Sáng kiến kinh nghiệm Giải bài toán bằng định luật bảo toàn động lượng

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Giải bài toán bằng định luật bảo toàn động lượng

1. Trường THPT Số 3 An Nhơn Trương Quang Vinh Tổ : LÍ-ĐỊA PHẦN :MỞ ĐẦU I.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây ngành Giáo Dục đã khơng ngừng đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thơng nhằm tạo những con người thơng minh sáng tạo, đáp ứng nhu cầu phát triển đất nước. Hiện tại nĩi riêng cho bộ mơn vật lý, muốn đạt kết quả tốt thì trong quá trình nhận thức cần phải biết đối chiếu những khái niệm, định luật, mơ hình vật lý –Sản phẩm trí tuệ con người sáng tạo . Thật vậy để hiểu rõ và áp dụng một định luật vật lí học sinh phải rèn luyện khả năng tư duy, nhận thức sáng tạo của học sinh về định luật đĩ. Thực tế trong quá trình vận dụng định luật vật lí học sinh khơng ít gặp nhiều khĩ khăn . Động lượng là một khái niệm Vật lý trừu tượng đối với học sinh. Trong các bài tốn Vật lý, động lượng chỉ một đại lượng trung gian để xác định vận tốc hoặc khối lượng của vật. Động lượng cĩ ý nghĩa rất quan trọng đối với học sinh khi giải bài tập Vật lý cĩ áp dụng Định luật bảo tồn (ĐLBT) động lượng trong va chạm đàn hồi, va chạm mềm ở lớp 10 và bài tốn phản ứng hạt nhân ở lớp 12.Việc kết hợp các ĐLBT để giải một bài tốn Vật lý cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong việc phát triển tư duy của học sinh, phát huy được khả năng tư duy sáng tạo của học sinh. Khi giải bài tốn về định luật bảo tồn động lượng(ĐLBTĐL) :Khi giáo viên đã trình bày cách giải bài tốn ĐLBTĐL về sự chuyển động của các vật cùng phương. Sau đĩ giáo viên yêu cầu học sinh giải các bài tốn chuyển động khác phương thì học sinh gặp khĩ khăn Bản thân cũng đã trăn trở, trao đổi nhiều đồng nghiệp đều gặp những khĩ khăn tương tự trong quá trình dạy học giải bài tốn bằng ĐLBTĐL Vì thế tơi chọn đề tài > II.MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Giúp học sinh hiểu ý nghĩa của ĐLBT động lượng và biết vận dụng linh hoạt trong các bài tốn cơ học ở lớp 10. Rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức tốn học và sử dụng MTĐT vào việc giải bài tốn Vật lý. Giúp học sinh khắc phục được những sai lầm khi giải bài tốn bằng ĐLBTĐL, đồng thời rèn luyện cho học sinh thĩi quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả năng tư duy giúp các em học tập mơn vật lý tốt hơn . Giáo dục kỹ thuật tổng hợp: học sinh giải thích được các hiện tượng va chạm thường gặp trong đời sống. III.NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU -Định hướng tư duy khi giảng dạy lý thuyết cũng như các bài tập cơ bản cĩ liên quan đến ĐLBTĐL. - Phân loại bài tập cĩ định hướng cách giải, định hướng tư duy cho học sinh -Một số bài tập tương tự, mở rộng, nâng cao và bài tập trắc nghiệm. IV.CHUẨN BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sáng kiến kinh nghiệm Trang 1
2. Trường THPT Số 3 An Nhơn Trương Quang Vinh Tổ : LÍ-ĐỊA -Giáo viên đọc tài liệu sách giáo khoa thật kỹ, sách giáo khoa, sách giáo viên và sách tham khảo đọc thêm, tìm hiểu nội dung cĩ liên quan trên mạng - Biên soạn giáo án theo hướng đổi mới phương pháp giáo dục - Chú trọng phương pháp dạy trên cơ sở nghiên cứu khoa học - Phương pháp phân tích – tổng hợp - Phương pháp so sánh :Phát hiện sự giống nhau và khác nhau giữa các đối tượng. - Phương pháp tưởng tượng - Phương pháp tái hiện - Phương pháp tự nghiên cứu V.CƠ SỞ VÀ THỜI GIAN TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU. Với trách nhiệm giảng dạy học sinh trường THPT và những bức xúc của học sinh khi tiếp thu kiến thức. Bản thân luơn tìm tịi cách giảng dạy hiệu quả nhất cho đối tượng, mà cụ thể là học sinh vùng nơng thơn, cộng tác cùng đồng nghiệp và phụ huynh học sinh tham khảo ý kiến, sửa chữa kịp thời. Thật vậy, từ khi bắt đầu thực hiện cá nhân tơi cảm nhận được rằng học sinh đã biết cách làm dạng bài tập này . Sáng kiến kinh nghiệm Trang 2
3. Trường THPT Số 3 An Nhơn Trương Quang Vinh Tổ : LÍ-ĐỊA PHẦN : NỘI DUNG I.LÝ THUYẾT 1. Động lượng : + Định nghĩa : Động lượng của một vật cĩ khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là đại lượng được xác định bởi cơng thức: + Biểu thức : p m.v + Đơn vị : kg.m/s (hay kg.m.s–1) 2. Động lượng của hệ :  p p1 p2 m1.v1 m2.v2 3. Định luật bảo tồn động lượng cho hệ cơ lập . a)Hệ cơ lập (hệ kín) Hệ cơ lập là hệ chỉ tồn tại nội lực tương tác giữa các vật trong hệ mà khơng tồn tại ngoại lực hay cĩ ngoại lực cân bằng nhau. b) Định luật bảo tồn động lượng   p p '     Đối với hệ hai vật : ' ' m .v m .v m1v1 m2v 2 1 1 2 2 4. Nguyên tắc chuyển động bằng phản lực : Là lọai chuyển động do tương tác bên trong mà một bộ phận tách khỏi vật chuyển động về một hướng, phần cịn lại chuyển động theo hướng ngược lại 5. Hệ thức liên hệ giữa lực và biến thiên động lượng : F. t p 6.Ứng dụng của định luật bảo tịan động lượng -Súng giật khi bắn -Chuyển động bằng phản lực 7.kiến thức tốn học 1. Định lý hàm số cosin: a2 = b2 + c2 – 2bccosA 2. Giá trị của các hàm số lượng giác cơ bản ứng với các gĩc đặc biệt: Hàm\Gĩc 300 450 600 900 1200 1 2 3 3 sin 1 2 2 2 2 3 2 1 1 cos 0 2 2 2 2 1 tan 1 3 || 3 3 II.NHỮNG SAI LẦM THƯỜNG GẶP KHI GIẢI BÀI TỐN BẰNG ĐLBT ĐL Bài 1: Một người cĩ khối lương m 1=60kg đang chạy với vận tốc v 1=1m/s thì nhảy lên một chiếc xe cĩ khối lượng m2=90kg chạy song song ngược chiều ngang qua người này Sáng kiến kinh nghiệm Trang 3
4. Trường THPT Số 3 An Nhơn Trương Quang Vinh Tổ : LÍ-ĐỊA với vận v2=3m/s sau đĩ xe và người tiếp tục chuyển động theo quỹ đạo cũ. Tính vận tốc của xe sau khi người nhảy lên? Bỏ qua ma sát . HS giải - Xét hệ hai vật( người và xe) là hệ cơ lập. + Động lượng của hệ trước va chạm :      p p p 1 2 m1v1 m2v2 + Động lượng của hệ sau va chạm :      p ' = ' ' ' ' p p m1v1 m2v 2 1 2       Theo định luật bảo tồn động lượng : p p' ' ' (1) m1v1 m2v2 m1v1 m2v 2 Sai lầm của học sinh 1 : m1v1 + m2v2 = m1v1’+ m2v2’ 60x1 +90x3=(60+90)v’ 330 (v’=v1’=v2’) v’= =2,2m/s 150     Sai lầm của học sinh 2 : ' ' =60x1 +90x3=(60+90)v’ m1v1 m2v2 m1v1 m2v 2 330 (v’=v1’=v2’) v’= =2,2m/s 150 Cách giải đúng :       p p' ' ' (1) m1v1 m2v2 m1v1 m2v 2 Chiếu phương trình (1) lên chiều dương là chiều chuyển động của xe -m1v1 + m2v2 = m1v1’+ m2v2’ - 60x1 +90x3=(60+90)v’ (v’=v1’=v2’) 210 v’= =1,4m/s 150 • Như vậy sai lầm của học sinh trong trường hợp này là : Hai vật này chuyển động ngược chiều, học sinh khơng hiểu giữa đại vơ hướng và cĩ hướng . Bài 2: Một viên đạn cĩ khối lượng m=0,8kg đang bay ngang với vận tốc V=12,5 m/s ở một độ cao thì vỡ thành hai mảnh. Mảnh một cĩ khối lượng m 1=0,5kg bay theo hướng thẳng đứng xuống dưới với vận tốc v1=20 3 m/s. Tìm độ lớn và hướng của mảnh thứ hai? HS giải  - Xét hệ viên đạn trước và ngay sau khi nổ là một hệ cơ lập    p p + Động lượng của hệ trước khi nổ : p mV 1      + Động lượng của hệ sau khi nổ : '= p p p m1v1 m2v 2 1  2 Theo định luật bảo tồn động lượng : p p' Sai lầm của học sinh 1 : mv =m v + m v  1 1 2 2 Sai lầm của học sinh 2 : 20 3.0,5 5 3(kgm / s)  p m1v1  1   p 2 p mV =12,5.0,8=10 (kgm/s) p1 *Cách giải đúng : Từ phương trình định luật biểu diễn các véc tơ động lượng. Sáng kiến kinh nghiệm Trang 4
5. Trường THPT Số 3 An Nhơn Trương Quang Vinh Tổ : LÍ-ĐỊA    ,      ( ) p p p p1 p 2 p 2 p p1 p mv =12,5.0,8=10 (kgm/s) 20 3.0,5 5 3(kgm / s) p1 m1v1 2 2 2 2 2 Dựa vào hình biểu diễn vectơ tacĩ : p2 = p + p1 =10 +(5 3 ) =175 P =13,2 kg.m/s   2 Gọi là gĩc tọa bởi vectơ và p 2 p p cos = 0,75 p 2 Bài 3 :Một khẩu đại bác đặt trên một xe lăn cĩ khối lượng tổng cộng m=7,5 T, nịng súng o hợp một gĩc 60 so với phương ngang. Khi bắn một viên đạn cĩ khối lượng m2=20kg, súng giật lùi theo phương ngang với vận tốc v1=1m/s. Tính vận tốc của viên đạn lúc rời nịng sĩng ? HS giải - Xét hệ hai vật( khẩu đại bác và xe). Động lượng của hệ chỉ bảo tịan theo phương ngang Sai lầm của học sinh + Động lượng của hệ trước va chạm :   p mV =0 + Động lượng của hệ sau va chạm :      '= p p p m1v1 m2v 2 1 2   Theo định luật bảo tồn động lượng : p p' 0 Cách giải đúng : Chọn chiều dương là chiều chuyển động của viên đạn Theo định luật bảo tồn động lượng -m v +m v cos = 0 m v / m v cos 1 1 2 2 v 2 1 1 2 2 • Như vậy khi học sinh vận dụng định luật bảo tịan động lượng gặp rất khĩ khăn, để học sinh cĩ thể giải được bài tĩan này chúng ta cần đưa ra cách giải, và các dạng bài tập thường gặp hay và khĩ, để từ đĩ học sinh cĩ cơ sở làm dạng bài tập này . III. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN BẰNG ĐỊNH LUẬT BẢO TỊAN ĐỘNG LƯỢNG 1.Khi nào vận dụng định luật bảo tịan động lượng để giải bài tĩan: Khi bài tốn yêu cầu xác định vận tốc của một vật sau va chạm hoặc xác định vận tốc của một mảnh đạn, vận tốc của tên lửa mà ta khơng xác định được lực tác dụng vào vật . 2. Điều kiện áp dụng định luật - Hệ vật ta xét là một hệ cơ lập . Sáng kiến kinh nghiệm Trang 5
6. Trường THPT Số 3 An Nhơn Trương Quang Vinh Tổ : LÍ-ĐỊA -Những trường hợp riêng : + Bài tĩan đạn nổ, phân rã hạt nhân, chuyển động bằng phản lực (nội lực rất lớn so với ngọai lực ) +Một số bài tĩan mà hợp lực tác dụng theo một phương nào đĩ bằng khơng thì động lượng của hệ bảo tịan theo phương đĩ. 3.Phương pháp Bước 1:Xác định hệ vật và xét điều kiện của hệ vật Bước 2:Viết phương trình động lượng cho hệ trước tương tác .    p p1 p 2 Bước 3:Viết phương trình động lượng cho hệ sau tương  tác . , p , , p 1 p 2 Bước 4:Áp dụng định luật bảo tồn động lượng       , p p p p , , (1) 1 2 p 1 p 2 Trường hợp hệ gồm cĩ hai vật     ' ' m1v1 m2v2 m1v1 m2v 2 Bước 5:Giải phương trình (1) -Trường hợp các vật trong hệ đều cĩ vận tốc cùng phương thì chỉ cần viết phương trình dưới dạng đại số. - Trường hợp các vật trong hệ cĩ vận tốc khác phương thì sử dụng quy tắc cộng vectơ trong tĩan học và sử dụng hệ thức lượng trong tam giác vuơng, định lí cosin trong tam giác thường. - Trường hợp động lượng của hệ chỉ bảo tịan theo một phương thì ta viết phương trình định luật bảo tịan động lượng chỉ theo phương ấy. Chú ý : -Định luật bảo tịan động lượng chỉ đúng trong một hệ quy chiếu quán tính -Trong trường hợp động lượng của hệ chỉ được bảo tồn theo một phương thì ta phải viết phương trình đại số cho phương trình (1) lưu ý chiều của các vectơ vận tốc . -Khi dạy phần này giáo viên cần ơn lại cho học kiến thức tốn học về vectơ và hệ thức lượng trong một tam giác. -Khi bài tốn yêu cầu xác định vận tốc chuyển động của các vật nhưng khơng xác định được lực tác dụng vào vật. Sáng kiến kinh nghiệm Trang 6