Sáng kiến kinh nghiệm: Kinh nghiệm từ việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi phần chuyển động cơ học môn Vật lí THCS

Chia sẻ: Sinh Sinh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

149
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sáng kiến kinh nghiệm này nhằm giúp: Nắm thêm một số kiến thức cơ bản phát triển và nâng cao về phần chuyển động cơ học môn Vật Lý THCS; biết Vận dụng lý thuyết đã học vào làm các bài tập vận dụng phát triển, nâng cao, bài tập tổng hợp phức tạp trong phần chuyển động cơ học; hiểu sâu sắc, đa dạng hơn về lý thuyết phần chuyển động cơ học; vận dụng làm được và làm thạo các thêm nhiều dạng bài tập vận dụng phát triển nâng cao, các bài tập tổng hợp, bài tập khó;...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm: Kinh nghiệm từ việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi phần chuyển động cơ học môn Vật lí THCS

KINH NGHIỆM TỪ VIỆC DẠY BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI PHẦN CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC MÔN VẬT LÍ THCS TÁC GIẢ: Trần Văn Tuấn CHỨC VỤ: Giáo viên ĐƠN VỊ: Trường THCS Lê Thánh Tông MÔN (HOẶC CHỦ ĐỀ): Vật lí A. PHẦN MỞ ĐẦU: I. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Khi dạy bồi dưỡng học sinh giỏi (HSG) về phần chuyển động cơ học môn Vật Lý THCS, nếu sử dụng SGK và sách bài tập của bộ môn thì về lý thuyết rất đơn giản; Bài tập vận dụng ít về số lượng và chưa phong phú về dạng bài tập… Dẫn đến trong việc bồi dưỡng HSG giáo viên (GV) không đưa ra được những phần lý thuyết phát triển nâng cao cho học sinh; học sinh không được làm nhiều các dạng bài tập vận dụng... Làm chất lượng dạy và học dồi dưỡng HSG kém hiệu quả; Để giúp đỡ đồng nghiệp và HS tháo gỡ những vướng mắc trên tôi xin đưa ra sáng kiến kinh nghiệm với đề tài “Kinh nghiệm từ việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi ph ần chuyển động cơ học môn Vật lí THCS ”. II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI: Giúp GV và HS : - Nắm thêm một số kiến thức cơ bản phát triển và nâng cao về phần chuyển động cơ học môn Vật Lý THCS. Biết Vận dụng lý thuyết đã học vào làm các bài tập vận dụng phát triển, nâng cao, bài tập tổng hợp phức tạp trong phần chuyển động cơ học. - Hiểu sâu sắc, đa dạng hơn về lý thuyết phần chuyển động cơ học. - Vận dụng làm được và làm thạo các thêm nhiề dạng bài tập vận dụng phát triển nâng cao, các bài tập tổng hợp, bài tập khó. - Thấy được ý nghĩa và ứng dụng rất lớn của môn vật lý trong đời sống, sản xuất. III. NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: 1. Nhiệm vụ đề tài: Đưa ra một số kinh nghiệm để làm thành công, làm tốt việc dạy bồi dưỡng HSG phần chuyển động cơ học môn Vật Lý. Đưa ra Một vài phần kiến thức lý thuyết Vật Lý phát triển, nâng cao, có liên quan đến phần chuyển động cơ học. 1
Đưa ra một số dạng bài tập vận dụng, bài tập khó, bài tập tổng hợp và cách giải các dạng bài tập trên để thành công tốt việc bồi dưỡng HSG môn Vật Lý. 2. Giới hạn đề tài: Kiến thức Vật Lý đưa ra cơ bản nằm trong chương trình Vật Lý THCS, ngoài ra cần sử dụng đến kiến thức khoa học các môn học khác cũng nằm trong chương trình THCS như môn toán… và kiến thức đời sống vốn có của học sinh. IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: HS lớp 8 và 9. V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Chia đội tuyển HSG môn Vật Lý ra làm hai nhóm, một nhóm được vận dụng SKKN (được học thêm kiến thức mở rộng, phát triển nâng cao, được hướng dẫn các dạng bài tập vận dụng, rồi vận dụng làm một số bài tập). Một nhóm không được vận dụng SKKN (không được học thêm kiến thức mở rộng, phát triển nâng cao, không được hướng dẫn các dạng bài tập vận dụng và vận dụng làm bài tập). Kiểm tra, thu kết quả hai nhóm cùng một đề bài kiểm tra. So sánh kết quả hai nhóm. Nhận xét đánh giá rút ra kinh nghiệm. Bổ sung để sửa đổi phương pháp dạy bồi dưỡng HSG để đáp ứng nhiệm vụ dạy học của người giáo viên. VI. CƠ SỞ KHOA HỌC: - Dựa vào nội dung kiến thức Vật Lý trong SGK vật lý THCS. - Dựa vào nội dung các bài tập cụ thể trong từng bài học, tiết học môn Vật Lý. - Dựa vào tài liệu hướng dẫn dạy bồi dưỡng HSG có trong thư viện và sưu tầm. - Dựa vào nội dung các lớp học chuyên đề môn Vật lý THCS. - Dựa vào đối tượng HS để nghiên cứu. - Dựa vào tài liệu tự học BDTX chu kì 20042007… VII. THỰC TRẠNG DẠY HỌC CỦA GV VÀ KHẢ NĂNG HỌC CỦA HS: 1. Thực trạng dạy học của GV: Đa số GV dạy môn Vật Lý đã từng dạy bồi dưỡng HSG. Chưa có ý thức tìm tòi, đi sâu kiến thức, hay chưa phát triển nâng cao được kiến thức trong việc bồi dưỡng HSG. Chưa đưa ra được các dạng bài tập tổng hợp, bài tập phức tạp và bài tập đa dạng trong việc bồi dưỡng HSG… 2
Từ thực trạng trên, với những kinh nghiệm đúc rút được trong quá trình dạy học bồi dưỡng HSG ở nhiều năm, tôi viết SKKN này mong được góp phần nhỏ bé cho các độc giả, đồng nghiệp, HS…có tư liệu tham khảo. 2. Khả năng của HS: Đa số thích học môn Vật Lý. Có tư chất để tiếp thu và nắm vững kiến thức phát triển nâng cao môn Vật Lý. Có khả năng làm được các bài tập vận dụng, bài tập tổng hợp, bài tập phát triển và nâng cao khi được GV gợi ý, hướng dẫn. VIII. KHẢO SÁT THỰC TẾ: GV và HS đều có sách giáo khoa, sách bài tập Vật lý THCS và các sách tham khảo khác thuộc bộ môn Vật lý. Ham thích học môn Vật lý. Hiện nay trong các thư viện, và ở ngoài thị trường có đủ các loại sách tham khảo, sách bồi dương, sách phát triển, nâng cao bộ môn vật Lý. GV và HS có thể mượn, mua để tham khảo, sử dụng. B. NỘI DUNG: I. NỘI DUNG ĐỀ TÀI: ÔN TẬP VỀ CHUYỂN ĐỘNG CƠ HỌC A. LÝ THUYẾT CẦN NHỚ: I.1 Chuyển động thẳng đều: 1.Vận tốc: S Công thức: v = t Trong đó S: quãng đường đi t: Thời gian chuyển động. v: là vận tốc Đơn vị: m/s; cm/s; km/h... 2. Véc tơ vận tốc: Gốc: Vị trí vật. Giá: Quỹ đạo. Chiều: Chiều chuyển động. S Độ dài: Biểu diễn giá trị của t Chuyển động thẳng đều v = const 3. Các phương trình: a) Phương trình tổng quát c O ủa chuyể t0n động: t1 x0 M0 x 3 S =x - x0
v = const x = v(t t0) +x0 b) Chú ý: Nếu t0 = 0 và x0 = 0 thì: x = S = vt Trục 0x được chọn làm trục chuyển động. v > 0 nếu vật chuyển động theo chiều dương Do đó v
Cắt trục tung tại giá trị vận tốc v. Thí dụ (Hình a dưới): y x x v x0 x1 0 0 0t t0 t t0 t 0 t1 t Hình b Hình c Hình a 2. Đồ thị tọa độ thời gian : x = v(t t0) +x0 Có độ dốc v; Đường thẳng Xuất phát từ thời điểm t0, tại vị trí x0: (t0; x0) Thí dụ (hình b trên): 3. Đồ thị quãng đường thời gian : S = x = v.(tt0) Có độ dốc v; Xuất phát từ thời điểm t0, cắt trục tung tại gốc tọa độ: (t0; 0) và đi qua tọa độ điểm (t1; x1). Đường thẳng Đồ thị chỉ biểu diễn độ dài đi được của chuyển động sau thời gian đi là bao nhiêu, không biểu diễn sau thời gian đi vật ở vị trí nào. Thí dụ (hình c trên): I.3. Vận tốc trung bình của chuyển động: Trong một thời gian ( hay trong một quãng đường): S vtb = t Trường hợp tổng quát: v1.t1 + v2 .t2 + ... + vn .tn vtb = t1 + t2 + ... + tn B. CÁC DẠNG BÀI TOÁN VẬN DỤNG: 5
BÀI TOÁN 1: TÍNH VẬN TỐC VÀ QUÃNG ĐƯỜNG TRONG CHUYỂN ĐỘNG: 1. BÀI TẬP VẬN DỤNG: 1.1: Hai xe chuyển động thẳng đều trên một đường thẳng với các vận tốc không đổi. Nếu đi ngược chiều thì sau 15phút khoảng cách giữa hai xe giảm 25km. Nếu đi cùng chiều thì sau 15phút, khoảng cách giữa hai xe chỉ giảm 5km. Tính vận tốc của hai xe. Giải: Chọn chiều dương là chiều chuyển động của mỗi xe. Quảng đường mỗi xe đi được trong thời gian t là s = vt. Theo đề: v1 + v2 S1 + S2 = (v1 + v2)t1 = 25 4 v2 − v1 S2 S1 = (v2 v1)t2 =5 4 Vậy: v1 + v2 = 100 v2 v1 = 20 Suy ra: v1 = 40km/h v2 = 60km/h 1.2: Hai xe chuyển động thẳng đều từ A đến B cách nhau 60km. Xe (1) có vận tốc 15km/h và đi liên tục không nghỉ. Xe thứ (II) khởi hành sớm hơn 1h nhưng dọc đường nghỉ mất 2h. Hỏi xe (II) phải đi với vận tốc bao nhiêu để đến B cùng lúc với xe (I)? Giải: Chọn chiều dương là chiều chuyển động. Hệ thức liên lạc giữa quãng đường và thời gian của chuyển động là: S = vt Thời gian chuyển động của xe (I) là: S 60 t1 = = = 4(h) . t 15 Để đến B cùng lúc, thời gian chuyển động của xe (II) phải là: t2 = t1 + 1 2 = 3(h). Suy ra vận tốc của xe (II): S 60 v2 = t = 3 = 20km/h 2 6
1.3: Hai vận động viên xe đạp chuyển động đều, ngược chiều có dạng hình tròn. Hai người xuất phát từ hai vị trí A, B trên đường tròn. Họ gặp nhau lần đầu sau 20 phút kể từ lúc xuất phát. Các lần liên tiếp, họ gặp nhau lần sau cách lần trước cách nhau 30phút. Tính khoảng cách AB trên đường tròn. Giải: Theo đề thì thời gian hai người đi hết chu vi đường trong L là 30phút. Trong lần đầu, vì hai người không xuất phát cùng một nơi nên quãng đường l họ đi được là một phần đường tròn theo tỉ lệ: l 20 2 = = L 30 3 Do đó khoảng cách l' giữa A và B theo đường tròn là 2L L l' = L = 3 . 3 2. BÀI TẬP LUỴEN TẬP 1.4: Năm 1946 người ta đo khoảng cách Trái Đất Mặt Trăng bằng kĩ thuật phản xạ sóng rađa. Sóng rađa phát đi từ Trái Đất truyền với vận tốc c = 3.10 8m/s phản xạ trên bề mặt của Mặt Trăng và trở lại Trái Đất. Người ta ghi nhận được sóng phản xạ sau 2,5s kể từ lúc phát đi. Coi Trái Đất và Mặt Trăng là những hình cầu, bán kính lần lượt là RD = 6400km, RT = 1740km. Tính khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng. BÀI TOÁN 2: XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM VỊ TRÍ CỦA CÁC VẬT CHUYỂN ĐỘNG. 1. HƯỚNG DẪN: Nếu vật chuyển động trên đường thẳng : Chọn chiều dương, gốc tọa độ, gốc thời gian. Suy ra vận tốc các vật và điều kiện ban đầu. Áp dụng phương trình tổng quát để lập phương trình chuyển động của mỗi vật. x = v(t t0) + x0 Khi hai vật gặp nhau, toạ độ của hai vật bằng nhau: x2 = x1 Giải phương trình trên để tìm thời gian và toạ độ gặp nhau. Nếu vật chuyển động trên đường đa giác, hay đường tròn, giải bài toán bằng cách tính quãng đường đi. 2. BÀI TẬP THÍ DỤ: 7
2.1: Lúc 6 giờ sáng một người đi xe đạp đuổi theo người đi bộ đã đi được 8km. Cả hai chuyển động thẳng đều với các vận tốc 12km/h và 4km/h. tìm vị trí và thời gian người đi xe đạp đuổi kịp người đi bộ. Giải: 6h v1 v2 A 8km B Chọn: * Chiều dương là chiều chuyển động. * Gốc toạ độ là vị trí khởi hành của người đi xe đạp (điểm A). * Gốc thời gian 6h sáng. Ta có: v1 4km/h. v2 = 12km/h t01 = 0 t02 = 0 x01 = 8km x02 = 0 Các phương trình chuyển động: x1 = 4t + 8 (km) x2 = 12t (km) Khi gặp nhau: x2 = x1 Hay: 12t = 4t + 8 t = 1(h) Suy ra: x1 = x2 = 12t = 12(km). Vậy người đi xe đạp đuổi kịp người đi bộ ở thời đỉên t = 1h, (tức lúc 7giờ), tại nơi cách vị trí khởi hành 12km. 2.2: Hai ôtô chuyển động thẳng đều hướng vể nhau với các vận tốc 40km/h và 60km/h. Lúc 7h sáng, hai xe cách nhau 150km. Hỏi hai xe ôtô gặp nhau lúc mấy giờ? Ở đâu? Giải: V2 v1 A B 150k m Chọn: * Chiều dương là chiều chuyển động của xe (I). * Gốc toạ độ là vị trí khởi hành của xe (I) lúc 7h (điểm A). * Gốc thời gian 7h. Ta có: v1 40km/h. v2 = 60km/h t01 = 0 t02 = 0 x01 = 0 x02 = 150 (km) Các phương trình chuyển động: x1 = 40(km) x2 = 60t + 150t (km) Khi gặp nhau: x2 = x1 8
Hay: 60t + 150 = 40t t = 1,5(h) Suy ra: x2 = x1 = 60(km). Vậy hai xe gặp nhau lúc 8h30 tại nơi cách vị trí chọn làm gốc tọa độ 60km. 2.3: Trên một đường gấp khúc tại thành một A tam giác đều ABC cạnh a = 30m, có hai xe khởi hành cùng lúc tại A. Xe (I) chuyển động theo v1 v2 hướng AB với vận tốc không đổi v1 = 3m/s; Xe (II) chuyển động theo hướng AC, với vận tốc không đổi v2 = 2m/s. Mỗi xe chạy 5 vòng. Hãy xác định số lần hai xe gặp nhau, vị trí vả thời điểm hai xe gặp nhau (không kể những lần B C hai xe gặp nhau ở A). Giải: Ta có chu vi của đường ABC là: s = 3a = 3.30 = 90 (m). Hai xe gặp nhau khi tổng quãng đường đi từ đầu (hay lần gặp nhau trước đó) đúng bằng chu vi của tam giác. Vậy khoảng thời gian giữa hai lần gặp nhau liên tiếp được tính bởi: v1t + v2t = S S 90 t = v + v = 5 = 18( s) 1 2 Vậy chọn gốc thời gian là lúc khởi hành thì các thời điểm gặp nhau là: t1 = 1.18(s) t2 = 2.18 = 36(s) t3 = 3.18 = 54(s) .................................. tn = n.18 = 18n(s). Ngoài ra v1 > v2 nên với 5 vòng chạy thì xe (I) đi hết thời gian: 5.90 t = = 150(s). 3 Xe (I) tới A vào những thời điểm: t'1 = 30s; t'2 = 60s; t'1 = 30s; t'3 = 90s; t'4 = 120s; t'5 = 150s. Ta suy ra: Không kể những lần gặp nhau ở A thì hai xe gặp nhau trên đường đi ở các thời điểm: t1 = 18s; t2 = 36s; t3 = 54s; t4 = 72s; t6 = 108s; t7 = 126s; t8 = 144s. Có tất cả 7 lần gặp nhau trên đường đi. Vị trí gặp nhau được tính từ các thời điển trên và so với đỉnh gần nhất là: Lần 1: Cách C đoạn CM1 = 6m theo chiều CB Lần 2: Cách B đoạn BM2 = 12m theo chiều BA 9
Lần 2: Cách C đoạn CM3 = 6m theo chiều CA Lần 4: Cách B đoạn BM4 = 6m theo chiều BC Lần 5: Cách C đoạn CM5 = 6m theo chiều CB (bỏ lần gặp ở A và do đó coi như hai xe lại chuyển động bắt đầu từ A). Lần 6: Cách B đoạn BM6 = 12m theo chiều BA Lần 7: Cách C đoạn CM7 = 12m theo chiều CA. 2.4: Hai xe (I) và (II) chuyển động trên một đường tròn với vận tốc không đổi. Xe (I) đi hết 1 vòng mất 10phút, xe (II) đi 1 vòng 50phút. Hỏi khi xe (II) đi 1 vòng thì gặp xe (I) mấy lần, trong các trường hợp sau đây? a. Hai xe khởi hành cùng lúc tại một điểm trên đường tròn và chuyển động cùng chiều. b. Hai xe khởi hành cùng lúc tại một điểm trên đường tròn và chuyển động ngược chiều. Giải: a. Hai xe chuyển động cùng chiều: Theo đề ra ta suy ra: v1 v2 1 Vận tốc xe (I) là: v1 = vòng/phút 10 1 Vận tốc xe (II) là: v2 = vòng/phút. R 50 Đặt t là thời điểm hai xe gặp nhau. Quãng đường các xe đi được cho tới lúc đó là: O t t S1 = v1t = (vòng). S2 = v2t = (vòng). 10 50 Ta phải có: S1 S2 = n (vòng) (n 4) t t 4t 50n − = n = n t = = 12,5n (phút) (t 50phút). 10 50 50 4 Các thời điểm gặp nhau là: * n = 1 t1 = 12,5phút * n = 2 t2 = 25phút v1 v2 * n = 3 t3 = 37,5phút * n = 4 t4 = 50phút Vây khi chuyển động cùng chiều và khởi R hành cùng lúc, tại một điểm thì xe (II) gặp xe (I) 4 lần cho mỗi vòng của nó. O b. Hai chuyển động ngược chiều: Vận dụng các kết quả ở câu a. ta có điều kiện cho trường hợp này là: 10
t t S1 + S2 = n(vòng) (n 6) + = n 10 50 6t 50n 25n = n t = = (phút) n (t 50phút). 50 5 3 Các thời điểm gặp nhau là: * n = 1 t1 = 8,3phút * n = 2 t2 = 16,7phút * n = 3 t3 = 25phút * n = 4 t4 = 33,3hút * n = 5 t5 = 41,7phút * n = 6 t6 = 50phút Vây khi chuyển động ngược chiều và khởi hành cùng lúc, tại một điểm thì xe (II) gặp xe (I) 6 lần cho mỗi vòng của nó. 3. BÀI TẬP LUYỆN TẬP 2.5: Một xe khởi hành từ A lúc 9h để về B, theo chuyển động thẳng đều với vận tốc 36km/h. Nửa giờ sau, một xe chuyển động thẳng đều từ B về A với vận tốc 54km/h. Cho AB = 108km. Xác định lúc và nơi hai xe gặp nhau. Đáp số: 10h30phút; 54km. 2.6: Lúc 7h có một xe khởi hành từ A chuyển động thẳng đều về B với vận tốc 40km/h. Lúc 7h30 một xe khác khởi hành từ B đi về A theo chuyển động thẳng đều với vận tốc 50km/h. Cho AB = 110km. a. Xác định vị trí của mỗi xe và khoảng cách giữa chúng lúc 8h và lúc 9h. b. Khi hai xe gặp nhau lúc mấy giờ? Ở đâu? Đáp số: a. Cách A 40km, 85km, 45km Cách A 80km, 45km, 35km. b. 8h30phút; cách A 60km. BÀI TOÁN 3: VỀ ĐỒ THỊ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU. DÙNG ĐỒ THỊ ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN CHUYỂN ĐỘNG. 1. HƯỚNG DẪN: a. Đồ thị của chuyển động (Tọa độ thời gian): Vẽ đồ thị của chuyển động (Tọa độ thời gian): * Dựa vào phương trình, định hai điểm của đồ thị. Lưu ý giới hạn đồ thị. * Định điểm biểu diễn điều kiện ban đầu và vẽ đường thẳng có độ dốc bằng vận tốc. Đặc điểm của chuyển động theo đồ thị tọa độ thời gian: * Đồ thị hướng lên: v > 0 (Vật chuyển động theo chiều dương); * Hai đồ thị song song, hai vật chuyển động có cùng vận tốc. * Hai đồ thị cắt nhau: Giao điểm cho biết lúc và nơi hai vật gặp nhau. 11
* Đồ thị của hai chuyển động định trên trục x và trục t khoảng cách và khoảng chênh lệch thời gian của hai chuyển động. b. Đồ thị vận tốc thời gian: Đường thẳng song song với trục thời gian. 2. BÀI TẬP THÍ DỤ: 3.1: Một vật chuyển động có x đồ thị tọa độ thời gian như x1 hình vẽ bên. Hãy suy ra các thông tin của chuyển động trình bày trên đồ O t1 t2 t3 t4 t5 thị x2t Giải: x Vật chuyển động đều với vận tốc v1 = t −1 t , từ nơi vật có tọa độ x1, vào 2 1 lúc t1, ngược chiều dương. Vào lúc t2, vật tới vị trí chọn làm gốc tọa độ và tiếp tục chuyển động theo chiều cũ, tới khi đạt tới vị trí có tọa độ x2, ở thời điểm t3. Vật ngừng ở vi trí có tọa độ x2, từ thời điểm t3 đến thời điểm t4. Sau đó vật chuyển động thẳng đều theo chiều dương với vận tốc v2 = x1 − x2 t5 − t4 và ở lại vị trí xuất phát ở thời điểm t5. Ta có: v2 > v1… 3.2: Giải lại bài tập của bài 3.2 bằng phương pháp đồ thị. Gải: Theo các dữ kiện của bài toán, ta x(km vẽ được các đồ thị của bài toán ) như sau: 10 (Đồ thị như hình vẽ bên). 5 Từ tọa độ giao điểm ta suy ra: 90 Thời điểm gặp nhau: 1,5h 60k Nơi gặp nhau có tọa độ: m 60 60km. 40 40k m o 1 1,5 t(h) 12
3.3: Lúc 9h một xe ôtô từ thành phố HCM chạy theo hướng Long An với vận tốc 60km/h. sau khi đi được 45phút, xe dừng lại 15phút rồi tiếp tục chạy đều với vận tốc như cũ. Lúc 9h30, một xe thứ hai cũng khởi hành từ thành phố HCM, đuổi theo xe thứ nhất. Xe thứ hai có vận tốc đều 70km/h. a. Vẽ đồ thị tọa độ theo thời gian của mỗi xe. b. Định nơi và lúc xe khi đuổi kịp xe trước. Giải: x(km) a. Đồ thị: Chọn hệ quy chiếu, gốc thời gian và 15 tỷ lệ xích thích hợp, theo các dữ liệu 0 của đề bài, ta vẽ được các đồ thị của hai chuyển động sau đây (như hình 70 vẽ bên): b. Hai xe gặp nhau: 45 I Tọa độ giao điểm của hai đồ thị cho: II Thời điểm gặp nhau: t = 2h, 30 (lúc 11h). Nơi gặp nhau: Tọa độ 105m O 0,5 0,75 1 1,5 2 (Cách thành phố HCM 105m). t(h) 3.4: Hai bến sông cách nhau 20km theo đường thẳng , có một đoàn ghe máy chạy phục vụ khách. Khi xuôi dòng từ A đến B vận tốc ghe là 20km\h; Khi ngược dòng từ B về A, vận tốc là 10km/h.ở mỗi bến cứ sau 20phút lại có một ghe xuất phát. Khi tới bến ghe nghỉ 20phút rồi quay về. a. Cần bao nhiêu ghe cho đoạn sông? b. Một ghe khi đi từ A đến B gặp bao nhiêu ghe? Khi đi từ B vể A gặp bao nhiêu ghe? Giải: xkm a. Số ghe cần dùng: Ta dùng phương pháp đồ thị. Thời gian xuôi dòng: 20 C D t1 = = 1(h). 20 20 Thời gian ngược dòng: 20 t2 = = 2(h). 10 Suy ra đồ thị tọa độ theo thời gian của một ghe như sau: (hình bên) Thời gian để mỗi ghe đi, về 0 1 E t(h) 13
biểu diễn bởi đoạn OE. Số ghe cần thiết là số ghe xuất phát từ A trong khoảng thời gian này. Có 10 khoảng 20phút trong đoạn OE. Vậy số ghe cần thiết là: N = 10+1 = 11(ghe). b. Số lần gặp: Đồ thị của những lượt đi là những đoạn thẳng song song và bằng OC, cách đều nhau 20phút. Đồ thị của những lượt về là những đoạn thẳng song song và bằng DE, cũng cách đều nhau 20phút. Xét đồ thị đi và về của một ghe, giao điểm của đồ thị này với những đoạn thẳng song song nói trên cho biết số ghe gặp dọc đường. Ta có số ghe gặp lượt đi cũng như gặp lượt về là: N = 8ghe. 3. BÀI TẬP LUYỆN TẬP: xk 3.5: Chuyển động của ba xe (I), (II) và m (III) có các đồ thị tọa độ thời gian như 80 (III) hình vẽ bên. 60 a. Nêu đặc điểm chuyển động của mỗi xe. (I) 40 (II) b.Lập phương trình chuyển động của mỗi xe. 20 c. Định vị trí và thời điểm gặp nhau bằng đồ thị, kiểm tra lại bằng phép 0 1 2 3 4 5 6 tính. t(h) 40 ĐS: b. x1 = t+ 80(km); x2 =10(t 1) +20(km); x3 = 10t + 40(km). 3 12 40 c. t = 3h; x2 = x1 = 40km; t = h; x3 = x1 = km. 7 7 3.6: Có ba xe chuyển động trên đường thành phố HCM Vũng Tàu dài 100km. Xe (I) đi từ thành phố HCM lúc 7h 30phút, tới Vũng Tàu rồi quay về ngay với vận tốc đều v =30km/h. Xe (II) đi từ ngã ba Vũng Tàu cách TP HCM 25km, lúc 8h để đến Vũng Tàu với vận tốc đều v2 = 20km/h và dừng lại tại đó. Xe (III) đi từ TP HCM lúc 8h30 phút, chạy về Vũng Tàu với vận tốc đều v3 sao cho gặp hai xe kia cùng một lúc. a. Vẽ đồ thị tọa độ thời gian của ba xe trên cùng một hệ trục tọa độ. 14
b. Xác định vị trí, thời gian của ba xe gặp nhau và vận tốc v3 của xe (III). ĐS: b. t1 = 1,5h (9h); 45km; 90km/h. c. t2 = 3,68h; 88,54km; 24km/h. 3.7: Hàng ngày có một xe hơi từ nhà máy, đến trạm đón một kĩ sư đến nhà máy làm việc. Một hôm, viên kĩ sư đến trạm sớm hơn mọi hôm 1giờ, nên anh ta đi bộ hướng về nhà máy. Dọc đường anh ta gặp chiếc xe tới đón mình và cả hai tới nhà máy sớm hơn bình thường 10phút. Coi các chuyển động là thẳng đều, Hãy tính thời gian mà viên kĩ sư đi bộ từ trạm tới khi gặp xe. ĐS: 55phút. BÀI TOÁN 4: CÁC BÀI TẬP VỀ CỘNG VẬN TỐC (ĐỔI VẬN TỐC THEO HỆ QUY CHIẾU) 1. HƯỚNG DẪN: Chọn hệ quy chiếu thích hợp. Áp dụng quy tắc cộng vận tốc để định vận tốc của vật trong hệ quy chiếu đã chọn. Nếu chuyển động cùng phương: các vận tốc cộng vào nhau, trừ đi nhau. Nếu chuyển động khác phương: dựa vào giản đồ vectơ và các tính chất hình học để xác định vận tốc. Lập phương trình theo đề bài để tìm ẩn của bài toán. Đồ thị của chuyển động trong hệ quy chiếu cũng được vẽ trong bài toán 4. Các đặc điểm của chuyển động cũng được suy ra tương tự. 2. BÀI TẬP THÍ DỤ: 4.1: Một hành khách ngồi trên ôtô chuyển động với vận tốc 54km/h quan sát thấy một đoàn tàu chạy ngang qua cùng phương, cùng chiều trên đường sắt bên cạnh. Từ lúc nhiền thấy điểm cuối đến khi nhiền thấy điểm đầu của đoàn tàu mất 8s. Đoàn tàu mà người quan sát có 20 toa, mỗi toa dài 4m. Tìm vận tốc của nó. Giải: v2 (2) v1 (1) 15
Chọn đoàn tàu (2) làm hệ quy chiếu. Trong chuyển động tương đối của (1) so với (2), vật đi được quảng đường l = 20.4 = 80(m) trong 8s. Ta có: v12 = v10 + v02 = v1 + (v2) Suy ra: v12 = (v1 v2) l l Theo đề ra: v12 = v1 v2 = . t t l 80 Vậy: v2 = v1 = 15 = 5(m/s) = 18(km/h). t 8 4.2: Một chiếc tàu chuyển động thẳng đều với vận tốc v1 = 30km/h, gặp một đoàn xà lan dài l = 250m, đi ngược chiều với vận tốc v2 = 15km/h. trên boang tàu có một người đi từ mũi đến lái với vận tốc v3 = 5km/h. Hỏi người ấy thấy đoàn xà lan đi qua mặt mình trong thời gian bao lâu? Giải: v3 3 l v1 v2 1 2 Theo đề, các vận tốc v1, v2 được tính đối với nước, vận tốc v3 được tính đối với tàu. Trong chuyển động tương đối của (3) đối với (2), thời gian phải tìm là thời gian để (3) đi được đoạn đường l. Ta có: v32 = v31 + v10 + v02 = v3 + v1 + (v2) Chọn chiều dương là chiều của v1, ta có vận tốc tương đối: v32 = v1 + v2 v3 = 30 + 15 5 =40(km/h). Thời gian cần tìm là: l 250.10−3 B t = = = 22,5(s). v32 40 4.3: Hai xe ôtô chạy trên hai đường thẳng vuông góc với nhau, sau khi gặp nhau ở ngã tư, một xe v2 chạy theo hướng đông, xe kia chạy theo hướng bắc với cùng vận tốc 40km/h. v1 Đ a. Tính vận tốc tương đối của xe thứ nhất so với xe thứ hai. -v2 v12 16 ĐN
b. Ngồi trên xe thứ hai quan sát thì thấy xe thứ nhất chạy theo hướng nào? c. Tính khoảng cách giữa hai xe sau nửa giờ kể từ khi hai xe gặp nhau ở ngã tư. Giải: a. Vận tốc tương đối: Ta có: v12 = v10 + v02 = v1 + (v2). Ta được v12 trên giản đồ cộng vectơ. Suy ra: v212 = v21 + v22 = 3200 v12 = 56km/h b. Hướng chuyển động: Hướng của v12 cho biết hướng chuyển động cần hỏi. Đó là hướng Đông Nam. c. Khoảng cách: Chọn các điều kiện ban đầu thích hợp, ta có phương trình: S = v12t 56t(km). Với t = 0,5h, ta có: s = 28km. 4.4: Hình vẽ bên là đồ thi tọa độ thời x(km gian của xe (1) và xe (2) trong hệ quy ) chiếu gắn liền với mặt đất. (2) a. Viết phương trình chuyển động của (1) xe (1) gắn với xe (2). 1200 b. Vẽ đồ thị tọa độ theo thời gian của xe (1) trong hệ quy chiếu gắn với xe 800 (2). 400 0 20 40 60 t(s) Giải: a. Phương trình chuyển động: Theo đồ thị đã cho, ta tính được vận tốc của x(km mỗi xe đối với hệ quy chiếu gắn với mặt đất: ) 800 − 400 v1 = = 10(m\s). 400 40 800 v2 = = 20(m/s). 40 Áp dụng công thức cộng vận tốc, ta tính được vận tốc của xe (1) đối với hệ quy chiếu gắn với xe (2) như sau v12 = v10 + v02 = v1 v2. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của hai 0 20 40 60 xe ta có giá trị đại số của v12 là: t(s) 17
v12 = v1 v2 = 10 20 = 10(m/s). Ngoài ra cũng theo đồ thị đã cho, ta suy ra tọa độ ban đầu của xe (1) đối với hệ quy chiếu gắn với xe (2) là: (x12)0 = 400(m). b. Đồ thị tọa độ của xe (1) đối với hệ quy chiếu gắn với xe (2): Theo phương trình đã thiết lập được ở trên, ta vẽ được đồ thị trên đây: (Thời điểm t = 40s là thời điểm gặp nhau; khi đó x12 = 0). 3. BÀI TẬP LUYỆN TẬP. 4.5 Một thang cuốn tự động đưa khách từ tầng trệt lên lầu trong 1phút. Nếu thang ngừng thì hành khách phải đi mất 3phút. Hỏi thang vẫn chạy mà hành khách vẫn bước thì mất bao lâu? ĐS: 45giây. 4.6: Một ca nô đi ngược dòng, gặp một chiếc bè đang trôi. Kể từ khi gặp, canô đi tiếp 30phút thì động cơ bị hỏng, phải mất 30phút mới sửa xong, canô quay lại đuổi theo bè. a. Tính vận tốc của nước biết rằng khi quay lại ca nô gặp bè cách điểm gặp trước một đoạn 2,5km và trong thời gian máy hỏng canô để trôi theo dòng nước. b. Nếu trong thời gian máy hỏng, canô được neo lại thì khi đuổi theo, bao lâu sau canô mới gặp lại bè và khi đó canô cách điểm gặp trước một đoạn bằng bao nhiêu? ĐS: a. 2km/h. b. 37,5phút; 2,75km. 4.7*: Giữa hai bến sông A và B có hai tàu chuyển thư chạy thẳng đều. Tàu đi từ A chạy xuôi dòng, tàu đi từ B chạy ngược dòng. Khi gặp nhau và chuyển thư, mỗi tàu tức thì quay trở lại bến xuất phát. Nếu khởi hành cùng lúc thì tàu từ A đi hết 3giờ, tàu từ B đi hết 1giờ 30phút. Hỏi nếu muốn thời gian đi và về của hai tàu bằng nhau thì tàu từ A khởi hành trễ hơn tàu từ B bao lâu? Vận tốc mỗi tàu đối với nước như nhau và không đổi lúc đi cũng như lúc về. Khi xuôi dòng, Vận tốc dòng nước làm tàu nhanh hơn; Khi ngược dòng, Vận tốc dòng nước làm tàu chậm hơn. a. Giải bài toán bằng đồ thị. b. Giải bài toán bằng phương trình. ĐS:45phút. BÀI TOÁN 5: TÍNH VẬN TỐC TRUNG BÌNH CỦA CHUYỂN ĐỘNG KHÔNG ĐỀU 1. HƯỚNG DẪN: Áp dụng công thức định nghĩa của vận tốc trung bình: 18
S v = t Nếu quãng đường đi gồm nhiều đoạn mà mỗi đoạn đã có vận tốc trung bình và thời gian, thì vận tốc trung bình của cả quãng đường được tính bởi: v1t1 + v2t2 + ... + vntn v = t1 + t2 + ... + tn 2. BÀI TẬP THÍ DỤ: 5.1: Một xe chạy trong 5giờ. 2giờ đầu chạy với vận tốc trung bình 60km/h; 3giờ sau chạy với vận tốc trung bình 40km/h. Tính vận tốc trung bình của xe chạy trong suốt thời gian chuyển động. Giải: 60.2 + 40.3 240 Ta có: v = = = 48(km/h). 5 5 5.2: Một vật chuyển động trên hai đoạn đường với vận tốc trung bình v1, v2. Trong điều kiện nào vận tốc trên cả đoạn đường bằng trung bình cộng vủa các vận tốc? v1t1 + v2t2 Giải: Ta có: v = t1 + t2 v1 + v2 Trung bình cộng của hai vận tốc là: Vtb = 2 vt +v t v +v Theo đề ra, ta có: 1t1 + t 2 2 = 1 2 2 1 2 2(v1t1 + v2t2) = (v1+v2)t1 + (v1+v2)t2 v1t1 + v2t2 = v1t2 + v2t1 v1t1 + v2t2 = v1t2 + v2t1 v1(t1+t2) + v2(t2 t1) = 0 Vì: v1 v2 0, ta suy ra: t1 = t2. Khoảng thời gian của hai chuyển động phải bằng nhau. 3. BÀI TẬP LUYỆN TẬP: 5.3: Một người đi từ A đến B theo chuyển động thẳng. Nửa đoạn đường đầu người ấy đi với vận tổc trung bình 16km/h. Trong nửa thời gian còn lại, người ấy đi với vận tốc 10km/h và sau đi với vận tốc 4km/h. Tính vận tốc trung bình trên cả đoạn đường. ĐS: 9,7km/h. 5.4: Hai xe khởi hành đồng thời từ A đi đến B theo chuyển động thẳng đều, A cách B một khoảng l. Xe (1) đi nửa đoạn đường đầu với vận tốc v 1 và nửa đoạn đường sau đi với vận tốc v2. Xe (2) đi nửa thời gian đầu với vận tốc v1 và nửa thời gian sau đi với vận tốc v2. Hỏi xe nào đi đển trước và đến trước bao lâu? 19
ĐS: Xe (2) tới trước ( v1 − v2 ) l 2 ∆t = . 2v1v2 ( v1 + v2 ) II. THỰC TIỄN KHẢO SÁT SAU KHI ÁP DỤNG ĐỀ TÀI : Thông qua việc hướng dẫn phương pháp bồi dưỡng HSG và các ví dụ cụ thể đối với bài tập vận dụng, các bài tập tự luyện tập cho từng phần về chuyển động cơ học, học sinh được tư duy, suy luận, rèn luyện và vận dụng kiến thức đã học vào việc làm các dạng bài tập cụ thể. Giáo viên hướng dẫn cho học sinh biết cách nhận biết và phân loại cho từng thể loại, từng dạng bài tập, quy các bài tập bắt gặp về thể loại, dạng bài tập cơ bản để tiến hành vận dụng tuần tự các bước giải, thiết lập mối liên hệ giữa các giữ kiện đã cho, các công thức đã biết, các kiến thức Vật Lý đã học và các giữ kiện cần tìm từ đó tiến hành nội dung bài giải cho bài tập cần làm, rút ra nhận xét, kết luận… Kết quả thu được sau khi áp dụng đề tài, được điều tra từ năm học 2008 2011 như sau : Khảo sát trước khi Khảo sát sau khi áp dụng đề tài áp dụng đề tài Không Tổn Làm được làm Làm được Không được Năm học g số bài tập được bài bài tập bài tập HS tập Số Tỷ Số Tỷ Số Tỷ Số Tỷ HS lệ HS lệ HS lệ HS lệ 20082009 14 4 29% 10 71% 86 84% 2 14% 20092010 18 4 22% 14 78% 15 83% 3 17% 20102011 14 3 21% 11 79% 12 86% 2 14% III. KẾT QUẢ THÀNH CÔNG TRONG SỬ DỤNG ĐỀ TÀI : Việc áp dụng đề tài vào giảng dạy bộ môn vật lí đã giúp học sinh: + Nắm vững mục tiêu phần học bồi dưỡng HSG cho phần chuyển động cơ học + Biết cách làm các dạng bài tập về chuyển động cơ học. 20