Luận văn Phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh miền núi khi dạy học bài tập vật lí chương động lực học vật rắn (vật lí 12 - Nâng cao)

bài tập định lượng cơ bản, rèn kĩ năng vận dụng công thức để tính mômen động lượng đối với trục quay cố định L I . Bài 3.7 có nội dung thực tế, bài toán cho thấy Trái Đất trong chuyển động tự quay xung quanh trục thì Trái Đất là một quả cầu, nhưng trong chuyển động quay quanh Mặt Trời thì Trái Đất chỉ như là một chất điểm. Khi tìm được tốc độ góc quay của Trái Đất nhiều học sinh sẽ tò mò tại sao Trái Đất quay nhanh như vậy mà chúng ta lại không bị văng khỏi mặt đất? Từ đó kích thích được tính tò mò và sự hiếu kì của học sinh về các hiện tượng thực tế. Từ bài 3.9 đến bài 3.12 là các bài tập phức hợp vận dụng định luật bảo toàn mômen động lượng 1 1 2 2I I  . Bài 3.11 là sự va chạm mềm giữa 2 vật nên năng lượng không được bảo toàn, ở bài toán này học sinh sẽ biết thêm một điều kiện nữa để áp dụng định luật bảo toàn mômen động lượng. Bài 3.12 có sự chuyển động tương đối giữa người và sàn, nên học sinh phải biết vận dụng cả kiến thức về chuyển động tương đối, công thức cộng vận tốc đã học ở lớp 10. Những bài tập phức 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 và định luật bảo toàn mômen động lượng 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 trên 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 45 * Chủ đề: Động năng của vật rắn quay quanh một trục: gồm 10 bài (từ bài 4.1 đến 4.10) Từ bài 4.1 đến 4.6 là các bài tập cơ bản, có tác dụng củng cố kiến thức mới học về động năng quay của vật rắn. Bài 4.1 đến 4.4 là những bài tập định tính giúp học sinh hiểu rõ hơn về động năng quay, vì đây là khái niệm hoàn toàn mới đối với học sinh. Bài 4.1, 4.4 là các bài tập chứng minh để tìm ra dạng khác của công thức tính động năng quay: 2 2 d L W I  . Bài 4.4 là chứng minh để tìm ra biểu thức của định lí biến thiên động năng 2 2 2 1 1 1 2 2 dW I I A     , đây là kiến thức mới cần cung cấp cho học sinh để vận dụng giải bài tập. Bài 4.5, 4.6 chủ yếu rèn kĩ năng tính toán và sử dụng đơn vị đo. Từ bài 4.7 đến 4.10 là các bài tập phức hợp. Bài 4.7 cho thấy động năng thay đổi khi cấu trúc của hệ thay đổi, nghĩa là mômen quán tính thay đổi, do đó phải vận dụng cả định luật bảo toàn mômen động lượng để giải. Bài 4.8 phải vận dụng cả các công thức của chuyển động quay biến đổi đều. Bài 4.9 có sự chuyển động tương đối giữa người và sàn theo phương bán kính của sàn, nên vận tốc tiếp tuyến phụ thuộc thời gian, do đó trong biểu thức tính động năng quay cũng phụ thuộc thời gian t. Bài 4.10 là bài toán về vật rắn vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến (bánh xe đang đi) nên động năng toàn phần là tổng của động năng quay và động năng tịnh tiến. Qua đó rèn cho học sinh nhiều kĩ năng cần thiết: tổng hợp, phân tích, so sánh, tính toán. Trong tiết luyện tập thứ 2, để đảm bảo cho học sinh nắm vững những kiến thức và kĩ năng cơ bản, chúng tôi lựa chọn 3 bài tập điển hình để hướng dẫn cho học sinh: bài 4.1 là bào tập cơ bản; bài 3.11 là bài tập về vật rắn quay quanh một trục cố định; bài 4.10 là bài tập về vật rắn quay quanh một trục di động. Sau đó hướng dẫn thêm cho học sinh tự làm những bài tập tương tự ở nhà 3.12, 4.8, 4.9. Qua việc phân tích trên cho thấy hệ thống bài tập mà chúng tôi lựa chọn là từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp. Các bài tập được sắp xếp theo các chủ đề kiến thức tương ứng với lí thuyết để giúp cho giáo viên dễ sử dụng bài tập trong hoạt động dạy học, đồng thời cũng nhằm giúp học sinh nắm được phương pháp giải từng loại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 46 bài tập cụ thể. Hệ thống bài tập được xây dựng đảm bảo yêu cầu chung của lựa chọn bài tập và yêu cầu của việc phát huy tính tích cực, tự lực học tập của học sinh. Mỗi chủ đề đều được bắt đầu bằng các bài tập cơ bản, đơn giản. Các bài này phần lớn học sinh có thể tự lực giải sau khi đã học xong lí thuyết hoặc chỉ cần sự gợi ý nhỏ của giáo viên là các em có thể vượt qua. Việc nắm vững phương pháp giải các bài tập cơ bản là cơ sở để các em phân tích và tìm lời giải cho các bài tập có nội dung tổng hợp. Các bài tập nêu ra vừa sức với học sinh miền núi, và cũng chú trọng rèn luyện kĩ năng thực hành vận dụng kiến thức, kĩ năng phân tích, tổng hợp, so sánh, tính toán và nhận xét kết quả bài toán cho học sinh. Với sự cố gắng của các em cùng với sự hướng dẫn khoa học, phù hợp của giáo viên sẽ phát huy được tính tích cực và tự lực học tập của học sinh trong các giờ luyện giải bài tập vật lí. 2.1.6.2. Phƣơng án sử dụng hệ thống bài tập đã lựa chọn Qua điều tra tìm hiểu chúng tôi nhận thấy trong các tiết học nghiên cứu tài liệu mới, nội dung kiến thức trong mỗi bài của chương tương đối dài, do đó không có đủ thời gian trên lớp để giải hết các bài tập đã ra cho học sinh. Nên phần lớn các bài tập chúng tôi đã lựa chọn sẽ được ra cho học sinh làm ở nhà sau mỗi tiết học có nội dung tương ứng. Chỉ hướng dẫn học sinh giải một số bài tập cơ bản ở đầu giờ, cuối mỗi giờ học nghiên cứu tài liệu mới, và tổ chức hướng dẫn học sinh giải một số bài tập tổng hợp trong các tiết bài tập theo phân phối chương trình của Bộ giáo dục và Đào tạo (trong luận văn này chúng tôi soạn hai giáo án chi tiết). Cụ thể các bài tập được phân bố như sau: Tiết học Nội dung Bài tập giải tại lớp Bài tập giao về nhà Tiết 1 Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 1.10, 1.11 Tiết 2 Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định 2.1, 2.3, 2.5 2.2, 2.6, 2.7 Tiết 3 Phương trình động lực học của vật rắn quay quanh một trục cố định (tiếp theo) 2.11 2.8, 2.9, 2.10 Tiết 4 Bài tập 2.4, 2.14, 2.15 2.12, 2.13, 2.16, 2.17 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 47 Tiết 5 Mômen động lượng. Định luật bảo toàn mômen động lượng 3.6 3.7, 3.8 Tiết 6 Mômen động lượng. Định luật bảo toàn mômen động lượng (tiếp theo) 3.1, 3.4, 3.5 3.2, 3.3, 3.9, 3.10 Tiết 7 Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định 4.2, 4.3, 4.4 4.5, 4.6, 4.7 Tiết 8 Bài tập 3.11, 4.1, 4.10 3.12, 4.8, 4.9 Tiết 9 Kiểm tra 1 tiết 2.2 XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC MỘT SỐ CHỦ ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÍ CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN Trên cơ sở lí luận đã phân tích ở chương I, trong nội dung phần này chúng tôi xây dựng một số giáo án nhằm làm sáng tỏ những vấn đề, những biện pháp đã đề ra. Quan điểm của chúng tôi là để học sinh tự lực học tập thì trước hết học sinh phải tích cực học tập, để học sinh tích cực thì học sinh phải có hứng thú và do đó chúng tôi tạo hứng thú bằng cách tạo ra những vấn đề học tập vừa sức và có sự gợi mở hướng dẫn kịp thời để học sinh hiểu được bước tiếp theo phải làm gì. Khi học sinh tự lực giải được bài tập thì tính tích cực lại được phát huy. Do vậy tính tích cực luôn gắn liền với tính tự lực trong nhận thức của các em. 2.2.1. Ý tƣởng sƣ phạm xây dựng tiến trình dạy học 2.2.1.1. Ý tƣởng sƣ phạm Tiến trình dạy học chúng tôi xây dựng là tuân thủ theo các biện pháp mà chúng tôi đã đề xuất ở chương 1, mà mục đích là nhằm phát huy tính tích cực và tự lực học tập của học sinh THPT miền núi. Để phát huy được tính tích cực học tập của học sinh, chúng tôi sử dụng phương pháp dạy học nêu vấn đề, kết hợp vấn đáp-đàm thoại; phương pháp làm việc độc lập của học sinh kết hợp với học tập hợp tác trong nhóm nhỏ. Giáo viên tạo ra những tình huống có vấn đề đó là nội dung các bài tập, cụ thể hơn là cái cần tìm trong mỗi bài toán. Giáo viên định hướng hành động học tập theo kiểu hướng dẫn tìm tòi, trong đó có dự kiến đối với học sinh yếu không đáp ứng được yêu cầu thì Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 48 thu hẹp dần phạm vi tìm tòi đến khi có thể giải quyết được vấn đề. Sau đó tổ chức cho học sinh thảo luận và giao nhiệm vụ cho các nhóm. Trong nhóm các học sinh tự giác, chủ động suy nghĩ và trao đổi ý kiến. Với kiểu hướng dẫn này tất cả học sinh trong lớp sẽ tích cực suy nghĩ và chủ động tranh luận giải quyết bài toán. Để phát huy tính tự lực học tập của học sinh, chúng tôi sử dụng phương tiện dạy học hiện đại để hỗ trợ chiếu đầu bài, hình vẽ và nhiệm vụ học tập lên màn chiếu để học dễ quan sát và dễ xác định được hiện tượng xảy ra ở mỗi bài toán. Ngoài ra, việc phân tích kĩ đầu bài (cái đã cho, cái cần tìm) cũng góp phần tạo hứng thú và kích thích tính tự lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Việc tranh luận và thảo luận ở các nhóm học sinh, việc trình bày ý tưởng và kết quả của nhóm, và việc lựa chọn các bài tập điển hình có nội dung tăng dần độ phức tạp để học sinh tiếp tục giải bài tập giao về nhà cũng góp phần phát huy tính tự giác học tập của mỗi học sinh. Trong quá trình giải bài tập giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận theo nhóm và tự trình bày ý tưởng của mình, các nhóm khác nhận xét giúp cho quá trình kiểm tra, đánh giá và tự kiểm tra, đánh giá của học sinh được diễn ra một cách tự nhiên. Qua đây cũng phát huy được tính tự lực học tập, rèn luyện được khả năng diễn đạt và trình bày trước tập thể. Trong quá trình tổ chức hoạt động giải bài tập, giáo viên cũng chú trọng rèn các kĩ năng cơ bản, cần thiết như: cách dùng đơn vị (tóm tắt đề bài), kĩ năng tính toán, sử dụng máy tính bỏ túi, kĩ năng phân tích, tổng hợp, so sánh,… Từ đó giúp phát triển tư duy lôgic và rèn ngôn ngữ vật lí cho học sinh miền núi. Có thể mô tả cụ thể ý tưởng xây dựng tiến trình dạy một tiết học như sau: * Phần kiểm tra bài cũ: giáo viên nêu ra những câu hỏi đơn giản dạng trắc nghiệm hoặc tự luận định tính (giải thích hiện tượng). Chủ yếu để khởi động tư duy và nêu ra những công thức cần nhớ để làm bài tập. * Về nội dung: giáo viên đưa ra ba bài tập: bài mở đầu là bài cơ bản, đơn giản, mà học sinh có thể tự lực giải được nhằm kích thích hứng thú cho học sinh; hai bài tiếp theo là các bài tập tổng hợp tăng dần độ phức tạp. Nội dung các bài tập vừa có tác dụng củng cố kiến thức, vừa có tác dụng nêu ra kiến thức mới cho học sinh, mà cũng vừa sức và rất thực tế với học sinh miền núi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 49 * Về phƣơng pháp: - Phương pháp chung: Dạy học nêu vấn đề, vấn đáp-đàm thoại, hoạt động cá nhân, thảo luận nhóm. - Phương pháp cụ thể: giáo viên nêu bài toán và hình vẽ trên máy chiếu projector để học sinh dễ quan sát. Hướng dẫn học sinh phân tích đầu bài để chỉ ra cái đã cho, cái cần tìm của bài toán. Sau đó hướng dẫn giải bài toán bằng kiểu hướng dẫn tìm tòi, giáo viên đặt ra những câu hỏi để gợi ý về tiến trình giải cụ thể của bài toán. Tổ chức cho học sinh hoạt động cá nhân kết hợp với thảo luận theo nhóm nhỏ để thực hiện nhiệm vụ giải bài tập. Giáo viên quan sát hoạt động của học sinh và có sự hướng dẫn thêm với những học sinh yếu để cho tất cả học sinh trong lớp tích cực giải bài tập. Khi làm bài xong, giáo viên yêu cầu đại diện 2 nhóm lên trình bày kết quả trên máy chiếu vật thể, các nhóm khác nhận xét và bổ sung. Cuối cùng giáo viên nhận xét chung và nêu ra những điều cần lưu ý khi giải bài tập và giao nhiệm vụ về nhà. * Phƣơng tiện: Máy vi tính, máy chiếu projector để chiếu đầu bài, hình vẽ, nhiệm vụ học tập. Máy chiếu vật thể: chiếu phương án giải bài tập của học sinh. Với cách phân tích như vậy ta có thể diễn đạt bằng sơ đồ tiến trình dạy học như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 50 2.2.1.2. Sơ đồ tiến trình dạy học - Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát - Câu hỏi trắc nghiệm. Câu hỏi tự luận (định tính) - Phương pháp: Kiểm tra trắc nghiệm, kiểm tra tự luận (giải thích) Máy vi tính, máy chiếu projector Giải bài tập (Bài tập định tính) - Khởi động tư duy - Tạo hứng thú học tập - Nội dung bài tập định tính - Phương pháp: Nêu vấn đề, vấn đáp- đàm thoại, hoạt động cá nhân. Máy vi tính, máy chiếu projector - Kích thích hứng thú học tập - Rèn ngôn ngữ vật lí cho học sinh - Rèn kĩ năng trình bày vấn đề trước tập thể - Nội dung bài tập tính toán (2 bài) - Phương pháp: Nêu vấn đề, vấn đáp- đàm thoại, hoạt động cá nhân, thảo luận nhóm. Giải bài tập (Bài tập tính toán) Máy vi tính, máy chiếu, phiếu học tập - Rèn kĩ năng tính toán, phân tích, tổng hợp, so sánh. - Rèn ngôn ngữ vật lí cho học sinh - Phát triển tư duy vật lí cho học sinh Phát huy tính tích cực, tự lực học tập của học sinh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 51 2.2.2. Xây dựng tiến trình dạy học một số chủ đề bài tập Dưới đây chúng tôi xin trình bày hai giáo án được biên soạn theo quan điểm, mục tiêu của đề tài đặt ra. Phần này chúng tôi sử dụng một số kí hiệu sau: ◊ Nhận xét, dẫn dắt hoặc thông báo của giáo viên. O Câu hỏi, đặt vấn đề của giáo viên. ▼ Hoạt động của học sinh. Bài soạn 1 BÀI TẬP VỀ PHƢƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VẬT RẮN QUAY QUANH MỘT TRỤC I. MỤC TIÊU 1. Về kiến thức: - Nắm được các công thức của chuyển động quay của vật rắn quanh một trục; - Nắm được các tính chất của chuyển động quay; - Phân tích được mối liên hệ giữa chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của vật rắn quanh một trục. 2. Về kĩ năng: - Có kĩ năng phân tích chuyển động của hệ vật; - Có kĩ năng vận dụng các kiến thức về chuyển động quay của vật rắn và vận dụng PT động lực học của vật rắn quay quanh một trục để giải các bài tập; - Có kĩ năng vận dụng tổng hợp kiến thức về chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của vật rắn để phân tích chuyển động tổng hợp của hệ vật. 3. Về thái độ: - Tích cực tham gia giải bài tập dưới sự hướng dẫn của giáo viên; - Chủ động vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Lựa chọn bài tập và lập kế hoạch lên lớp: bài soạn; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 52 - Phân tích phương pháp giải các bài toán cụ thể; - Đồ dùng dạy học: máy vi tính, máy chiếu. 2. Học sinh: - Ôn tập các kiến thức lí thuyết về chuyển động quay của vật rắn, PT động lực học của vật rắn quay quanh một trục; - Ôn tập các kiến thức Vật lí ở lớp 10: mômen lực, PT động lực học của chất điểm, PT chuyển động thẳng đều, thẳng biến đổi đều, chuyển động tròn đều; - Phiếu học tập. III. PHÂN TÍCH PHƢƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ Bài toán 1: Hãy tìm biểu thức tính mômen quán tính đối với trục quay đi qua đầu một thanh có chiều dài l, khối lượng m? A. Phân tích đầu bài - Cái đã cho: Thanh dài l, khối lượng m - Cái cần tìm: Mômen quán tính I của thanh đối với trục quay đi qua một đầu của thanh. B. Định hƣớng tƣ duy cho học sinh - Giáo viên sẽ đưa ra công thức tính mômen quán tính I đối với trục quay bất kì song song với trục đối xứng: 2 0I I ma  - Vì trong lí thuyết chỉ cho biết mômen quán tính I0 của thanh đối với trục quay là trục đối xứng, nên để tìm được mômen quán tính đối với trục quay đi qua một đầu của thanh thì cần dựa vào công thức tính mômen quán tính đối với trục quay bất kì. Học sinh cần xác định được khoảng cách từ trục quay đến trục đối xứng. C. Lập kế hoạch giải - Công thức tính mômen quán tính I đối với trục quay bất kì: 2 0I I ma  Trong đó: I0 là mômen quán tính đối với trục đối xứng; a là khoảng cách từ trục quay đến trục đối xứng, m là khối lượng của vật rắn. - Ta đã biết I0 đối với thanh mảnh đồng chất. Xác định được 2 l a  2 3 ml I  Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 53 * Sơ đồ lôgic giải bài toán: Bài toán 2 Một quả nặng có khối lượng m1 = 500g, còn quả nhẹ có khối lượng m2 = 460g được nối với nhau bằng một dây không dãn vắt qua một ròng rọc (như hình vẽ). Ròng rọc là một hình trụ đặc đồng chất có bán kính R = 5cm. Khi được thả từ nghỉ người ta thấy quả nặng hơn rơi được 75cm trong 5s. Bỏ qua ma sát ở ổ trục và giữa dây và ròng rọc, coi dây không trượt trên ròng rọc. Hãy tính: a. Gia tốc của mỗi vật b. Gia tốc góc của ròng rọc c. Lực căng của dây ở hai nhánh, lấy g = 9,8 m/s2 d. Mômen quán tính của ròng rọc A. Phân tích đầu bài - Cái đã cho: Hệ gồm 2 vật m1, m2, ròng rọc m1 = 500 g = 0,5 kg; m2 = 460 g = 0,46 kg R = 5cm = 0,05 m; s = 75 cm = 0,75 m ; t = 5 s; g = 9,8 m/s 2 m1 m2 Cho biết: 2 0I I ma  Và 2 0 1 12 I ml Tìm I đối với trục quay đi qua đầu thanh dài l, khối lượng m - Tìm khoảng cách a - Viết biểu thức 2 0 1 12 I ml 2 3 ml I  Phƣơng pháp: - Vấn đáp-đàm thoại - Hoạt động cá nhân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 - Cái cần tìm: a. Gia tốc của mỗi vật: a; b. Gia tốc góc của ròng rọc:  c. Lực căng: T1, T2 ; d. Mômen quán tính của ròng rọc: I B. Định hƣớng tƣ duy cho học sinh - Để trả lời được các câu hỏi của bài toán này, ta phải phân tích và biểu diễn được các lực tác dụng vào vật m1, m2, và ròng rọc và phân tích chuyển động của từng vật để thấy được tính chất chuyển động của vật nào là tịnh tiến, vật nào là chuyển động quay quanh một trục. Từ đó ta sẽ xác định được các đại lượng đặc trưng cho chuyển động của mỗi vật. - Sau đó vận dụng các công thức đã học về động học, động lực học chất điểm, định luật II Niutơn và PT động lực học vật rắn ta sẽ tìm được mối liên hệ giữa cái đã cho và cái cần tìm. Từ các hệ thức đó sẽ suy ra cái cần tìm. C. Lập kế hoạch giải * Phân tích các lực tác dụng lên hệ vật: -Vật m1: 1T  ; 1P  - Vật m2: 2T  ; 2P  - Ròng rọc: 1T  ; 2T  ; P ; N Lưu ý: P  và N  là trọng lực và phản lực của trục ròng rọc cân bằng nhau * Phân tích chuyển động của các vật: - Vật m1, m2 chuyển động tịnh tiến; còn ròng rọc chuyển động quay quanh một trục cố định đi qua tâm của ròng rọc. - Vì dây không trượt trên ròng rọc và các vật chịu tác dụng của những lực không đổi nên chuyển động của vật m1, m2 là chuyển động thẳng biến đổi đều. - Vì dây không dãn nên 2 vật m1, m2 chuyển động với cùng gia tốc a. * Chọn chiều dương theo chiều chuyển động của hệ vật a./ Vật m1 được thả từ nghỉ nên v0 = 0, và đi được quãng đường s trong khoảng thời gian t, ta có hệ thức: 21 2 s at (1) m1 m2 2T  1T  1T  2T  2P  1P  R + Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 - Từ (1) ta tìm được a: 2 2s a t  (2) b./ Gia tốc góc của ròng rọc  liên hệ với gia tốc tiếp tuyến at theo hệ thức: ta R . Mà gia tốc tiếp tuyến at ở mỗi điểm ở vành ngoài của ròng rọc chính bằng gia tốc chuyển động tịnh tiến của mỗi vật. Vậy: a R (3) Từ đó ta tìm được: a R   (4) c./ Để tìm lực căng T1, T2 ở mỗi nhánh của ròng rọc, ta dựa vào định luật II Niu-tơn viết phương trình động lực học cho mỗi vật m1, m2: + Vật m1: 1 1 1P T m a     (5) - Chiếu (5) lên phương chuyển động: 1 1 1m g T m a  (6)  1 1T m g a   (7) + Vật m2: 2 2 2P T m a     (8) - Chiếu (8) lên phương chuyển động: 2 2 2T m g m a  (9)  2 2T m g a   (10) d./ Để tính mômen quán tính của ròng rọc, ta dựa vào PT động lực học của vật rắn quay quanh một trục: 1 2( )M I T T R   (11) 1 2T TI R     (12) D. Nhận xét kết quả bài toán - Do ròng rọc có khối lượng, tức là có mômen quán tính nên lực căng ở hai bên ròng rọc khác nhau. - Khác với các bài toán về ròng rọc đã xét ở lớp 10, ta đã bỏ qua khối lượng của ròng rọc nên lực căng của dây ở 2 bên ròng rọc là như nhau. Trong thực tế ròng rọc luôn có khối lượng đáng kể nên lực căng dây ở 2 bên ròng rọc là khác nhau. * Sơ đồ tiến trình rút ra kết quả: a. b. c. d. 1 2 a 3 4  11 12 I 9 10 8 T2 6 7 5 T1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 * Sơ đồ lôgic giải bài toán: + Quả nặng m1 = 500g, quả nhẹ m2 = 460g + Ròng rọc là một hình trụ đặc đồng chất, bán kính R = 5cm + m1 rơi từ nghỉ sau 5s đi được quãng đường 75cm Phƣơng pháp: + Nêu vấn đề + Vấn đáp-đàm thoại + Hoạt động cá nhân + Thảo luận nhóm Gia tốc góc của ròng rọc Lực căng dây ở hai nhánh Mômen quán tính của ròng rọc Gia tốc của mỗi vật Vận dụng công thức tính quãng đường trong chuyển động thẳng biến đổi đều: 21 2 s at Vận dụng công thức liên hệ giữa gia tốc chuyển động tịnh tiến và gia tốc góc: .a R - Phân tích lực tác dụng vào từng vật - Chiếu PT lực lên trục toạ độ theo phương cđ - Tìm độ lớn T1, T2 - Áp dụng PT động lực học của vật rắn quay quanh một trục: 1 2. ( )M I T T R   2 2s a t  a R   T1=m1(g-a) T2=m2(g+a) 1 2 T T I R    Nhận xét kết quả bài toán Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Bài toán 3: Xác định quy luật chuyển động của khối tâm một bánh xe của ô tô khi leo dốc. Cho rằng lực kéo F  đặt vào trục bánh xe là không đổi, bánh xe là vành tròn đồng chất, có trọng lượng P và lăn không trượt từ nghỉ lên dốc có độ nghiêng góc  so với mặt phẳng ngang. Bỏ qua ma sát lăn. A. Phân tích đầu bài: - Cái đã cho: Bánh xe là vành tròn lăn không trượt lên dốc + Dốc nghiêng góc  ; + Trọng lượng bánh xe: P + Lực kéo F không đổi, bỏ qua ma sát lăn. - Cái cần tìm: Quy luật chuyển động của khối tâm bánh xe: x(t) B. Định hƣớng tƣ duy cho học sinh - Trước hết cần phân tích kĩ chuyển động của xe: gồm chuyển động tịnh tiến của khối tâm và chuyển động quay quanh một trục của các điểm trên bánh xe. - Phân tích lực tác dụng vào bánh xe để thấy rõ các lực tác dụng là không đổi. Từ đó chỉ ra được chuyển động của khối tâm bánh xe là chuyển động thẳng biến đổi đều với qui luật: 2 0 0 1 2 x x v t at   (*) - Chọn điều kiện thích hợp để x0 = 0 và v0 = 0. Vận dụng PT động lực học chất điểm và động lực học vật rắn để tìm gia tốc chuyển động a. Sau đó thay a vào (*) để tìm PT chuyển động của khối tâm bánh xe. C. Lập kế hoạch giải * Phân tích chuyển động của bánh xe: bánh xe lăn không trượt lên dốc gồm 2 chuyển động thành phần: + Khối tâm bánh xe chuyển động tịnh tiến theo quỹ đạo thẳng trùng với mặt phẳng dốc. + Các điểm trên bánh xe chuyển động quay quanh trục của bánh xe. * Phân tích lực tác dụng vào bánh xe: + F  : lực kéo không đổi F   Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 + N  : Phản lực của mặt đường lên bánh xe + P  : Trọng lực của bánh xe + msF  : Lực ma sát nghỉ. Do bỏ qua ma sát lăn, nên lực ma sát tại điểm tiếp xúc là lực ma sát nghỉ, có tác dụng cản trở chuyển động tịnh tiến của bánh xe. - Như vậy các lực tác dụng vào bánh xe là không đổi nên chuyển động của khối tâm bánh xe là chuyển động thẳng biến đổi đều. Do đó quy luật chuyển động: 2 0 0 1 2 x x v t at   (1)  Do vậy muốn viết được (1) ta cần tìm x0, v0, a * Chọn hệ qui chiếu Ox gắn với mặt dốc, chiều dương theo chiều chuyển động của vật. Để bài toán đơn giản ta chọn gốc toạ độ tại vị trí nghỉ ban đầu của bánh xe. Khi đó: x0 = 0; v0 = 0 (2) * Viết PT động lực học cho khối tâm bánh xe: msF P N F ma         (3) - Chiếu (3) lên trục toạ độ, ta được PT đại số: sinmsF F P ma   (4) - Ta thấy: Các lực , ,F N P    có giá cắt trục quay nên không gây ra mômen quay, chỉ có msF  gây ra mômen quay. Do đó vận dụng PT động lực học cho vật rắn quay quanh một trục, ta có: msM I F R  (5) - Vì bánh xe là vành tròn đồng chất bán kính R nên mômen quán tính: 2I mR (6) - Thay (6) vào (5) và rút ra Fms: msF mR (7) - Mặt khác ta có gia tốc a trong chuyển động tịnh tiến của khối tâm liên hệ với gia tốc góc  trong chuyển động quay quanh trục của bánh xe: a R (8) - Thay (8) vào (7) ta tìm được: msF ma (9) - Từ (4) và (9) ta được: sin 2F P ma      1 sin sin 2 2 g a F P F P m P       (10) - Thay (2) và (10) vào (1) ta tìm được quy luật chuyển động của khối tâm như sau: 2( sin ) 4 g x F P t P   (11) O x F   P msF  N  Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 D. Nhận xét kết quả bài toán + a là gia tốc chuyển động của khối tâm, cũng chính là gia tốc chuyển động tịnh tiến của bánh xe. + Chỉ có Fms nghỉ gây ra mômen quay, do đó mômen của Fms đóng vai trò làm mômen phát động của bánh xe khi xe khởi hành. * Sơ đồ tiến trình rút ra kết quả: 5 6 7 9 2 1 x 8 4 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 * Sơ đồ lôgic giải bài toán: + Bánh xe là vành tròn chuyển động lăn không trượt lên dốc,