Khóa luận tốt nghiệp đại học: Sử dụng tiếng Anh cho vật lí trong phân dạng bài tập phần động lực học chất điểm

Chia sẻ: Minh Nhân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khóa luận gồm có 3 nhiệm vụ chính sau đây: Xây dựng hệ thống từ vựng phần Động lực học chất điểm; trình bày logic, khoa học lý thuyết phần động lực học chất điểm; phân dạng các bài toán bằng Tiếng Anh. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp đại học: Sử dụng tiếng Anh cho vật lí trong phân dạng bài tập phần động lực học chất điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ --------------------- NGUYỄN THÙY LINH SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Chuyên ngành: Vật lý đại cương KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2018
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ --------------------- NGUYỄN THÙY LINH SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Chuyên ngành: Vật lý đại cương KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học GV. ThS HOÀNG VĂN QUYẾT HÀ NỘI, 2018
LỜI CẢM ƠN Trước khi trình bày nội dung chính của luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GV.ThS. Hoàng Văn Quyết người đã định hướng chọn đề tài và tận tình hướng dẫn để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới phòng Sau đại học, các thầy cô giáo giảng dạy chuyên ngành Vật lý đại cương trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi mặt trong quá trình học tập để tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thùy Linh
LỜI CAM ĐOAN Dưới sự hướng dẫn của ThS. Hoàng Văn Quyết khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Vật lí đại cương với đề tài “Sử dụng tiếng anh cho vật lí trong phân dạng bài tập phần động lực học chất điểm” được hoàn thành bởi chính sự nhận thức của bản thân, không trùng với bất cứ khóa luận nào khác. Trong khi nghiên cứu khóa luận, tôi đã kế thừa những thành tựu của các nhà khoa học với sự trân trọng và biết ơn. Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thùy Linh
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu đề tài ..................................................................... 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 1 4. Nhiệm vụ nghiên cứu............................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 2 6. Đóng góp của đề tài ................................................................................. 2 CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................. 3 1.1. Ba định luật Newton’s .......................................................................... 3 1.1.1. Định luật Newton’s thứ nhất. ......................................................... 3 1.1.2. Định luật Newton thứ hai. .............................................................. 4 1.1.3. Định luật Newton’s thứ ba. ............................................................ 5 1.2. Các loại lực cơ ...................................................................................... 6 1.2.1. Lực hấp dẫn .................................................................................... 6 1.2.2. Lực đàn hồi..................................................................................... 7 1.2.3. Lực ma sát ...................................................................................... 8 CHƯƠNG 2. PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC ............... 11 CHẤT ĐIỂM. .................................................................................................. 11 2.1. Exercise balance force ....................................................................... 11 2.2. Exercise of friction force.................................................................... 17 2.3. Gravitational force ............................................................................. 22 2.4. Elastic force ........................................................................................ 24
2.5. Pulley.................................................................................................. 29 2.6.Moment of inertia ................................................................................ 34 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 41
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Tiếng Anh được hơn 400 triệu người trên toàn thế giới dùng làm tiếng mẹ đẻ,hơn 1 tỉ người dùng Tiếng Anh là ngôn ngữ thứ hai(theo Wikipedia), những quốc gia phát triển có thu nhập đầu người cao nhất trên thế giới đều sử dụng thành thạo Tiếng Anh, hoặc được sử dụng phổ biến, được dạy là một môn học trong trường… Đối với Việt Nam, một nước đang đứng trước thời đại phát triển, mở rộng ra với cánh cổng toàn cầu hóa, chúng ta đã thấy tầm quan trọng trong việc học Tiếng Anh. Với các bạn học sinh, những thế hệ tương lai của đất nước, việc học Tiếng Anh lại càng trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Tiếng Anh và mức độ quan trọng đối với cuộc sống của học sinh Việt Nam. Trên thực tế giảng dạy ở trường phổ thông, ta thấy rằng việc lồng ghép Tiếng Anh vào các môn khách nói chung và Vật Lý nói riêng là điều cần thiết. Không những bổ sung kiến thức chuyên môn mà còn nâng cao khả năng ngoại ngữ, hướng đến đọc được sách và tài liệu nước ngoài, tăng khả năng giao tiếp bằng Tiếng Anh cho học sinh. Xuất phát từ những nhu cầu thực tế đó của xã hội , tôi quyết định chọn “ Sử dụng Tiếng Anh cho Vật lý trong phân dạng bài tập phần Động lực học chất điểm” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình. 2. Mục đích nghiên cứu đề tài Phân dạng bài tập phần động lực học chất điểm bằng Tiếng Anh 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Các kiến thức phần Động lực học chất điểm và Tiếng Anh cho chuyên ngành Vật lý - Phạm vi: Xét trong Vật lý cổ điển 1
4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng hệ thống từ vựng phần Động lực học chất điểm. - Trình bày logic, khoa học lý thuyết phần động lực học chất điểm. - Phân dạng các bài toán bằng Tiếng Anh. 5. Phương pháp nghiên cứu - Đọc, tra cứu và tổng hợp tài liệu 6. Đóng góp của đề tài - Làm tài liệu tham khảo cho học sinh phổ thông và sinh viên. 2
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Ba định luật Newton’s 1.1.1. Định luật Newton’s thứ nhất. Ba định luật Newton và định luật vạn vật hấp dẫn là cơ sở của cơ học cổ điển. Về thực chất ba định luật Newton là những tiêu đề, là những khẳng định tổng quát nhất không thể chứng minh được, không thể suy ra từ những khẳng định khác. Khi thừa nhận những tiêu đề này người ta đã xây dựng được cơ sở học cổ điển, với những định luật áp dụng đúng không những trên Trái Đất mà cả trong miền vũ trụ lân cận Trái Đất nữa. Định luật Newton thứ nhất được phát biểu như sau: Nếu không có lực ngoài tác dụng vào vật thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Theo định luật Newton thứ nhất, đứng yên và chuyển động thẳng đều là cùng một trạng thái cơ học như sau: trạng thái chuyển động với vận tốc không đổi. Đứng yên là chuyển động với vận tốc không đổi bằng không. Cả hai trạng thái đã nêu đều có đặc điểm là gia tốc của vật bằng không. Do đó có thể diễn tả định luật thứ nhất dưới dạng sau đây: Vận tốc của một vật bất kì vẫn còn không đổi (trong trường hợp riêng, bằng không) cho đến lúc sự tác động từ các phía các vật khác lên vật này gây ra sự biến đổi vận tốc đó. Định luật Newton thứ nhất chưa bao giờ được nghiệm đúng hoàn toàn, vì trong thực tế không thể nào tạo ra được trạng thái một vật hoàn toàn không chịu tác dụng của một lực nào. 3
Chuyển động với vận tốc giữ nguyên không đổi gọi là chuyển động theo quán tính(hay chuyển động quán tính). Do vậy, định luật Newton thứ nhất còn được gọi là định luật quán tính. Quán tính là tính chất của các vật giữ nguyên trong trạng thái chuyển động của mình khi không có lực ngoài tác dụng lên chúng, hoặc khi các lực ngoài tác dụng lên chúng cân bằng lẫn nhau. 1.1.2. Định luật Newton thứ hai. Theo định luật Newton thứ nhất, một vật không chịu tác dụng của lực ngoài sẽ giữ nguyên chuyển động quán tính của nó. Vậy khi vật chịu tác dụng của lực ngoài thì chuyển động của vật sẽ biến đổi như thế nào? Định luật thứ hai của Newton sẽ trả lời câu hỏi đó. Nội dung định luật Newton thứ hai được phát biểu như sau: Gia tốc mà một vật thu được dưới tác dụng của một lực tỉ lệ thuận với lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. Phương và chiều của gia tốc trùng với phương và chiều của lực tác dụng. F a= (1.1) m Trong đó: F là lực tác dụng lên vật , a là gia tốc của vật nhận được khi chịu tác dụng của lực F , M là khối lượng của vật. Từ (1.1) ta có thể viết: 4
F = ma (1.2) Ta cũng có thể phát biểu định luật Newton thứ hai dưới dạng: Tích khối lượng của vật với gia tốc của nó bằng lực tác dụng vào vật. Định luật Newton thứ 2 được nghiệm đúng trong những hệ quy chiếu quán tính. Công thức F = ma cũng được sử dụng làm công thức định nghĩa lực. Dựa vào công thức này người ta đưa ra định nghĩa định lượng chính xác của lực: Lực là tích khối lượng của vật với gia tốc của nó. Thứ nguyên của lực là:  F  =  m. a  = MLT Đơn vị đo lực(trong hệ đơn vị SI) là Newton. Kí hiệu là: N. 1N = 1kg.1m / s 2 = 1kg.m / s 2 1.1.3. Định luật Newton’s thứ ba. Chúng ta biết rằng tác dụng giữa các vật với nhau bao giờ cũng là tương tác. Định luật Newton thứ ba xét đến tương tác giữa các vật với nhau. Nó được phát biểu như sau: Tác dụng bao giờ cũng bằng và ngược chiều với phản tác dụng. Nói cách khác: lực mà các vật có tương tác, tác dụng lẫn nhau bằng nhau về độ lớn và ngược chiều nhau. Nếu gọi: F12 là lực đo vật thứ nhất tác dụng lên vật thứ hai. F21 là lực do vật thứ hai tác dụng lên vật thứ nhất. 5
Theo định luật Newton’s thứ ba ta có: F12 = − F21 (1.3) Từ định luật Newton thứ ba t thấy các lực bao giờ cũng xuất hiện theo từng cặp: lực và phân lực. Việc gọi lực nào là lực, lực nào là phân lực hoàn toàn do qui ước. Lực và phân lực là những lực trực đối và có độ lớn bằng nhau. Tuy vậy, chúng không có hợp lực và không cân bằng nhau được vì chúng có điểm đặt trên hai vật khác nhau. 1.2. Các loại lực cơ 1.2.1. Lực hấp dẫn Trong cơ học cổ điển, lực hấp dẫn xuất hiện như một ngoại lực tác động lên vật thể. Trong thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn là bản chất của không thời gian bị uốn cong bởi sự hiện diện của khối lượng, và không phải là một ngoại lực. Trong thuyết hấp dẫn lượng tử, hạt graviton được cho là hạt mang lực hấp dẫn Định luật vạn vật hấp dẫn: vật có khối lượng m sẽ bị kéo về gần vật có khối lượng M với gia tốc g: GM g= (1.4) r2 Theo định luật 2 Newton, vật có khối lượng m chịu lực hấp dẫn có độ lớn: F = mg m1m2 Fg = G (1.5) r2 Fg là lực hấp dẫn m1 và m2 là khối lượng của hai vật 6
r là khoảng cách giữa hai vật G là hằng số vạn vật hấp dẫn; G = 6.67 x 10−11 N.m²/kg² Lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất và có độ lớn tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách của hai vật. 1.2.2. Lực đàn hồi Xét một lò xo có độ dài l0 ở trạng thái không biến dạng và đặt ở đầu lò xo những lực F1 và F2 bằng nhau về độ lớn và ngược chiều nhau (hình 1.2.1). Dưới tác dụng của các lực này, lò xo bị kéo căng ra một lượng l nào đó, trong lò xo xuất hiện lực biến dạng đàn hồi Fel chống lại tác dụng của các ngoại lực F1 và F2 . Khi trạng thái cân bằng được thiết lập các ngoại lực F1 và F2 sẽ được cân bằng bởi các lực đàn hồi sinh ra trong lò xo biến dạng ( Fel = F1 = F2 ). Thực nghiệm cho thấy, khi độ biến dạng của lò xo không lớn (nhỏ hơn giới hạn đàn hồi), độ biến dạng của lò xo l tỷ lệ thuận với độ lớn của ngoại lực tác dụng. Một cách tương ứng, lực đàn hồi tỷ lệ với độ biến dạng của lò xo: Fel = k l (1.6) Trong đó, k được gọi là hệ số cứng (hay độ cứng) của lò xo, nó phụ thuộc hình dạng, kích thước, và bản chất vật liệu làm lò xo. Do vậy, k thường được xác định bằng thực nghiệm. Khi lò xo bị dẫn, một phần bất kì của lò xo tác dụng lên một phần khác một lực xác định bởi công thức (1.6) . Do đó nếu cắt lò xo làm đôi thì sẽ xuất hiện một lực đàn hồi có cùng độ lớn trong mỗi nửa với độ biến dạng 7
nhỏ hơn hai lần. Từ đó ta thấy rằng với mỗi lò xo xác định (được chế tạo từ vật liệu xác định, có kích thước đã cho của vòng xoán), độ lớn của lực đàn hồi được xác định không phải bằng độ đàn hồi tuyệt đối l của lò l xo mà bằng độ dãn tỷ đối l0 Khi nén lò xo, cũng xuất hiện các lực căng đàn hồi nhưng có chiều ngược lại. Ta hãy tổng quát hóa công thức (1.6) bằng cách sau: Cố định một đầu lò xo, chọn trục tọa độ Ox dọc theo trục lò xo và có góc tọa độ tại vị trí đầu tự do của lò xo khi không biến dạng (hình 1.2.2). Khi đó, độ dãn của lò xo trùng với trị tuyệt đối tọa độ x đầu tự do của lò xo. Ngoài ra ta hiểu Fel là hình chiếu của lực đàn hồi trên trục x. Khi đó có thể viết: Fel = −kx (1.7) Như vậy, hình chiếu của lực đàn hồi trên trục x và tọa độ x luôn có dấu khác nhau. Công thức (1.7) chính là biểu thức của định luật Huc. Định luật Huc: Nếu có biến dạng là nhỏ (trong phạm vi giới hạn đàn hồi) thì lực đàn hồi tỷ lệ với độ biến dạng và hướng theo chiều chống lại biến dạng. 1.2.3. Lực ma sát Lực ma sát xuất hiện khi có xu hướng dịch chuyển hoặc dịch chuyển giữa các vật tiếp xúc với nhau cũng như giữa các phần của chúng đối với nhau. Lực ma sát sinh ra trong sự dịch chuyển tương đối giữa hai vật tiếp xúc với nhau được gọi là lực ma sát ngoài; lực ma sát giwuax các phần của cùng một vật liện tục (chẳng hạn, của chất lỏng hoặc của chất khí) được gọi là lực ma sát trong hay lực nội ma sát. 1.2.3.1. Lực ma sát nghỉ 8
Ma sát nghỉ (hay còn được gọi là ma sát tĩnh) là lực xuất hiện giữa hai vật tiếp xúc mà vật này có xu hướng chuyển động so với vật còn lại nhưng vị trí tương đối của chúng chưa thay đổi. Ví dụ như, lực ma sát nghỉ ngăn cản một vật định trượt (chuẩn bị trượt nhưng vị trí tương đối vẫn chưa thay đổi nhiều - thay đổi ít) trên bề mặt nghiêng. Hệ số của ma sát nghỉ, thường được ký hiệu là  , thường lớn hơn so với hệ số của ma sát động. Lực ban đầu làm cho vật chuyển động thường bị cản trở bởi ma sát nghỉ Một ví dụ quan trọng khác về lực ma sát nghỉ là: lực ma sát nghỉ ngăn cản khiến cho bánh xe khi mới khởi động lăn không được nhanh như khi nó đang chạy. Mặc dù vậy khi bánh xe đang chuyển động, bánh xe vẫn chịu tác dụng của lực ma sát động. Cho nên lực ma sát nghỉ lớn hơn lực ma sát động. Lực ma sát nghỉ giúp cho vật không bị tác dụng bởi lực khác. Giá trị lớn nhất của lực ma sát nghỉ, khi vật bắt đầu chuyển động, hay ma sát nghỉ cực đại, được tính bằng công thức: F0 =  N (1.8) Trong đó:  là hệ số ma sát tĩnh. N là áp lực vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc. 1.2.3.2. Lực ma sát trượt Lực ma sát trượt là lực ma sát sinh ra khi một vật chuyển động trượt trên một bề mặt, thì bề mặt tác dụng lên vật tại chỗ tiếp xúc một lực ma sát trượt, cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó. 9
Ffr =  k FN (1.9) Trong đó: Ffr : độ lớn của lực ma sát trượt (N) k : hệ số ma sát trượt FN : Độ lớn áp lực (phản lực) (N) 10
CHƯƠNG 2. PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM. 2.1. Exercise balance force Exercise 2.1.1: A traffic light is suspended with three ropes as shown in the figure(Fig 2.1). Find the tension in the three ropes. (Pig 2.1.a) (Fig2.1.b) Solution The traffic light does not move, so the net force mustbe zero. ⇒Static equilibrium Need twofree-body diagrams: one for the light and the other for the knot. Light: F y = 0 ; T3 − mg = 0  T3 = mg Knot: F x = 0 ; −T1 cos37o + T2 cos53o = 0  T1 = 0.754T2 11
F y = 0 ; T1 sin 37o + T2 sin 53o − T3 = 0  T2 = 0.798mg  T1 = 0.602mg Exercise 2.1.2: (Fig.2.2)A car is at rest on top of a hill. Find the car’s velocity at the bottom of the 30.0 m hill with an incline angle of 30.0o . (Fig 2.2) Solution Apply Newton’s 2nd Law in component form: F x = mg sin 30o = max F y = n − mg cos30o = 0 Solve for the unknown ax: ax = g sin 30o = 4.90m / s 2 The velocity at the bottom of the slope is obtained from 12
vxf2 = vxi2 + 2ax x So, vxf = 0 + 2(4.90m / s 2 )30.0m = 17.1m / s . Exercise 2.1.3: A car with a weight of 15,000 N is being towed up a 20° slope at constant velocity. Friction is negligible. The tow rope is rated at 6000 N. Will it break?(Fig 2.3) Solution (Fig 2.3) Apply Newton’s 2nd Law (a = 0) F = 0 (1) From (1) we have F x = T − w sin  = 0 F y = n − w cos = 0 From the x equation, T = w sin  = (15000 N )sin 20o Since T < 6000 N, the rope won’t break. 13
Note that y equation is not needed. Check solution at θ = 0° and 90°. Exercise 2.1.4: Three blocks on a frictionless horizontal surface are in contact with each other, as shown in Fig. 2.4. A force F is applied to block 1 (mass m1 ). ( a) Draw a free-body diagram for each block. Determine ( b) the acceleration of the system (in terms of m1 , m 2 , m3 ), ( c) the net force on each block, and ( d) the force of contact that each block exerts on its neighbor. ( e) If m1 = m 2 = m3 = 12.0kg and F = 96.0 N give numerical answers to ( b), ( c), and ( d). (Fig. 2.4) Solution a) In the free-body diagrams below, F12 = force on block 1 exerted by block 2, F21 = force on block 2 exerted by block 1, F23 = force on block 2 exerted by block 3, and F32 = force on block 3 exerted by block 2. By Newton’s 3rd law: The magnitudes of F21 and F12 are equal and they point in opposite directions. The magnitudes of F23 and F32 are equal and they point in opposite directions. 14