nhau chuyển động đối với nhau, kết quả của nó là định lí cộng rr vận tốc… v1 , v2 và x1 , x2 và y1 , y 2 …. Tính tương đối được thể hiện dưới nhiều rr hình thức khác nhau. Sau đây xét một vài ví dụ tương quan giữa v1 , v2 và x1 , x2 , y1 , y 2 . 2. 2. Giọt mưa rơi: Khi ngồi trên tàu, xe ta thấy các giọt mưa rơi xiên và đập vào mặt ta. Hay ngồi trong ôtô có cửa kính thì ta thấy các giọt mưa rơi xiên đập vào cửa kính theo những đường cong kể cả khi trời lặng gió. Lẽ ra khi lặng gió các giọt mưa phải rơi theo đường thẳng đứng, vậy tại sao lại có hiện tượng vô lí trên? Thực ra chẳng có gì là vô lí cả, mà do bạn đã so sánh chúng trong hai hệ qui chiếu khác nhau nên mới có sự lẫn lộn đó. Trong hệ qui chiếu gắn với mặt đất thì các giọt mưa là rơi thẳng đứng khi trời lặng gió. Còn trong hệ qui chiếu của những người quan sát thấy hiện tượng giọt mưa rơi xiên là hệ r qui chiếu gắn liền với xe đang chuyển động với vận tốc v theo phương r ngang. Do đó, hệ này sẽ chuyển động với vận tốc - v so với hệ gắn mặt đất. Vì vậy trong hệ này, vận tốc của giọt mưa là sự tổng hợp của vận tốc hai r chuyển động : chuyển động thẳng đứng với vận tốc u tăng dần theo thời r r gian có gia tốc g và một chuyển động theo phương ngang với vận tốc - v r rr r nên vận tốc tổng hợp: vth = u − v . Vận tốc vth tại mỗi thời điểm có phương v hợp với phương thẳng đứng một góc : tgα = . Chính vì vậy, người ngồi u trong xe thấy mưa rơi xiên. 2. 3. Khoảng cách ngắn nhất giữa hai chất điểm chuyển động : rr 2. 3. 1. Hai chất điểm chuyển động với vận tốc lần lượt là v 1 , v 2 theo hai phương vuông góc và cùng hướng về điểm giao nhau O. Tìm khoảng cách ngắn nhất giữa hai chất điểm ? Trang 9
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT Nếu hai chất điểm gặp nhau tại O thì khoảng cách ngắn nhất giữa hai chất điểm là 0. Nếu hai chất điểm không gặp nhau trong quá trình chuyển động thì khoảng cách ngắn nhất giữa hai chất điểm là đoạn thẳng hạ từ điểm đặt vật thứ nhất vuông góc xuống đường thẳng chứa giá của vectơ vận tốc r tương đối của vật thứ hai so với vật thứ nhất. ( v 21 ). Xét trong hệ qui chiếu gắn với vật thứ nhất thì vận tốc tổng hợp của r r r vật thứ hai là : v 21 = v 2 − v 1 . Căn cứ vào hình 1. 4 khoảng cách ngắn nhất giữa hai chất điểm là đoạn AH. H O A r v1 r r v 21 v2 r − v1 Hình 1. 4 2. 3. 2. Hai chất điểm chuyển động trên hai đường thẳng Ax, By như hình 1. 5. Hỏi hai chất điểm có gặp nhau không ? Và nếu chất điểm thứ nhất chuyển động theo chiều ngược lại thì AB có phải là khoảng cách ngắn nhất giữa hai chất điểm trong quá trình chuyển động không ? r − v1 A B r r v 21 v1 r v2 C Y X Hình 1. 5 Trang 10
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT r Trên hình 1. 5, v 21 là vận tốc của chất điểm thứ hai trong hệ qui r chiếu gắn với chất điểm thứ nhất đứng yên. v 21 có giá đi qua A nên hai chất điểm sẽ gặp nhau tại C là điểm giao nhau duy nhất giữa hai phương chuyển động của hai chất điểm. Khi chất điểm thứ nhất chuyển động theo chiều ngược lại thì AB không phải là khoảng cách ngắn nhất giữa hai chất điểm mà khoảng cách ngắn nhất là đoạn kẻ từ A xuống vuông góc với đường thẳng chứa giá của r r vectơ v 21 . AB sẽ là khoảng cách ngắn nhất nếu v1 = v 2 , khi đó AB ⊥ v 21 . Trong các hệ qui chiếu quán tính khác nhau, các đại lượng vật lý xác định tính chất của chuyển động có tính tương đối và do đó đồ thị biểu diễn có vị trí khác nhau nhưng có cùng hình dạng nên qui luật của chuyển động được bảo toàn. Vì vậy các bài toán về tính tương đối của chuyển động, tổng hợp chuyển động được qui về bài toán xác định các hệ số biến đổi của : Tọa độ, vận tốc, gia tốc,. . . trong các hệ qui chiếu quán tính khác nhau trên cơ sở qui tắc cộng vận tốc và tính tương đối của chuyển động. 3. Tổng hợp chuyển động : 3. 1> Bài toán vượt sông : Một con sông có hai bờ song song nhau và cách nhau một khoảng l.r Vận tốc dòng chảy trên toàn bộ mặt sông giả sử là như nhau và bằng u . Tìm r vận tốc tối thiểu v min của thuyền đối với nước để từ điểm A thuyền tới được điểm B ở bờ bên kia, nằm phía dưới A theo dòng chảy một khoảng bằng S ? Khoảng cách tối thiểu S min phải bằng bao nhiêu nếu như độ lớn vận tốc của thuyền đối với nước bằng v không đổi? Để trả lời câu hỏi đó trước hết ta phải hình dung chuyển động của thuyền được xét trong hệ qui chiếu nào và nó chuyển động như thế nào? Vì thuyền cần phải tới bờ bên kia nên để đơn giản ta xét hệ qui chiếu gắn với bờ sông là hệ qui chiếu quán tính đứng yên. Lúc này, chuyển động của thuyền đối với bờ là sự tổng hợp chuyển động của thuyền đối với nước và rrr của nước đối với bờ (hay vận tốc dòng chảy) : V = u + v với u,v có giá trị không đổi trong suốt quá trình chuyển động. Khi đó, nếu xuất phát từ A, thuyền muốn sang bờ bên kia ở B thì vận r r r tốc V của thuyền đối với bờ phải có hướng AB . Hướng của V và u luôn rr r xác định trong quá trình chuyển động nên v có giá trị nhỏ nhất khi : v ⊥ V . Trang 11
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT Từ đó, áp dụng hệ thức của tam giác đồng dạng, ta được : v min l = l 2 + s2 u S B r l V r v min r A u r Hình 1. 6 : Biểu diễn v min của thuyền đối với nước. Như vậy để trả lời câu hỏi thứ nhất ta cần phải sử dụng qui tắc cộng r vận tốc cho chuyển động của thuyền đối với bờ. Trong đó, u có độ lớn và r hướng không đổi, V có hướng xác định từ điều kiện thuyền phải đến br bên ờ r kia đúng điểm B, khi đó v có độ lớn không đổi nhưng để giá trị của v cực r tiểu thì v phải hướng vuông góc c. r Để trả lời câu hỏi thứ hai, khi v có độ lớn không đổi thì S min là bao nhiêu? Smin r l r V v r u A r Hình 1. 7 : Cách dựng V để khoảng trôi cực tiểu. r r Do u không đổi cả hướng và độ lớn, v có độ lớn không đổi còn r r r hướng thì tuỳ ý. Do đó, nếu lấy ngọn của u làm gốc cho v thì ngọn của v r nằm trên đường tròn bán kính v có tâm là ngọn của u . Trang 12
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT r Nếu v ≥ u thì bằng cách chọn hướng thích hợp của v thì sự trôi theo dòng của thuyền sẽ không xảy ra và có thể cập bến ở bất cứ điểm nào phía trên của bờ đối diện. Nếu v < u thì sự trôi theo dòng của thuyền là không tránh khỏi. Khi đó r S min khi V có phương tiếp tuyến với đường tròn của v và có hướng về bờ u2 − v2 =l bên kia. Dựa vào tam giác đồng dạng, ta được: S min , với u < v . v 3. 2. > Đón đầu xe buýt : Một người ở giữa cánh đồng, cách xa lộ một đoạn l. Người đó nhìn thấy được một xe buýt đang từ bên phải chạy tới. Hỏi người đó phải chạy theo hướng nào để đón đầu được xe buýt ? Biết vận tốc của xe và người lần lượt là u, v không đổi. Ta nhận thấy rằng khi v > u thì người đó có thể chạy đón đầu xe buýt một khoảng tuỳ ý, vì vậy ta chỉ xét khi v < u . d B r ∆l u l l α A Hình 1. 8 : Chuyển động của người và xe buýt. Để chạy tới xa lộ sớm nhất, người đó cần phải chọn con đường ngắn nhất. Nếu ngay cả khi đó vẫn còn kịp đón đầu xe buýt thì khoảng cách vượt trước xe không phải là khả dĩ lớn nhất. Thực vậy, nếu chạy không vuông góc tới xa lộ, mà theo một đường lập với phương vuông góc một góc α không lớn, thì con đường mà người đó chạy sẽ tăng một đoạn ∆l , nhưng bù lại người đó tới xa lộ cách B về phía trái thêm một đoạn bằng d. Nếu chọn góc α đủ nhỏ thì có thể làm cho khoảng cách d lớn hơn ∆l một số lần tuỳ ý. Bởi vậy, mặc dù vận tốc v < u nhưng người đó vẫn có thể tới đường cái tại điểm cách xe buýt một khoảng lớn hơn từ xe buýt tới điểm B và đón đầu xe buýt. Vậy người đó phải chạy theo hướng nào ? Để đơn giản ta chỉ xét hệ qui chiếu gắn liền với xe buýt. Lúc này xe buýt đứng yên, một người đứng r r yên đối với mặt đất trong hệ này sẽ có vận tốc u′ = −u hướng về bên phải. rrrrr Vì vậy, vận tốc của người trong hệ qui chiếu đang xét là : V = v + u ′ = v − u . Trang 13
- Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính TRẦN QUỐC DUYỆT Bây giờ ta nhận xét thấy rằng bài toán này là tương đương với bài toán vượt sông. Vì trong hệ qui chiếu đang xét xe buýt đứng yên nên yêu cầu đón đầu xe buýt trên xa lộ một khoảng lớn nhất khả dĩ tương đương với yêu cầu khoảng trôi nhỏ nhất khi thuyền tới bờ bên kia. Bởi vậy hướng cần phải r tìm của v được xác định như trong bài toán trước. D B C r V r α v r r u′ = −u A r Hình 1. 9: Xác định phương V để khoảng đón đầu xe buýt là lớn nhất. Quỹ đạo của người trong hệ qui chiếu gắn xe buýt đứng yên là AC, trong hệ qui chiếu gắn với mặt đất là AD. Như vậy, người đó không phải chạy theo con đường ngắn nhất (chạy vuông góc tới xa lộ) mà theo con đường v hợp với đường vuông góc một góc α , sao cho: sin α = . u Người có thể chạy tới xa lộ và đón đầu được xe buýt chỉ trong trường hợp tại thời điểm ban đầu xe buýt phải cách B một khoảng : u2 − v2 S ≥ Smin = l. . v Qua bài toán ta thấy việc chọn lựa hệ qui chiếu khéo léo sẽ làm cho bài toán trở nên đơn giản và dễ dàng giải quyết các vấn đề đặt ra. 3. 3> Chuyển động song phẳng : Tìm bán kính cong của đường xiclôit ở điểm cao nhất trên cung của nó, tức tại điểm A trên hình 1. 10. A r Hình 1. 10: Biểu diễn đường cong Xiclôit Trang 14
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Đề cương ôn tập học kỳ 2 môn Vật lý 10
15 p | 861 | 229
-
Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân - Bài giảng điện tử Vật lý 11 - T.Đ.Lý
29 p | 981 | 179
-
Tóm tắt lý thuyết chương trình Vật lý 10
29 p | 996 | 108
-
Giáo án bài Dòng điện trong chất điện phân - Vật lý 11 - GV:L.N.Ngọc
4 p | 678 | 65
-
BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG 4 TỪ TRƯỜNG KHÔNG ĐỔI
40 p | 268 | 52
-
Đại lượng vật lý
2 p | 311 | 49
-
bản chất vật lí trong các bài tập định tính
6 p | 198 | 39
-
Vật lý 11 chương trình chuẩn: Bài 14. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN
0 p | 644 | 34
-
Vật lý 11 chương trình chuẩn: Bài 15. DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ
0 p | 537 | 32
-
Khám phá các trò chơi Vật lý trong trường phổ thông: Phần 1
71 p | 119 | 14
-
Vật lý 11 chương trình chuẩn: Bài 16. DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG
0 p | 175 | 11
-
4 đề kiểm tra khảo sát chất lượng đầu năm học 2014-2015 môn Vật lý 10 - Trường THPT Văn Quán
10 p | 128 | 8
-
Sáng kiến kinh nghiệm THCS: Vai trò của ý nghĩa Vật lý trong dạy học môn vật lý bậc trung học cơ sở
20 p | 44 | 7
-
Đề kiểm tra chất lượng học kỳ 1 năm học 2015-2016 môn Vật lý 12 - Sở Giáo dục và Đào tạo Thừa Thiên Huế (Mã đề 209)
4 p | 62 | 4
-
Một số bí quyết luyện thi môn Vật lý trong kỳ thi THPT Quốc gia (Tập 2): Phần 1
437 p | 10 | 3
-
Một số bí quyết luyện thi môn Vật lý trong kỳ thi THPT Quốc gia (Tập 3): Phần 2
390 p | 12 | 3
-
Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Nghiên cứu tương tác giữa các vật có khối lượng rất khác nhau bằng nghịch lý
20 p | 16 | 1
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn