Tài liệu Giáo án bồi dưỡng học sinh giỏi chủ đề động lực học chất điểm

GIÁO ÁN CHỦ ĐỀ “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” I. Mục tiêu bài học: - Nêu được phương pháp chung giải BT vật lí. - Rút ra được phương pháp giải BT có vận dụng định luật bảo toàn động lượng; định luật bảo toàn cơ năng; định luật bảo toàn năng lượng và định lí về động năng qua giải các BT trong hệ thống đã soạn thảo. - Có kĩ năng tự nghiên cứu, làm việc độc lập. Hợp tác giữa các thành viên trong mỗi nhóm và giữa các nhóm. - Có kĩ năng vận dụng lí thuyết vào việc giải các dạng BT cụ thể và giải một bài tập bằng các cách khác nhau. 3. Thái độ: - Hứng thú trong học tập, tích cực chủ động thực hiện nhiệm vụ học tập. II. Chuẩn bị: GV: + Phát tài liệu tự học cho HS nghiên cứu trước. + Phân công các nhóm tự học ở nhà theo 3 giai đoạn. Phát đề bài tập trong hệ thống đã xây dựng theo nhóm. Phân công thư kí từng nhóm và thư kí chung. + Chuẩn bị giáo án điện tử. HS: Tự học ở nhà theo 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: Tự học cá nhân. + Giai đoạn 2: Tự học theo nhóm được phân công. + Giai đoạn 3: Trao đổi, thảo luận lẫn nhau giữa các nhóm. III. Phương pháp: Đàm thoại, định huớng gợi mở; Tổ chức hoạt động nhóm; Nêu vấn đề và giải quyết vấn đề. IV. Thiết kế các hoạt động dạy học trên lớp Hoạt động của GV Hoạt động của HS Hoạt động 1: Tìm hiểu việc chuẩn bị bài của HS GV: -Kiểm tra các BT ở - Thư kí chung của các nhóm: Báo cáo kết quả tự học nhà. - Nêu nhận xét và đánh giá kết quả hoạt động tự học ở nhà . của HS. Hoạt động 2: Đối chiếu lời giải của HS với đáp án (đối với các BT mà HS đã giải quyết tốt). - GV nhấn mạnh, khắc sâu + Thành viên các nhóm xem, lắng nghe; đặt câu hỏi những kiến thức cần áp và thực hiện yêu cầu của GV. dụng; PP giải đối các BT cùng dạng; - Gợi ý bằng cách đặt câu hỏi để HS tìm thêm cách giải khác (nếu còn) và so sánh ưu nhược điểm của các cách đó. Hoạt động 3: Hướng dẫn và giải đáp một số bài trong số các bài trong hệ thống. Bài 1: Một người trượt băng có khối lượng M=60 kg, đang đứng yên, ném ra phía trước một quả tạ có khối lượng m=5kg với vận tốc v= 12 m/s đối với sân băng. bỏ qua ma sát giữa giày và sân băng. Tính công mà người ấy thực hiện trong hệ quy chiếu gắn với người ấy. - Dùng PP phân tích: Hiện tượng xảy ra đối với người + Tạ bay về phía trước theo quỹ đạo của chuyển động và đối với tạ? ném xiên, còn người trượt về phía sau vì sân băng trơn. + A  Fs cos  không phù hợp vì không biết F, s; A   Wđ thì được vì đã biết m và tính được v. Vậy phải tính -Tính công bằng những công thông qua độ biến thiên động năng của tạ. công thức nào? - Cần tính động năng của tạ so với sân hay so với + So với người. + Công thức cộng vận tốc: ur ur ur u u u v13  v12  v23 người? - Tạ chuyển động so với người, người chuyển động so với sân, vậy vận tốc của tạ so với người được tính bằng + Dựa vào định luật bảo toàn động lượng. công thức nào? + Động lượng hệ chỉ bảo toàn theo phương ngang. - Trong công thức cộng vận tốc, Đã biết một vận tốc (tạ 1 + Ba công thức: Định lí biến thiên động năng; cộng so với sân 3), còn các vận tốc vận tốc và bảo toàn động lượng theo phương ngang. khác muốn tìm được thì dựa  mv12 vào đâu? - Động lượng hệ được bảo toàn theo phương nào? - Lập phương trình để giải ?  2 0  A  ur ur ur  vu  vu  vu ;  13 12 23   ur u ur u  0  mv13  M v23  + Biết m,M, v13 và các véctơ vận tốc cùng phương. Hệ có 3 ẩn là A, v12 và v23 Chuyển sang dạng đại số được: - Giải hệ các phương trình.  mv 2 12 0  A  2 Đáp số cụ thể?  v  v  v  13 12 23    0  mv13  Mv23 Thay số và giải hệ ta tìm được: mv13   v23  M  1m / s   v12  v13  v23  13m / s    mv 2  A  12  422,5 J 2  - Phát triển đề thành bài mới: Trong bài tập, giả thiết các số liệu như cũ nhưng: a) Vẫn dùng định luật bảo toàn động lượng và công thức cộng vận tốc để tính vận tốc của tạ so với người, chỉ khác là động lượng ban đầu của hệ khác không. ' b) Nếu người không bị trượt thì v23  0 , vận tốc của a) người không đứng yên mà đang chuyển động với vận tốc 3m/s thì ném tạ về phía sau. Tính công mà ' ' tạ là v12  v13  13m / s lớn hơn v12 vì không tốn công làm người trượt ra phía sau. người ấy thực hiện trong hệ quy chiếu gắn với người ấy. b) nếu người cũng tốn một công như cũ nhưng đứng trên sàn đất và không bị trượt. Tính vận tốc của quả tạ. Hãy nêu cách giải? Bài 2: Một quả cầu khối lượng M= 300g nằm ở mép bàn. Một viên đạn khối lượng m=10g bắn theo phương nằm ngang vào tâm quả cầu, xuyên qua quả cầu và rơi cách mép bàn s2=15m, còn quả cầu rơi cách mép bàn s 1=6m. Biết bàn cao h=1m, Lấy g=9,8m/s2. Hãy tính: a) Vận tốc ban đầu v0 của viên đạn. b) Nhiệt lượng toả ra trong va chạm. a) Dùng PP vẽ hình để suy luận và PP tổng hợp để giải. - Vẽ hình mô tả diễn biến của hiện tượng? m M v0 v1 v 2 h s1 s2 - Xác định dạng chuyển động của quả cầu (vật 1) và +Là hai chuyển động ném ngang. đạn (vật 2) sau khi đạn xuyên qua? + Thời gian rơi; tầm ném xa; định luật bảo toàn động -Lập các phương trình và lượng. giải? +  2h  t1  t 2  g   s  v1  1 t1    v2  s2 t2    mv0  Mv1  mv2 1   t  4,9 s     v1  6 4,9m / s   v2  15 4,9m / s  v0  432m / s  b) -Tính nhiệt lượng toả ra trong va chạm ? + Tính hiệu của tổng động năng trước va chạm và tổng động năng sau va chạm. Q - Phát triển đề thành bài mới: Từ bài toán, nêu một PP xác định vận tốc của đạn 1 2 1 1 2 mv0   Mv12  mv2  2 2 2  + + Thay số tìm được Q  901J + Trình bày cơ sở lí thuyết, cách tiến hành và dụng cụ cần thiết. ngay khi nó vừa ra khỏi nòng súng ? Bài 3 : Một vật nhỏ có khối lượng m=0,1kg được treo vào một dây cao su có hệ số đàn hồi k=10N/m đầu kia của dây cố định. Kéo lệch cho dây nằm ngang và có chiều dài tự nhiên l0  1m rồi thả ra không có vận tốc ban đầu. Bỏ qua khối lượng của dây. Lấy g=10m/s2. Biết rằng dây cao su bị dãn nhiều nhất khi đi qua vị trí thẳng đứng, tính độ dãn l của dây và vận tốc v của vật khi đi qua vị trí ấy. Kết hợp hai PP phân tích và tổng hợp để giải. - Trong quá trình chuyển giãn, vậy có + Dây giãn, có trọng lực P  mg và lực căng dây những lực nào tác dụng lên T  k .l . vật ? +Vẽ hình - Vẽ hình ? đặt l  x động dây l0 O l0  xT - Trong quá trình chuyển + Cơ năng của vật được động đại lượng nào được bào toàn. bảo toàn? B P WA= WB + Tại B gia tốc vật có phương trùng OB, chiều hướng - Tại B gia tốc của vật có về O. Phương trình là: phương chiều thế nào? Lập phương trình ? u u r r r v2 T  P  ma  T  P  m l0  x +Chọn mốc thế năng trọng trường tại B.  T  kx   v2 T  mg  m  l0  x   v2 1  mg  l0  x   m  kx 2 2 2  + Ba phương trình, ẩn là T, x và v. - Giải phương trình? T  2,5 N   x  0, 25m  v  4,33m / s Giải hệ được :  - Phát triển đề thành bài + Áp dụng kiến thức về va chạm và bảo toàn cơ năng mới: Nếu tại B, vật va chạm sau va chạm. (đàn hồi hoặc mềm với một quả cầu khối lượng m2 (được treo bởi một sợi dây không không dãn, dài l  l0  x ). Hỏi các vật lên cao nhất những khoảng bao nhiêu? Để giải được ta cần áp dụng kiến thức nào ? Bài 4 : Vật chuyển động không vận tốc đầu xuống hố, thành hố nhẵn và thoải dần sang đáy hố nằm ngang . Chiều dài phần đáy l = 2m. Hệ số ma sát giữa vật và đáy hố là k = 0,3. Chiều sâu của hố là H=5m ( Hình 4.4). Tìm khoảng cách từ vị trí vật A dừng lại tới điểm giữa của hố. Kết hợp hai PP phân tích và tổng hợp để giải. I x - Tính chất chuyển động + Trên thành hố nhẵn, chuyển động không ma sát, đi của vật trên hai đoạn xuống nhanh dần; đi lên chậm dần. Còn ở đoạn đáy hố đường: Trên thành hố và thì chuyển động có ma sát, chuyển động chậm dần đoạn đáy hố? đều cho đến lúc dừng lại. + Trọng lực và lực ma sát sinh công còn phản lực không sinh công. - Trong quá trình chuyển + mgH  mgs động những lực nào sinh ( Với s là tổng chiều dài quãng đường đi trên đáy hố công? của tất cả các lần đi và về). - Áp dụng định luật biến thiên cơ năng cho toàn bộ + s  nl  a . trong đó a là chiều dài đoạn đường trên quá trình sẽ được phương đáy hố trong lượt đi cuối cùng. trình gì? x l a 2 - Gọi số lần đi hết chiều dài + Thay số vào các phương trình trên tìm được : đáy hố là n thì liên hệ giữa n,l và s như thế nào? 1 x m 3 . + Để dừng đúng điểm giữa đáy hố thì s phải thoả - Tính khoảng cách x theo s,n,l, a? mãn : s  nl  l 2 Giải hệ bất phương trình và phương trình :   l    nl  2   H     l   0    nl    5 2   n  0   ta được : 0  n  7, 33 H4.4 + n phải nguyên và cả giá trị 0. Vậy có 8 điểm. Thay n=0, n=1 vào phương trình đầu tiên của hệ trên, tìm - Phát triển đề thành bài được H0 và H1. Hiệu H0-H1 chính là khoảng cách d mới: Có bao nhiêu điểm cần tìm. d=0,6m. trên một thành bên của hố + Phát triển đề bài vừa giải thành đề bài mới. mà tại đó vật được thả không vận tốc đầu thì khi dừng lại, nó dừng lại chính Fms giữa đáy hố? Các điểm này có độ cao cách nhau một khoảng d bằng bao nhiêu? Bài 5 : Toa xe có khối lượng M đang chuyển động trên đường ray nằm ngang với vận tốc v=3 m/s thì một vật nhỏ có khối lượng m=M/5 rơi nhẹ xuống mép trước của sàn xe. Sàn có chiều dài L=4m. Hệ số ma sát giữa vật và sàn là k=0,1. Lấy g=10m/s2 ( Hình 4.5). Vật có thể sau khi trượt nằm yên trên sàn hay không? Nếu được - Kết hợp PP giả định và cực trị để suy luận và kết Hình 4.5 hợp PP phân tích và tổng hợp để tìm lời giải. + So sánh l với L. Điều kiện để vật không rơi ra sau -Điều kiện để vật không rơi xe là: l  L suy ra cần tìm l. ra sau xe ? giả sử chiều dài xe tối thiểu là l. + Trong quá trình vật còn trên xe, vận tốc của xe giảm dần từ v0 đến v còn vận tốc của vật tăng dần từ 0 đến - Vận tốc vật và xe thay đổi như thế nào trong quá trình v. Đến khi vật dừng trên sàn thì cả vật và xe có cùng vận tốc v. vật trượt trên sàn xe? - Vẽ hình biểu diễn các lực tác dụng lên xe và vật theo phương ngang? + Động lượng của hệ bảo toàn theo phương ngang vì hai lực ma sát là nội lực, ta có : F’ms MV0  ( M  m)v + Động năng xe thay đổi do lực ma sát của vật tác - Xét hệ (vật + xe) đại dụng lên sàn xe. Áp dụng định lí động năng ta có: lượng nào được bảo toàn? 1 1 2 Mv0   M  m  v 2  mgl 2 2 - Động năng của xe thay đổi + Hệ hai phương trình trên có hai ẩn là v và l. Đã đủ do đâu? Viết phương trình để giải. Giải ra được tương ứng? 2 Mv0 2  M  m  g Thay các giá trị vào tìm được l  3, 75m - Xem thêm -