PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ
CHƯƠNG “ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM”
Phạm Quốc Toản – Trung tâm NC&SX Học liệu
Lê Thị Hồng Hiệp – Lớp CLC K55 Khoa Vật lí
Động học chất điểm là một trong những kiến thức quan trọng và khó trong chương trình
Vật lí lớp 10. Thực tế dạy học cho thấy bài tập Vật lí có vai trò rất quan trọng đối với học
sinh. Bài tập Vật lí giúp ôn tập, đào sâu kiến thức; rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết
vào thực tiễn, hình thành thói quen vận dụng kiến thức khái quát cho học sinh. Đồng thời giải
bài tập Vật lí là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh, góp phần làm
phát triển tư duy sáng tạo của học sinh; kiểm tra được mức độ nắm vững kiến thức của học
sinh. Tuy vậy, trong thực tế còn rất nhiều học sinh yếu, các em không tự hình thành được cho
mình các phương pháp giải bài tập một cách linh hoạt, nhiều em thụ động đọc sách tham khảo
để chép lại lời giải hoặc cũng có em lên lớp chỉ chờ chép bài giải của bạn, của thầy cô. Như
thế các em rất thụ động trong việc giải các bài toán tương tự hay bài toán có sự thay đổi về dữ
kiện bài toán. Vấn đề đặt ra là làm thế nào để có thể giúp đỡ học sinh hình thành được phương
pháp giải bài tập vật lí?
Muốn học sinh hình thành được phương pháp giải bài tập vật li, đặc biệt là bài tập vật lí
phổ thông, nhiệm vụ đặt ra đối với giáo viên là phải tập cho học sinh làm quen với phương
pháp giải ngay từ đầu cấp (lớp 10). Phần đầu tiên của Vật lí 10 là phần “Động học chất điểm”.
Đây là phần cơ bản nhất của chương trình Vật lí phổ thông, cung cấp cho học sinh những khái
niệm, đại lượng Vật lí. Chính vì vậy nếu giáo viên rèn luyện cho học sinh phương pháp giải
bài tập chương này, giúp học sinh hiểu được sâu sắc ý nghĩa Vật lí của các đại lượng thì tới
các chương tiếp theo học sinh sẽ dễ dàng hơn trong việc hình thành kiến thức cũng như giải
các bài tập của chương đó.
Việc quan trọng trước khi giúp học sinh hình thành phương pháp giải, người giáo viên
phải biết được những sai lầm thường gặp của học sinh khi giải bài tập chương đó. Qua điều
tra cho thấy, khi giải bài tập vật lí chương “Động học chất điểm”, học sinh thường mắc phải
một số sai lầm thường gặp sau:
- Học sinh thường quên không xác định rõ hệ quy chiếu.
- Học sinh thường nhầm giữa độ dời và quãng đường; tốc độ và vận tốc; phương trình
toạ độ và công thức tính quãng đường.
- Học sinh thường nhầm: a > 0: chuyển động nhanh dần đều; a <0: chuyển động chậm
dần đều.
- Học sinh gặp khó khăn trong việc tính vận tốc tương đối.
- Học sinh thường gặp thiếu xót khi làm bài toán xác định vị trí hai chất điểm cách nhau
một khoảng nào đó, bỏ quên trường hợp khoảng cách giữa hai chất điểm cách nhau khi đã đi
qua nhau.
Trên đây là một số sai lầm thường gặp của học sinh khi giải bài tập chương “Động học
chất điểm”. Dựa trên những sai lầm đó và phương pháp giải bài tập vật lí chung, sau đây
chúng tôi xin trình bày phương pháp giải chương “Động học chất điểm”. Phương pháp giải
bài tập chương “Động học chất điểm” gồm bốn bước sau:
Bước 1: Tìm hiểu đề bài (Tóm tắt đề)
Trong bước này, học sinh cần phải trả lời được các câu hỏi sau:
- Chất điểm chuyển động là vật nào? Khối lượng là bao nhiêu? Chuyển động với vận
tốc bao nhiêu, so với vật nào, theo chiều nào?
- Đề bài yêu cầu xác định đại lượng nào?
- Có thể minh hoạ quá trình chuyển động của chất điểm hoặc vẽ hình, đồ thị mô tả quá
trình chuyển động của chất điểm như thế nào?
Bước 2: Xác lập mối liên hệ cơ bản của dữ liệu đầu bài và đại lượng cần xác định
Trong bước này, học sinh cần trả lời được các câu hỏi sau:
- Chất điểm chuyển động được xét trong hệ quy chiếu nào?
- Quá trình chuyển động của vật được chia làm mấy giai đoạn? Trong mỗi giai đoạn vật
chuyển động theo quy luật nào?
- Đại lượng cần tìm là đại lượng nào? Đại lượng đó có thể tính theo những cách nào?
Trong các cách tính đó, cách nào có thể sử dụng trong bài này? Trong cách sử dụng để
tính, đại lượng nào đã biết, đại lượng nào chưa biết? Đại lượng chưa biết có mối quan hệ như
thế nào với đại lượng đã biết?
Bước 3: Rút ra kết quả cần tìm
Trong bước này, học sinh cần trả lời câu hỏi: Từ các mối liên hệ đã xác lập được ta có
thể biến đổi, tính toán như thế nào đề rút ra được đại lượng cần tìm?
Bước 4: Kiểm tra, nhận xét kết quả
Trong bước này, học sinh cần trả lời các câu hỏi sau:
- Đã trả lời hết các câu hỏi đề bài yêu cầu, xét hết các trường hợp chưa?
- Tính toán có đúng không? (Thứ nguyên có phù hợp không? Ý nghĩa thực tế có phù
hợp không?)
Sau đây là một ví dụ về giải một bài tập Vật lí chương “Động học chất điểm”:
Đề bài: Một xe đạp đang đi với vận tốc 2m/s thì xuống dốc, chuyển động nhanh dần đều với
gia tốc 0,2
2
m/s
. Cùng lúc một ôtô đang chạy với vận tốc 20m/s thì lên dốc chuyển động
nhanh dần đều với gia tốc 0,4
2
m/s
.
a. Xác định vị trí hai xe gặp nhau và quãng đường xe đạp, ô tô đi được cho đến lúc gặp
nhau. Biết chiều dài của dốc là 570 m.
b. Xác định vị trí của hai xe khi chúng cách nhau 170 m.
Bài giải:
Bước 1: Tìm hiểu đề bài (Tóm tắt đề)
Xe đạp: 1
v = 2m / s
;
2
1
a 0,2m / s
Xe máy: 2
v = 20m /s
;
2
2
a 0,4m / s
a. Vị trí hai xe gặp nhau? 1 2
; 1
s ?
; 2
s ?
b. Vị trí hai xe khi hai xe cách nhau 170m?
L= 570m
0
x
Bước 2: Xác lập mối liên hệ cơ bản của dữ liệu xuất phát và đại lượng cần tìm
- Chọn hệ quy chiếu: trục 0x gắn với mặt phẳng nghiêng; gốc 0 tại vị trí bắt đầu chuyển
động của xe đạp; chiều dương là chiều chuyển động của xe đạp.
- Vị trí hai xe gặp nhau hay cách nhau một khoảng nào đó chính là toạ độ
1
x
của xe đạp.
- Hai xe gặp nhau khi hai xe có cùng toạ độ; hai xe cách nhau 170m khi giá trị tuyệt đối
của hiệu toạ của hai xe bằng 170m. Vì vậy muốn xác định vị trí hai xe gặp nhau cần viết được
phương trình chuyển động (phương trình chuyển động) của hai xe.
- Muốn viết được phương trình chuyển động của hai xe, ta cần xác định được quy luật
chuyển động của mỗi xe. Hai xe chuyển động nhanh dần đều, vậy phương trình chuyển động
của mỗi xe có dạng:
2
0 0
1
x = x + v t + at
2
. Trong đó, vận tốc ban đầu, gia tốc của mỗi xe đã
biết. Như vậy cần xác định toạ độ ban đầu của mỗi xe.
- Toạ độ ban đầu của xe đạp: 0
x 0
. Phương trình chuyển động của xe đạp:
2
1
x 2t 0,1.t
(1)
- Toạ độ ban đầu của xe máy: 0
x 570
. Phương trình chuyển động của xe máy:
2
2
x 570 20t - 0,2.t
- Hai xe gặp nhau:
1 2
x x
hay
2 2
2t 0,1.t 570 20t -0,2t
(2)
- Quãng đường xe đạp và xe máy đi được khi hai xe gặp nhau:
2
1
s 2t 0,1.t
(3)
2
2
s 20t 0,2.t
(4)
- Hai xe cách nhau 170m: 1 2 1 2
x x =170 x x 170
hay 2 2
2t 0,1.t 570 20t 0,2t 170
(5)
Bước 3: Rút ra kết quả cần tìm
a) Xác định vị trí hai xe gặp nhau
Từ phương trình (2) ta có:
2
0,3t 22t 570 0 t 20,29s
Thay t = 20,29s vào phương trình (1) ta được: 1
x 81,76m
Thay t = 20,29s vào phương trình (3) ta được: 1
s 81,76m
t (1)
1
x
(3)
(4)
(2)
1
s
2
s
t
(1)
1
x
(5)
Thay t = 20,29s vào phương trình (4) ta được: 2
s 488,24m
b) Vị trí các xe khi hai xe cách nhau 170m
Từ phương trình (5) ta có:
21
22
t 15,08s x 52,9m
0,1.t 18t 400 0
(5)
t 25,07s x 112,97m
0,1.t 18t 740 0
Thay vào (1) ta được: =
1 2
x x 112,97m
Bước 4: Kiểm tra, nhận xét kết quả
a)
t 20,29s
; 1
x 81,76m
; 1
s 81,76m
; 2
s 488,24m
Kết quả là phù hợp với thực tế: trong cùng một khoảng thời gian, quãng đường ô tô
chuyển động lớn hợn quãng đường xe đạp chuyển động.
b)
t 15,08s
1
x 52,9m
hoặc
t 25,07s
1
x 112,97m
Ở đây có hai trường hợp xảy ra: hai xe cách nhau 170m khi chúng chưa gặp nhau và hai
xe cách nhau 170m khi hai xe đã đi qua nhau.
Trên đây chúng tôi đã gửi tới bạn đọc phương pháp giải bài tập Vật lí phổ thông áp
dụng cho chương “Động học chất điểm” thuộc chương trình Vật lí 10. Chúng tôi sẽ chuyển
tới bạn đọc phương pháp giải bài tập Vật lí phổ thông cho các chương tiếp theo vào số báo
tới.