zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Tài Liệu Phổ Thông

» Sáng kiến kinh nghiệm

Sáng kiến kinh nghiệm " kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Báo xấu

217
lượt xem 63
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cơ học là một trong những phần học khó của chương trình vật lí PTTH. Trong phần này có nhiều bài toán hay trong giúp phát triển mạnh tư duy hs, nổi bật là những bài tập vận dụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng. Tuy nhiên qua quá trình giảng dạy tôi thấy rằng hs còn gặp nhiều khó khăn khi vận dụng hai định luật này như: Xác định hệ khảo sát; xác định các lực tác dụng lên vật, hệ vật… Với nhưng lí do nêu trên là nguyên nhân...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm " kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn "

Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Cơ học là một trong những phần học khó của chương trình vật lí PTTH. Trong phần này có nhiều bài toán hay trong giúp phát triển mạnh tư duy hs, nổi bật là những bài tập vận dụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng. Tuy nhiên qua quá trình giảng dạy tôi thấy rằng hs còn gặp nhiều khó khăn khi vận dụng hai định luật này như: Xác định hệ khảo sát; xác định các lực tác dụng lên vật, hệ vật… Với nhưng lí do nêu trên là nguyên nhân và động lực thôi thúc tôi làm đề tài “vận dụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng vào giải bài tập vật lí’’. MỤC TIÊU Mục tiêu của đề tài này là giải quyết những khó khăn mà hs gặp phải từ đó phát triển khả năng tư duy vật lí của hs, rèn kĩ năng giải bài tập vật lí tiêu biểu là các bài tập vận các định luật bảo toàn vào để giải. LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành cảm ơn các đồng nghiệp đặc biệt là các GV thuộc tổ Toán – Lí trường THPT Bình sơn đã nhiệt tình giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. -1-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn NỘI DUNG A. VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG  Khi dạy bài tập phần này tôi đưa ra cho học sinh pháp giải như sau:  Xác định hệ khảo sát  Phân tích lực tác dụng lên hệ  Xét xem có thể áp dụng được định luật bảo toàn động lượng không  Xác định các giai đoạn của quá trình khảo sát  Viết động lượng cho hệ vật mỗi giai đoạn  Viết phương trình của định luật bảo toàn động lượng  Đưa phương trình của định luật bảo toàn động lượng về dạng đại số từ PT này suy ra đại lượng cần tìm. Tuy nhiên học sinh vẫn gặp nhiều khó khăn khi giải bài tập phần này. Những khó khăn mà hs gặp phải và cách giải quyết tôi sẽ đưa ra trong các bài toán c ụ thể ngay sau đây: Dạng 1: Tương tác của hệ vật có các véc tơ vận tốc cùng phương (các vật của hệ chuyển động cùng phương). BÀI TOÁN 1: Định luật bảo toàn động lượng trong cùng hệ qui chiếu Baì tập 1: Hai xe goòng chuyển động trên cùng đường ray nằm ngang. Xe thứ nhất có khối lượng m1 = 30T chuyển động với tốc độ v1 = 3 m/s, tới va chạm với xe thứ hai có khối lượng m2 = 20T chuyển động ngược chiều với xe thứ nhất với tốc độ v2 = 2m/s. Sau va cham hai xe dính vào nhau. Xác định vận tốc của hai xe sau va chạm? Lời giải  Hệ khảo sát là hai xe goòng Đây là vấn đề mà hầu hết học sinh gặp khó khăn, các em không xác định được hệ khảo sát là những vật nào. Vấn đề này sẽ được giải quyết như sau: hệ mà ta khảo sát gồm nhưng vật mà vận tốc của chúng thay đổi do chúng va chạm với nhau.  Xác định các lực tác dụng lên hệ (hai xe goòng) Đây cũng là một vấn đề khó khăn với hs, giải pháp tốt nhất để giải quyết vấn đề này là GV yêu cầu hs vẽ hình và trả lời các câu hỏi:  Hệ chuyển động ở đâu?  Các vật trong hệ chịu tác dụng của những lực nào?  Những lực nào là nội lực, ngoại lực? Trong bài tập này các xe goòng chịu tác dụng của trọng lực, phản lực của đường ray, lực ma sát lăn rất nhỏ được thể hiện trên hình 1.  Xác định hệ khảo sát là hệ cô lập Vấn đề này sẽ được giải quyết nếu hs trả lời được câu hỏi sau: -2-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn Trước tương tác và ngay sau tương tác các vật của hệ chuyển động thế nào, nội lực có độ lớn thế nào so với ngoại lực? Trong bài tập này trước và sau va chạm hai xe chuyển động đều ta suy ra các ngoại lực tác dụng lên hệ phải cân bằng nhau. vậy hệ mà ta khảo sát là hệ cô lập.  Viết động lượng cho hệ vật mỗi giai đoạn    Động lượng của hệ trước va chạm: pt  m v1  m2v2 1   ps  (m m2 )v Động lượng của hệ sau va chạm: 1 Ở vấn đề này học sinh thường nhầm lẫn giữa véc tơ và vô hướng do đó GV cần nhấn mạnh cho hs động lượng là một đại lượng véc tơ. (+)   Sau va chạm N1 N2   v1 v2   p1 p2 H ình 1   p s  pt Hệ cô lập động lượng của hệ bảo toàn nên    m1v1  m2v2  (m1  m2 )v Chọn chiều dương như hình vẽ và giả thiết sau va chạm hai xe chuyển động cùng chiều dương. mv1  m2v2  (m1  m2 )v 1 m v  m2v2 v 1 1 ( m1  m 2 ) Thay số vào ta được v  1( m / s ) Vậy sau va chạm hai xe chuyển động với tốc độ 1m/s và theo hướng của xe goòng thứ nhất. Đây là trường hợp thuận lợi nhưng học hs sẽ gặp phải khó khăn nếu giả sử sau va chạm hai xe chuyển động cùng chiều với xe thứ hai. -3-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn Nếu như vậy sẽ thu được kết quả là v   1( m / s ) do đó GV cần phân tích cho hs hiểu tại sao như vậy. kết quả âm chứng tỏ giả sử của ta là sai, đúng ra sau va chạm hai vật phải chuyển động theo chiều ngược lại với chiều ta giả thiết. Bài tập 2: Môt khẩu súng đại bác nằm ngang khối lượng ms = 1000kg, bắn một viên đạn khối lượng md = 2,5kg. Vận tốc viên đạn khi ra khỏi nòng súng là vd = 600m/s. Tìm vận tốc của súng? Bài này tôi dùng để luyện tập và hướng dẫn cho hs Tự giải. Kết quả là hầu hết hs giải được bài tập này. BÀI TOÁN 2: Tương tác trong hệ qui chiếu khác nhau Các bước giải bài tập loại này như ở bài toán 1. Nhưng phải làm thêm một thao tác là đưa các vật về cùng hệ qui chiếu đây là vấn đề khó khăn với hs. Khó khăn này sẽ được giải quyết trong từng dạng bài tập cụ thể sau đây: Bài tập 1: Một tên lửa có khối lượng tổng cộng M = 100T đang bay với vận tốc vo = 200m/s đối với trái đất thì phụt ra (tức thời) m = 20T khí với vận tốc v = 500m/s đối với tên lửa. Tính vận tốc tên lửa sau khi phụt khí trong hai trường hợp: a) Phụt ra phía sau b) phụt ra phía trước Lời giải  Hệ mà ta khảo sát là tên lửa và khối khí phụt ra từ tên lửa  Trước khi phụt khí tên lửa chuyển động với tốc độ không đổi nên các lực tác dụng lên hệ cân bằng nhau. Trong khoảng thời gian tương tác rất nhỏ ( giai đoạn phụt khí) nội lực (lực đẩy giữa khối khí và tên lửa) lớn hơn nhiều so với ngoại lực (trọng lực). Như vậy hệ ta khảo sát là hệ cô lập.  Động lượng của hệ trước tương tác:   p t  Mv o    Động lượng của hệ sau tương tác: p s  ( M  m ) v1  m v 2 Khó khăn mà học sinh gặp phải ở phương trình này nằm ở các câu hỏi sau:   Tại sao hệ số của v 1 lại là (M – m)?   v2 v?  có liên quan gì đến  pt  ps Vì động lượng của hệ được bảo toàn nên   (Mm).v1 mv2  M.vo (1) . Ta chỉ có một PT nhưng có hai ẩn? Vậy ta cần tìm được một PT nữa -4-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn   Bài cho vận tốc v của khối khí đối với tên lửa, còn v 2 là vận tốc của tên lửa đối với trái đất (hệ qui chiếu quán tính) điều này gợi ý cho ta nhớ đến công thức cộng vận tốc:  v13  v12  v23 Đến đây khó khăn mà học sinh gặp phải đã được giải quyết.    Vận dụng vào bài tập này ta có v 2  v  v o thay vào PT (1) ta được:    (M m).v1 m v vo )  M.vo(2) .(   chọn chiều dương trùng chiều chuyển động của tên lửa (cùng chiều v1 và vo ) a) Trường hợp khí phụt ra phía sau Chiếu chiều dương đã chọn ta được: PT (2) lên (M  m)v1  m(v  vo )  Mvo ( M  m ) v o  mv  v1  M m 3 3 Thay số  v 1  ( 100  20 ). 10 . 200  20 . 10 500  325 ( m / s ) 3 ( 100  20 ). 10 GV nhắc hs đổi đơn vị các đại lượng về đơn vị trong hệ SI. b) Trường hợp khí phụt ra phía trước  Khí phụt ra phía trước nghĩa là v cùng chiều dương. Chiếu (2) lên chiều dương đã chọn ta được. (M  m)v1  m(v  vo )  Mvo Mv o  m ( v  v o )  v1  (M  m ) Thay số  v1  75m / s Bài tập 2: (bài này cho hs tự giải) Một người khối lượng m1 = 50kg nhảy từ một chiếc xe có khối lượng m2 = 80kg đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc v = 3m/s. Biết vận tốc nhảy đối với xe là vo = 3m/s. Tính vận tốc của xe sau khi người ấy nhảy trong các trường hợp: a) Cùng chiều b) Ngược chiều Dạng 2: Tương tác của hệ vật có các véc tơ vận tốc không c ùng phương (các vật của hệ chuyển động không cùng phương). Bài tập 1: -5-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn Một viên đạn đang bay ngang, cách mặt đất 200m, với vận tốc 300m/s thì nổ vỡ thành hai mảnh có khối lượng m1 = 10kg và m2 = 20kg. Mảnh 1 bay lên theo phương thẳng đứng với tốc độ v1 = 519m/s. Xác vận tốc của mảnh 2 ngay sau khi nổ? Lời giải Hệ khảo sát là viên đạn và hai mảnh đạn. Trong thời gian đạn nổ nội lực lớn hơn nhiều so với ngoại lực nên hệ ta khảo sát là hệ cô lập.   Động lượng của viên đạn trước khi nổ: pt  p  (m  m )v 1 2    ps  p1  p2 mv1 m v2 Động lượng của hai mảnh đạn ngay sau khi nổ: 1 2   pt  p s Động lượg của hệ bảo toàn nên     p  p1  p 2 Đến đây GV lưu ý hs động lượng của vật cùng hướng với vận tốc của vật. Trong bài tập này vì lúc đầu viên đạn bay ngang, sau khi nổ mảnh 1 bay lên theo phương thẳng đứng nên véc tơ động lượng của mảnh 1 vuông góc với véc tơ động lượng của viên đạn.    Quan sát hình vẽ ta thấy p2 là cạnh p1 p huyền của tam giác vuông có hai cạnh   p1 và p2 . góc vuông là 2 p 2  p1  p2  Với m p1  m1 v1  10 .519  5190 kg s  m p  ( m 1  m 2 ) v  (10  20 ). 300  9000 kg p s 2 m 2 2 p2   5190  10389 kg 9000 s p2 10389 m Mà p2  m2 v2  v2    519,4kg m2 20 s -6-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn p1 5190  0,58    30o Từ hình vẽ ta có tan   p 9000 Khó khăn mà hs gặp phải khi giải bài tập thuộc loại này đó là các em không biểu diễn được các véc tơ động lượng trên hình vẽ. Vì vậy GV phải nhắc cách tìm véc tơ tổng theo qui tắc hình bình hành hoặc qui tắc cộng véc tơ theo hình tam giác. Bài tập 2: Một hạt nhân phóng xạ ban đầu đứng yên phân rã thành ba hạt: êlêctrôn, hạt nhân con và nơtrôn. Động lượng của êlêctrôn là pe = 12.10-23kg.m/s. Động lượng của nơtrôn vuông góc với động lượng của êlêtrôn và có trị số pn = 9.10-23kg.m/s. Tìm hướng và trị số động lượng của hạt nhân con? Bài này cho hs tự giải B. VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG Khi dạy phần này tôi đã đưa ra cho học sinh phương pháp chung để giải bài tập như sau:  Xác định xem cơ năng của vật hoặc hệ vật có bảo toàn không.  Chọn mốc tính thế năng  Viết biểu thức cơ năng của vật tại các vị trí cần khảo sát  Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng từ đó suy ra đại lượng cần tìm Tuy đã đưa ra phương pháp giải như vậy nhưng giả bài tập hs còn gặp rất nhiều khó khăn. Những khó khăn đó sẽ đực tôi trình bày trong một số bài tập sau: Bài tập 1: Một bán cầu tâm o bán kính R đặt cố A định trên mặt phẳng ngang. một vật nhỏ  M trượt xuống không vận tốc đầu từ đỉnh A của bán cầu. Bỏ qua ma sát và lực cản. của không khí. Xác định vị trí tại đó vật bắt đầu rời khỏi bán cầu.  Xác định xem cơ năng của vật hoặc hệ vật có bảo toàn không. Đây là vấn đề khó với học sinh cho nên GV phải đưa ra những câu hỏi hướng các em đến vấn đề. Và phân tích vấn đề này thật rõ ràng vì nó là của vào duy nhất của dạng bà tập này. -7-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn Trong bài tập này vật nhỏ chịu tác dụng của trọng lực và phản lực. Trong đó phản lực có phương vuông góc với mặt tiếp xúc (vuông góc với phương chuyển động của vật) do đó công của nó bằng không. Như vậy chỉ có trọng lực tác dụng lên vật sinh công nên cơ năng của vật bảo toàn.  Chọn mốc tính thế năng Trong vấn đề này học sinh thường nhầm lẫn về cách chọn mốc tính thế năng, các em thường chọn mốc tính thế năng là một điểm. Nhưng mốc tính thế năng phải được chọn là mặt phẳng mà thế năng của vật tại mọi điểm trên đó đều bằng không. Trong bài này mốc tính thế năng được chọn tại mặt phẳng ngang.  Viết biểu thức cơ năng cho vật tại các vị trí khảo sát Cơ năng của vật nhỏ tại A là W1 = mgR  Cơ năng của vật nhỏ tại M là N A mv 2 W2 = mgR(1 – cosα) + 2 M Cơ năng bảo toàn nên W1 = W2  p mv 2 => mgR = mgR(1 – cosα) + (*) 2 PT (*) có 2 ẩn vậy ta phải tìm được một phương trình thứ 2. Đây là một vấn đề khó mà hầu hết hs không tư duy được.Vì vậy GV phải hướng dẫn hs bằng cách đặt các câu hỏi như:  Vật chuyển động thế nào quanh tâm o của bán cầu?  Khi vật bắt đầu rời bán cầu thì phản lực của bán cầu tác dụng lên vật có giá trị thế nào?   Ta trở lại bài toán: Vì vật chuyển động tròn quanh tâm o của bán cầu nên ta có:  P  N  m a ht (1) Chiếu PT (1) lên phương, chiều của gia tốc hướng tâm (Chiều dương được chọn trùng với chiều của gia tốc hướng tâm). => Pcosα – N = maht v2 với aht = r v2 => Pcosα – N = m R Khi vật bắt đầu rời khỏi bán cầu thì N = 0 mv 2  mgcosα = (2) R -8-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn Thay (2) vào (*) ta được mgR = mgRcosα + 0,5mgRcosα  cosα = 2/3  α ≈ 48o Vậy vật nhỏ rời bán cầu tại vị trí mà đường thẳng nối từ tâm o đến vật làm với đường thẳng đứng một góc 48o. Bài tập 2: Một vật khối lượng 1kg trượt không ma sát từ đỉnh một mặt phẳng dài 10m và nghiêng góc α = 30o so với mặt phẳng nằm ngang. Vận tốc ban đầu bằng không. Tính vận tốc của vật ở chân mặt phẳng nghiêng. Bài này có thể giải bằng phương pháp động lực học tuy nhiên GV yêu cầu hs sử dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải bài này. C. BÀI TẬP TỔNG HỢP Đây là dạng bài tập sử dụng cả hai định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng. Bài tập 1: Bắn một viên đạn khối lượng m = 10g với tốc độ v vào một túi cát được treo đứng yên có khối lượng M = 1kg. Va chạm là mềm, đạn mắc vào trong túi cát và chuyển động cùng với túi cát. Sau va chạm, túi cát được nâng lên độ cao h = 0,8m so với vị trí cân bằng ban đầu. Lấy g = 9,8m/s2. Xác định v ? Lời giải  Hệ khảo sát gồm túi cát và viên đạn  Trước khi mắc vào túi cát viên đạn chuyển động đều, túi cát đứng yên nên ngoại lực tác dụng lên hệ cân bằng nhau. Ngay trước và sau tương tác ngoại lực tác dụng lên hệ theo phương ngang bằng không (bỏ qua lực cản của không khí) nên động lượng của hệ theo phương ngang bảo toàn.  Hệ khảo sát chịu tác dụng của trọng lực và lực căng của dây treo túi cát. Công của lực căng dây tác dụng lên vật bằng không nên cơ năng của vật bảo toàn.  Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:  mv  (m  M )V mv V  (1) (m  M ) Chọn mốc tính thế năng là mặt phẳng ngang đi qua vị trí cân bằng của túi cát. -9-
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn Cơ năng của hệ tại vị trí cân bằng (ngay sau khi đạn mắc vào túi cát) là (m  M )V 2 w1  2 Cơ năng của hệ ở độ cao h là w 2  (m  M ) gh Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có: w1  w1 ( m  M )V 2  (m  M ) gh  2  V 2  2 gh( 2) Thay (2) vào (1) ta được: m2v 2 (m  M )  2 gh  v  2 gh 2 m (m  M )  v  400m / s Bài tập 2: Một vật khối lượng m = 1kg trượt từ đỉnh mặt phẳng nghiêng dài l = 4m hợp với mặt ngang một góc α = 30o. Sau khi rời mặt nghiêng thì vật rơi vào xe m goòng nằm yên trên đường ray. Xe goòng có khối lượng M = 4kg. Tính vận tốc của xe goòng sau khi α vật rơi vào. Bỏ qua ma sát lấy g = 10m/s2 . ĐS M 1,1m/s Bài này cho hs tự giải để rèn khả năng tư duy của hs. - 10 -
Phan v¨n héi kinh nghiÖm vËn dông c¸c ®Þnh luËt b¶o toµn KẾT LUẬN Trên đây là những kinh nghiệm tôi đã thu được trong quá trình dạy học. Với cách giảng dạy như vậy tôi đã thu được những kết quả khả quan, đó là hầu hết học sinh biết vận dụng các định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng để giải các bài tập vật lý lớp 10. Do thời gian công tác còn ít nên đề tài của tôi không tránh khỏi thiếu sót, mong người đọc đóng góp ý kiến để đề tài này được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn. - 11 -

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

EXAM.02: Bộ 500+ Đề Thi Thử THPT Quốc Gia 2020

576 tài liệu

913 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

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

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.