Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý trung học phổ thông - Nguyễn Thị Thu Thủy

189 trang Gia Huy 25/05/2022 2260

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý trung học phổ thông - Nguyễn Thị Thu Thủy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_phuong_phap_giai_bai_tap_vat_ly_trung_hoc_pho_thon.pdf

Nội dung text: Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý trung học phổ thông - Nguyễn Thị Thu Thủy

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG  BÀI GIẢNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG NGUYỄN THỊ THU THỦY 1. Quảng Ngãi, 07/2020
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1. LÝ LUẬN CHUNG VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ 1 1.1. Vai trò của bài tập vật lí trong dạy học 1 1.1.1. Khái niệm bài tập vật lí 1 1.1.2. Vai trò của bài tập vật lí 1 1.2. Phân loại bài tập vật lí 4 1.2.1. Căn cứ theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy 4 1.2.2. Căn cứ vào nội dung bài tập 5 1.2.3. Căn cứ vào phương thức cho điều kiện và phương thức giải 7 1.3. Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lí 9 1.3.1. Tiêu chuẩn lựa chọn hệ thống bài tập vật lí 9 1.3.2. Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lí 9 CÂU HỎI TỰ HỌC CHƯƠNG 1 11 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ 12 2.1. Tư duy trong quá trình giải bài tập vật lí 12 2.1.1. Khái quát hóa và cụ thể hóa trong quá trình nhận thức 12 2.1.2 Phân tích tư duy giải bài tập vật lí 13 2.2. Phương pháp giải bài tập vật lí 15 2.2.1. Các bước chung khi giải bài tập vật lí 15 2.2.2. Phương pháp giải bài tập định tính 18 2.2.3. Phương pháp giải bài tập định lượng 19 2.2.4. Phương pháp giải bài tập đồ thị 20 2.2.5. Phương pháp giải bài tập thí nghiệm 20 2.3. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí 21 2.3.1. Cơ sở tâm lí học và lí luận dạy học về việc hình thành năng lực giải bài tập 21 2.3.2. Định hướng hành động giải bài tập vật lí 22 2.4. Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí 23 CÂU HỎI TỰ HỌC CHƯƠNG 2 25 CHƯƠNG 3. DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ THUỘC MỘT SỐ ĐỀ TÀI TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG 27
3.1. Phương pháp giải bài tập động học chất điểm 27 3.1.1. Tóm tắt nội dung kiến thức 27 3.1.2. Hướng dẫn giải một số bài tập phần động học chất điểm 31 3.1.3. Những điểm cần lưu ý về phương pháp 43 3.1.4. Các bài tập luyện tập 45 3.2. Phương pháp giải bài tập động lực học 47 3.2.1. Tóm tắt nội dung kiến thức 47 3.2.2. Hướng dẫn giải một số bài tập phần động lực học 53 3.2.3. Những điểm cần lưu ý về phương pháp 68 3.2.4. Các bài tập luyện tập 69 3.3. Phương pháp giải bài tập các định luật bảo toàn 72 3.3.1. Tóm tắt nội dung kiến thức 72 3.3.2. Hướng dẫn giải một số bài tập phần các định luật bảo toàn 76 3.3.3. Những điểm cần lưu ý về phương pháp 93 3.3.4. Các bài tập luyện tập 94 3.4. Phương pháp giải bài tập nhiệt học 98 3.4.1. Tóm tắt nội dung kiến thức 98 3.4.2. Hướng dẫn giải một số bài tập phần nhiệt học 103 3.4.3. Những điểm cần lưu ý về phương pháp 116 3.4.4. Các bài tập luyện tập 118 3.5. Phương pháp giải bài tập điện học 120 3.5.1. Tóm tắt nội dung kiến thức 120 3.5.2. Hướng dẫn giải một số bài tập phần điện học 135 3.5.3. Những điểm cần lưu ý về phương pháp 148 3.5.4. Các bài tập luyện tập 151 3.6. Phương pháp giải bài tập quang học 154 3.6.1. Tóm tắt nội dung kiến thức 154 3.6.2. Hướng dẫn giải một số bài tập phần quang học 166 3.6.3. Những điểm cần lưu ý về phương pháp 181 3.6.4. Các bài tập luyện tập 182
LỜI MỞ ĐẦU Bài tập vật lí có ý nghĩa đặc biệt trong việc dạy học vật lí ở trường phổ thông. Tuy nhiên, trong quá trình rèn luyện phát triển tư duy khi giải bài tập, học sinh gặp rất nhiều khó khăn. Điều này có thể do tính chất phức tạp của các bài tập, cách lựa chọn hệ thống bài tập, hướng dẫn học sinh giải bài tập hay có thể do nhiều giáo viên chưa phân tích những khó khăn, sai lầm trong quá trình nhận thức của học sinh để điều chỉnh hoạt động dạy và học cho phù hợp, Dạy học bài tập vật lí ở trường phổ thông là một trong những học phần bắt buộc trong chương trình đào tạo sinh viên các trường sư phạm. Hiện nay, sách tham khảo cho giáo viên và học sinh phổ thông về bài tập vật lí rất nhiều nhưng sách hướng dẫn giáo viên phân tích các hiện tượng vật lí để giải quyết các bài tập vật lí ở trường phổ thông còn rất thiếu. Tài liệu có thể sử dụng cho sinh viên sư phạm vật lí, giáo viên và học sinh phổ thông tham khảo. Rất mong nhận được sự góp ý của quý bạn đọc.
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT CHƯƠNG 1. LÝ LUẬN CHUNG VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ 1.1. Vai trò của bài tập vật lí trong dạy học 1.1.1. Khái niệm bài tập vật lí Theo X.E Camenetxki và V.P. Ôrêkhốp “trong thực tế dạy học, bài tập vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí ”. Trong tài liệu sách giáo khoa cũng như các tài liệu về phương pháp dạy học bộ môn, người ta thường hiểu bài tâp vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lí cho học sinh và rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn. Với định nghĩa trên, cả hai ý nghĩa khác nhau của bài tập vật lí là vận dụng kiến thức và hình thành kiến thức mới đều có mặt. Do đó, bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí ở nhà trường phổ thông [11]. 1.1.2. Vai trò của bài tập vật lí Trong quá trình dạy học vật lí các bài tập vật lí có tầm quan trọng đặc biệt. Chúng được sử dụng theo những mục đích khác nhau. - Thông qua dạy học về bài tập vật lí, người học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những qui luật vật lí, những hiện tượng vật lí, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của người học [11]. Trong nhiều trường hợp, dù giáo viên cố gắng trình bày tài liệu một cách mạch lạc, logic, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng các yêu cầu và cho kết quả chính xác thì đó mới chỉ là điều kiện cần chứ chưa phải là điều kiện đủ để học sinh hiểu sâu và nắm vững kiến thức. Chỉ có thông qua các bài tập vật lí ở hình thức này hay hình thức khác nhằm tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt các kiến thức để tự lực giải quyết thành 1
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT công những tình huống cụ thể khác nhau thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và trở thành vốn riêng của người học. - Bài tập vật lí có thể được sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh. Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc [11]. Thí dụ khi nghiên cứu thí nghiệm mới với 2 hòn bi, trong bài định luật bảo toàn động lượng vật lí lớp 10 từ kết quả của thí nghiệm cho thấy “hai góc lệch bằng nhau”, suy ra vận tốc của hòn bi bên trái ngay sau lúc va chạm đúng bằng vận tốc của hòn bi bên phải ngay trước lúc va chạm đúng bằng động lượng của chúng trước lúc va chạm. Giáo viên có thể cho học sinh tham gia giải quyết vấn đề này một cách tích cực dưới hình thức nêu ra cho học sinh một bài tập phát biểu như sau: từ kết quả của thí nghiệm cho thấy hai góc lệch bằng nhau, hãy so sánh vận tốc của hòn bi bên trái ngay sau lúc va chạm với vận tốc của hòn bi bên phải ngay trước lúc va chạm, và từ đó so sánh tổng động lượng của hai hòn bi trước và sau va chạm. - Bài tập vật lí là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học, đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của các hiện tượng vật lí được trình bày dưới dạng các tình huống có vấn đề [10]. Bởi vì giải bài tập là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học sinh. Trong khi giải bài tập học sinh phải phân tích điều kiện trong đề bài. Tự xây dựng những lập luận, thực hiện việc tính toán, khi cần thiết thì phải tiến hành các thí nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụ thuộc hàm số giữa các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình. Trong những điều kiện đó tư duy lôgic, tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực làm việc độc lập của học sinh được nâng cao. - Bài tập vật lí còn có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Các bài tập vật lí có thể đề cập đến các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống: khoa học kĩ thuật, thông tin liên lạc, giao thông vận tải, sản xuất công nghiệp Các bài tập này là phương 2
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT tiện thuận lợi để học sinh liên hệ lí thuyết với đời sống; vận dụng kiến thức đã học vào thực tế sản xuất và cuộc sống [10]. Thí dụ sau khi học về công và công suất của dòng điện có thể ra cho học sinh bài tập: “người ta có thể dùng các bóng đèn loại 110V để mắc vào mạng điện có hiệu điện thế 220V bằng cách mắc nối tiếp 2 bóng đèn 110V, nhưng phải chọn 2 bóng đèn có cùng công suất định mức như nhau. Hãy giải thích vì sao?” Cũng có thể phát biểu bài tập này dưới hình thức khác khó hơn như sau: “mạng điện có hiệu điện thế 220V, làm thế nào để sử dụng các bóng đèn này trong việc thắp sáng?” Khi giải bài tập như vậy sẽ làm cho học sinh nắm vững hơn các kiến thức đã học, đồng thời tập cho học sinh quen với việc liên hệ lí thuyết với thực tế vận dụng kiến thức đã học vào giải quyết các vấn đề đặt ra trong đời sống hằng ngày. - Bài tập vật lí là một phương tiện củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và là phương tiện để kiểm tra kiến thức kĩ năng của học sinh [10]. Khi giải bài tập vật lí, học sinh cần nhớ lại kiến thức vừa học, đào sâu khía cạnh nào đó của kiến thức hoặc phải tổng hợp kiến thức trong một đề tài, một chương hoặc một phần của chương trình. Qua các bài kiểm tra thường xuyên giáo viên kịp thời sửa chữa các sai lầm của học sinh. Giải bài tập vật lí là thước đo chính xác để giáo viên có thể thường xuyên theo dõi thành tích và tinh thần học tập của học sinh cùng với hiệu quả công tác giáo dục, giáo dưỡng của mình để từ đó có thể điều chỉnh nội dung, phương pháp dạy học, giúp quá trình dạy học đạt hiệu quả cao. - Nhờ dạy học về bài tập vật lí giáo viên có thể giới thiệu cho học sinh biết sự xuất hiện những tư tưởng và quan điểm tiên tiến hiện đại, các phát minh làm thay đổi thế giới. kích thích hứng thú, đam mê của học sinh với môn học, bồi dưỡng khả năng quan sát [10]. - Bài tập vật lí góp phần xây dựng thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh [10]. 3
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 1.2. Phân loại bài tập vật lí Có nhiều cách phân loại bài tập vật lí. Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng, nội dung, phương thức giải, hay mức độ yêu cầu phát triển tư duy, mà có thể phân loại bài tập theo nhiều cách khác nhau. Nếu dựa vào yêu cầu mức độ phát triển tư duy thì bài tập vật lí được chia làm thành bài tập luyện tập, bài tập sáng tạo Nếu dựa vào phương thức giải thì bài tập vật lí thành bài tập định tính, bài tập định lượng 1.2.1. Căn cứ theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy Theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy, có thể phân bài tập thành hai loại là bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo. 1.2.1.1. Bài tập luyện tập Bài tập luyện tập là những bài tập mà hiện tượng xảy ra chỉ tuân theo một quy tắc, một định luật vật lí đã biết, muốn giải chỉ cần thực hiện một lập luận đơn giản hay áp dụng công thức đã biết. Loại bài tập này dùng để củng cố kiến thức lý thuyết cơ bản đã học, hoặc sau khi học một kiến thức lý thuyết vật lí mới (một khái niệm, một định luật hay một quy tắc vật lí nào đó) giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn các khái niệm, định luật vật lí mới nghiên cứu, nắm vững cách giải đối với một loại bài tập nhất định đã được chỉ dẫn cách thức giải. Loại bài tập này không đòi hỏi tư duy sáng tạo của người học bởi vì trong các bài tập loại này các điều kiện cho trong đề bài thường đã chỉ rõ hành động cần thực hiện (xác định đại lượng nào đó từ công thức đã biết, giải thích ý nghĩa của công thức ) [10] 4 Ví dụ: Chiếu một tia sáng đi từ nước có chiết suất 푛 = sang môi trường không khí có 1 3 chiết suất 푛2 = 1 với góc tới 𝑖 = 30°. Tìm góc khúc xạ r? 1.2.1.2. Bài tập sáng tạo - Bài tập sáng tạo là bài tập được xây dựng nhằm mục đích bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh, là loại bài tập mà giả thuyết không có thông tin đầy đủ liên quan đến hiện tượng, quá trình vật lí, có những đại lượng vật lí được ẩn dấu; ở đó các dữ kiện trong đề bài không chỉ dẫn trực tiếp hay gián tiếp về algorit giải hay kiến thức vật lí cần sử dụng. 4
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Loại bài tập này yêu cầu học sinh phải có kĩ năng phân tích đề bài, vận dụng tổng hợp kiến thức để giải quyết vấn đề đặt ra, có đầu óc tưởng tượng, biết cách suy diễn và lập luận để thiết lập các mối quan hệ cần xác lập một cách chặt chẽ và có logic. Bài tập sáng tạo có hai loại:  Bài tập nghiên cứu: là loại bài tập cần giải thích một hiện tượng chưa biết trên cơ sở mô hình trừu tượng thích hợp rút ra từ lí thuyết vật lí. Học sinh cần trả lời câu hỏi “Tại sao?”. Ví dụ: Tại sao trời mùa hè, lúc trưa nắng trên đường nhựa khô ráo, nhìn từ xa mặt đường nhựa như có nước?  Bài tập thiết kế: là loại bài tập vận dụng các kiến thức lí thuyết đã biết để đưa ra mô hình mới phù hợp với mô hình trừu tượng (định luật, công thức, đồ thị ) đã cho. Học sinh cần trả lời câu hỏi “làm như thế nào?”. Ví dụ: Làm thế nào để xác định lực cản của một con thuyền trên mặt nước mà không dùng lực kế? 1.2.2. Căn cứ vào nội dung bài tập Theo cách phân loại này, có thể chia bài tập thành các loại sau: bài tập có nội dung cụ thể, bài tập có nội dung trừu tượng, bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp, bài tập có nội dung lịch sử và bài tập vui. 1.2.2.1. Bài tập có nội dung cụ thể Bài tập có nội dung cụ thể là những bài tập có dữ liệu như các số liệu cụ thể, thực tế và học sinh có thể đưa ra lời giải dựa vào vốn kiến thức vật lí đã có. Những bài tập có nội dung cụ thể có tác dụng tập cho người học phân tíchcác hiện tượng thực tế cụ thể để làm rõ bản chất vật lí và do đó, có thể vận dụng các kiến thức vật lí để giải. Ví dụ: Một người mắt cận đeo sát mắt kính -2 dp thì nhìn thấy rõ vật ở vô cực mà không điều tiết. Điểm Cc khi không đeo kính cách mắt 10 cm. Khi đeo kính, mắt nhìn thấy được điểm gần nhất cách mắt bao nhiêu? 5
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 1.2.2.2. Bài tập có nội dung trừu tượng Bài tập có nội dung trừu tượng là các bài tập mà các dữ liệu được cho dưới dạng chữ. Trong bài tập này, bản chất được nêu bật trong đề bài, những chi tiết không bản chất đã được lượt bỏ bớt. Học sinh có thể nhận ra cần sử dụng công thức, định luật vật lí nào để giải bài tập đã cho. Ví dụ: Một lăng kính có tiết diện vuông góc là một tam giác đều ABC. Một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI được chiếu tới mặt AB trong mặt phẳng của tiết diện vuông góc và theo phương vuông góc với đường cao AH của ABC. Chùm tia ló khỏi mặt AC theo phương sát với mặt này. Tính chiết suất của lăng kính. 1.2.2.3. Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp là các bài tập có nội dung kiến thức về kĩ thuật, sản xuất, công nông nghiệp, giao thông vận tải, Ví dụ: Tại sao diễn viên xiếc ngồi trên yên ngựa đang phi nhanh, nhảy lên cao khi rơi xuống vẫn đúng vào yên ngựa? 1.2.2.4. Bài tập có nội dung lịch sử Bài tập có nội dung lịch sử là các bài tập chứa đựng các kiến thức có liên quan đến lịch sử như những dữ liệu về các thí nghiệm vật lí cổ điển, những phát minh, sáng chế, hoặc những câu chuyện có tính chất lịch sử. Ví dụ: Nhà bác học Acsimet đã dùng gương cầu lõm lớn tập trung ánh sáng mặt trời để đốt cháy chiếc thuyền giặc. Vậy Acsimet đã dựa vào tính chất nào của gương? 1.2.2.5. Bài tập vui Bài tập vui là các bài tập sử dụng các sự kiện hiện tượng kì lạ hoặc vui. Việc giải thích bài toán này sẽ làm cho tiết học thêm sinh động, nâng cao hứng thú học tập của học sinh. Ví dụ: Tại sao con người chịu nóng ở nhiệt độ 60oC trong không khí mà lại bị bỏng trong nước cũng ở nhiệt độ đó? 6
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 1.2.3. Căn cứ vào phương thức cho điều kiện và phương thức giải Cách phân loại này có thể bao gồm bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập đồ thị và bài tập thí nghiệm.Tuy nhiên khi giải phần lơn các bài tập người ta có thể sử dụng một vài phương thức giải vì sự phân chia này chỉ có tính chất quy ước. 1.2.3.1. Bài tập định tính Bài tập định tính là loại bài tập được đưa ra với nhiều tên gọi khác nhau “câu hỏi thực hành”, “bài tập logic”, “câu hỏi định tính”, Sự đa dạng trong cách gọi chứng tỏ loại bài tập này có những ưu điểm về nhiều mặt, bởi vì mỗi tên gọi đều phản ánh một khía cạnh nào đó của ưu điểm. Đặc điểm của bài tập định tính là nhấn mạnh mặt định tính của các hiện tượng đang khảo sát, việc giải chủ yếu dựa vào các suy luận logic mà không cần phải tính toán phức tạp. Loại bài tập này dùng để vận dụng kiến thức vào đời sống, sản xuất. Nó thường được dùng làm bài tập mở đầu nghiên cứu tài liệu mới, giúp học sinh nắm vững bản chất vật lí của các hiện tượng, tạo say mê, hứng thú môn học cho học sinh, rèn cho họ tư duy logic, khả năng phán đoán, biết cách phân tích bản chất vật lí của hiện tượng. Bài tập này thường đưa ra dưới dạng câu hỏi “Vì sao?” “Tại sao?”. Ví dụ: Trong những động cơ quay nhanh chạy bằng sức gió dùng trong nông nghiệp, muốn cho quạt quay đều người ta đặt vào trục truyền động những bánh đà rất nặng. Tại sao? 1.2.3.2. Bài tập định lượng Bài tập định lượng là loại bài tập có dữ liệu là các số cụ thể, học sinh phải giải chúng bằng các phép toán, sử dụng công thức để xác lập mối quan hệ phụ thuộc định lượng giữa các đại lượng phải tìm và nhận được kết quả dưới dạng một công thức hoặc một giá trị bằng số. 7
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Ví dụ: Một xe chạy trong 6h. Trong 2h đầu chạy với vận tốc 20 km/ h ; trong 3h kế tiếp với vận tốc 30 km/ h ; trong giờ cuối với vận tốc 14 km/ h . Tính vận tốc trung bình của xe trong suốt thời gian chuyển động? 1.2.3.3. Bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm là loại bài tập khi giải phải tiến hành thí nghiệm để kiểm ta tính đúng đắn của giả thuyết mới, một lí thuyết, một kết quả đã biết trước hoặc để thu thập số liệu cần thiết cho việc giải bài tập. Ví dụ: Một cốc nước được đặt cân bằng trên một cái cân. Cân bằng của cân có bị phá vỡ không nếu người ta nhấn một chiếc bút chì vào nước và giữ bút chì bằng tay mà không chạm vào cốc. Hãy kiểm tra lại câu trả lời bằng thí nghiệm (nước không tràn ra khỏi cốc). 1.2.3.4. Bài tập đồ thị Bài tập đồ thị là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đòi hỏi học sinh phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập đồ thị. Đồ thị là một hình thức biểu đạt mối quan hệ giữa hai hay nhiều đại lượng vật lí, tương đương với cách biểu diễn bằng lời hay bằng công thức. Nhiều khi nhờ vẽ được chính xác đồ thị biểu diễn các số liệu thực nghiệm mà ta có thể tìm được định luật vật lí mới. Do đó, các bài luyện tập sử dụng đồ thị hoặc xây dựng đồ thị có vị trí ngày càng quan trọng trong dạy học vật lí [11]. Ví dụ: Một chất điểm chuyển động thẳng đều có đồ B C thị tọa độ – thời gian như hình vẽ a/ Hãy viết phương trình chuyển động của chất điểm trong mỗi giai đoạn? D b/ Tính quãng đường vật đi được trong 20 O giây? A 8
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 1.3. Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lí 1.3.1. Tiêu chuẩn lựa chọn hệ thống bài tập vật lí Tiêu chuẩn của một hệ thống bài tập vật lí là những căn cứ để dựa vào đó giáo viên soạn cho mình một hệ thống bài tập riêng; giáo viên phải tự giải được các bài tập đó và dự đoán được những khó khăn, những sai sót học sinh thường gặp phải. Hệ thống bài tập phải đảm bảo những tiêu chuẩn sau:  Thông qua việc giải hệ thống bài tập những kiến thức cơ bản đã được xác định của đề tài phải được củng cố, ôn tập, hệ thống hoá và khắc sâu thêm. • Tính tuần tự tiến lên từ đơn giản đến phức tạp của các mối quan hệ giữa các đại lượng và các khái niệm đặc trưng cho các quá trình hoặc hiện tượng phải được mô tả trong hệ thống bài tập. Đặc biệt cần có những bài tập mà việc tìm ra mối quan hệ vật lí đòi hỏi phải có sự sáng tạo, độc đáo và giải quyết được những sai lầm của học sinh. • Mỗi bài tập phải góp phần nào đó vào việc hoàn thiện kiến thức cho học sinh. Mỗi bài tập phải đem lại cho học sinh một điều mới mẻ nhất định, một khó khăn vừa sức. • Hệ thống bài tập phải đa dạng về thể loại (bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập đồ thị, và về nội dung phải không được trùng lặp. • Các kiến thức toán lý được sử dụng trong bài tập phải phù hợp với trình độ học sinh. • Số lượng bài tập được lựa chọn phải phù hợp với sự phân bố thời gian [11]. 1.3.2. Các yêu cầu khi dạy học bài tập vật lí * Người giáo viên phải dự tính được kế hoạch cho toàn bộ công việc về bài tập, với từng đề tài, từng tiết học cụ thể. Muốn vậy: - Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nêu vấn đề để sử dụng trong tiết nghiên cứu tài liệu mới nhằm kích thích hứng thú học tập và phát triển tư duy học sinh. 9
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lý thuyết cụ thể đã học, cung cấp cho người học những hiểu biết về thực tế và kĩ thuật có liên quan với kiến thức lý thuyết. - Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập điển hình nhằm hình thành phương pháp chung giải mỗi loại bài tập đó. - Phải lựa chọn, chuẩn bị các bài tập nhằm kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức, kĩ năng về từng kiến thức cụ thể, và từng phần của chương trình. * Sắp xếp các bài tập thành hệ thống, định kế hoạch và phương pháp sử dụng. * Khi dạy giải bài tập vật lí cần dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề đặt ra, rèn cho người học kĩ năng giải các bài tập cơ bản thuộc các phần khác nhau trong chương trình vật lí. * Người giáo viên cần đặt biệt coi trọng việc rèn luyện tư duy và tính tự lập của học sinh. Chính thông qua việc giải bài tập vật lí mà có thể hình thành ở người học phong cách nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các các hiện tượng cần nghiên cứu, qua đó có thể phát triển tư duy của người học. Khi lựa chọn bài tập, cần xác định cho được mục tiêu dạy học của bài tập đó. Mục tiêu nói chung, là kết quả dự kiến cần đạt được sau khi thực hiện thành công một hoạt động và các yếu tố trong mục tiêu được mô tả dưới hình thức những hành vi quan sát được. Mục tiêu dạy học của bài tập thường có các hình thức như sau: - Nhớ lại được định nghĩa, định luật. - Giải thích được, mô tả được hiện tượng, so sánh được mức độ khác nhau hay giống nhau của các sự kiện hoặc hiện tượng nào đó. - Đánh giá được tầm quan trọng, ý nghĩa, giá trị, mức độ, của quá trình hay sự kiện, hiện tượng. - Biết thực hiện (hay tiến hành, hoàn thành, ) hành động hay hành vi nào đó ở trình độ nhất định và mức độ chính xác đến đâu. - Biết thể hiện ý thức (hay thái độ, xúc cảm, tình cảm, nhu cầu, lý trí, ) trước sự kiện theo định hướng giá trị nhất định. 10
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Biết hoàn thành công việc nào đó với những tiêu chí cụ thể như lập kế hoạch, tổ chức, phát hiện, tra cứu, xử lý số liệu, đánh giá, phê phán, biện luận. CÂU HỎI TỰ HỌC CHƯƠNG 1 1. Trình bày vai trò của bài tập vật lý trong dạy học vật lý và lấy ví dụ minh họa. 2. Trình bày các cách phân loại bài tập vật lý và lấy 2 ví dụ minh họa cho mỗi loại bài tập. 3. Trình bày các yêu cầu chung khi lựa chọn hệ thống bài tập vật lý và những yêu cầu khi dạy học bài tập vật lý. 11
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VỀ BÀI TẬP VẬT LÍ 2.1. Tư duy trong quá trình giải bài tập vật lí 2.1.1. Khái quát hóa và cụ thể hóa trong quá trình nhận thức Để có thể nêu những nét chung của phương pháp dạy học về bài tập vật lí, cần hiểu rõ quá trình tư duy trong việc xác lập đường lối giải một bài tập vật lí. Quá trình hình thành nên các khái niệm, định luật vật lí gắn với quá trình khái quát hóa, nó liên quan đến chuyển tiếp của người học từ chỗ mô tả tính chất của từng sự vật, hiện tượng vật lí riêng lẽ đến chỗ phát hiện và tách nó ra trong một nhóm các sự vật, hiện tượng. Khái quát hóa được xem xét trong mối liên hệ chặt chẽ với thao tác trừu tượng hóa. Việc tách ra tính chất chung, bản chất nào đó, bao hàm việc tách nó ra khỏi các tính chất khác. Điều kiện cần thiết của sự khái quát hóa đúng đắn là phân tích trong các ví dụ cụ thể các dấu hiệu có thể thay đổi, các dấu hiệu khongo bản chất đối với một khái niệm hoặc hiện tượng nhất định Như vậy điều kiện của sự hình thành khái quát hóa đúng đắn ở học sinh là sự thay đổi (biến đổi) các dấu hiệu (thuộc tính và hiện tượng) không bản chất trong sự ổn định của các dấu hiệu bản chất. Quá trình dạy học thường theo trình tự: Tri giác – Biểu tượng – Khái niệm – Định luật/Quy luật. Như vậy, khái niệm được trừu tượng hóa từ các đặc điểm và dấu hiệu đơn lẻ của các tri giác và biểu tượng và do đó nó là kết quả của khái quát hóa và biểu tượng về rất nhiều hiện tượng và sự vật cùng loại. Tuy nhiên, nắm vững khái niệm, định luật không chỉ giới hạn ở chỗ biết các dấu hiệu của sự vật và hiện tượng được bao hàm bởi khái niệm đó, mà còn phải biết sử dụng nó trong thực tế, biết làm việc với nó. Điều đó có nghĩa là việc tiếp thu khái niệm, định luật không chỉ bao gồm con đường từ dưới lên trên – từ các trường hợp riêng lẻ, bộ phận đến khái quát hóa chúng mà còn có con đường ngược lại từ trên xuống dưới, từ cái chung đến cái bộ phận và riêng lẻ. Khi biết cái chung, cần nhìn thấy nó trong trường hợp cụ thể gặp phải trong thời điểm đã cho. Đó chính là con đường cần thực hiện khi giải bài tập vật lí. 12
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Nhiều bằng chứng đã chứng tỏ, các khái quát ban đầu mà học sinh thu nhận được theo sơ đồ ‘từ dưới lên trên” tự nó không đảm bảo được sự vận động “từ trên xuống dưới” từ “cái chung” đến cái riêng. Khi học các sự kiện mới và cụ thể, học sinh không nhận ra trong đó trường hợp riêng của dấu hiệu chung mà họ đã biết, không thể tách bạch được dấu hiệu chung này từ những điều kiện cụ thể. Việc chuyển từ cái chung đến cái riêng , cái cụ thể giúp người học khắc phục được sự tách rời giữa cái cụ thể và cái trừu trượng. Khái quát ban đầu càng trừu tượng thì sự tiếp thu nó một cách đầy đủ càng đòi hỏi phải cụ thể hóa nhiều hơn. Trong dạy học vật lí, việc cụ thể hóa được thực hiện trong quá trình áp dụng khái niệm, định luật vật lí, khi giải các bài tập đưa các sự kiện, hiện tượng vật lí trong thực tiễn vào khái niệm. Ví dụ: Sau khi đã học định luật III Niu-tơn thì người học phải vận dụng được kiến thức đó để giải thích được sự tương tác giữa các vật trong trường hợp cụ thể (con ngựa kéo xe). Việc nắm vững tri thức trừu tượng thực sự diễn ra tùy theo mức độ phong phú của nội dung cảm tính – cụ thể. Độ rộng và tính đa dạng của thông tin về những biểu hiện cụ thể, cảm tính của cái chung được sử dụng làm chỉ số đo trình độ nắm vững khái niệm, định luật. Nắm vững khái niệm, định luật có nghĩa là nắm vững được toàn bộ tập hợp các tri thức về các sự vật mà khái niệm, định luật đó có liên quan. Càng tiến gần tới mức độ đó, người học càng nắm vững khái niệm, định luật. Đó là sự phát triển của các khái niệm, định luật, chúng không phải bất biến mà có sự thay đổi về nội hàm tùy theo việc mở rộng tri thức. Như vậy, việc giải bài tập vật lí thực chất là vận dụng các kiến thức khái quát đã có vào các tình huống vật lí cụ thể, đó là quá trình đi từ cái chung đến cái riêng [11]. 2.1.2 Phân tích tư duy giải bài tập vật lí Đối với học sinh ở các lớp khác nhau, việc giải bài tập vật lí thường có khó khăn đặc biệt. Các bài tập vật lí thay đổi theo các đặc điểm bề ngoài của tình huống và đặc điểm riêng của mối liên hệ giữa các đại lượng cho trong bài tập. 13
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Mục đích hoạt động của giáo viên là ở chỗ, trong khi dạy giải một cách hệ thống hàng loạt các bài tập thuộc một dạng nào đó nhằm cung cấp cho người học kĩ năng phân tích hiện tượng vật lí căn cứ vào hàng loạt các dấu hiệu để nhận ra dạng bài tập đó với mục đích áp dụng được các khái niệm, định luật để tìm ra lời giải cuối cùng. Ở đây đã diễn ra sự phân loại các kiểu ra điều kiện và các cách giải được áp dụng cho điều kiện đó. Chính trên cơ sở phân loại này, quá trình tư duy thường diễn ra như sau: đầu tiên bài tập mới nào đó sẽ được nhận dạng rồi sau đó mới được giải. Nếu không diễn ra sự nhận dạng (bài tập không quen thuộc) thì thường không có lời giải, hay chính xác hơn là loại bài tập như vậy được giải với sự hướng dẫn của giáo viên sẽ dẫn đến khái niệm về kiểu bài tập mới. Một trong những thói quen của giáo viên thường làm là dạy quá nhiều cách phân loại việc giải bài tập thay vì phải dạy học sinh năng lực giải bài tập, do vậy học sinh thường hay nói “chúng em chưa giải loại bài tập này bao giờ”. Đối với họ, dường như là cần phải biết cách giải chỉ khi các bài tập đã được giải. Trong quá trình giải bài tập vật lí, giáo viên có thể thấy học sinh rơi vào các trường hợp sau: - Khi giải một số bài tập xác định, có những trường hợp các bài tập được đưa về các dạng bài tập đã biết (tức là nhận thức được là bài tập đã được giải bằng cách xác định) và giải đúng. - Có trường hợp nhận ra dạng bài tập nhưng không giải được. - Có trường hợp giải được bài tập nhưng không nhận ra dạng của chúng. - Những trường hợp còn lại là không đưa các bài tập về dạng đã biết và cũng không giải được chúng. Như vậy, dường như ở học sinh có mối liên hệ rõ ràng giữa giải được bài tập và nhận dạng sơ bộ các bài tập và ngược lại. Việc nhận dạng sơ bộ được bài tập thực chất là nhận ra được cơ sở định hướng để giải quyết bài tập đó. Việc sơ bộ nhận dạng được các bài tập là điều kiện cơ bản để tái hiện lại cách giải cụ thể đã biết. 14
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Tuy nhiên, trong toàn bộ tính chất phức tạp của hoạt động này, tư duy chưa vượt ra khỏi phạm vi tư duy phân loại mang tính kinh nghiệm. Sơ bộ nhận dạng được các bài tập là điều kiện cần nhưng chưa đủ, vấn đề mấu chốt không phải chỉ là như vậy mà phải làm sao cho học sinh tự tìm lấy lời giải bài tập mới, ngay cả đó là những bài ở dạng đơn giản. Muốn vậy, việc phân tích được hiện tượng vật lí cụ thể trong bài để xác định chính xác các quy luật chi phối các hiện tượng là chìa khóa dẫn tới thành công trong giải bài tập vật lí. Sự thành công của giải bài tập vật lí cũng phụ thuộc vào việc cụ thể hóa điều kiện bài tập, vào khả năng thể hiện và biểu tượng trực quan các điều kiện có trong bài tập. Kĩ năng thể hiện trực quan nội dung của bài tập đóng vai trò quyết định trong khi xác định các mối tương quan cần thiết. Việc minh họa nội dung bài tập bằng các hình vẽ mô tả các hiện tượng và quá trình vật lí được nói đến trong bài tập là những gợi ý tốt giúp người học giải thành công bài tập. Trong nhiều trường hợp chỉ cần giáo viên thay đổi một số tình tiết của bài tập, làm cho nó gần gũi hơn với kinh nghiệm của người học và trực quan hóa nó thì kết quả giải bài tập cũng sẽ được bảo đảm. Như vậy quá trình giải một bài tập vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, nếu có thể thì dùng các kí hiệu, mô hình hình vẽ để mô tả hiện tượng, xem xét hiện tượng vật lí được đề cập để nghĩ tới những mối liên hệ có thể có giữa cái đã cho và cái phải tìm dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể đã cho sao cho có thể thấy được cái phải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho. Sau đó, luận giải để đi từ những mối liên hệ đã xác lập được đến những mối liên hệ tường minh, trực tiếp giữa cái cần tìm và cái đã biết [11]. 2.2. Phương pháp giải bài tập vật lí 2.2.1. Các bước chung khi giải bài tập vật lí Số lượng bài tập vật lí rất đa dạng và phong phú với nhiều dạng bài và phương pháp giải khác nhau. Phương pháp giải bài tập vật lí nói chung phụ thuộc vào nhiều điền kiện : nội dung bài tập, trình độ học sinh, mục đích do giáo viên đặt ra, Tuy nhiên, trong dạy 15
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT học về bài tập vật lí, tiến trình hướng dẫn học sinh giải một bài tập vật lí nói chung, đều phải trải qua bốn giai đoạn ( bước) sau: Bước 1: Đọc đề bài. Tìm hiểu đề bài. Việc đọc kĩ đề bài giúp hiểu rõ vấn đề của bài tập và sơ bộ nhận dạng được bài tập. Giáo viên yêu cầu học sinh ghi ra những đại lượng đã cho ( cả kí hiệu, trị số và đơn vij0, những hằng số vật lí cần dùng và những đại lượng cần phải tính và đổi đơn vị về cùng hệ đơn vị thống nhất. Cần lưu ý học sinh các thuật ngữ quan trọng để diễn đạt sang ngôn ngữ vật lí. − − ℎ표 {− ỏ𝑖 {− − − Sau đó học sinh phải tiến hành vẽ hình một cách chính xác, rõ ràng và đầy đủ. Nếu bài tập vật lí không có sẵn hình vẽ thì, nếu cần thiết, phải căn cứ vào đề bài để tự vẽ lấy hình, trên hình vẽ ghi các kí hiệu cần thiết. Bằng hình vẽ, học sinh có thể phân tích giả thiết của bài tập, đồng thời, đặc biệt chú ý đến những giả định khác nhau mà hầu như không thể tránh khỏi trong mỗi bài tập, có những giả định thì cần được nêu lên trong tiến trình giải bài tập. Mức độ hiểu bài tập vật lí của học sinh được thể hiện qua việc mô tả lại bằng lời hiện tượng nêu trong bài tập và qua việc vẽ hình minh họa. Như vậy, giai đoạn tìm hiểu đề bài bao gồm: − Xác định ý nghĩa của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số phải tìm, đâu là dữ kiện đã cho. − Dùng các kí hiệu vật lí để ghi tóm tắt đầu bài. − Đổi đơn vị về hệ đơn vị hợp pháp. − Vẽ hình mô tả hiện tượng vật lí trong bài tập. Bước 2: Phân tích hiện tượng của bài tập để xác lập các mối liên hệ cơ bản. Đây là bước có tính chất quyết định trong việc giải bài tập vật lí. Học sinh cần tìm hiểu hiện tượng cho trong đề bài, xem hiện tượng đó thuộc loại nào, hình dung diễn biến của hiện tượng đó để nhận biết những dữ kiện đầu bài liên quan đến những khái niệm nào, 16
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT hiện tượng nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật lí. Liên hệ hiện tượng đó với những hiện tượng đã được học trong lí thuyết. Để giúp học sinh tìm ra hướng giải, giáo viên nên đưa ra những câu hỏi gợi ý sau: Với điều kiện của bài tập, những tình huống nêu ra có liên quan đến lĩnh vực kiến thức vật lí nào? Những đại lượng vật lí nào đã được chỉ ra trong điều kiện bài tập hoặc có thể rút ra từ sách tra cứu để giải? Những quy luật cơ bản nào được dùng làm cơ sở cho nội dung bài tập (các khẳng định, định luật, )? Có thể phân chia hiện tượng vật lí trong bài thành các giai đoạn hay không? Có thể tiến hành tương tự như các bài tập đã giải hay không? Trong khi phân tích hiện tượng, để dễ hình dung, học sinh có thể tự vẽ thêm một số hình hoặc sơ đồ mô tả quá trình diễn biến của hiện tượng trong bài toán. Sau khi nắm vững hiện tượng của bài tập, học sinh biết được các quy luật của hiện tượng ( đã học trong lí thuyết ), từ đó có thể vận dụng các định nghĩa, định luật, công thức để thiết lập các phương trình ( các mối liên hệ cơ bản ) cho phép tìm lại các đại lượng chưa biết trong đầu bài. Trong những trường hợp đại lượng phải tìm được biểu diễn bằng một công thức khá phức tạp, khi đó nên thử lại xem hai vế có cùng thứ nguyên hay không, nếu thứ nguyên khác nhau thì chắc chắn có sai lầm khi tính toán. Tóm lại, hoạt động của học sinh ở giai đoạn này bao gồm: • Đối chiếu các dữ kiện đã cho vả cái phải tìm, xét bản chất vật lí của hiện tượng để nhận ra các định luật, công thức lí thuyết có liên quan. • Xác lập các mối liên hệ cụ thể của cái đã biết và cái phải tìm (mối liên hệ cơ bản) Bước 3: Luận giải, tính toán các kết quả bằng số Trừ các trường hợp đặc biệt, mỗi bài tập phải bắt đầu giải ở dạng tổng quát (tức là với các kí hiệu chữ), hơn nữa, đại lượng cần tìm phải được biểu thị qua các đại lượng đã cho. Sau khi đã tìm được kết quả cuối cùng bằng chữ, học sinh tiếp tục luận giải để rút ra mối liên hệ tường minh, trực tiếp giữa cái đã cho và cái phải tìm bằng cách thay các đại lượng bằng trị số của chúng để tính ra kết quả bằng số. Trước khi thay số học sinh cần nhớ đổi trị số các đại lượng tính trong cùng một hệ đơn vị (thường là hệ đơn vị SI). 17
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Cần nhớ rằng các trị số của các đại lượng vật lí luôn luôn là gần đúng. Do đó, khi tính toán cần tuân theo các quy tắc áp dụng cho các số gần đúng. Bước 4: Nhận xét kết quả Đây là khâu cuối cùng để hoàn thiện việc giải một bài tập, nó giúp người học có thể phát hiện những sai sót mắc phải trong khi giải. Sau khi đã tìm được kết quả, giáo viên cần rèn cho học sinh thói quen rút ra một số nhận xét về: − Giá trị thực tế của kết quả. − Phương pháp giải. − Khả năng mở rộng bài tập. − Khả năng ứng dụng của bài tập, Khi có được đáp số, cần phải đánh giá sự phù hợp với thực tế của nó [11]. 2.2.2. Phương pháp giải bài tập định tính Đặc điểm của bài tập định tính là nhấn mạnh về mặt định tính của hiện tượng đang khảo sát. Bài tập định tính tạo điều kiện cho học sinh đào sâu và củng cố kiến thức, phân tích hiện tượng, phát triển ở học sinh tư duy logic, khả năng phán đoán, mơ ước sáng tạo, kĩ năng vận dụng các kiến thức lí thuyết để giải thích các hiện tượng trong tự nhiên, trong đời sống và trong kĩ thuật, chuẩn bị cho học sinh bước vào hoạt động thực tế. Việc giải các bài tập định tính thường bao gồm việc xây dựng các lập luận logic, dựa trên các khái niệm và định luật vật lí, trong đó việc phân tích và tổng hợp gắn chặt vói nhau và người ta nói đến phương pháp phân tích – tổng hợp. Đối chiếu với các bước chung khi giải bài tập vật lí, các bước giải bài tập định tính có thể như sau: Bước 1: Đọc đề bài. Tìm hiểu đề bài Trên cơ sở phân tích các giả thuyết có trong bài, tìm hiểu các hiện tượng vật lí, nếu cần thì xây dựng các sơ đồ hoặc hình vẽ. Ghi tóm tắt đầu bài. Bước 2 và bước 3: Phân tích hiện tượng của bài toán để xây dựng chuỗi lập luận logic, từ đó đi đến kết quả. 18
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Trên cơ sở phân tích hiện tượng trong bài, học sinh phải xây dựng chuỗi lập luận phân tích – tổng hợp mà không cần phải tính toán. Các bài tập định tính phức tạp được coi như là tổng hợp hoặc phối hợp nhiều bài tập đơn giản. Khi làm những bài tập này phải xây dựng những chuỗi suy lí phức tạp và dài và phải phân tích vài định luật vật lí. Bước 4: Nhận xét kết quả Sau khi đã xây dựng được chuỗi lập luận logic cần phân tích kết quả thu được theo quan điểm vật lí, phân tích sự phù hợp với giả thuyết và thực tiễn [11]. 2.2.3. Phương pháp giải bài tập định lượng Phương pháp giải các bài tập định lượng, nói chung cũng tuân theo bốn bước giải một bài tập vật lí như đã trình bày ở phần 2.2.1. Tuy nhiên, cũng cần nhấn mạnh rằng do nhiều nguyên nhân như: tính chất phức tạp của bài tập, trình độ toán học của học sinh, mục đích của bài tập, mà giáo viên đặt ra nên việc xác lập các mối liên hệ cơ bản và quá trình luận giải ở bước 2 và bước 3 có thể sử dụng các phương thức giải khác nhau: phương pháp đồ thị, phương pháp hình học, Khi giải các bài tập định lượng bằng phương pháp hình học thì người ta dựa vào mối tương quan hình học mà học sinh đã biết để xác định các đại lượng cần tìm. Phương pháp hình học được áp dụng rộng rãi trong tĩnh học, quang hình và một số nội dung khác trong chương trình vật lí phổ thông. Theo đặc tính của các thao tác logic, người ta phân biệt các phương pháp lập luận phân tích và tổng hợp khi xác lập các mối liên hệ. Như vậy, việc luận giải, tính toán kết quả có thể được trình bày theo hai phương pháp cơ bản đó. Phương pháp phân tích là cách giải bài tập bằng việc phân tích một bài tập phức tạp thành các bài tập đơn giản hơn. Việc giải bắt đầu từ những đại lượng phải tìm, từ đó đi tìm các định luật, công thức biểu diễn được quan hệ bởi ẩn số và một số đại lượng khác có chứa trong đề bài một cách tường minh – đó là các đại lượng chưa biết (ẩn số phụ). Từ đó tìm mối quan hệ giữa ẩn số phụ mới xuất hiện với các dữ kiện đã cho, trên cơ sở đó tìm được quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho để rút ra kết quả cần tìm. 19
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Phương pháp tổng hợp là cách giải bài tập trong đó lập luận sẽ được bắt đầu từ những đại lượng đã cho trong đề bài. Bài tập được gỡ dần dần trong việc xác lập sự phụ thuộc của các đại lượng trung gian cho đến khi tìm được đại lượng phải tìm. Học sinh thường dùng phương pháp tổng hợp để giải các bài tập. Phương pháp phân tích là khó vì đòi hỏi tính nhất quán, tính logic và chặt chẽ trong các thao tác, nhưng nó dẫn đến mục đích cuối cùng nhanh hơn. Khi giải các bài tập vật lí cần cho học sinh sử dụng nhiều phương pháp phân tích vì phương pháp này có ý nghĩa trong việc phát triển tư duy logic. 2.2.4. Phương pháp giải bài tập đồ thị Như đã biết, các bài tập đồ thị là những bài tập trong đó đối tượng nghiên cứu là những đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa những đại lượng vật lí. Trong một số bài tập, đồ thị đã cho trong giả thuyết, còn trong một số bài tập khác cần phải vẽ đồ thị. Với loại bài tập đồ thị (khi đã cho trước đồ thị), sự khác nhau cơ bản với các loại bài tập khác là ở giai đoạn tìm hiểu đề bài với giai đoạn phân tích hiện tượng để xác lập các mối liên hệ cơ bản Trong bài tập đã cho đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng thì cần phân tích đặc điểm của sự phụ thuộc trên từng phần của nó. Nếu sử dụng tỉ xích thì phải làm sao để có thể xác định được đại lượng phải tìm theo đồ thị (các giá trị trên trục tung, trục hoành, diện tích giới hạn bởi các tọa độ tương ứng ) Nếu bài tập yêu cầu vẽ đồ thị thì trên cơ sở tìm được các dữ liệu và mối liên hệ giữa các dữ liệu hoặc khai thác dữ liệu từ bảng số liệu đã cho, người học cần chọn hệ trục tọa độ, chọn các tỉ xích thích hợp và biểu diễn sự phụ thuộc giữa các đại lượng trên đồ thị. Cũng có khi giải bài tập với các bước như khi giải một bài tập định lượng để tìm ra câu trả lời, sau đó vẽ đồ thị để kiểm tra lại sự đúng đắn của kết quả tìm được [11]. 2.2.5. Phương pháp giải bài tập thí nghiệm Nét đặc trưng của loại bài tập này là khi giải phải làm thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc làm thí nghiệm chứng minh. Học sinh tự lực tiến hành các thí nghiệm, thực 20
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT hiện những quan sát để kiểm tra lời giải lí thuyết hoặc để thu được những số liệu cần thiết cho việc giải thích hoặc tiên đoán mà bài tập yêu cầu. Đối với bài tập này cần xác định phương án thí nghiệm, xác định những dụng cụ cần sử dụng và cách thức bố trí thí nghiệm, biết cách tiến hành thí nghiệm, xử lí kết quả và rút ra kết luận. Bài tập thí nghiệm có thể chia làm hai loại. Loại bài tập trả lời cho câu hỏi “Vì sao?” (Vì sao xảy ra hiện tượng đó?” và loại bài tập trả lời cho câu hỏi “Làm thế nào?” (“Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào?”) Bài tập “Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào? Sẽ là như thế nào?” là bài tập yêu cầu người học trả lời được câu hỏi “Làm như thế nào?”. Đó là bài tập dự đoán hiện tượng xảy ra dựa trên các quy luật, định luật vật lí, đồng thời phải tìm lại phải tìm cách thiết kế phương án thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm để kiểm tra dự đoán, rút ra kết luận. Bài tập “Giải thích vì sao xảy ra hiện tượng đó?” trả lời cho câu hỏi “Vì sao? Tại sao?”, là bài tập dựa trên cơ sở quan sát được từ thí nghiệm học sinh tìm quy luật, các nguyên nhân chi phối hiện tượng [11]. 2.3. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí 2.3.1. Cơ sở tâm lí học và lí luận dạy học về việc hình thành năng lực giải bài tập Hoạt động học không chỉ hướng vào việc tiếp thu tri thức, kĩ năng, kĩ xảo tương ứng với chúng mà còn hướng vào tiếp thu cả tri thức của chính bản thân hoạt động học. Nói cách khác, là tiếp thu cả phương pháp lĩnh hội tri thức đó. Việc hình thành năng lực giải bài tập vật lí cũng được xem là mục đích quan trọng của hoạt động dạy học vật lí. Năng lực giải bài tập vật lí được hình thành thông qua hoạt động giải bài tập vật lí. Năng lực giải bài tập vật lí có thể bao gồm nhiều kĩ năng trong đó có thể chia thành: kĩ năng định hướng, kĩ năng kế hoạch hóa hoạt động giải bài tập, kĩ năng thực hiện kế hoạch giải và kĩ năng tự kiểm tra, đánh giá. Xét trên phương diện giải quyết vấn đề thì đó là kĩ năng xác định cho được vấn đề cần giải quyết, kĩ năng đề xuất các giải pháp giải quyết vấn đề, kĩ năng giải quyết vấn đề theo giải pháp đã vạch ra và kĩ năng tự kiểm tra, đánh giá [11]. 21
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 2.3.2. Định hướng hành động giải bài tập vật lí Có ba kiểu định hướng để học sinh có thể giải quyết được nhiệm vụ trong bài tập vật lí. Mỗi kiểu định hướng có kết quả và quá trình hành động riêng. 2.3.2.1. Kiểu định hướng thứ nhất Giáo viên giới thiệu cho học sinh mẫu hành động và kết quả hành động, còn những chỉ dẫn cần phải thực hiện như thế nào không được nêu ra. Học sinh thực hiện nhiệm vụ một cách mò mẫn theo cách thử và sai. Kết quả là nhiệm vụ có thể thực hiện được nhưng hành động mà nhờ đó nhiệm vụ được thực hiện không bề vững khi thay đổi điều kiện. [10] 2.3.2.2. Kiểu định hướng thứ hai Giáo viên giới thiệu cho học sinh biết mẫu của hành động trên một cơ sở định hướng chặt chẽ với những chỉ dẫn, những cách thức để thực hiện hành động. Hành động ở đây đã được chia thành những giai đoạn và đảm bảo cho việc thực hiện nó một cách đúng đắn. Kiểu định hướng này còn gọi là định hướng algorit. Ở đây, học sinh nắm vững được kĩ năng thực hiện hành động và có khả năng di chuyển sang thực hiện nhiệm vụ mới, nhưng sự di chuyển này đòi hỏi phải có trong thành phần của nhiệm vụ mới những yếu tố tương tự với các yếu tố trong thành phần của nhiệm vụ đã nắm vững [10]. 2.3.2.3. Kiểu định hướng thứ ba Giáo viên tiến hành dạy có kế hoạch về phân tích các nhiệm vụ nhằm rút ra những điểm tựa để thực hiện nhiệm vụ. Những điểm tựa này là cơ sở định hướng để thực hiện hành động. Ở đây, các định hướng của giáo viên mang tính khái quát, giáo viên kích thích học sinh tự xây dựng cơ sở định hướng hành động và sau đó thực hiện hành động theo cơ cở định hướng đó. Khi hành động được hình thành như vậy sẽ có khả năng dịch chuyển sang một lớp các nhiệm vụ rộng lớn. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí dựa trên cơ sở định hướng khái quát tạo điều kiện hình thành ở người học kĩ năng định hướng, kĩ năng kế hoạch hóa hoạt động giải bài tập, kĩ năng thực hiện kế hoạch giải bài tập. Đó là những kĩ năng quan trọng nhất khi giải bài tập vật lí. Việc yêu cầu học sinh trao đổi bằng lời nội dung của kế hoạch hoạt động giải bài tập là điều kiện cơ bản của việc nắm vững hành động. Sau một thời gian được rèn luyện, 22
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT học sinh có thể hình dung được toàn bộ tiến trình hành động giải bài tập “ trong óc”, các hành động sẽ được rút gọn và điều đó cho phép họ thực hiện hành động nhanh hơn vì một loạt các thao tác riêng biệt đã tách ra trước đây được “ nhập” lại thành một hệ duy nhất; nói cách khác, học sinh đã có các kĩ năng giải bài tập về một loại nào đó. Với kiểu định hướng này tránh được tình trạng thầy làm thay trò, trò chỉ thừa hành thực hiện những hành động thầy đưa ra. Do tính định hướng khái quát của kiểu hướng dẫn này nên phát huy được tính tích cực tự lực tìm tòi của học sinh. Câu hỏi gợi ý của giáo viên phải vừa mang tính gợi mở, vừa khái quát nhưng không được chung chung, viễn vông [10]. 2.4. Phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí Từ những phân tích các kiểu định hướng trên, để hình thành ở người học năng lực giải bài tập vật lí, người giáo viên cần thực hiện các công việc: - Giúp người học thấy được ý nghĩa của kĩ năng cần nắm vững và mục đích của hành động tương ứng. - Tổ chức cho người học lĩnh hội được các thành phần cấu trúc cơ bản của hành động và trình tự hợp lí nhất để thực hiện các thao tác thành hành động. - Tổ chức để học sinh thực hiện các bài luyện tập nhằm rèn luyện kĩ năng thực hiện hành động. - Tạo điều kiện để học sinh sử dụng kĩ năng đã hình thành vào việc thực hiện hành động mới, phức tạp hơn nhằm nắm vững kĩ năng mới. Muốn hướng dẫn học sinh giải bài tập, trước tiên giáo viên phải giải được bài tập đó, sau đó mới bàn đến việc hướng dẫn của giáo viên đối với học sinh. Vì vậy, sau khi đã lựa chọn được nội dung bài tập, quy trình hoạt động của giáo viên trong việc soạn phương án lên lớp về bài tập vật lí được chia thành các công đoạn như sau: • Giải trước bài tập cụ thể định giao cho học sinh. • Phân tích phương pháp giải bài tập cụ thể theo trình tự. - Trình bày một cách trực quan, tóm tắt đề bài bằng các kí hiệu vật lí, chỉ rõ các dữ liệu đã cho và cái phải tìm, đổi đơn vị, hình vẽ. 23
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Phân tích hiện tượng vật lí xảy ra. Biểu diễn một cách trực quan, cô đọng các mối liên hệ cơ bản cần xác lập để giải được bài tập đó. - Khái quát hóa tiến trình luận giải, mô hình hóa tiến trình này bằng sơ đồ, từ đó hình dung một cách rõ ràng các trình tự hành động cần thực hiện để giải được bài tập. - Trình bày sự tính toán, biện luận cụ thể để có được kết quả cuối cùng. • Xác định phương án hướng dẫn học sinh giải bài tập đã cho theo các bước: - Lựa chọn, xác định kiểu hướng dẫn phù hợp với mục đích sư phạm. - Xác định tiến trình hoạt động dạy học cho việc hướng dẫn học sinh giải bài tập. - Soạn thảo các câu hỏi hoặc lời hướng dẫn cụ thể sẽ sử dụng khi lên lớp tương ứng với từng bước của tiến trình hướng dẫn đã vạch ra. Muốn rèn kĩ năng hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí một cách tích cực, chủ động, sáng tạo và kích thích được hứng thú học tập của học sinh thi giáo viên cần rèn các mặt sau: - Ngay từ đầu cần thực hiện nghiêm túc tất cả các công đoạn trên. - Mỗi bài tập cần chuẩn bị nhiều phương án giải có thể. - Mỗi phương án giải phải soạn thảo được lời hướng dẫn mang tính định hướng. Việc xác định kiểu hướng dẫn là tùy thuộc mục tiêu của việc dạy học và đối tượng học sinh. - Việc giải bài tập cần được rèn luyện theo các bước chung của việc giải một bài tập vật lí. Việc hướng dẫn sơ đẳng nhất mà nhiều giáo viên hay làm là chỉ việc trình bày lại lời giải đã chuẩn bị sẵn của mình. Nếu làm như vậy thì hiệu quả của việc dạy học về bài tập vật lí không cao. Điểm mấu chốt nhất là đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề do bài tập đặt ra, nói cách khác, người giáo viên cần trình bày được con đường suy nghĩ để giải quyết vấn đề hoặc yêu cầu học sinh đề xuất giải pháp. Điều này tạo cơ hội cho giáo viên rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề (năng lực đề xuất giải pháp và thực hiện giải pháp) ở người học. Trong các bước chung giải một số bài tập vật lí thì việc chuẩn bị nhiều phương án giải có thể giúp giáo viên cơ cơ sở so sánh và lựa chọn được phương án tối ưu để hướng 24
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT dẫn học sinh. Đồng thời việc lập sơ đồ luận giải giúp cho các giáo sinh mới vào nghề tránh lúng túng trên lớp, họ sẽ tự tin hơn và không còn cảm giác ngại khi lên lớp giờ bài tập. Từ sơ đồ luận giải giúp cho giáo viên có được lời hướng dẫn khái quát, tránh việc hướng dẫn học sinh những hành động đơn lẻ, vụn vặt. Khi đánh giá các bài làm của học sinh cần phải chú ý đến những sai lầm của họ. Những sai lầm mắc phải là những sai lầm chứng tỏ rằng học sinh: - Không nắm được các phương pháp giải hoặc không biết vận dụng chúng vào việc giải các bài tập cơ bản thuộc cùng loại. - Không biết các công thức, các đồ thị, các sơ đồ hoặc không biết vận dụng chúng hoặc sự không chính xác khi biểu diễn hình vẽ, đồ thị, sơ đồ. - Không biết các đơn vị và hệ đơn vị đo các đại lượng vật lí. - Những câu trả lời trong bài tập diễn đạt không đúng hoặc những nhầm lẫn trong việc diễn đạt câu hỏi hoặc lời giải. - Không hiểu đúng những điều kiện của bài tập. Đề cập đến phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí, cần lưu ý rằng có hai con đường khái quát hóa phương pháp giải một loại bài tập nào đó mà trong dạy học về bài tập vật lí giáo viên cần tính đến. CÂU HỎI TỰ HỌC CHƯƠNG 2 1. Hãy trình bày những vấn đề về tư duy trong quá trình giải bài tập vật lý. Hãy lấy ví dụ minh họa. 2. Hãy trình bày phương pháp giải bài tập vật lý. Hãy lấy ví dụ minh họa. 3. Hãy trình bày các kiểu định hướng hành động giải bài tập vật lý. Hãy lấy ví dụ minh họa. 4. Hãy trình bày phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý. Hãy lấy ví dụ minh họa. 25
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 5. Hãy lựa chọn hệ thống bài tập nhằm kiểm tra kiến thức và kĩ năng của học sinh sau khi học sinh học xong chương “Các định luật bảo toàn” vật lý 10. Hãy nêu mục tiêu chung của hệ thống bài tập và mục tiêu của mỗi bài. 6. Lựa chọn một bài tập trong hệ thống bài tập trên và thực hiện các yêu cầu sau: ✓ Giải bài tập cụ thể đó ✓ Phân tích phương pháp giải bài tập cụ thể này theo trình tự: • Trình bày một cách trực quan, tóm tắt đề bài bằng các kí hiệu, các dữ liệu hoặc hình vẽ • Biểu diễn một cách trực quan, cô đọng các mối liên hệ cơ bản cần xác lập để giải bài tập đó • Khái quát hóa tiến trình luận giải, mô hình hóa tiến trình này bằng sơ đồ, để hình dung một cách rõ ràng cấu trúc hành động và các trình tự hành động cần thực hiện để giải được bài toán này • Trình bày sự tính toán, biện luận cụ thể để có được kết luận cuối cùng ✓ Xác định phương án hướng dẫn học sinh giải bài tập đã cho trong đó nêu rõ: • Kiểu hướng dẫn phù hợp với mục đích sư phạm • Tiến trình hoạt động dạy học cho việc hướng dẫn học sinh giải bài tập • Soạn thảo các câu hỏi hoặc lời hướng dẫn cụ thể sẽ sử dụng khi lên lớp tương ứng với từng bước của tiến trình hướng dẫn đã vạch ra. 26
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT CHƯƠNG 3. DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ THUỘC MỘT SỐ ĐỀ TÀI TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG 3.1. Phương pháp giải bài tập động học chất điểm 3.1.1. Tóm tắt nội dung kiến thức 3.1.1.1. Khái niệm mở đầu Động học là một phần của cơ học, trong đó người ta nghiên cứu cách xác định vị trí của các vật trong không gian tại những thời điểm khác nhau và mô tả các tính chất của chuyển động của các vật bằng các phương trình toán học nhưng chưa xét đến nguyên nhân chuyển động. Chất điểm là một vật có kích thước nhỏ không đáng kể so với những khoảng cách, những kích thước mà ta đang khảo sát. 3.1.1.2. Những khái niệm cơ bản Chuyển động của một vật là sự chuyển dời vị trí của vật đó đối với các vật khác trong không gian theo thời gian. Quỹ đạo: đường đi của một vật gọi là quỹ đạo chuyển động của vật. Hệ tọa độ là hệ dùng để xác định chính xác vị trí của vật trong không gian. o M x - Hệ tọa độ một trục sử dụng khi vật chuyển động trên một đường thẳng, tọa độ của vật ở vị trí M: x = OM y M y yy M x X 27
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Hệ tọa độ hai trục sử dụng khi vật chuyển động trên một đường cong trong một mặt phẳng và tọa độ của vật ở vị trí M: = ; = 푌 Mốc thời gian tức là thời điểm bắt đầu xét chuyển động. Thời điểm là trị số chỉ một lúc nào đó theo mốc thời gian và theo đơn vị thời gian đã chọn. Thời gian là khoảng thời gian trôi đi trong thực tế giữa hai thời điểm mà ta xét. Hệ quy chiếu: - Để xác định vị trí của một vật phải chọn hệ quy chiếu. - Hệ quy chiếu gồm: Một hệ gồm một vật làm mốc, một hệ tọa độ gắn với một mốc; một mốc thời gian và một đồng hồ. Độ dời và quãng đường đi: - Độ dời của một vật chuyển động thẳng là độ biến thiên tọa độ của vật: 훥 = 2 − 1 - Đường đi của vật là chiều dài phần quỹ đạo mà vật vạch được khi chuyển động: s Vận tốc và tốc độ: Để biết một vật chuyển động nhanh hay chậm trong khoảng thời gian Δt người ta phải dùng khái niệm tốc độ và vận tốc: - Tốc độ trung bình của chuyển động là tỉ số giữa quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian: 푠 푣 = 푡 푡 - Độ lớn vận tốc tức thời là tỉ số giữa sự thay đổi vị trí trong khoảng thời gian rất nhỏ và khoảng thời gian đó: 훥푠 푣 = 훥푡 Gia tốc của chuyển động là đại lượng các định bằng thương số giữa độ biên thiên vận tốc v và thời gian vận tốc biến thiên Δt có giá trị: 훥푣 = 훥푡 28
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 3.1.1.3. Các dạng chuyển động và đặc điểm 1. Chuyển động thẳng đều - Quỹ đạo là đường thẳng và có tốc độ trung bình như nhau trên mọi đoạn đường - Gia tốc của chuyển động thẳng đều bằng không. - Vận tốc có phương, chiều và độ lớn không đổi. - Công thức tính quãng đường đi được: s = v. (t – to) - Phương trình chuyển động của chuyển động thẳng đều: x = x0 + v. (t – to) 2. Chuyển động thẳng biến đổi đều - Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động có độ lớn của vận tốc tăng (giảm) đều theo thời gian. - Vận tốc tức thời và gia tốc là các đại lượng vecto. - Quỹ đạo của chuyển động thẳng biến đổi đều là đường thẳng. - Vận tốc có phương, chiều không đổi và độ lớn vận tốc tăng (giảm) đều theo thời gian 푣 = 푣0 + . (푡 − 푡표) - Gia tốc của chuyển động thẳng biến đổi đều là một đại lượng không đổi. - Công thức tính quãng đường đi được của chuyển động thẳng biến đổi đều: 1 푠 = 푣 . (푡 − 푡 ) + (푡 − 푡 )2 0 표 2 표 - Phương trình chuyển động của chuyển động thẳng biến đổi đều: 1 = + 푣 (푡 − 푡 ) + (푡 − 푡 )2 0 0 표 2 표 3. Sự rơi tự do - Sự rơi tự do là sự rơi chỉ chịu tác dụng của trọng lực. - Phương của chuyển động rơi tự do là phương thẳng đứng - Chiều của chuyển động rơi tự do là chiều từ trên hướng xuống. - Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều - Công thức tính vận tốc: v = gt 29
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Công thức tính quãng đường đi dược của sự rơi tự do: 1 푠 = 푡2 2 4. Chuyển động tròn đều - Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo tròn và có tốc độ trung bình trên mọi cung tròn là như nhau. - Gia tốc luôn hướng vào tâm của đường tròn có độ lớn không đổi: 푣2 = = ⍵2 ℎ푡 - Vận tốc luôn nằm theo tiếp tuyến với đường tròn và độ lớn không đổi. 훥푠 푣 = 훥푡 5. Tính tương đối của chuyển động – công thức cộng vận tốc - Hình dạng quỹ đạo của chuyển động trong các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau => quỹ đạo có tính tương đối. - Vận tốc của vật chuyển động đối với các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau => vận tốc có tính tương đối. - Hệ quy chiếu gắn với vật đứng yên gọi là hệ quy đứng yên. - Hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động gọi là hệ quy chiếu chuyển động. - Vận tốc tuyệt đối là vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu đứng yên. - Vận tốc tương đối là vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động. - Vận tốc kéo theo là vận tốc của hệ quy chiếu chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên. - Công thức cộng vectơ v13=+ v 12 v 23 30
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 3.1.2. Hướng dẫn giải một số bài tập phần động học chất điểm Bài tập 1. Lúc 8 giờ một xe ô tô đi từ Tp. Hồ Chí Minh về Tp. Vĩnh Long với vận tốc 60 km/ h . Cùng lúc đó, xe thứ hai đi từ Vĩnh Long lên Tp. Hồ Chí Minh với vận tốc không đổi là 40 km/ h . Giả sử rằng Tp. Hồ Chí Minh cách Tp. Vĩnh Long100 km . a/ Lập phương trình chuyển động của hai xe? b/ Tính vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau? c/ Vẽ đồ thị tọa độ – thời gian của hai xe trên cùng một hệ trục tọa độ? Dựa vào đồ thị cho biết sau khi khởi hành nửa giờ thì hai xe cách nhau bao xa và thời điểm lần thứ hai lại cách nhau một khoảng đúng như đoạn này? d/ Muốn gặp nhau tại Tp. Mỹ Tho (chính giữa đường Tp. Hồ Chí Minh – Tp. Vĩnh Long) thì xe ở Tp. Hồ Chí Minh phải xuất phát trễ hơn xe ở Tp. Vĩnh Long bao lâu? (Các vận tốc vẫn giữ nguyên như cũ). 1. Mục đích của bài tập Rèn kĩ năng viết phương trình chuyển động, vẽ đồ thị chuyển động. 2. Hướng dẫn giải: Bước 1: Đọc đề, tìm hiểu đề bài. Tóm tắt: v1 = 60km/h v2 = 40km/h s = 100 km a) x1 =?, x2 = ? b) x* = ? t* = ? c) Vẽ đồ thị (x,t). Sau 0,5 h hai xe cách nhau bao xa và thời điểm lần thứ hai hai xe cách nhau đúng như vậy? d) Muốn gặp nhau ở TP. Mỹ Tho thì xe 1 xuất phát trễ hơn xe 2 là bao nhiêu? Bước 2: Phân tích các hiện tượng Vật Lý, xác định các mối liên hệ cơ bản. 31
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Tp. HCM Tp. Vĩnh Long O v1 v2 x Chọn hệ quy chiếu có trục tọa độ Ox như hình vẽ, gốc tọa độ O tại TP HCM, chiều dương hướng từ TP. Hồ Chí Minh đến TP. Vĩnh Long, gốc thời gian lúc 8h (t01 = t02 = 0) Phương trình chuyển động của ô tô đi từ Tp. HCM đến Tp. Vĩnh Long: x1 = xo1 + vo1t x1 = 60t (1) Phương trình chuyển động của ô tô đi từ Tp. Vĩnh Long đến Tp. HCM: x2 = xo2 + vo2t x2 = 100 – 40t (2) Khi hai xe gặp nhau thì tọa độ của chúng bằng nhau: x1 = x2 (3) Bước 3: Luận giải và tính toán kết quả b) Sơ đồ luận giải: (1) (1) x1 (3) t (2) x2 (2) Khi hai xe gặp nhau thì tọa độ của chúng bằng nhau: x1 = x2 x1 = x2 60t = 100 – 40t t = 1 (h) x1 = x2 = 60 km 32
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT x1 x2 Linear (x1) Linear (x2) X 200 150 150 120 100 80 90 100 60 30 40 50 20 0 0 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t (s) c) Dựa vào đồ thị ta thấy, sau khi khởi hành nửa giờ thì hai xe cách nhau là 50 km. Và thời điểm lần thứ hai lại cách nhau một khoảng đúng như đoạn này là lúc ô tô 1 đi được 4/3 giờ và oto 2 đi được 7/4 giờ. d) Thời gian ô tô 1 đi tới Tp. Mỹ Tho: 50 5 푡 = = = 1 60 60 6 Thời gian oto 2 đi tới Tp. Mỹ Tho: −100 50−100 5 푡 = = = 2 40 −40 4 Hai xe gặp nhau ở Tp. Mỹ Tho (chính giữa đường Tp. Hồ Chí Minh – Tp. Vĩnh Long) thì: t1 = t2 Vậy muốn gặp nhau tại Tp. Mỹ Tho (chính giữa đường Tp. Hồ Chí Minh – Tp. Vĩnh Long) thì xe ở Tp. Hồ Chí Minh phải xuất phát trễ hơn xe ở Tp. Vĩnh Long là: 5 5 5 |t1-t2| = | - | = (h) 6 4 12 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập: - Sai lầm khi vẽ và phân tích đồ thị chuyển động của hai xe. - Sai lầm khi xác định dấu của các vận tốc và tọa độ ban đầu. - Không xác định rõ hệ quy chiếu (vật làm mốc, hệ tọa độ gắn với vật làm mốc, chiều dương, gốc thời gian); hay bỏ qua việc chọn hệ quy chiếu dẫn đến bài tập trình bày không chặt chẽ. 4. Định hướng tư duy của học sinh: 33
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Hãy viết phương trình chuyển động tổng quát của chuyển động thẳng đều, từ đó viết phương trình chuyển động của hai xe. - Khi gặp nhau thì toạ độ của hai xe có mối quan hệ như thế nào? - Trình bày cách vẽ đồ thị (x.t) Bài tập 2. Một chất điểm chuyển động thẳng đều có đồ thị tọa độ – thời gian như hình bên. a/ Hãy viết phương trình chuyển động của chất điểm trong mỗi giai đoạn? b/ Tính quãng đường vật đi được trong 20 giây? 1. Mục đích của bài tập: Rèn luyện kĩ năng phân tích đồ thị, xác B C định tính chất chuyển động của các vật. 2. Hướng dẫn giải: Bước 1,2: Phân tích đồ thị: D O Khi phân tích đồ thị, ta thấy đồ thị biểu diễn A mối quan hệ giữa toạ độ và thời gian. Chuyển động có thể chia thành 3 giai đoạn khác nhau. - Trong khoảng thời gian từ ( 0 ≤ t ≤ 10s) vật chuyển động thẳng đều với vận tốc : − 푣 = (1) 1 ∆푡 Quãng đường vật đi được: S1 = 푣1푡1 - Trong khoảng thời gian từ (10s ≤ t ≤ 15s) vật đứng yên. Quãng đường vật đi được: S2 = 0 - Trong khoảng thời gian từ ( 15s ≤ t ≤ 20s) vật chuyển động thẳng đều với vận tốc: − 푣 = (2) 3 ∆푡 Quãng đường vật đi được: S3 = 푣3푡3 34
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Quãng đường vật đi được bằng tổng quãng đường vật đi được trong mỗi giai đoạn: S = S1 + S2 + S3 (3) Bước 3: Luận giải và tính toán kết quả Sơ đồ luận giải: (1) S1 S2 (3) S (2) S3 a) Khi phân tích đồ thị, ta thấy đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tọa độ và thời gian. Chuyển động có thể chia làm 3 giai đoạn khác nhau. GĐ 1: từ A đến B. xB = xA + vt ⇛ 40 = -20 + v.10 ⇛ v = 6 m/s Vật chuyển động thẳng đều với vận tốc v = 6 m/s. Phương trình chuyển động: x = -20 + 6t ( 0 ≤ t ≤ 10) GĐ 2: từ B đến C: Vật đứng yên (10 ≤ t ≤ 15) Phương trình chuyển động: x = 0 GĐ 3: từ C đến D. xD = xC + vt ⇛ 0 = 40 + v.5 ⇛ v = -8 m/s Vật chuyển động thẳng đều với vận tốc v = -8 m/s. Phương trình chuyển động: x = 40 – 8(t – 15) ( 15 ≤ t ≤ 20) b) Quãng đường vật đi được trong 20 giây: s = s1 + s2 + s3 = v1t1 + v2t2 + v3t3 = 6.10 + 0 + | -8 |.5 = 100 (m) 35
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập: - Chưa xác định được tính chất chuyển động của từng giai đoạn. - Nhầm lẫn khi viết phương trình chuyển động trong các thời gian khác nhau. Học sinh thường viết phương trình chuyển động trong toàn bộ quá trình mà quên chúng chỉ đúng trong khoảng thời gian nhất định. 4. Định hướng tư duy học sinh: - Hãy viết phương trình chuyển động tổng quát của chuyển động thẳng đều. - Có mấy giai đoạn chuyển động trên đồ thị? Hãy xác định tính chất chuyển động của từng giai đoạn. - Phương trình chuyển động của chất điểm có đúng trong toàn bộ thời gian chất điểm chuyển động hay chỉ đúng trong một khoảng thời gian nhất định? Bài tập 3. Hai xe chuyển động nhanh dần đều trên cùng một đoạn đường thẳng để đi tới gặp nhau. Gia tốc của hai xe đều có trị số tuyệt đối là 2 m/ s2 . Tại thời điểm ta bắt đầu quan sát t0 thì xe thứ nhất ở vị trí A và vận tốc là 2 m/ s , hướng từ A đến B; xe thứ hai ở vị trí B cách A 75m và đang có vận tốc là 3 m/ s và hướng từ B đến A. a/ Hãy viết phương trình – tọa độ thời gian của mỗi xe, chọn trục tọa độ Ox có gốc là A, có chiều dương từ A đến B? b/ Sau bao nhiêu lâu thì hai xe gặp nhau và gặp nhau cách A bao nhiêu? 1. Mục đích của bài tập: Rèn kĩ năng viết phương trình chuyển động, xác định thời điểm các xe gặp nhau 2. Hướng dẫn giải Bước 1: Đọc đề, tìm hiểu đề bài. Tóm tắt: a = t = 0: - Xe 1 hướng từ A B v1 = 2 m/s - Xe 2 hướng từ B A v2 = 3 m/s 36
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT SAB = 75m Tìm: a) Viết pt: x(t), chọn trục tọa độ Ox có gốc là A, chiều (+) từ A B b) t? x? hai xe gặp nhau Bước 2: Phân tích các hiện tượng Vật Lý, xác định các mối liên hệ cơ bản. Chọn hệ quy chiếu: - Trục tọa độ Ox có gốc là A, có chiều dương từ A đến B - Gốc thời gian lúc ta bắt đầu quan sát Vì xe 1 chuyển động thẳng nhanh dần đều hướng từ A đến B nên phương trình chuyển 1 2 2 động của xe 1: x1 = x01 + v1t + a1.t x1 = 2t + t (1) 2 Vì xe 2 chuyển động thẳng nhanh dần đều hướng từ A đến B nên phương trình chuyển động của xe 2 (vì xe 2 chuyển động ngược chiều (+) và cđ nhanh dần đều nên v2 < 0, a< 0 1 2 2 x2 = x02 + v2t + a2.t x2 = 75 - 3t - t (2) 2 b) Khi hai xe gặp nhau thì: x1 = x2 (3) Bước 3: Luận giải và tính toán kết quả Sơ đồ luận giải: (1) (3) t x (2) a) Chọn hệ quy chiếu: - Trục tọa độ Ox có gốc là A, có chiều dương từ A đến B - Gốc thời gian lúc ta bắt đầu quan sát t=0 Phương trình chuyển động của xe 1: 1 2 2 x1 = x01 + v1t + at x1 = 2t + t 2 Phương trình chuyển động của xe 1: 37
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 1 2 2 x2 = x02 + v2t + at x2 = 75 - 3t - t ( vì xe 2 chuyển động ngược chiều (+) 2 và cđ nhanh dần đều nên v2 0) 2 2 x1 = 2t + t = 2.5 + 5 = 35m Vậy sau 5 s thì hai xe gặp nhau và gặp nhau cách A một đoạn bằng 35 m 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập: - Sai lầm khi xác định thời gian, điều kiện về thời gian và tọa độ ban đầu chuyển động, giá trị của vận tốc và gia tốc - Không xác định rõ hệ quy chiếu (vật làm mốc, hệ tọa độ gắn với vật làm mốc, chiều dương, gốc thời gian); hoặc đôi khi trong quá trình làm bài, học sinh bỏ qua việc chọn hệ quy chiếu dẫn đến bài tập trình bày không chặt chẽ. 4. Định hướng tư duy học sinh: - Trong chuyển động thẳng nhanh dần đều và chuyển động thẳng chậm dần đều, vectơ vận tốc và vectơ gia tốc có hướng như thế nào? - Phương trình chuyển động của chuyển động thẳng biến đổi đều có dạng như thế nào? - Hai xe gặp nhau thì tọa độ của chúng có mối quan hệ với nhau như thế nào? 38
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Bài tập 4. Một chất điểm chuyển động thẳng có đồ thị vận v tốc – thời gian như hình vẽ bên. Xác định loại chuyển động 60 B C ứng với mỗi đoạn của đồ thị và xác định gia tốc tương ứng. Lập phương trình vận tốc ứng với từng đoạn trên đồ thị. A Tính quãng đường vật đã đi? D O 20 40 1. Mục đích của bài tập: 80 Rèn kĩ năng phân tích đồ thị, xác định tính chất của chuyển động. 2. Hướng dẫn giải: Bước 1,2: Phân tích đồ thị: Khi phân tích đồ thị, ta thấy đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vận tốc và thời gian. Chuyển động có thể chia thành 3 giai đoạn khác nhau. - Trong khoảng thời gian từ ( 0 ≤ t ≤ 20) vật chuyển động thẳng nhanh dần đều ( đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính của vận tốc theo thời gian) với gia tốc : 푣 − 푣 = (1) 1 ∆푡 Quãng đường vật đi được: 1 2 S1 = 푣 푡 + 푡 1 1 2 1 - Trong khoảng thời gian từ (20 ≤ t ≤ 40) vật chuyển động thẳng đều, vì đồ thị là đường thẳng song song với trục thời gian. Quãng đường vật đi được: S2 = 푣2푡2 - Trong khoảng thời gian từ ( 40 ≤ t ≤ 80) vật chuyển động thẳng chậm dần đều ( đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính của vận tốc theo thời gian) với gia tốc: 푣 − 푣 = (2) 3 ∆푡 Quãng đường vật đi được: 1 2 S3 = 푣 푡 + 푡 3 3 2 3 Quãng đường vật đi được bằng tổng quãng đường vật đi được trong mỗi giai đoạn: S = S1 + S2 + S3 (3) 39
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Sơ đồ luận giải: (1) S1 S2 (3) S (1) S3 a) Khi phân tích đồ thị, ta thấy đồ thị biểu diễn mối quan hệ giửa vận tốc và thời gian. Chuyển động có thể chia làm 3 giai đoạn khác nhau. GĐ 1: từ A đến B 2 vB = vA + at ⇛ 60 = 20 + a.20 ⇛ a = 2 cm/s Vật chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc a = 2 m/s2. Phương trình vận tốc: v = 20 + 2t cm/s ( 0 ≤ t ≤ 20) GĐ 2: từ B đến C: Vật chuyển động thẳng đều. Phương trình vận tốc: v = 60 cm/s (20 ≤ t ≤ 40) GĐ 3: từ C đến D. 2 vD = vC + at ⇛ 0 = 60 + a.40 ⇛ a = -1,5 cm/s Vật chuyển động thẳng chậm dần đều với gia tốc a = -1,5 cm/s2. Phương trình vận tốc: x = 60 – 1,5t (cm/s) ( 40 ≤ t ≤ 80) b) Quãng đường vật đi được trong 20 giây: 1 1 2 s = s1 + s2 + s3 = v01t + a1t2 + v02t + v03t + a2t = 3980 (cm) = 39,8 (m) 2 2 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập: ✓ Chưa xác định được tính chất chuyển động của từng giai đoạn. 40
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT ✓ Nhầm lẫn khi viết phương trình vận tốc trong các thời gian khác nhau. Học sinh thường viết phương trình vận tốc trong toàn bộ quá trình mà quên chúng chỉ đúng trong khoảng thời gian nhất định. ✓ Sai lầm khi tính quãng đường. Học sinh không phân biệt được giửa quãng đường đi được với vị trí của vật dẫn đến việc tính toán sai. 4. Định hướng tư duy học sinh: - Hãy viết phương trình vận tốc tổng quát của chuyển động thẳng biến đổi đều. - Có mấy giai đoạn chuyển động trên đồ thị? - Hãy xác định tính chất chuyển động của từng giai đoạn. Bài tập 5. Một ca nô chuyển động đều và xuôi dòng từ A đến B mất 1 giờ. Khoảng cách AB là 24km, vận tốc của nước so với bờ là 6km/h. a. Tính vận tốc của ca nô so với nước. b. Tính khoảng thời gian để ca nô quay về từ B đến A. 1. Mục đích của bài tập: Rèn kĩ năng vận dụng công thức cộng vận tốc. 2. Hướng dẫn giải: Bước 1: Đọc đề, tìm hiểu đề bài. Tóm tắt tAB = 1h vnước/bờ = v23= 6km/h Tìm a, vcano/nước= v12 = ? b, tBA = ? Bước 2: Phân tích các hiện tượng Vật Lý, xác định các mối liên hệ cơ bản. Gọi: v13 là vận tốc của cano đối với bờ v23 là vận tốc của nước đối với bờ v12 là vận tốc của cano đối với nước 41
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Vì quãng đường đi lẫn về không thay đổi,mặt khác lại biết thời gian đi của cano nên viết phương trình chuyển động của cano xuôi dòng.Viết công thức cộng vận tốc ta sẽ xác định được vận tốc của cano đối với nước s Vận tốc của cano với bờ: v13 = ( 1) t AB Vận tốc cano so với bờ : v13 = v12 + v23 .Vì xuôi dòng nên: v13=v12+v23 (2) Vận tốc cano so với bờ khi ngược dòng: v13= v12-v23 (3) → v13=? → tBA=? Bước 3: Luận giải và tính toán kết quả Sơ đồ luận giải: 1 2 V 12 3 V13 tAB Gọi v13 là vận tốc của cano đối với bờ v23 là vận tốc của nước đối với bờ v12 là vận tốc của cano đối với nước Chọn chiều dương là chiều chuyển động của cano s 24 a) Ta có: v13 = = = 24 (km/h) t AB 1 Khi xuôi dòng v13 = v12 + v23 24 = v12 + 6 v12 =18km/h b) Khi ngược dòng v13 = v12 −v23 =18−6 =12 (km/h) 42
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT s 24 Thời gian khi ngược dòng tBA = = = 2 (h) v13 12 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập: - Học sinh thường khó khăn khi chọn vật làm mốc. - Khó khăn khi sử dụng công thức cộng vận tốc vào hai quá trình chuyển động của cano khi xuôi và ngược dòng. 4. Định hướng tư duy học sinh: - Thế nào là vận tốc tuyệt đối, vận tốc tương đối và vận tốc kéo theo? - Hãy viết công thức cộng vận tốc? 3.1.3. Những điểm cần lưu ý về phương pháp Với các bài tập động học, học sinh phải sử dụng một số lớn các công thức để giải bài tập. Người học thường lúng túng không biết bắt đầu từ chỗ nào và sử dụng công thức nào. Do vậy, cần hướng dẫn học sinh suy nghĩ theo các bước của việc giải bài tập vật lý. a. Khi hướng dẫn nghiên cứu đầu bài, cần đặc biệt chú ý chuyển những mệnh đề nêu trong đề bài thành các ký hiệu hiệu toán học. Việc phân tích hiện tượng gồm 2 việc: một là xác định chuyển động là loại chuyển động nào? (đều, nhanh dần đều, chậm dần đều); hai là xác định các điều kiện ban đầu và cuối cùng của chuyển động. Nếu chuyển động gồm nhiều giai đoạn, mỗi giai đoạn tính chất chuyển động khác nhau thì cần hướng dẫn học sinh phân chia bài toán thành nhiều bài toán nhỏ, mỗi bài ứng với một giai đoạn chuyển động. b. Khi xem xét chuyển động của vật trong điều kiện của bài tâp, cần xác định rõ hệ quy chiếu mà trong đó ta xét chuyển động của vật. Các đại lượng đặc trưng cho chuyển động như đường đi, độ dời vận tốc, gia tốc đều phải được xác định đối với hệ quy chiếu đã chọn. Khi tính vận tốc thừa nhận trái đất là hệ quy chiếu đứng yên. Cần nhớ rằng dựa trên phép biến đổi Galile của tọa độ: nếu hệ tọa độ ,, ,, , chuyển động với hệ x, y, z dọc theo trục , x thì tại thời điểm t bất kỳ x = 0+ , do đó 푣 = 푣 0+푣 (công thức cộng vận tốc).Một bài tập có thể yêu cầu học sinh giải trong các hệ quy chiếu khác nhau. c. Trong trường hợp có hai hệ quy chiếu chuyển động tương đối với nhau thì ta cần phải xác định các đại lượng đặc trưng đối với một hệ quy chiếu bằng cách sử dụng mối liên hệ: 43
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT ⃗13 = ⃗12 + ⃗23 푣⃗13 = 푣⃗12 + 푣⃗23 ⃗13 = ⃗12 + ⃗23 d. Khi giải bài tập chuyển động biến đổi đều, có thể lập được các phương trình, ta cần nhớ các công thức sau: 1 v =푣 + at (1) x= + 푣 t + a푡2 (3) 0 0 0 2 푣 +푣 푣 = 0 ; S= 푣 .t (2) 푣2 - 푣2 = 2a.∆ (4) 푡 2 푡 0 Khi sử dụng các công thức của chyển động biến đổi đều nói trên cần lưu ý rằng vận tốc v, tọa độ x, gia tốc a đều là các giá trị đại số. e. Khi xét chuyển động của vật ném lên theo phương thẳng đứng, ta có thể sử dụng công 1 thức ℎ = + 푣 푡 + 푡2 để tính khoảng cách h từ vị trí ném lên đến vị trí tức thời của 0 0 2 vật sau thời gian chuyển động t kể từ lúc ném đến vị trí đang xét. f. Bài tập đồ thị là loại bài tập được sử dụng nhiều trong các bài tập động học. Đối với dạng bài tập này, cần nắm được phương trình chuyển động, phương trình vận tốc, phương trình gia tốc đối với từng loại chuyển động (thẳng đều, biến đổi đều) và dạng đồ thị đối với từng phương trình chuyển động. g. Phương pháp tọa độ là phương pháp cơ bản trong việc giải các bài tập phần động học. Vì vậy học sinh cần nghiên cứu kĩ các bước trong phương pháp này để có thể giải được các bài tập liên quan. Các bước của phương pháp này có thể tóm tắt như sau: - Chọn hệ quy chiếu - Xác định tọa độ ban đầu, vận tốc ban đầu, gia tốc và thời gian ban đầu theo hệ quy chiếu đã chọn - Viết phương trình chuyển động của chất điểm - Viết phương trình quỹ đạo (nếu cần) bằng cách khử t trong các phương trình chuyển động 44
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Từ phương trình chuyển động hoặc phương trình quỹ đạo, khảo sát chuyển động của chất điểm. 3.1.4. Các bài tập luyện tập Cho các bài tập sau: Bài 1. Khi trời gió lặng, em đi xe đạp phóng nhanh, cảm thấy gió từ phía trước thổi vào mặt. Hãy giải thích hiện tượng đó? Bài 2. Vào lúc 7 giờ có hai ô tô khởi hành cùng một lúc từ hai điểm A và B cách nhau 120 km trên cùng một đường thẳng, chuyển động hướng vào nhau. Xe đi từ A chạy với vận tốc không đổi là 60 km/ h , còn xe từ B là 40 km/ h . Chọn gốc tọa độ tại điểm A và gốc thời gian là lúc 7 giờ. a/ Tìm thời điểm và vị trí hai xe gặp nhau? b/ Tìm khoảng cách giữa hai xe sau 1giờ khởi hành? c/ Nếu xe đi từ A khởi hành trễ hơn nửa giờ, thì sau bao lâu chúng mới gặp nhau? d/ Vẽ đồ thị tọa độ – thời gian của hai xe? x (km) Bài 3. Một vật chuyển động thẳng đều có đồ thị tọa B C – thời gian như hình 6. 100 a/ Hãy nhận xét tính chất của mỗi giai đoạn chuyển động? b/ Lập phương trình chuyển động trên từng O D t (h) 3,5 7 11 giai đoạn? A Bài 4. Cùng một lúc ở hai điểm cách nhau 300 m , có hai ô tô đi ngược chiều nhau. Xe thứ nhất đi từ A có vận tốc ban đầu là 20 m/ s và chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 2 2 m/ s , còn xe thứ hai đi từ B với vận tốc ban đầu là 10 m/ s và chuyển động chậm dần đều với gia tốc . 45
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT a/ Viết phương trình chuyển động của hai xe? Chọn B làm gốc tọa độ, chiều dương hướng từ A đến B, gốc thời gian lúc xe thứ nhất đi qua A. b/ Tính khoảng cách giữa hai xe sau v 5s ? B C 15 c/ Sau bao lâu hai xe gặp nhau? A Bài 5. Đồ thị vận tốc thời gian của một vật 10 chuyển động như hình vẽ bên. D O 10 30 60 a/ Nêu tính chất chuyển động của mỗi giai đoạn? b/ Lập phương trình vận tốc cho mỗi giai đoạn? Bài 6. Hãy tính và sau đó kiểm tra bằng thực nghiệm vận tốc của tia nước phun ra từ lỗ hở của bình, độ cao của mức nước trên lỗ hở h = 10 cm. Bài 7. Thả một hòn đá từ miệng xuống đến đáy một hang sâu. Sau 4,25 s kể từ lúc thả hòn đá thì nghe tiếng hòn đá chạm vào đáy. Tính chiều sâu của hang. Biết vận tốc truyền 2 âm trong không khí là 320 m/ s . Lấy g 10 m/ s . Bài 8. Ở tầng tháp cách mặt đất 45 m , một người thả rơi một vật. Một giây sau, người đó ném vật thứ hai xuống theo phương thẳng đứng. Hai vật chạm đất cùng lúc. Lấy g 10 m/ s2 . Tính vận tốc ném của vật thứ hai? Bài 9. Trái Đất quay quanh trục địa cực với chuyển động đều mỗi vòng 24 giờ. a/ Tính vận tốc góc của Trái Đất? b/ Tính vận tốc dài của một điểm trên mặt đất có quỹ độ 45 ? Cho RÐ 6370 km . c/ Một vệ tinh viễn thông quay trong mặt phẳng xích đạo và đứng yên so với mặt đất (vệ tinh địa tĩnh) ở độ cao h 36500 km . Tính vận tốc dài của vệ tinh? 46
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Bài 10. Hai xe ô tô chạy trên hai đường thẳng vuông góc với nhau, sau khi gặp nhau ở ngã tư, một xe chạy sang phía đông, xe kia chạy lên phía bắc với cùng vận tốc 40 km/h. a/ Tính vận tốc tương đối của xe thứ nhất so với xe thứ hai b/ Ngồi trên xe thứ hai quan sát thì thấy xe thứ nhất chạy theo hướng nào? c/ Tính khoảng cách hai xe sau nửa giờ kể từ khi gặp nhau ở ngã tư. Hãy thực hiện các yêu cầu sau: 1. Trình bày phương pháp giải các bài tập 2. Giải các bài tập 3. Nêu các câu hỏi hướng dẫn học sinh giải các bài tập trên. 4. Nêu những khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải các bài tập trên và biện pháp khắc phục những khó khăn, sai lầm đó. 3.2. Phương pháp giải bài tập động lực học 3.2.1. Tóm tắt nội dung kiến thức 3.2.1.1. Các định luật về chuyển động I/ Lực. Cân bằng lực 1. Khái niệm về lực Lực là đại lượng vecto đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng.  Tính chất: Vecto lực có hướng trùng với hướng của vecto gia tốc mà lực đó truyền cho vật. Đơn vị của lực là Niutơn (N). 2. Sự cân bằng lực Sự cân bằng lực là hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.  Hệ quả: 47
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT − Một vật đứng yên hay chuyển động thẳng đều khi các lực tác dụng vào vật cân bằng nhau. − Trạng thái đứng yên và chuyển đọng thẳng đều có thể gọi chung là trạng thái cân bằng. 3. Qui tắc hình bình hành Nếu hai lực đồng qui làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kể từ điểm đồng qui biểu diễn hợp lực của chúng. 퐹 1 F 푭⃗⃗⃗⃗ = 푭⃗⃗⃗⃗ ⃗ + 푭⃗⃗⃗⃗ ⃗ 퐹2 Muốn cho một chất điểm đứng cân bằng thì hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không. ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗ 푭 = 푭 + 푭 + ⋯ = II/ Ba định luật Newton 1. Định luật I Newton a. Định luật: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều. b. Quán tính Là tính chất giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều của một vật khi không có lực tác dụng lên vật. 2. Định luật II Newton a. Định luật: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. 푭⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ = ℎ 푭⃗⃗⃗⃗ = ⃗⃗⃗⃗ 푴 48
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT b. Đơn vị lực − Đơn vị của lực Newton: N − Newton là lực truyền cho một khối lượng 1kg một gia tốc bằng 1m/s2 3. Định luật III Newton a. Định luật: Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều. 푭⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ = −푭⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗ b. Đặc điểm của lực và phản lực: − Tương tác có tính hai chiều, các lực xuất hiện thành từng cặp. − Cặp lực trong tương tá có cùng bản chất. − Cặp lực trong tương tác đặt lên hai vật khác nhau nên không bù trừ nhau. III/ Khối lượng 1. Định nghĩa: Khối lượng là đại lượng vô hướng, đặc trưng cho mức quán tính của mỗi vật. 2. Tính chất của khối lượng: − Khối lượng có tính chất cộng được. − Khối lượng là một đại lượng vô hướng, dương và không thay đổi với mỗi vật ( trong phạm vi cơ học cổ điển). 3.2.1.2. Các lực cơ học I/ Lực hấp dẫn 1. Định luật: Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kỳ tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.  Biểu thức: 푭풉풅 = 푮 풓 49
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT ( = 6,68. 10−11 2/ 2): hằng số hấp dẫn ❖ Chú ý: • Lực hấp dẫn là lực hút • Công thức trên chỉ đúng với các chất điểm hoặc với các vật hình cầu có khối lượng phân bố đều. 2. Trọng lực a. Định nghĩa: Trọng lực là lực của Trái Đất tác dụng vào các vật, gây ra cho chúng gia tốc rơi tự do. Trọng lượng là độ lớn của trọng lực. Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn. b. Biểu thức: 푷⃗⃗⃗⃗ = 품⃗⃗⃗⃗ c. Biểu thức gia tốc trọng lực: 푴 품 = 푮 ( 푹 + 풉) : khối lượng của Trái Đất ( ) 푅: bán kính Trái Đất ( ) ℎ: độ cao của vật so với mặt đất ( ) ❖ Chú ý: Ở gần mặt đất: = 0 푅2 II/ Lực đàn hồi 1. Lực đàn hồi a. Bản chất: Lực đàn hồi là lực xuất hiện khi vật bị biến dạng có xu hướng làm cho nó lấy lại hình dạng và kích thước cũ. b. Đặc điểm: − Lực đàn hồi xuất hiện khi vật bị biến dạng, có chiều ngược chiều với sự biến dạng của vật. 50
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT − Lực đàn hồi xuất hiện trong biến dạng của hai vật tiếp xúc, vuông góc với mặt tiếp xúc. − Lực đàn hồi tỉ lệ với độ giãn của lò xo. 2. Định luật Hooke − Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi tỉ lệ với độ biến dạng của vật đàn hồi. 푭đ풉 = 풌|∆풍| − Hệ số tỉ lệ k gọi là độ cứng của lò xo. III/ Lực ma sát trượt 1. Định nghĩa: Lực ma sát trượt xuất hiện khi vật này trượt trên vật kia và cản lại chuyển động tương đối giữa hai vật. 2. Đặc điểm: − Xuất hiện khi có chuyển động tương đối giữa hai vật tiếp xúc. − Hướng: tiếp tuyến với mặt tiếp xúc và ngược chiều chuyển động tương đối. − Độ lớn: không phụ thuộc diện tích tiếp xúc mà tỉ lệ với lực nén vuông góc giữa hai mặt tiếp xúc. 푭 = 흁풕푵 Trong đó: 휇푡 : hệ số ma sát trượt phụ thuộc tính chất của mặt tiếp xúc (thường 휇푡< 1). N: lực nén vuông góc (áp lực) VI/ Lực ma sát nghỉ - Lực ma sát lăn 1. Lực ma sát nghỉ a. Định nghĩa: Lực ma sát nghỉ là lực ma sát xuất hiện ở mặt tiếp xúc thứ hai vật đứng yên tương đối với nhau. b. Đặc điểm: − Lực ma sát nghỉ luôn luôn cân bằng với ngoại lực đặt vào vật, có hướng tiếp tuyến với mặt tiếp xúc. 51
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT − Giá trị cực đại của lực ma sát nghỉ xấp xỉ bằng lực ma sát trượt. 2. Lực ma sát lăn a. Định nghĩa: Lực ma sát lăn là lực xuất hiện khi vật chuyển động lăn, có tác dụng cản lại chuyển động lăn. b. Đặc điểm: Lực ma sát lăn cũng tỉ lệ với lưc nén vuông góc, nhưng hệ số ma sát lăn nhỏ hơn hệ số ma sát hàng chục lần. V/ Lực hướng tâm 1. Định nghĩa: Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm 2. Công thức: 풗 푭 = = = 흎 풓 풉풕 풉풕 풓 Trong đó: 퐹ℎ푡: là lực hướng tâm (N) : là khối lượng của vật (kg) 2 ℎ푡: là gia tốc hướng tâm (m/s ) 푣: là tốc độ dài của vật chuyển động tròn đều (m/s) : là bán kính quỹ đạo tròn (m) 휔: là tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều (rad/s) 3.2.1.3. Bài toán về chuyển động ném ngang I/ Khảo sát chuyển động của vật ném ngang 1. Chọn hệ trục toạ độ và gốc thời gian − Chọn hệ trục toạ độ Đề-các Oxy, trục Ox hướng theo véc tơ vận tốc ⃗⃗⃗0⃗, trục Oy hướng theo véc tơ trọng lực 푃⃗⃗⃗⃗. − Chọn gốc thời gian lúc bắt đầu ném 2. Phân tích chuyển động ném ngang Chuyển động của các hình chiếu Mx và My trên các trục Ox và Oy gọi là các chuyển động thành phần của vật M: 52
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT ⃗⃗⃗⃗ 0 x 0 h M ⃗⃗⃗⃗⃗ 푌 ⃗⃗⃗⃗⃗ 푌 Đất y − Trên trục Ox ta có: ax = 0; vx = vo; x =v0t 1 2 − Trên trục Oy ta có: ay = g; vy = gt; y = 푡 2 II/ Xác định chuyển động của vật 1. Dạng của quỹ đạo và vận tốc của vật 2 − Phương trình quỹ đạo: = 2 2 0 2 2 − Phương trình vận tốc: 푣 = √( 푡) + 푣0 2. Thời gian chuyển động 2ℎ 푡 = √ 3. Tầm ném xa 2ℎ L = xmax =v0t = v0√ 3.2.2. Hướng dẫn giải một số bài tập phần động lực học Bài tập 1. Xe tải khối lượng = 1 tấn bắt đầu chuyển động trên mặt đường nằm ngang. Biết hệ số ma sát lăn giữa xe và mặt đường là  = 0,1. Ban đầu lực kéo của động cơ là 2000N a. Tìm vận tốc và quãng đường chuyển động sau 10(s) 53
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT b. Trong giai đoạn kế, xe chuyển động đều trong t = 20s. Tìm lực kéo của động cơ xe trong giai đoạn này. c. Sau đó xe tắt máy, hãm phanh và dừng lại sau khi bắt đầu hãm phanh 2s. Tìm lực hãm. d. Tính vận tốc trung bình của xe trong suốt thời gian chuyển động. 1. Mục đích của bài tập: Rèn kĩ năng tính toán các đại lượng vật lý vận tốc, gia tốc, vận tốc trung bình, lực tác dụng 2. Hướng dẫn giải: Bước 1: Tóm tắt − Cho: m = 1 tấn; = 0; 휇 = 0,1; Fk= 2000N − Tìm: a. 푣1 =? , 푠1 =? b. 퐹퐾 = ? c. 퐹ℎ = ? y d. 푣̅ = ? x 퐹⃗⃗⃗⃗ ⃗ 0 퐹⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 푠 푃⃗⃗ Bước 2: Xác lập mối liên hệ − Gọi 푠1 là quãng đường xe chuyển động trong 10s; 푠2 là quãng đường trong giai đoạn kế xe chuyển động đều trong thời gian 20s; 푠3 là quãng đường sau đó xe tắt máy, hãm phanh và dừng lại sau khi bắt đầu hãm phanh 2s. a. Xe chuyển động sau 10s 54
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT − Chọn gốc thời gian là lúc xe bắt đầu chuyển động ⃗⃗⃗⃗⃗ − Các lực tác dụng lên xe tải:퐹 , NPF,,ms − Chọn chiều dương như hình vẽ − Áp dụng định luật II Niu- tơn ta được: Fk+ N + P + F ms = ma (1) − Chiếu (1) lên trục Oy ta được: N− P =0 N = P = mg (2) − Chiếu (1) lên trục Ox ta được: Fk−= F ms ma (3) FF− F−− N F mg − Từ (2) + (3) a =k ms =kk = (4) m m m − Ta có công thức:v1=+ v 01 a 1 t 1 (5) 1 và s= a t 2 (6) 12 1 1 b. Lực kéo của động cơ khi xe chuyển động đều − Khi xe chuyển động đều gia tốc = 0 (7) − Từ (4) => Fk− F ms =0 F k = F ms = N = mg (8) c. Lực hãm khi xe tắt máy: − Khi xe tắt máy xe chuyển động chậm dần với gia tốc a3 v3−− v 03 v 3 v 1 Với a3 == (9) tt33 Ta có: −Fhh − mg = ma33 F = −() mg + ma (10) d. Vận tốc trung bình của xe: 1 Ta có 푠 = 푡2 là quãng đường xe chuyển động nhanh dần đều (11) 1 2 1 1 푠2 = 푣푡2 là quãng đường xe chuyển động thẳng đều (12) 55
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 2 2 푣3 −푣1 푠3 = là quãng đường xe chuyển động chậm dần đều (13) 2 3 s++ s s Ta có : v = 1 2 3 (14) t1++ t 2 t 3 Bước 3: Luận giải, tính toán kết quả: • Sơ đồ luận giải (2) (5) 푣1 (4) (1) (3) (6) 푠 1 (4),(7) (8) 푊 (9),(10) 푊ℎ (11),(2),(13) (14) 푣̅ • Kết quả 2 a. 푣1 = 10( /푠 ), 푠1 = 50( /푠) b. 퐹퐾 = 1000( ) c. 퐹ℎ = 4000( ) d. 푣̅ = 8,125( /푠) * Giải tóm tắt: a. Thay số vào (4) ta được: F−  mg 2000− 0,1.1000.10 a=k = =1( m / s2 ) m 1000 2 Thay số vào (5) ta được: v1 =0 + 1.10 = 10 ( m / s ) Thay số vào (6) ta được: 56
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 11 s= a t22 =.1.10 = 50( m / s ) 122 1 1 b. Thay số vào (8) ta được: Fk = mg =0,1.1000.10 = 1000( N ) c. Lực hãm khi xe tắt máy: vv31− 0− 10 Với: a3 = = = −5( m / s ) t3 2 Thay số vào (10) ta được: FNh = −(0,1.1000.10 + 1000.(5)) = 4000( ) d. Vận tốc trung bình của xe: s1=50( m ), s 2 = vt 2 = 10.20 = 200( m ) 22 22 vv31− 0− 10 s3 = = = 10(m ) 2a3 2.(− 5) Thay số vào (14) ta được: 50++ 200 10 v==8,125( m / s ) 10++ 20 2 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập: - Học sinh không xác định được chuyển động của xe trong các giai đoạn và các công thức tính quãng đường, vận tốc. 4. Định hướng tư duy học sinh: - Chuyển động của xe trong các giai đoạn trên có giống nhau hay không? Vì sao? - Áp dụng định luật nào để xác định được gia tốc của xe? Bài tập 2. Một bản gỗ A được đặt trên một mặt phẳng nằm ngang. Bản A được nối với một bản gỗ B khác bằng một sợi dây vắt qua một ròng rọc cố định. Khối lượng của dây coi như không đáng kể. Cho mA= 200g; mB = 300g, hệ số ma sát giữa bản A và mặt phẳng nằm ngang k = 0,25, g = 10m/s2. Tính lực căng của dây biết ròng rọc có khối lượng không đáng kể; 1. Mục đích của bài tập: 57
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Rèn kĩ năng nhận biết và biểu diễn các lực tác dụng lên vật, xây dựng phương pháp giải bài toán bằng phương pháp động lực học 2. Hướng dẫn giải: Bước 1: Tóm tắt 2 − Cho: = 200 ; = 300 ; = 0,25; = 10 /푠 − Tìm: =? Ròng rọc có khối lượng không đáng kể. Bước 2: Xác lập các mối liên hệ Áp dụng định luật II Newton: Vật A: 푃⃗⃗⃗⃗ ⃗ + ⃗⃗⃗⃗ ⃗ + ⃗⃗⃗ ⃗ + 퐹⃗⃗⃗ 푠⃗⃗⃗⃗ = ⃗⃗⃗⃗ ⃗ (1) Vật B: 푃⃗⃗⃗⃗ ⃗ + ⃗⃗⃗⃗ ⃗ = ⃗⃗⃗⃗ ⃗ (2) Chiếu lên phương chuyển động ta được: Vật A: − 퐹 푠 = (3) Vật B: 푃 − = (4) ′ ′ Ròng rọc có khối lượng không đáng kể = = = = ; = = Cộng (3) và (4) vế theo vế ta được: 푃 − = ( + ) ( − ) = (5) + Bước 3: Luận giải, tính toán kết quả • Sơ đồ luận giải (5) (1)(2) (3)(4) (4) 58
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT • Kết quả a. = 1,5( ) b. = 1( ), = 2,25( ) * Giải tóm tắt Áp dụng định luật II Newton: Vật A: 푃⃗⃗⃗⃗ ⃗ + ⃗⃗⃗⃗ ⃗ + ⃗⃗⃗ ⃗ + 퐹⃗⃗⃗ 푠⃗⃗⃗⃗ = ⃗⃗⃗⃗ ⃗ (1) Vật B: 푃⃗⃗⃗⃗ ⃗ + ⃗⃗⃗⃗ ⃗ = ⃗⃗⃗⃗ ⃗ (2) Chiếu lên phương chuyển động ta được: Vật A: − 퐹 푠 = (3) Vật B: 푃 − = (4) Theo đề ta có: = = AABB =  =  =  Cộng (3) và (4) vế theo vế ta được: 푃 − = ( + ) ( − ) = + → = 푃 − = 1,5( ) 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập: − Học sinh gặp khó khăn khi chưa biết áp dụng định luật nào để xác định lực căng dây. − Học sinh gặp khó khăn trong việc xác định các lực khi chiếu lên phương chuyển động của vật. − Học sinh còn gặp khó khăn trong việc rút biểu thức, thay số liệu. − Khi coi ròng rọc là một đĩa tròn thì học sinh quên công thức momen quán tính I của một vật rắn đồng chất có khối lượng m. 4. Định hướng tư duy học sinh: 59
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT - Hãy xác định các lực tác dụng lên hai vật? Viết phương trình động lực học tương ứng với chuyển động của mỗi vật - Khi coi ròng rọc là một đĩa tròn có khối lượng 1 kg thì lực căng dây lúc này có thay đổi không? Vì sao? 0 Bài tập 3. Một vật khối lượng m1 = 3kg nằm trên mặt phẳng nghiêng góc 30 so với phương nằm ngang và được nối với vật m2 = 2kg bằng một sợi dây không dãn, khối lượng của dây không đáng kể. Cho g = 10m/s2. Hãy tính gia tốc chuyển động của các vật và lực căng của các sợi dây biết ròng rọc có khối lượng không đáng kể Bỏ qua ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng. m 1 1. Mục đích của bài tập: m2 Rèn kĩ năng nhận biết và biểu diễn các lực tác dụng lên vật, xây dựng phương pháp giải bài toán bằng phương pháp động lực học 2. Hướng dẫn giải: Bước 1: Tóm tắt 0 2 − Cho: 1 = 3 ; 2 = 2 ; 훼 = 30 ; = 10 /푠 Sợi dây không dãn, khối lượng của dây không đáng kể. − Tìm: =? ; =? Bỏ qua khối lượng của ròng rọc; Bước 2: Xác lập các mối liên hệ Áp dụng định luật II Newton: Vật 1: 푃⃗⃗⃗1⃗ + ⃗⃗⃗⃗1⃗ + ⃗⃗⃗1⃗ = 1 ⃗⃗⃗⃗1⃗ (1) Vật 2: 푃⃗⃗⃗2⃗ + ⃗⃗⃗2⃗ = 2 ⃗⃗⃗⃗2⃗ (2) Vì 푃1푠𝑖푛훼 < 푃2 nên hệ chuyển động: m2 chuyển động thẳng đứng hướng xuống, m1 chuyển động dọc theo phương của mặt phẳng nghiêng hướng lên. Chiếu lên phương chiều chuyển động ta được: Vật 1: 1 − 푃1푠𝑖푛훼 = 1 1 (3) 60
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Vật 2: 푃2 − 2 = 2 2 (4) Theo đề ta có: 1 = 2 = 1 =  1 =  2 =  2 Cộng (3) và (4) vế theo vế ta được: 푃2 − 푃1푠𝑖푛훼 = ( 1 + 2) (5) ( − 푠𝑖푛훼) → = 1 2 1+ 2 → = 푃2 − 2 Bước 3: Luận giải, tính toán kết quả • Sơ đồ luận giải (5) (1)(2) (3)(4) • Kết quả: a. = 1( /푠2); = 18( ) 2 b. = 0,91( /푠 ); = 17,73( ); = 18,18( ) * Giải tóm tắt Áp dụng định luật II Newton: Vật 1: 푃⃗⃗⃗1⃗ + ⃗⃗⃗⃗1⃗ + ⃗⃗⃗1⃗ = 1 ⃗⃗⃗⃗1⃗ (1) Vật 2: 푃⃗⃗⃗2⃗ + ⃗⃗⃗2⃗ = 2 ⃗⃗⃗⃗2⃗ (2) Chiếu lên phương chuyển động ta được: Vật 1: 1 − 푃1푠𝑖푛훼 = 1 1 (3) Vật 2: 푃2 − 2 = 2 2 (4) Theo đề ta có: 1 = 2 = 61
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Cộng (3) và (4) vế theo vế ta được: 푃2 − 푃1푠𝑖푛훼 = ( 1 + 2) (5) ( − 푠𝑖푛훼) → = 1 2 = 1( /푠2) 1+ 2 → = 푃2 − 2 = 18( ) 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải bài tập: - Học sinh gặp khó khăn trong việc xác định chiều chuyển động của hệ vật. - Học sinh gặp khó khăn trong việc xác định các lực khi chiếu lên phương, chiều chuyển động của hệ vật. 4. Định hướng tư duy học sinh: - Hãy xác định và biểu diễn các lực tác dụng lên mỗi vật? - Viết phương trình động lực học tương ứng với chuyển động của mỗi vật. Bài tập 4. Ở đỉnh của hai mặt phẳng nghiêng hợp với mặt phằng nằm ngang các góc α=300 và β = 450, có gắn một ròng rọc khối lượng không đáng kể. Dùng một sợi dây vắt qua ròng rọc, hai đầu dây nối với hai vật A và B đặt trên các mặt phẳng nghiêng. Khối lượng của các vật A và B đều bằng 1kg. Bỏ qua các lực ma sát. Tìm gia tốc của hệ và lực căng của dây biết khối lượng của ròng rọc không đáng kể. Cho g = 9,8 m/s2. 1. Mục đích của bài tập: Rèn kĩ năng nhận biết và biểu diễn các lực tác dụng lên vật, xây dựng phương pháp giải bài toán bằng phương pháp động lực học 2. Hướng dẫn giải: Bước 1: Tóm tắt − Cho: 훼 = 30 ; 훽 = 45 ; 1 = 2 = 1 Bỏ qua các lực ma sát. − Tìm: =? ; =? 62
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Khối lượng của ròng rọc không đáng kể. Bước 2: Xác lập các mối quan hệ: Áp dụng định luật II Newton: Vật A: 푃⃗⃗⃗1⃗ + ⃗⃗⃗⃗1⃗ + ⃗⃗⃗1⃗ = 1 ⃗⃗⃗⃗1⃗ (1) Vật B: 푃⃗⃗⃗2⃗ + ⃗⃗⃗⃗2⃗ + ⃗⃗⃗2⃗ = 2 ⃗⃗⃗⃗2⃗ (2) Chiếu lên phương chuyển động ta được: Vật A: 1 − 푃1푠𝑖푛훼 = 1 1 (3) Vật B: 푃2푠𝑖푛훽 − 2 = 2 2 (4) Theo đề ta có: 1 = 2 =  =   =   =   Cộng (3) và (4) vế theo vế ta được: 푃2푠𝑖푛훽 − 푃1푠𝑖푛훼 = ( 1 + 2) (5) ( 푠𝑖푛훽 − 푠𝑖푛훼) → = 2 1 1 + 2 1 2(푠𝑖푛훽+푠𝑖푛훽) → 1 = 2 = 1+ 2 Bước 3: Luận giải, tính toán kết quả Sơ đồ luận giải (5) (1)(2) (3)(4) = 1 2 • Kết quả: 2 a. = 1,02( ⁄푠 ); 1 = 2 = 5,9( ) 2 b. = 0,81( ⁄푠 ); 1 = 5,71( ); 2 = 6,11( ) * Giải tóm tắt: 63
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Áp dụng định luật II Newton: Vật A: 푃⃗⃗⃗1⃗ + ⃗⃗⃗⃗1⃗ + ⃗⃗⃗1⃗ = 1 ⃗⃗⃗⃗1⃗ (1) Vật B: 푃⃗⃗⃗2⃗ + ⃗⃗⃗⃗2⃗ + ⃗⃗⃗2⃗ = 2 ⃗⃗⃗⃗2⃗ (2) Vì 푃2푠𝑖푛훽 > 푃1푠𝑖푛훼 nên hệ chuyển động: m2 chuyển động dọc theo phương của mặt phẳng nghiêng hướng xuống, m1 chuyển động dọc theo phương của mặt phẳng nghiêng hướng lên. Chiếu lên phương chuyển động ta được: Vật A: 1 − 푃1푠𝑖푛훼 = 1 1 (3) Vật B: 푃2푠𝑖푛훽 − 2 = 2 2 (4) Theo đề ta có: 1 = 2 =  =   =   =   Cộng (3) và (4) vế theo vế ta được: 푃2푠𝑖푛훽 − 푃1푠𝑖푛훼 = ( 1 + 2) (m sin − m sin ) g a =21 = 1,02( m / s2 ) mm12+ m12. m .(sin + sin ) g TTN12 = = = 5,9( ) mm12+ 3. Khó khăn, sai lầm của học sinh khi giải: − Học sinh gặp khó khăn trong việc xác định chiều chuyển động của hệ vật. − Học sinh gặp khó khăn trong việc xác định các lực khi chiếu lên phương, chiều chuyển động của hệ vật. * Câu hỏi gợi ý: - Hãy xác định và biểu diễn các lực tác dụng lên mỗi vật - Làm thế nào có thể xác định chiều chuyển động của hệ vật Bài tập 5. Từ đỉnh ngọn tháp cao 80m, một quả cầu được ném theo phương ngang với vận tốc đầu 20 m/s2. 64
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT a) Viết phương trình tọa độ của quả cầu. Xác định tọa độ của quả cầu sau khi ném 2s. b) Viết phương trình quỹ đạo của quả cầu. Quỹ đạo này là đường gì? c) Xác định vị trí và vận tốc của quả cầu khi chạm đất. Lấy g = 10m/s2 1. Mục đích của bài tập: Rèn kĩ năng giải bài tập chuyển động ném ngang. 2. Hướng dẫn giải: Bước 1: Tóm tắt − Cho: ℎ = 80 2 푣0 = 20 /푠 − Tìm: a) Viết phương trình tọa độ của quả cầu. Xác định tọa độ của quả cầu sau khi ném 2s. b) Viết phương trình quỹ đạo của quả cầu. Quỹ đạo này là đường gì? c) Xác định vị trí và vận tốc của quả cầu khi chạm đất. Bước 2: Xác lập các mối quan hệ: Khi vật được ném theo phương ngang từ đỉnh một ngọn tháp (gốc tọa độ O) theo phương Ox với vận tốc 푣⃗⃗⃗⃗0⃗ và không chịu tác dụng của lực nào thì theo định luật I Newton chuyển động thẳng đều. Theo phương Oy vật chịu tác dụng của trọng lực 푃⃗⃗ thì vật chuyển động biến đổi đều. Áp dụng phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều: 푣 = 푣0 + 푡 ; 푣 = 푣0 + 푡 a. Áp dụng phương trình tọa độ: = 푣0 푡 (1) 1 = 푡2 (2) 2 b. Phương trình quỹ đạo 65
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 1 2 Thay (1) vào (2) ta được: = 2 (3) 2 푣0 Quỹ đạo là đường Parabol, đỉnh O c. Thời gian quả cầu chạm đất: ( = ℎ) 2ℎ Ta có: 푡 = √ (4) − Khoảng cách từ chân tháp đến nơi quả cầu rơi: = 푣0푡 2 2 − Vận tốc quả cầu khi chạm đất: 푣 = √( 푡) + 푣0 Bước 3: Luận giải, tính toán kết quả • Sơ đồ luận giải: (1)(2) M(x,y) x (3) (4) v • Kết quả: + Phương trình tọa độ của quả cầu: = 푣0푡 = 20푡 ( ) 1 = 푡2 = 5푡2 ( ) 2 + Tọa độ quả cầu sau khi ném 2s là: M (40, 20) 2 1 2 + Phương trình quỹ đạo: = 2 = 0,01225 2 푣0 Quỹ đạo là đường Parabol, đỉnh O. + Vị trí của quả cầu khi chạm đất là: x = 80(m) Vận tốc của quả cầu khi chạm đất là: y = 44,72 (m/s) * Giải tóm tắt: − Chọn hệ trục tọa độ Oxy: Ox hướng theo 푣⃗⃗⃗⃗0⃗ 66
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT Oy hướng xuống dưới − Gốc tọa độ O ở đỉnh tháp. − Gốc thời gian t0 lúc vừa ném vật. a. Phương trình tọa độ của quả cầu: Ta có: = 푣0푡 = 20푡 ( ) (1) 1 = 푡2 = 5푡2 ( ) (2) 2 Tọa độ của quả cầu t=2s là: M(x, y) Với = 20푡 = 20.2 = 40 ( ) và = 5푡2 = 5.4 = 20 ( ) Vậy tọa độ quả cầu sau khi ném 2s là: M (40, 20) b. Phương trình quỹ đạo 2 1 2 Thay (1) vào (2) ta được: = 2 = 0,01225 2 푣0 Quỹ đạo là đường Parabol, đỉnh O c. Thời gian quả cầu chạm đất: ( = ℎ) 2ℎ Ta có: 푡 = √ với h = 80(m) 2.80 Nên: 푡 = √ = 4(푠) 10 − Khoảng cách từ chân tháp đến nơi quả cầu rơi: = 푣0푡 = 20푡 = 20.4 = 80( ) − Vận tốc quả cầu khi chạm đất: 푣 = √( 푡)2 + 푣2 = √402 + 202 = 44,72 ( ) 0 푠 3. Khó khăn và sai lầm của học sinh khi giải bài tập: − Chọn hệ trục tọa độ không thích hợp. − Không phân tích được dạng chuyển động của vật chuyển động. 67
Bài giảng Phương pháp giải bài tập vật lý THPT 4. Định hướng tư duy học sinh: - Có thể phân tích chuyển động của vật thành hai chuyển động theo hai trục Ox và Oy được không? - Vật chuyển động như thế nào theo trục Ox? - Vật chuyển động như thế nào theo trục Oy? 3.2.3. Những điểm cần lưu ý về phương pháp Phương pháp cơ bản khi vận dụng định luật Newton là phương pháp động lực học. a. Khi tìm hiểu đề bài phải phải vẽ hình trên đó ghi rõ các đặc trưng động học được đề cập trong bài. Đặc biệt chú ý đến biễu diễn các lực trên hình vẽ và đổi đơn vị. Lưu ý rằng, vì vật được coi như chuyển động tịnh tiến và do đó được coi như một chất điểm nên có thể biểu diễn điểm đặt của lực lên vật là trọng tâm O của nó. b. Để có thể lập được phương trình chuyển động cần xét xem vật chuyển động đã cho chịu tác dụng của những lực nào và biểu diễn của các lực đó. Chú ý rằng trong cơ học chỉ có 3 loại lực; đàn hồi , ma sát ,hấp dẫn, trọng lực bao giờ cũng có phương thẳng đứng, lực ma sát tiếp tuyến với mặt tiếp xúc và lực đàn hồi thường có hai dạng: dây kéo và phản lực của mặt đường. Nếu là phản lực của mặt đường thì phương vuông góc với mặt đường. Khi đề cập đến các lực tương tác giữa hai vật cần được phân tích theo trình tự: + Tìm các lực bằng và ngược hướng mà vật tác dụng lên vật khác. + Xem mỗi vật là riêng biệt và tìm tất cả các lực tác dụng lên nó. + Xác định xem điều gì xảy ra với vật đang xét: chuyển động của vật có thay đổi không, có biến dạng không c. Nếu bài tập đề cập tới một hệ gồm nhiều vật liên kết với nhau, cùng chuyển động nhưng gia tốc của chúng khác nhau thì phải xét riêng từng vật một rồi từ đó tìm mối liên hệ giữa gia tốc của các vật với nhau. d. Dựa trên sự xem xét các lực tác dụng lên từng vật ta có thể áp dụng định luật II Newton để lập phương trình đó. Trong phương trình này vế trái là tổng hợp các lực tác dụng lên vật, vế phải là tích số của khối lượng và gia tốc vật – trong đó gia tốc của chuyển động của 68