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

Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 1 -

L DO CHN TI

C hc l mt trong nhng phn hc khú ca chng trỡnh vt lớ PTTH.
Trong phn ny cú nhiu bi toỏn hay trong giỳp phỏt trin mnh t duy hs, ni
bt l nhng bi tp vn dng nh lut bo ton ng lng v nh lut bo
ton c nng. Tuy nhiờn qua quỏ trỡnh ging dy tụi thy rng hs cũn gp nhiu
khú khn khi vn dng hai nh lut ny nh: Xỏc nh h kho sỏt; xỏc nh cỏc
lc tỏc dng lờn vt, h vt
Vi nhng lớ do nờu trờn l nguyờn nhõn v ng lc thụi thỳc tụi lm ti
vn dng nh lut bo ton ng lng v nh lut bo ton c nng vo gii
bi tp vt lớ.

MC TIấU

Mc tiờu ca ti ny l gii quyt nhng khú khn m hs gp phi t ú
phỏt trin kh nng t duy vt lớ ca hs, rốn k nng gii bi tp vt lớ tiờu biu l
cỏc bi tp vn cỏc nh lut bo ton vo gii.

LI CM N
Tụi chõn thnh cm n cỏc ng nghip c bit l cỏc GV thuc t Toỏn
Lớ trng THPT Bỡnh sn ó nhit tỡnh giỳp tụi hon thnh ti ny.

Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 2 -


NI DUNG

A. VN DNG NH LUT BO TON NG LNG
Khi dy bi tp phn ny tụi a ra cho hc sinh phỏp gii nh sau:
Xỏc nh h kho sỏt
Phõn tớch lc tỏc dng lờn h
Xột xem cú th ỏp dng c nh lut bo ton ng lng khụng
Xỏc nh cỏc giai on ca quỏ trỡnh kho sỏt
Vit ng lng cho h vt mi giai on
Vit phng trỡnh ca nh lut bo ton ng lng
a phng trỡnh ca nh lut bo ton ng lng v dng i s t PT
ny suy ra i lng cn tỡm.
Tuy nhiờn hc sinh vn gp nhiu khú khn khi gii bi tp phn ny. Nhng
khú khn m hs gp phi v cỏch gii quyt tụi s a ra trong cỏc bi toỏn c

th ngay sau õy:
Dng 1: Tng tỏc ca h vt cú cỏc vộc t vn tc cựng phng (cỏc vt ca
h chuyn ng cựng phng).
BI TON 1: nh lut bo ton ng lng trong cựng h qui chiu
Baỡ tp 1:
Hai xe goũng chuyn ng trờn cựng ng ray nm ngang. Xe th nht cú
khi lng m
1
= 30T chuyn ng vi tc v
1
= 3m/s, ti va chm vi xe th
hai cú khi lng m
2
= 20T chuyn ng ngc chiu vi xe th nht vi tc
v
2
= 2m/s. Sau va cham hai xe dớnh vo nhau.
Xỏc nh vn tc ca hai xe sau va chm?
Li gii
H kho sỏt l hai xe goũng
õy l vn m hu ht hc sinh gp khú khn, cỏc em khụng xỏc nh c
h kho sỏt l nhng vt no. Vn ny s c gii quyt nh sau: h m ta
kho sỏt gm nhng vt m vn tc ca chỳng thay i do chỳng va chm vi
nhau.
Xỏc nh cỏc lc tỏc dng lờn h (hai xe goũng)
õy cng l mt vn khú khn vi hs, gii phỏp tt nht gii quyt vn
ny l GV yờu cu hs v hỡnh v tr li cỏc cõu hi:
H chuyn ng õu?
Cỏc vt trong h chu tỏc dng ca nhng lc no?
Nhng lc no l ni lc, ngoi lc?

Trong bi tp ny cỏc xe goũng chu tỏc dng ca trng lc, phn lc ca ng
ray, lc ma sỏt ln rt nh c th hin trờn hỡnh 1.
Xỏc nh h kho sỏt l h cụ lp
Vn ny s c gii quyt nu hs tr li c cõu hi sau:
Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 3 -

Trc tng tỏc v ngay sau tng tỏc cỏc vt ca h chuyn ng th no,
ni lc cú ln th no so vi ngoi lc?
Trong bi tp ny trc v sau va chm hai xe chuyn ng u ta suy ra
cỏc ngoi lc tỏc dng lờn h phi cõn bng nhau. vy h m ta kho sỏt l h cụ
lp.
Vit ng lng cho h vt mi giai on
ng lng ca h trc va chm:
2211
vmvmp
t






ng lng ca h sau va chm:
vmmp
s


)(
21

vn ny hc sinh thng nhm ln gia vộc t v vụ hng do ú GV cn
nhn mnh cho hs ng lng l mt i lng vộc t.

H ỡnh 1
H cụ lp ng lng ca h bo ton nờn
ts
pp




vmmvmvm



)(
212211


Chn chiu dng nh hỡnh v v gi thit sau va chm hai xe chuyn ng
cựng chiu dng.

vmmvmvm )(
212211


)(

21
2211
mm
vmvm
v




Thay s vo ta c
)/(1 smv


Vy sau va chm hai xe chuyn ng vi tc 1m/s v theo hng ca xe
goũng th nht.
õy l trng hp thun li nhng hc hs s gp phi khú khn nu gi s sau
va chm hai xe chuyn ng cựng chiu vi xe th hai.
1
v


2
v


1
N


1

p


2
N


2
p


(+)
Sau va chm
Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 4 -

Nu nh vy s thu c kt qu l
)/(1 smv


do ú GV cn phõn tớch cho
hs hiu ti sao nh vy. kt qu õm chng t gi s ca ta l sai, ỳng ra sau va
chm hai vt phi chuyn ng theo chiu ngc li vi chiu ta gi thit.
Bi tp 2:
Mụt khu sỳng i bỏc nm ngang khi lng m
s
= 1000kg, bn mt viờn n
khi lng m
d
= 2,5kg. Vn tc viờn n khi ra khi nũng sỳng l v

d
= 600m/s.
Tỡm vn tc ca sỳng?
Bi ny tụi dựng luyn tp v hng dn cho hs T gii.
Kt qu l hu ht hs gii c bi tp ny.
BI TON 2: Tng tỏc trong h qui chiu khỏc nhau
Cỏc bc gii bi tp loi ny nh bi toỏn 1. Nhng phi lm thờm mt thao
tỏc l a cỏc vt v cựng h qui chiu õy l vn khú khn vi hs. Khú khn
ny s c gii quyt trong tng dng bi tp c th sau õy:
Bi tp 1:
Mt tờn la cú khi lng tng cng M = 100T ang bay vi vn tc v
o
=
200m/s i vi trỏi t thỡ pht ra (tc thi) m = 20T khớ vi vn tc v = 500m/s
i vi tờn la. Tớnh vn tc tờn la sau khi pht khớ trong hai trng hp:
a) Pht ra phớa sau
b) pht ra phớa trc

Li gii
H m ta kho sỏt l tờn la v khi khớ pht ra t tờn la
Trc khi pht khớ tờn la chuyn ng vi tc khụng i nờn cỏc lc
tỏc dng lờn h cõn bng nhau. Trong khong thi gian tng tỏc rt nh ( giai
on pht khớ) ni lc (lc y gia khi khớ v tờn la) ln hn nhiu so vi
ngoi lc (trng lc). Nh vy h ta kho sỏt l h cụ lp.
ng lng ca h trc tng tỏc:

ot
vMp

ng lng ca h sau tng tỏc:
21
)( vmvmMp
s





Khú khn m hc sinh gp phi phng trỡnh ny nm cỏc cõu hi sau:
Ti sao h s ca
1
v

li l (M m)?

2
v

cú liờn quan gỡ n
v

?
Vỡ ng lng ca h c bo ton nờn
st
pp

)1( ).(
21 o
vMvmvmM








Ta ch cú mt PT nhng cú hai n?
Vy ta cn tỡm c mt PT na
Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 5 -

Bi cho vn tc
v

ca khi khớ i vi tờn la, cũn
2
v

l vn tc ca tờn la
i vi trỏi t (h qui chiu quỏn tớnh) iu ny gi ý cho ta nh n cụng
thc cng vn tc:

23

1213
vvv






n õy khú khn m hc sinh gp phi ó c gii quyt.
Vn dng vo bi tp ny ta cú
o
vvv




2
thay vo PT (1) ta c:

)2(.).().(
1 oo
vMvvmvmM

chn chiu dng trựng chiu chuyn ng ca tờn la (cựng chiu
1
v

v
o
v

)
a) Trng hp khớ pht ra phớa sau
Chiu PT (2) lờn chiu dng ó chn ta c:
oo
MvvvmvmM





)()(
1

m
M
mvvmM
v
o

)(
1

Thay s
)/(325
10).20100(
50010.20200.10).20100(
3
33
1
smv




GV nhc hs i n v cỏc i lng v n v trong h SI.
b) Trng hp khớ pht ra phớa trc
Khớ pht ra phớa trc ngha l
v

cựng chiu dng.
Chiu (2) lờn chiu dng ó chn ta c.
oo
MvvvmvmM




)()(
1

)(
)(
1
mM
vvmMv
v
oo




Thay s smv /75
1

Bi tp 2: (bi ny cho hs t gii)
Mt ngi khi lng m
1
= 50kg nhy t mt chic xe cú khi lng m
2
= 80kg
ang chuyn ng theo phng ngang vi vn tc v = 3m/s. Bit vn tc nhy
i vi xe l v
o
= 3m/s. Tớnh vn tc ca xe sau khi ngi y nhy trong cỏc
trng hp:
a) Cựng chiu
b) Ngc chiu
Dng 2: Tng tỏc ca h vt cú cỏc vộc t vn tc khụng c ựng phng
(cỏc vt ca h chuyn ng khụng cựng phng).

Bi tp 1:
Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 6 -

Mt viờn n ang bay ngang, cỏch mt t 200m, vi vn tc 300m/s thỡ n
v thnh hai mnh cú khi lng m
1
= 10kg v m
2
= 20kg. Mnh 1 bay lờn theo
phng thng ng vi tc v
1
= 519m/s. Xỏc vn tc ca mnh 2 ngay sau
khi n?
Li gii
H kho sỏt l viờn n v hai mnh n.
Trong thi gian n n ni lc ln hn nhiu so vi ngoi lc nờn h ta
kho sỏt l h cụ lp.
ng lng ca viờn n trc khi n:
vmmpp
t



)(
21

ng lng ca hai mnh n ngay sau khi n:
221121
vmvmppp
s







ng lg ca h bo ton nờn
st
pp




21
ppp





n õy GV lu ý hs ng lng ca vt cựng hng vi vn tc ca vt.
Trong bi tp ny vỡ lỳc u viờn n bay ngang, sau khi n mnh 1 bay lờn theo
phng thng ng nờn vộc t ng lng ca mnh 1 vuụng gúc vi vộc t
ng lng ca viờn n.

s
m
kgp 1038951909000
22
2


M
s
m
kg
m
p
vvmp 4,519
20
10389
2
2
2222


p


2
p


1

p




Quan sỏt hỡnh v ta thy
2
p

l cnh
huyn ca tam giỏc vuụng cú hai cnh
gúc vuụng l
1
p

v
2
p

.
2
1
2
2
ppp

Vi
s
m
kgvmp 5190519.10

111


s
m
kgvmmp 9000300).2010()(
21


Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 7 -

T hỡnh v ta cú
o
p
p
3058,0
9000
5190
tan
1


Khú khn m hs gp phi khi gii bi tp thuc loi ny ú l cỏc em khụng biu
din c cỏc vộc t ng lng trờn hỡnh v. Vỡ vy GV phi nhc cỏch tỡm
vộc t tng theo qui tc hỡnh bỡnh hnh hoc qui tc cng vộc t theo hỡnh tam
giỏc.
Bi tp 2:
Mt ht nhõn phúng x ban u ng yờn phõn ró thnh ba ht: ờlờctrụn, ht
nhõn con v ntrụn. ng lng ca ờlờctrụn l p

e
= 12.10
-23
kg.m/s. ng lng
ca ntrụn vuụng gúc vi ng lng ca ờlờtrụn v cú tr s p
n
= 9.10
-23
kg.m/s.
Tỡm hng v tr s ng lng ca ht nhõn con?
Bi ny cho hs t gii
B. VN DNG NH LUT BO TON C NNG
Khi dy phn ny tụi ó a ra cho hc sinh phng phỏp chung gii bi tp
nh sau:
Xỏc nh xem c nng ca vt hoc h vt cú bo ton khụng.
Chn mc tớnh th nng
Vit biu thc c nng ca vt ti cỏc v trớ cn kho sỏt
p dng nh lut bo ton c nng t ú suy ra i lng cn tỡm
Tuy ó a ra phng phỏp gii nh vy nhng gi bi tp hs cũn gp rt
nhiu khú khn. Nhng khú khn ú s c tụi trỡnh by trong mt s bi tp
sau:
Bi tp 1:

Xỏc nh xem c nng ca vt hoc h vt cú bo ton khụng.
õy l vn khú vi hc sinh cho nờn GV phi a ra nhng cõu hi hng
cỏc em n vn . V phõn tớch vn ny tht rừ rng vỡ nú l ca vo duy
nht ca dng b tp ny.
M
t bỏn cu tõm o
b

ỏn
k
ớnh
R

t
c


nh trờn mt phng ngang. mt vt nh
trt xung khụng vn tc u t nh
A ca bỏn cu. B qua ma sỏt v lc
cn. ca khụng khớ. Xỏc nh v trớ ti
ú vt bt u ri khi bỏn cu.



A
M
Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 8 -

Trong bi tp ny vt nh chu tỏc dng ca trng lc v phn lc. Trong ú
phn lc cú phng vuụng gúc vi mt tip xỳc (vuụng gúc vi phng chuyn
ng ca vt) do ú cụng ca nú bng khụng.
Nh vy ch cú trng lc tỏc dng lờn vt sinh cụng nờn c nng ca vt bo
ton.
Chn mc tớnh th nng
Trong vn ny hc sinh thng nhm ln v cỏch
chn mc tớnh th nng, cỏc em thng chn mc tớnh

th nng l mt im. Nhng mc tớnh th nng phi
c chn l mt phng m th nng ca vt ti mi
im trờn ú u bng khụng.
Trong bi ny mc tớnh th nng c chn ti mt phng ngang.
Vit biu thc c nng cho vt ti cỏc v trớ kho sỏt


PT (*) cú 2 n vy ta phi tỡm c mt phng trỡnh th 2. õy l mt vn
khú m hu ht hs khụng t duy c.Vỡ vy GV phi hng dn hs bng
cỏch t cỏc cõu hi nh:
Vt chuyn ng th no quanh tõm o ca bỏn cu?
Khi vt bt u ri bỏn cu thỡ phn lc ca bỏn cu tỏc dng lờn vt cú
giỏ tr th no?
Ta tr li bi toỏn: Vỡ vt chuyn ng trũn quanh tõm o ca bỏn cu nờn ta cú:

)1(
ht
amNP





Chiu PT (1) lờn phng, chiu ca gia tc hng tõm (Chiu dng c chn
trựng vi chiu ca gia tc hng tõm).
=> Pcos N = ma
ht
vi a
ht
=

r
v
2

=> Pcos N = m
R
v
2

Khi vt bt u ri khi bỏn cu thỡ N = 0
mgcos =
R
mv
2
(2)

A
M
N


p


C nng ca vt nh ti A l W
1
= mgR
C nng ca vt nh ti M l
W
2

= mgR(1 cos) +
2
2
mv

C nng bo ton nờn W
1
= W
2

=> mgR = mgR(1 cos) +
2
2
mv
(*)
Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 9 -

Thay (2) vo (*) ta c mgR = mgRcos + 0,5mgRcos
cos = 2/3
48
o

Vy vt nh ri bỏn cu ti v trớ m ng thng ni t tõm o n vt lm vi
ng thng ng mt gúc 48
o
.
Bi tp 2:
Mt vt khi lng 1kg trt khụng ma sỏt t nh mt mt phng di 10m v
nghiờng gúc = 30

o
so vi mt phng nm ngang. Vn tc ban u bng khụng.
Tớnh vn tc ca vt chõn mt phng nghiờng.
Bi ny cú th gii bng phng phỏp ng lc hc tuy nhiờn GV yờu cu hs s
dng nh lut bo ton c nng gii bi ny.


C. BI TP TNG HP
õy l dng bi tp s dng c hai nh lut bo ton ng lng v nh
lut bo ton c nng.
Bi tp 1: Bn mt viờn n khi lng m = 10g vi tc
v
vo mt tỳi cỏt
c treo ng yờn cú khi lng M = 1kg. Va chm l mm, n mc vo
trong tỳi cỏt v chuyn ng cựng vi tỳi cỏt.
Sau va chm, tỳi cỏt c nõng lờn cao h = 0,8m so vi v trớ cõn bng ban
u. Ly g = 9,8m/s
2
. Xỏc nh
v
?
Li gii
H kho sỏt gm tỳi cỏt v viờn n
Trc khi mc vo tỳi cỏt viờn n chuyn ng u, tỳi cỏt ng yờn
nờn ngoi lc tỏc dng lờn h cõn bng nhau. Ngay trc v sau tng
tỏc ngoi lc tỏc dng lờn h theo phng ngang bng khụng (b qua
lc cn ca khụng khớ) nờn ng lng ca h theo phng ngang bo
ton.
H kho sỏt chu tỏc dng ca trng lc v lc cng ca dõy treo tỳi
cỏt. Cụng ca lc cng dõy tỏc dng lờn vt bng khụng nờn c nng

ca vt bo ton.
p dng nh lut bo ton ng lng ta cú:

)1(
)(
)(
Mm
mv
V
VMmvm






Chn mc tớnh th nng l mt phng ngang i qua v trớ cõn bng ca tỳi cỏt.
Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 10 -

C nng ca h ti v trớ cõn bng (ngay sau khi n mc vo tỳi cỏt) l
2
)(
w
2
1
VMm

C nng ca h cao h l ghMm )(w
2

p dng nh lut bo ton c nng ta cú:
)2(2
2
)(
)(
2
2
11
ghV
VMm
ghMm
ww





Thay (2) vo (1) ta c:
s
m
v
gh
m
Mm
vgh
Mm
vm
/
400

2
)(
2
)(
2
22






Bi tp 2:





Bi ny cho hs t gii rốn kh nng t duy ca hs.

M
m

Mt vt khi lng m = 1kg trt t nh mt phng
nghiờng di l = 4m hp vi mt ngang mt gúc =
30
o
. Sau khi ri mt nghiờng thỡ vt ri vo xe
goũng nm yờn trờn ng ray. Xe goũng cú khi
lng M = 4kg. Tớnh vn tc ca xe goũng sau khi
vt ri vo. B qua ma sỏt ly g = 10m/s
2
. S
1,1m/s

Phan văn hội kinh nghiệm vận dụng các định luật bảo toàn
- 11 -






KT LUN
Trờn õy l nhng kinh nghim tụi ó thu c trong quỏ trỡnh dy hc. Vi
cỏch ging dy nh vy tụi ó thu c nhng kt qu kh quan, ú l hu ht
hc sinh bit vn dng cỏc nh lut bo ton ng lng v nh lut bo ton
c nng gii cỏc bi tp vt lý lp 10.
Do thi gian cụng tỏc cũn ớt nờn ti ca tụi khụng trỏnh khi thiu sút, mong
ngi c úng gúp ý kin ti ny c hon thin hn.

Tụi xin chõn thnh cm n.