Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập chương động lực học vật rắn thuộc chương trình vật lí lớp 12 nâng cao nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi

1
Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập
chương “động lực học vật rắn” thuộc chương
trình vật lí lớp 12 nâng cao nhằm bồi dưỡng học
sinh giỏi

Nguyễn Văn Hùng

Trường Đại học Giáo dục
Luận văn ThS ngành: Lý luận và phương pháp dạy học; Mã số: 60 14 10
Người hướng dẫn: GS.TS. Nguyễn Huy Sinh
Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Trình bày lý luận về bài tập vật lý và phương pháp giải bài tập vật lý nhằm
đạt hiệu quả cao nhất. Nghiên cứu nội dung kiến thức lý thuyết và bài tập chương
“Động lực học vật rắn” thuộc chương trình vật lý lớp 12 nâng cao trung học phổ
thông (THPT), tài liệu giáo khoa chuyên vật lý THPT và một số tài liệu tham khảo
vật lý khác. Phân tích vị trí, vai trò nội dung kiến thức chương “Động lực học vật
rắn” thuộc chương trình vật lý lớp 12 nâng cao THPT. Dựa vào mục đích yêu cầu
theo phân phối chương trình thực hiện giảng dạy vật lý nâng cao lớp 12 THPT. Dựa
vào cấu trúc, nội dung kiến thức cần đạt được trong các đề thi học sinh giỏi (HSG)
vật lý các cấp trong 4 năm trở lại đây của thành phố Hà Nội. Xây dựng hệ thống bài
tập về nội dung kiến thức chương “Động lực học vật rắn” thuộc chương trình vật lý
lớp 12 nâng cao THPT, dùng cho công tác bồi dưỡng HSG vật lý THPT. Đề xuất một
số phương pháp giải bài tập nhằm góp phần nâng cao hiệu quả trong các kỳ thi HSG
vật lý THPT các cấp. Điều tra khảo sát tính khả thi của những biện pháp được đề
xuất. Xử lý kết quả thực nghiệm bằng toán học thống kê.

Keywords: Phương pháp dạy học; Vật lý; Phương pháp giải bài tập; Động lực học;
Học sinh giỏi

Content
1. Lí do chọn đề tài
Việc phân loại và phương pháp giải các bài tập vật lí đã được nhiều tác giả nghiên
cứu và phát hành thành những tài liệu tham khảo cho GV và HS. Sách tham khảo chủ yếu là

2
sách bài tập phục vụ trực tiếp cho SGK và nhiều nhất là sách luyện thi đại học và cao đẳng.
Tuy nhiên, loại sách trình bày một cách hệ thống và phương pháp giải bài tập dành cho công
tác bồi dưỡng HSG lại hầu như vắng bóng. Hơn nữa, chương trình SGK mới được thực hiện
từ năm học 2008- 2009. Sách giáo khoa vật lí 12 nâng cao THPT, có chương “Động lực học
vật rắn”. Vì thuộc nội dung kiến thức mới, hơn nữa kiến thức phần cơ học vật rắn liên quan
nhiều đến kiến thức cơ học chất điểm và tĩnh học vật rắn mà HS đã học ở chương trình vật
lý lớp 10. Do đó để nắm vững lý thuyết và giải tốt các bài tập phần cơ học vật rắn là rất khó
đối với học sinh. Điều này gây khó khăn cho việc dạy và học nhất là trong công tác bồi
dưỡng HSG vật lý THPT.
Trên cơ sở đó, tác giả lựa chọn đề tài: Xây dựng hệ thống và phƣơng pháp giải bài
tập chƣơng “Động lực học vật rắn” thuộc chƣơng trình vật lý lớp 12 nâng cao nhằm
bồi dƣỡng học sinh giỏi.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng hệ thống bài tập vật lý phần “Động lực học vật rắn” thuộc chương trình
vật lý lớp 12 nâng cao.
- Đề xuất phương pháp giải bài tập giúp HS chuẩn bị tốt cho các kì thi học sinh giỏi
môn vật lý THPT.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Quá trình hoạt động dạy học của GV và HS trong công tác bồi dưỡng HSG vật lý
THPT.
4. Giả thuyết khoa học
Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập phần “Động lực học vật rắn” thuộc
chương trình vật lý lớp 12 nâng cao, sẽ góp phần nâng cao hiệu quả trong việc bồi dưỡng

HSG môn vật lý.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu lý luận về bài tập vật lý và phương pháp giải bài tập vật lý nhằm đạt
hiệu quả cao nhất.

3
- Nghiên cứu nội dung kiến thức lý thuyết và bài tập chương “Động lực học vật rắn”
thuộc chương trình vật lý lớp 12 nâng cao THPT, tài liệu giáo khoa chuyên vật lý THPT và
một số tài liệu tham khảo vật lý khác.
- Xây dựng hệ thống bài tập về nội dung kiến thức chương “Động lực học vật rắn”
thuộc chương trình vật lý lớp 12 nâng cao THPT, dùng cho công tác bồi dưỡng HSG vật lý
THPT.
- Đề xuất một số phương pháp giải bài tập nhằm góp phần nâng cao hiệu quả trong
các kỳ thi HSG vật lý THPT các cấp.
- Điều tra khảo sát tính khả thi của những biện pháp được đề xuất. Xử lý kết quả thực
nghiệm bằng toán học thống kê.
6. Giới hạn của đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý luận, cơ sở thực tiễn về hệ thống và phương pháp giải bài tập vật
lý chương “Động lực học vật rắn” thuộc chương trình vật lý lớp 12 nâng cao THPT.
Trên cơ sở đó xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập. Nhằm bồi dưỡng HSG
phần động lực học vật rắn.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
7.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận
7.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực tiễn
7.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
8. Những đóng góp của luận văn
- Bước đầu xây dựng được một hệ thống và phương pháp giải bài tập chương “Động
lực học vật rắn” thuộc chương trình vật lý lớp 12 nâng cao THPT, phong phú đa dạng. Giúp
GV và HS có thêm tư liệu trong việc dạy và học, đặc biệt trong công tác bồi dưỡng đội
tuyển HSG vật lý THPT các cấp.

9. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục. Nội dung chính của luận
văn được trình bày trong 3 chương

4
Chương 1: Tổng quan về cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài.
Chương 2: Xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập vật lý phần “Động lực
học vật rắn” thuộc chương trình vật lý lớp 12 nâng cao nhằm bồi dưỡng HSG.
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
Chƣơng 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ
PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN THUỘC
CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12 NÂNG CAO NHẰM BỒI DƢỠNG HỌC SINH GIỎI
1.1. Cơ sở lý luận
1.1.1 Vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi
1.1.1.1. Vài nét về lịch sử
1.1.2. Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí ở trường trung học phổ thông
1.1.2.1. Những năng lực, phẩm chất cần có của học sinh giỏi
* Năng lực và phẩm chất của một học sinh giỏi nói chung
* Những năng lực và phẩm chất quan trọng nhất của một HSG đối với môn vật lí
1.1.2.2. Một số biện pháp phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi
1.1.3. Một số vấn đề lý luận về bài tập vật lí trong dạy học ở trường THPT
1.1.3.1. Khái niệm về bài tập vật lý
1.1.3.2. Tác dụng của bài tập trong dạy học vật lí.
1.1.3.3. Phân loại bài tập vật lí
* Phân loại theo nội dung:
* Phân loại theo
phương
pháp giải:
* Phân loại bài tập căn cứ theo yêu cầu mức độ phát triển tư duy:

1.1.3.4. Các yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lí
1.1.4. Một số vấn đề về phương pháp dạy học bài tập vật lí ở trường THPT

5
1.1.4.1. Tư duy trong quá trình giải bài tập vật lí
1.1.4.2. Phương pháp giải bài tập vật lí
1.1.4.3. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí
1.1.4.4. Sử dụng bài tập vật lí nhằm phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi
* Phát hiện vấn đề nhận thức từ việc nghiên cứu hiện tượng vật lí
* Phát hiện vấn đề nhận thức từ việc đọc đề bài toán
* Bài tập để rèn luyện cách giải nhanh, thông minh
* Bài tập để rèn luyện khả năng suy luận, diễn đạt chính xác và lôgíc
* Sử dụng bài tập để rèn luyện kỹ năng thực hành
1.2. Cơ sở thực tiễn
1.2.1. Tìm hiểu nội dung kiến thức vật lí trong các kì thi học sinh giỏi cấp Thành phố
Nhận xét đề thi HSG môn vật lý THPT của thành phố Hà Nội:
Đề thi học sinh giỏi môn vật lý THPT của thành phố Hà Nội (cả hai vòng). hầu như
mới chỉ chú ý đến các bài tập định lượng, còn các dạng bài tập định tính và bài tập thí
nghiệm ít khi được đề cập và có tới 90% các đề thi đều đề cập đến nội dung kiến thức vật
rắn và động lực học vật rắn. Dựa trên những đặc điểm đó, chúng tôi đề ra định hướng
nghiên cứu đề tài xây dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập phần động lực học vật rắn,
chủ yếu tập trung vào các bài tập định lượng nhằm tạo điều kiện giúp công tác bồi dưỡng
HSG phù hợp với thực trạng ở địa phương và có thể đạt hiệu quả tốt nhất.
1.2.2. Một vài nhận xét về thực tế công tác bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí ở ba trường
THPT của huyện Thanh Oai, thành phố Hà Nội
Trong nhà trường THPT, nhất là ở những trường không chuyên, việc phát hiện và bồi
dưỡng HSG như thế nào để đạt kết quả tốt, quả là một vấn đề không đơn giản. Trong các trường
THPT của huyện Thanh oai, thành phố Hà Nội, việc bồi dưõng HSG đã có sự quan tâm và đầu
tư nhất định. Qua điều tra chúng tôi thấy, trong những năm gần đây, công tác bồi dưỡng HSG
nói chung và HSG môn vật lí nói riêng trong các nhà trường đã được quan tâm chú ý và đầu tư

mạnh mẽ hơn, thể hiện qua các công việc sau: Chỉ đạo phát hiện năng khiếu của học sinh ở tất
cả các môn văn hoá ngay từ lớp 10. Xây dựng kế hoạch bồi dưỡng HSG ngay từ đầu năm học
và công tác chỉ đạo triển khai công tác bồi dưỡng HSG cho GV và HS.

6
Thực tế cho thấy, hằng năm kết quả các kỳ thi HSG thành phố, các trường THPT của huyện
Thanh Oai, thành phố Hà Nội đã gặt hái được những thành công đáng kể. Song đáng tiếc là
số học sinh đạt giải các môn chưa nhiều và chưa đạt giải cao, điển hình là môn vật lý.
1.2.2.1.Một số nguyên nhân
* Về phía GV:
- GV không có điều kiện đầu tư chiều sâu về nội dung kiến thức.
- Thời gian tập trung bồi dưỡng cho HSG không nhiều.
- Vì không phải là trường chuyên nên thiếu định hướng và thiếu tính liên thông trong
hệ thống chương trình và nội dung kiến thức.
- Tất cả GV dạy bồi dưỡng đều phải tự soạn, tự nghiên cứu và tự sưu tầm tài liệu
riêng cho mình.
* Về phía HS:
- Chất lượng đầu vào thấp, thời gian tự bồi dưỡng chưa được nhiều.
- Một số HS không yên tâm khi được chọn theo học lớp bồi dưỡng HSG vì phải mất
nhiều thời gian, ảnh hưởng đến sức khỏe và kết quả học tập chung.
1.2.2.2. Những khó khăn và nhu cầu của giáo viên khi bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí
- Hầu như trong thư viện trường có ít tài liệu dạy chuyên hay tài liệu bồi dưỡng HSG.
Trong các loại sách mà công ty thiết bị giáo dục cấp cho các trường THPT, không có sách
dành cho GV và HS học chuyên sâu nhằm phục vụ công tác bồi dưỡng HSG.
- Đa số các giáo viên không muốn tham gia bồi dưỡng HSG với các lý do: không có
tài liệu, sức ép phải có HSG luôn đè nặng trên vai và tâm trí của người thầy khi tham gia
dạy bồi dưỡng HSG, sự đầu tư chuyên môn và công sức tự bỏ ra rất tốn kém thời gian và trí
lực.
- Mặc dù có sự chỉ đạo của Sở GD&ĐT nhưng công tác bồi dưỡng HSG của các
trường (ngoại trừ trường chuyên) còn mang tính chất tự phát, tùy lúc, tùy nơi, tùy từng

trường, đặc biệt tùy vào kinh phí, cơ sở vật chất của từng trường.
Đứng trước thực trạng đó, chúng tôi nhận thấy việc giải quyết nhu cầu về tài liệu bồi
dưỡng HSG là nhu cầu thiết yếu cần được đáp ứng, có như vậy công tác bồi dưỡng học sinh

7
giỏi ở trường THPT nói chung, các trường THPT không phải là trường chuyên nói riêng
mới có thể mang lại kết quả như mong đợi.
1.2.3. Vấn đề sử dụng bài tập trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí THPT
1.2.3.1. Nhiệm vụ của dạy học vật lí và công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường phổ
thông
1.2.3.2. Thực trạng về dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí ở các trường THPT huyện
Thanh Oai- Thành phố Hà Nội
- Trên cơ sở điều tra thực tế, phân tích hạn chế, khó khăn để tìm ra nguyên nhân,
biện pháp khắc phục nhằm xây dựng hệ thống bài tập và phương pháp giải bài tập phần
động lực học vật rắn thuộc chương trình vật lý 12 nâng cao.
* Kết quả điều tra
Tìm hiểu về mục đích chính của giờ lên lớp bồi dưỡng HSG, đa số các giáo viên
đều cho là: nhằm củng cố, khắc sâu kiến thức lí thuyết, rèn luyện phương pháp giải bài tập,
cho HS cọ sát với nội dung kiến thức và mức độ khó dễ của các đề thi. Thực tế cũng cho
thấy việc lựa chọn bài tập của giáo viên cũng chưa có mục đích rõ ràng, chưa đầu tư đúng
mức cho việc lựa chọn hệ thống bài tập. Thông thường chỉ chọn một số bài toán khó
trong các tài liệu tham khảo và GV thường sưu tầm một số bài toán trong các đề
thi chọn HSG các cấp để cho HS giải hoặc hướng dẫn HS giải với mục tiêu chính
là tìm ra đáp số của bài toán.
Như vậy, việc xây dựng hệ thống bài tập để bồi dưỡng HSG trong mỗi nhà trường
THPT là điều rất cần thiết đặc biệt là những trường không chuyên. Kết quả điều tra cho
thấy 90% ý kiến giáo viên được hỏi khẳng định tầm quan trọng của việc xây dựng nguồn
tài liệu phù hợp trong việc thực hiện bồi dưỡng HSG.
Chƣơng 2
XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG

LỰC HỌC VẬT RẮN THUỘC CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG, NHẰM BỒI DƢỠNG HỌC SINH GIỎI
2.1. Nội dung kiến thức chƣơng "Động lực học vật rắn"
2.1.1. Vị trí và tầm quan trọng của chương "Động lực học vật rắn"

8
* Vị trí: Chương Động lực học vật rắn là chương đầu tiên trong chương trình vật lí
lớp 12 nâng cao, mà ở chương trình cơ bản không đề cập đến. Chương này được đưa vào
chương trình phổ thông từ năm học 2008-2009.
* Vai trò: Phần cơ học lớp 10 đã nghiên cứu chuyển động tịnh tiến của chất
điểm, chuyển động quay của vật, cân bằng của vật rắn khi chịu tác dụng của các vật
khác. Chương động lực học vật rắn ở lớp 12 nghiên cứu về sự chuyển động quay của
vật rắn quanh một trục, nghiên cứu về tính chất chuyển động, về sự chuyển động quay
của vật rắn khi chịu tác dụng của những vật khác. Kiến thức của chương này cũng là
nền tảng cho những học sinh học tập, nghiên cứu ở các bậc học cao hơn: đại học, cao
đẳng, trung học chuyên nghiệp và các trường khối ngành kĩ thuật, khối ngành sư phạm và
một số trường có đào tạo bộ môn vật lí, kĩ thuật.

9
2.1.2.Cấu trúc nội dung của
chƣơng
Động lực học vật rắn

Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc chương “Động lực học vật rắn”
Gia tốc
góc

Vận tốc của một
điểm trên vật

ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN



Chuyển động quay quanh một trục cố định

Tốc độ
góc
Định luật bảo
toàn momen
động lượng

Động năng
quay
Momen động
lượng
Momen quán tính
Gia tốc của một điểm
trên vật

Momen lực
Toạ độ
góc
Phương trình
động học
Định lí độ biến
thiên động
năng
Phương trình

động lực học


10
2.1.3. Phân tích nội dung kiến thức chương "Động lực học vật rắn"
2.1.3.1.Cơ sở lý thuyết về vật rắn
2.1.3.2. Các định nghĩa và khái niệm cơ bản
Bảng 2.2 Một số khái niệm và định nghĩa cơ bản về các đại lượng động học và động lực học vật rắn

Tên đại
lƣợng
Khái niệm,
Định nghĩa
Công thức
Đơn
vị
Quy ƣớc dấu

Tọa độ
góc
Là đại lượng xác định vị trí
của vật rắn chuyển động quay
quanh một trục ở mỗi thời
điểm, kí hiệu là .

0
= M
0
OX
(t) =  = M

0
OM


rad

Ta chỉ xét sự quay theo một chiều và chọn
là chiều dương là chiều quay của vật. Toạ
độ góc φ và φ
0
dương khi quay trục Ox
đến các véc tơ
OM

hay
0
OM

cùng chiều
dương qui ước, và
âm thì nguợc lại.



Tốc độ
Là đại lượng đặc trưng cho sự
quay nhanh hay chậm của vật
rắn.
+ Tốc độ góc trung bình:
21

tb
21
t t t
  

  



rad/s

Tốc độ góc có giá trị đại số:
+ ω > 0 khi vật quay theo chiều dương.

11
góc

+ Tốc độ góc tức thời:
/
t
t0
d
Lim
t dt

 
    


+ ω < 0 khi vật quay ngược chiều dương.


Gia tốc
góc
Là đại lượng đặc trưng cho sự
biến thiên nhanh chậm của tốc
độ góc.

+ Gia tốc góc trung bình:
tb
t




+ Gia tốc góc tức thời:
/
t
t0
Lim
t


   




rad/s

2

Tên đại
lƣợng
Khái niệm
Định nghĩa
Công thức
Đơn
vị
Quy ƣớc dấu
Momen
lực
Xét lực F nằm trong mặt
phẳng vuông góc với trục
quay:
- Momen M của lực F đối với
trục quay

là đại lượng đặc
trưng cho tác dụng làm quay
của lực và được đo bằng tích
độ lớn của lực với cánh tay
M = Fd
+ Với d(m) là khoảng cách từ trục quay
đến giá của lực (cánh tay đòn của lực).
+ F (N): lực tác dụng.
+ M (N.m) momen lực.
Nm
- Momen lực có giá trị đại số:
+ M > 0 nếu vật quay theo chiều dương.

+ M < 0 nếu vật quay theo chiều âm.


12
đòn.
Momen
quán tính
Momen quán tính I của một vật
rắn đối với một trục là đại lượng
đặc trưng cho mức quán tính
của vật rắn m trong chuyển
động quay quanh trục ấy.

- Momen quán tính của chất điểm: I =
mR
2
- Momen quán tính của hệ chất điểm
hay của vật rắn: I = m
i
r
i
2
Với m là khối lượng của vật, r
i
là
khoảng cách từ chất điểm đến trục
quay.
kgm
2

Momen
động
lượng
Momen động lượng L của vật
rắn đối với một trục quay cố
định bằng tích số của momen
quán tính I của vật đối với trục
đó và vận tốc góc ω của vật
quay quanh trục đó.


L = I.ω
+ L (kgm
2
/s) là momen động lượng.
+ I (kgm
2
) là momen quán tính.
+ ω (rad/s) là tốc độ góc.

kgm
2
/
s
- Momen động
lượng L luôn cùng dấu với tốc độ góc .
+  > 0  L > 0.
+  < 0  L < 0

13
Bảng 2.3. Momen quán tính của một số vật rắn đồng chất
có dạng hình học xác định đối với trục đối xứng

Dạng hình học
của vật có tính
đối xứng
Khối
lƣợng
(kg)
Bán
kính
(m)
Chiều
dài
(m)
Trục quay
Momen
quán tính
I (kgm
2
)
+ Vành tròn
+ Hình trụ rỗng
m
R

Trùng với trục của vật
mR

2

+ Đĩa tròn
+ Hình trụ đặc
m
R

Trùng với trục của vật
2
1
mR
2
Thanh dài
m

l
Trùng với đường trung
trực của thanh
12
1
ml
2
Thanh dài mảnh
m

l
Đi qua một đầu và vuông
góc với thanh
1
3

ml
2
Quả cầu đặc
m
R

Đi qua tâm của quả cầu
5
2
mR
2

2.1.3.3. Các phương trình động học và động lực học trong chương" Động lực học vật rắn"
Bảng 2.4. Các phương trình động học và động lực học của vật rắn
trong chuyển động quay
Các trƣờng hợp
chuyển động quay
Đặc điểm
của chuyển
động
Phƣơng trình
Quy ƣớc dấu
Phƣơng trình
chuyển động của vật
ω = hằng
số γ = 0
φ = φ
0
+ ωt
Trong đó: φ

0;
ω
0
là toạ độ


14
quay đều
góc và tốc độ góc lúc t = 0.

Phƣơng trình
chuyển động của vật
quay biến đổi đều
γ = hằng số
+ ω = ω
0
+γt
+ φ = φ
0
+ ω
0
t +
2
1
γt
2
.
- Nếu vật quay theo
một chiều nhất định và
tốc độ góc ω tăng đều

theo thời gian thì
chuyển động quay là
nhanh dần đều (γ > 0).
Nếu tốc độ góc ω giảm
đều theo thời gian thì
chuyển động quay là
chậm dần đều (γ < 0).
Phƣơng trình độc lập
với thời gian của vật
quay biến đổi đều


ω
2
- ω
0
2
= 2γ(φ-φ
0
)



Phƣơng trình liên hệ
giữa đại lƣợng góc
và đại lƣợng dài



v = R.ω

nt
a a a
  


22
tn
aaa 

vì
nt
aa

.
Trong đó:
+ a
n
= Rω
2
= v
2
/R là gia
tốc hướng tâm
+ a
t
= Rγ là gia tốc tiếp
tuyến
+ Véc tơ gia tốc hợp với
bán kính nối vật với tâm

quay một góc α với:


15

2




n
t
a
a
tg



2.1.3.4. Các định luật
* Định luật II Niu-tơn cho chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay
* Định luật bảo toàn mômen động lượng:
2.1.3.5. Các định lý
* Định lí: Độ biến thiên của momen động lượng
* Định lí biến thiên động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định
* Ðịnh lý Steiner về Momen quán tính khi chuyển trục quay

16
2.1.3.6. So sánh sự tương quan giữa các đại lượng đặc trưng cho chuyển động thẳng và
chuyển động quay.
* Bảng2.5. So sánh sự

tƣơng quan giữa các đại lƣợng, phƣơng trình đặc trƣng
cho chuyển động quay và chuyển động thẳng.

Chuyển động quay
(trục quay cố định, chiều quay không đổi)
Chuyển động thẳng
(chiều chuyển động không đổi)
Đại lƣợng
Biểu thức, phƣơng trình
và đơn vị
Đại lƣợng
Biểu thức, phƣơng
trình và đơn vị
Toạ độ góc

(rad)
Toạ độ
x(m)
Tốc độ góc
(rad/s)
Tốc độ
v(m/s)
Gia tốc góc

(rad/s
2
)
Gia tốc
a (m/s
2

)
Momen lực
M
(Nm)
Lực
F (N)
Momen quán
tính
I (Kg.m
2
)
Khối lƣợng
m(kg)
Momen động
lƣợng
LI
(Kgm
2
/s)
Động lƣợng
P = mv (kgm/s)
Động năng
quay
W
đ
2
1
I
2


(J)
Động năng
W
đ
2
m
1
v
2

(J)
Chuyển động quay đều
0
h.s; 0; t        

Chuyển động thẳng đều
v = h.s; a = o; x = x
0
+vt
Chuyển động quay biến đổi đều
Chuyển động thẳng biến đổi đều
a = h.s; v = v
0
+ at;

17
 
2
00
22

00
1
h.s; t; t t
2
2
             
     

x = x
0
+ v
0
t +
2
1
at
2

 
22
00
v v 2a x x  

Phƣơng trình
động lực học
MI
hay
L
M
t





Phƣơng trình động
lực học
F = ma hay
p
F
t




Định luật bảo
toàn momen
động lƣợng
L = h.s

L
1
= L
2


I
1
ω
1
= I

2
ω
2

Định luật bảo toàn
động lƣợng
12
p h.s p p  

1 1 2 2
m v m v


2.2. Phân loại bài tập phần động lực học vật rắn
2.2.1. Mục tiêu
Mục tiêu về kiến thức và kỹ năng
Nhận biết
Hiểu và vận dụng
Vận dụng linh
hoạt và sáng tạo
- Biết cách xác định vị trí của
vật rắn trong chuyển động
quay quanh một trục cố định.
- Nhớ và hiểu được ý nghĩa
của các đại lượng trong các
công thức, phương trình
động học và động lực học vật
rắn
- Nhớ được các công thức
tính momen quán tính, động

lượng và momen động lượng
của một vật rắn đối với một
- Vận dụng các công thức và
phương trình động học và động
lực học vật rắn tính các đại lượng
đặc trưng trong các bài tập cơ
bản.
- Vận dụng được phương trình cơ
bản của chuyển động quay của
vật rắn quanh một trục cố định để
giải các bài tập cơ bản về momen
quán tính.
- Vận dụng được định luật bảo
toàn momen động lượng xác định
động lượng và momen động
- Có khả năng
phân tích, tổng
hợp và vận dụng
linh hoạt các công
thức toán học, kiến
thức lí thuyết vào
mỗi trường hợp
khác nhau của bài
toán tổng hợp và
nâng cao.
- Vận dụng một
cách sáng tạo giải
thích những hiện

18

trục.
- Nhớ và hiểu được các đại
lượng trong các công thức
động năng quay và động
năng trong chuyển động
thẳng.
- Nắm được các dạng năng
lượng của vật rắn trong
chuyển động tịnh tiến và
chuyển động quay.

lượng của vật rắn trong chuyển
động quay.
- Giải được các bài tập về động
năng độ biến thiên động năng,
năng lượng và sự biến đổi năng
lượng của vật rắn trong chuyển
động quay, trong chuyển động
vừa chuyển động quay vừa
chuyển động tịnh tiến.

tượng vật lí trong
các bài toán cũng
như trong cuộc
sống.

19















Hệ thống bài tập cơ bản
Chủ đề I
Chuyển động quay của vật rắn
quanh một trục cố định

Chủ đề II
Phương trình
động lực học của vật rắn
quanh một trục cố định

Chủ đề III
Momen động lượng

Chủ đề IV
Cơ năng của vật rắn
Dạng 1
Momen
quán tính
của vật
rắn đối
với trục
quay cố
định.

Dạng 1
Các đại
lượng
động học
đặc trưng
cho
chuyển
động
quay của
vật rắn
quanh
một trục
cố định.

Dạng 2
Phương
trình
động
lực học

của vật
rắn
quanh
một
trục cố
định.
Dạng 2
Phương
trình
động học
của
chuyển
động
quay của
vật rắn
quanh
một trục
cố định .


Dạng 3
Vận tốc,
gia tốc
của một
điểm trên
vật rắn
trong
chuyển
động
quay

quanh
một trục
cố định.

Dạng 1
Momen
động
lượng,
độ biến
thiên
momen
động
lượng
của một
vật hoặc
hệ vật.

Dạng 2
Định
luật bảo
toàn
momen
động
lượng.

Dạng 1
Động
năng
của vật
rắn

trong
chuyển
động
quay
quanh
một
trục cố
định
Dạng 2
Định lí
độ biến
thiên
động
năng
trong
chuyển
động
quay.
Dạng 3
Định
luật bảo
toàn cơ
năng
trong
chuyển
động
quay.


2.2.2. Phân tích các hệ thống bài tập

20



Hình: 2.2. Sơ đồ các dạng bài tập theo 4 chủ đề của hệ thống các bài tập cơ bản


21
* Hệ thống bài tập tổng hợp nâng cao
Dựa vào mục tiêu nâng cao kiến thức, rèn luyện các kỹ năng bồi dưỡng HSG
Tác giả lựa chọn một hệ thống bài tập tổng hợp nâng cao. Những bài tập tổng hợp này
có liên quan đến nhiều hiện tượng vật lí mà các em đã được học, do đó khi giải bài tập
các em phải biết phân tích kĩ hiện tượng xảy ra trong bài rồi vận dụng các kiến thức
tương ứng để giải. Qua đó rèn cho học sinh khả năng phân tích, tổng hợp và vận dụng
linh hoạt các công thức toán học, kiến thức vật lí vào mỗi trường hợp khác nhau của bài
toán. Các bài tập này có nội dung phong phú và thực tế, đó là cơ sở để giúp các em
giải thích những hiện tượng vật lí tương tự trong cuộc sống, hoặc giúp cho chính bản thân
các em trong quá trình luyện tập thể dục thể thao và ứng dụng trong kĩ thuật khi các
em tham gia lao động sản xuất.
* Hệ thống bài tập tự giải
Với mục đích phát huy tính tự giác, tự lực của học sinh sau mỗi giờ lên lớp. Hệ
thống bài tập tự giải giúp học sinh vận dụng các phương pháp giải mà GV đã hướng dẫn
vào các bài tập khác nhau, đồng thời HS sẽ được rèn luyện thêm các kỹ năng giải bài tập,
nâng cao kiến thức cho mỗi nội dung lí thuyết. Qua đó cũng đánh giá được hiệu quả của
phương pháp mà tác giả đã lựa chọn
2.3. Xây dựng hệ thống và phƣơng pháp giải bài tập phần động lực học vật rắn
thuộc chƣơng trình vật lý lớp 12 nâng cao THPT nhằm bồi dƣỡng học sinh giỏi

2.3.1. Hệ thống và phƣơng pháp giải các bài tập cơ bản:
2.3.2. Hệ thống và phƣơng pháp giải bài tập tổng hợp nâng cao
Ví dụ 1: Một ròng rọc có khối lượng m, momen quán tính
2
3
ml
I 
gồm hai rãnh
với bán kính R và r < R. Mỗi rãnh có một
dây không giãn quấn vào, đầu tự do của dây
mang một vật. Khối lượng của hai vật
là m
1
và
21
m > m

(Hình 2.8). Buông tay cho
m
2
m
1
Hình 2.8

22
hệ chuyển động. Tìm gia tốc góc của ròng
rọc, gia tốc hai vật và các lực căng dây.
1. Mục đích của bài tập.
Khảo sát chuyển dộng của hệ vật vừa
quay vừa tịnh tiến.

Củng cố kiến thức phương trình động học
và động lực học của vật rắn, momen lực và
momen quay.
Từ đó tính toán các đại lượng
đặc trưng cho động lực học vật rắn.
2. Hướng dẫn giải
a. Tóm tắt. Cho:
2
3
ml
I 
;
21
m > m
; r < R
Tìm: T
1
; a
1
; T
2
; a
2
và

?
b. Xác lập mối quan hệ
- Hệ chuyển động theo chiều m
2
đi xuống vì:

21
m > m
, Chọn chiều chuyển động
của mỗi vật và chiều quay của ròng rọc là chiều dương.
- Phương trình chuyển động của m
1
:
T
1
- m
1
g = m
1
a
1
(1)
- Phương trình chuyển động của m
2
:
T
2
- m
2
g = - m
2
a
2
(2)
- Phương trình quay của ròng rọc:

21
T R Tr I


(3)

23

1
ar


(4)

2
aR


(5)
Căn cứ vào điều kiện của đề bài ta thiết lập được 5 mối liên hệ, giải hệ phương
trình này ta sẽ tìm được yêu cầu của bài tập.
c. Ta có thể giải hệ phương trình theo tiến trình sau
- Từ các phương trình: (1); (2); (4) và (5) thế vào (3) ta tìm được


- Thay

vào (4) và (5) tìm được a
1
và a

2
.
- Thay a
1
; a
2
vào (1) và (2) tìm được T
1
và T
2
.


Kết quả:
21
22
22
()m R mr g
I m r m R






21
1
22
22
()

r
m R mr g
a
I m r m R



;
21
2
22
12
()
R
m R mr g
a
I mr m R





2
21
1 1 1
22
12
()m R mr g
T m g mr
I mr m R






2
21
2 2 2
22
12
()
R
m R mr g
T m g m
I mr m R





3. Định hướng tư duy học sinh
- Hệ vật chuyển động như thế nào, lực hay momen lực nào gây ra các chuyển động
ấy?
- Viết phương trình động lực học cho các vật?
2.3.3. Hệ thống các bài tập cơ bản tự giải
Kết luận chƣơng 2
Vận dụng cơ sở lí luận và thực tiễn đã phân tích ở chương 1, tác giả đã:
- Phân tích đặc điểm của chương “Động lực học vật rắn”: vị trí, vai trò, mục
tiêu cần đạt được, các công thức và lý thuyết cơ bản cần nhớ trong chương để vận dụng

24
giải bài tập.
- Hệ thống, phân tích và phân loại các bài tập theo nội dung của chương được
chia theo chủ đề kiến thức. Trên cơ sở đó phân chia thành nhiều dạng bài tập khác
nhau.
- Đã lựa chọn phương pháp và hướng dẫn học sinh giải các bài tập điển hình
theo phương án mà đề tài đặt ra.
- Soạn thảo một số bài tập tự giải có đáp số, mang tính chọn lọc có hệ thống theo các
dạng được phân chia.

25
Chƣơng 3
THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM

3.1. Mục đích, nhiệm vụ, đối tƣợng và phƣơng pháp của thực nghiệm sƣ phạm
3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm (TNSP)
Nhằm đánh giá tính đúng đắn của giả thuyết khoa học, tính khả thi của việc xây
dựng hệ thống và phương pháp giải bài tập phần “Động lực học vật rắn” thuộc chương
trình vật lí lớp 12 nâng cao THPT nhằm bồi dưỡng HSG.
3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
- Khảo sát, điều tra cơ bản để chọn các nhóm thực nghiệm (TN) và nhóm đối chứng
(ĐC).
- Tổ chức triển khai nội dung thực nghiệm.
- Xử lí, phân tích kết quả thực nghiệm, đánh giá theo các tiêu chí từ đó nhận xét và
rút ra kết luận về tính khả thi của đề tài.
- So sánh, đối chiếu kết quả học tập giữa nhóm thực nghiệm với nhóm đối chứng
để đánh giá hiệu quả của việc bồi dưỡng HSG theo hệ thống bài tập và phương pháp giải
đã soạn thảo với những phương pháp, nội dung mà GV vẫn sử dụng để bồi dưỡng HSG.
3.1.3. Đối tượng thực nghiệm sư phạm
Bảng 3.1. Thông tin về các nhóm học sinh tham gia trong

quá trình thực nghiệm sư phạm
Trƣờng

Nhóm
TNSP
Sĩ số
Điểm TB
môn học
Điểm TB thi
HSG cấp trƣờng
THPT Nguyễn Du
Nhóm TN
20
8,6
8,47




8,62