Sáng kiến kinh nghiệm Phân loại và phương pháp giải bài tập chương Động lực học chất điểm – Vật lý 10

 SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC 
 TRƯỜNG THPT NGUYỄN THÁI HỌC 
 ------------***------------ 
 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, 
 ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 
 “PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 
 BÀI TẬP CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC 
 CHẤT ĐIỂM – VẬT LÝ 10” 
TÁC GIẢ: VŨ THỊ THANH HƯƠNG 
TỔ: LÝ – HÓA – SINH – CN. 
MÃ SÁNG KIẾN: 05.54 
 Vĩnh Yên, tháng 2 năm 2020 
 1 
 Xuất phát từ những lí do trên, tôi chọn đề tài: “Phân loại và phương pháp giải bài 
tập chương Động lực học chất điểm – Vật lý 10” 
II. Tên sáng kiến: 
“Phân loại và phương pháp giải bài tập chương Động lực học chất điểm – Vật lý 
10” 
III. Tác giả sáng kiến: 
 - Họ và tên: Vũ Thị Thanh Hương 
 - Địa chỉ tác giả sáng kiến: Giáo viên trường THPT Nguyễn Thái Học 
 - Số điện thoại: 0915.466.128. Email: vhuongsp81@gmail.com 
IV. Chủ đầu tư: không 
V. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: 
1) Đối tượng sử dụng đề tài: 
 + Giáo viên dạy môn Vật lý lớp 10 tham khảo để hướng dẫn học sinh giải bài 
tập, đặc biệt là cách giải các bài tập điển hình sử dụng phương pháp Động lực học 
 + Học sinh học lớp 10 luyện tập để kiểm tra, thi môn Vật lý. 
2) Phạm vi áp dụng: 
 Phần Động lực học chất điểm chương trình Vật lý 10 – Ban Cơ bản. 
3) Phương pháp nghiên cứu: 
Tập hợp các bài tập điển hình trong sách giáo khoa, trong sách bài tập, trong các kì 
thi khảo sát chất lượng, thi chuyên đề, thi học sinh giỏi (từ khi thay sách) và phân 
chúng thành các bài tập minh họa của những dạng bài tập cơ bản. 
 Hệ thống các công thức, kiến thức liên quan và phương pháp giải cho từng 
dạng. 
 Có bài tập ví dụ và giải minh họa để các em học sinh có thể nắm bắt, rèn luyện 
kỹ năng giải bài tập. 
 Các câu trắc nghiệm luyện tập là các câu hỏi nằm trong các đề thi khảo sát 
trong những năm qua. 
VI. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 
 Ngày 29 tháng 10 năm 2019 
VII. Mô tả bản chất của sáng kiến: 
B - NỘI DUNG 
 CÁC DẠNG BÀI TẬP CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM 
 – VẬT LÝ LỚP 10 
PHẦN I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 
I/ Các khái niệm cơ bản: 
1/ Chất điểm: là vật thể mà kích thước có thể bỏ qua khi nghiên cứu. 
Các trường hợp mà vật có thể coi là chất điểm: 
- Kích thước của vật rất nhỏ so với chiều dài quỹ đạo của vật và chỉ xác định vị trí 
của vật trên quỹ đạo. 
 3 
 m1m2 2 2
+ Độ lớn: Fhd G Với G = 6,67 Nm /kg . 
 r 2
- Trọng lực: là lực hút của trái đất tác dụng lên một vật 
Đặc điểm: 
+ Điểm đặt: Ở trọng tâm của vật 
+ Hướng: Phương thẳng đứng. 
 Chiều từ trên xuống. 
+ Độ lớn: P = mg g: gia tốc rơi tự do (gia tốc trọng trường) 
b/ Lực đàn hồi: Là lực xuất hiện ở vật khi vật đàn hồi bị biến dạng. 
- Lực đàn hồi của lò xo đồng đều bị kéo hoặc bị nén: 
Đặc điểm: 
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực đàn hồi. 
+ Hướng: Ngược với hướng của biến dạng. (hướng biến dạng là hướng chuyển 
động tương đối của đầu ấy so với đầu kia) 
+ Độ lớn: Fđh = k. l l = l – l0: độ biến dạng của lò xo. 
- Lực căng của dây: 
Đặc điểm: 
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực căng dây. 
+ Hướng: Phương trùng với dây 
 Chiều hướng về phần giữa của dây 
- Lực đàn hồi của một mặt bị ép 
Đặc điểm: 
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực đàn hồi. 
+ Hướng: Phương vuông góc với bề mặt vật 
 Chiều ngược với chiều của áp lực gây ra lực đàn hồi đó. 
c/ Lực ma sát: Là lực xuất hiện khi một vật chuyển động hoặc có xu hướng chuyển 
động trên mặt một vật khác. 
Có ba trường hợp: 
- Lực ma sát trượt: xuất hiện khi ở mặt tiếp xúc khi một vật trượt trên mặt vật khác. 
Đặc điểm: 
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực ma sát. 
+ Hướng: Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc 
 Chiều: ngược chiều chuyển động tương đối của vật ấy so với vật kia. 
+ Độ lớn: Fms = t.N t: hệ số ma sát trượt 
- Lực ma sát lăn: xuất hiện khi một vật lăn trên mặt vật khác. 
Đặc điểm: 
+ Điểm đặt: Ở vật nhận tác dụng của lực ma sát. 
+ Hướng: Phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc 
 Chiều: ngược chiều chuyển động tương đối của vật ấy so với vật kia. 
+ Độ lớn: Fms = l.N l: hệ số ma sát lăn 
Chú ý: Hệ số ma sát lăn l nhỏ hơn hệ số ma sát trượt t hàng chục lần. 
- Lực ma sát nghỉ: xuất hiện khi một vật có xu hướng chuyển động trên mặt vật 
khác. Lực ma sát nghỉ xuất hiện để cân bằng với các ngoại lực khác tác dụng vào 
vật. 
Đặc điểm: 
 5 
 Dạng 1: Bài toán một vật 
Có ba trường hợp: 
+ Một vật chuyển động thẳng. 
+ Một vật chuyển động parabol (chuyển động của vật bị ném). 
+ Một vật chuyển động tròn. 
Dạng 2: Bài toán hệ vật. 
Để hướng dẫn học sinh sử dụng phương pháp động lực học vào giải các bài toán 
động lực học chất điểm cần nêu ra được các thao tác hợp lý cho từng trường hợp 
cụ thể. Sau đây là cách sử dụng của cá nhân tôi trong quá trình rèn luyện cho học 
sinh kỹ năng giải các bài toán động lực học chất điểm. 
PHẦN III. BÀI TẬP VÍ DỤ 
Dạng 1: Bài toán một vật. 
Phương pháp giải: 
Bước 1: Chọn hệ quy chiếu. 
Bước 2: Biểu diễn các lực tác dụng lên vật. 
Bước 3: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn. 
Bước 4: Chuyển biểu thức vectơ thành biểu thức đại số và tính đại lượng yêu cầu. 
Việc giải các bài tập Vật lý đó là tư duy hiện tượng nên phải xuất phát từ phân tích 
hiện tượng của bài đề cập tới. Phương pháp giải nêu ra như trên được hiểu như thứ 
tự các thao tác cần thực hiện để giải các bài toán cụ thể. 
1/ Vận dụng phương pháp giải trên vào một vật chuyển động thẳng: 
Ví dụ 1: Một vật có khối lượng m = 4kg đang đứng yên trên mặt phẳng ngang 
được kéo chuyển động bởi một lực F có độ lớn không đổi là 6N. Hệ số ma sát 
trượt giữa vật và mặt phẳng ngang là  = 0,1, lấy g = 10 m/s2. Hãy tính quãng 
đường mà vật đi được trong 5s trong hai trường hợp: 
a/ Lực F có phương ngang. 
b/ Lực hợp với phương ngang lên phía trên một góc là với sin = 0,6. 
Giải 
Hệ quy chiếu: Tọa độ Oxy: 
Ox: phương ngang, chiều cùng chiều chuyển động của vật. 
Oy: phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên. 
Mốc thời gian t = 0 lúc vật bắt đầu chuyển động. 
Các lực tác dụng vào vật: 
+ Trọng lực: P 
+ Phản áp lực từ mặt phẳng ngang: N 
+ Lực tác dụng: F 
+ Lực ma sát trượt: Fms 
a/ Lực có phương ngang: ta có hình vẽ. 
 y 
 x 
 7 
 Ví dụ 2: Một vật coi là chất điểm được ném ngang với vận tốc ban đầu là v0 từ 
một điểm có độ cao là h0. Bỏ qua sức cản không khí, gia tốc trọng trường là g. Hãy 
xác định: 
a/ Quỹ đạo của vật. 
b/ Tầm bay xa của vật. 
c/ Vận tốc của vật ở độ cao h (với 0 h h0) và khi chạm đất 
Giải 
 v x 
 0 
 O 
 a 
 P 
 y 
Sau khi bị ném vật chỉ 
chịu tác dụng của trọng lực P 
 P
Gia tốc của vật: ag 
 m
Hệ quy chiếu: Tọa độ Oxy: 
Ox: phương ngang, cùng chiều với vận tốc ban đầu v0 
Oy: phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống. 
Gốc tọa độ O: tại vị trí ném vật. 
Mốc thời gian: t = 0: lúc ném vật. 
Theo phương Ox: gia tốc của vật là ax = 0 vật chuyển động đều. 
Tọa độ ban đầu: x0 = 0 
Vận tốc của vật: vx = v0. 
Phương trình chuyển động: x = x0 + vx.t x = x0 + v0.t 
 x = v0.t (1) 
Theo phương Oy: Gia tốc của vật là ay = a vật chuyển động biến đổi đều. 
Tọa độ ban đầu: y0 = 0; vận tốc ban đầu v0y = 0 
 1
Phương trình chuyển động: y y v .t a .t 2 
 0 0y 2 y
 1
 y a.t 2 (2) 
 2
Vận tốc của vật: vy = v0y + ay.t vy = a.t (3) 
a/ Quỹ đạo của vật: 
 x
Từ (1): t 
 v0
 9 
 2
Theo phương Oy: Gia tốc của vật là ay = - a = - 10m/s vật chuyển động biến 
đổi đều. 
Tọa độ ban đầu: y0 = 0; vận tốc ban đầu v0y = v0sin = 25.0,8 = 20(m/s) 
Phương trình chuyển động: 
 1
 y v sin .t a.t 2 20.t 5.t 2 
 0 2 y 
(2) 
 v0 v0 
Vận tốc của vật: vy = v0y + ay.t vy = 
v sin - a.t = 20 – 10.t (3) y 
 0 x 
 O v0
 x 
 a 
 P 
a/ Quỹ đạo của vật: 
 x x
Từ (1): t 
 v0 cos 15
 a.x 2 4.x x 2
Thay vào (2): y x.tan (4) 
 2 2
 2.v0 cos 3 45
a, v0 không đổi nên quỹ đạo của vật là một phần của parabol 
b/ Tầm bay xa của vật. 
Khi vật chạm đất ta có: y = - h0 = - 60m 
Từ (2) 20.t – 5.t2 = - 48 
 Thời gian bay của vật: t = 6s. (ta loại nghiệm t = -2s) 
Tầm bay xa: L vx .t 15.6 90m 
(hoặc khi vật chạm đất ta có y = - h0 = -60m 
 4.x x 2
từ (4): 60 tầm bay xa L = x = 90m) 
 3 45
Tại vị trí cao nhất vật bay ngang nên vận tốc của vật v = vx, khi đó vy = 0. 
Từ (3): 20 – 10.t = 0 t = 2(s) 
Từ (2): Độ cao của vật y = 20m 
 1 2
Tầm bay xa: H = y + h = 80m.y y0 v0y.t a y.t
 0 2
c/ Vận tốc của vật ở độ cao h và khi chạm đất. 
 Khi vật ở độ cao h = 35m thì y = h – h0 = - 25m. 
Từ (2) 20.t – 5.t2 = - 20 t = 5s (loại nghiệm t = - 1) 
Từ (3) vy = 20 – 10.5 = - 30(m/s) 
Vận tốc của vật: v vxy v 
 2 2 2 2
vx  vy v vx vy v0 cos v0 sin a.t 
 2 2
 15 30 33.6m/s 
Khi chạm đất: y = - h0: Ta lại tính như trên 
 11 
 Ví dụ 5: Một ôtô có khối lượng 2 tấn đang chuyển động trên đường ngang thì đi 
đều qua một cầu cong vồng lên với tốc độ 72km/h. Cầu được coi là một cung tròn 
có bán kính là 300m. Lấy g = 10m/s2. Hãy tính áp lực của ô tô lên cầu tại: 
a/ Vị trí cao nhất của cầu.b/ Vị trí đường thẳng 
nối ô tô với tâm cầu hợp với phương thẳng N 
đứng một góc với sin = 0,6. N 
Gải 
Chọn hệ quy chiếu gắn với mặt đất (hệ quy 
chiếu quán tính) thì ô tô chuyển động tròn đều P 
có tâm quỹ đạo là tâm cầu: P 
Gia tốc của ô tô là gia tốc hướng tâm. 
Các lực tác dụng vào vật: 
Trọng lực: P Phản áp lực: N 
Áp dụng định luật II Niu-Tơn: + = m. aht 
a/ Tại vị trí cao nhất của cầu: Ta có hình vẽ: 
Chiếu lên phương thẳng đứng chiều từ trên xuống: 
P – N = maht 
 v2 m.v2 2000.202
a N mg N 2000.10 1800 N 
 ht R R 400
Vậy áp lực mà ô tô tác dụng xuống mặt cầu là 1800N 
b/ Tại vị trí đường thẳng nối ô tô với tâm cầu hợp với phương thẳng đứng một góc 
 với sin = 0,6. Ta có hình vẽ: 
 Áp dụng định luật II Niu-Tơn: + = m. 
Chiếu lên phương bán kính nối vật với tâm cầu, chiều hướng vào tâm cầu: 
P.cos - N = m.aht. 
 v2 m.v2 2000.202
a N mg.cos N 2000.10.0,8 1400 N 
 ht R R 400
Vậy áp lực mà ô tô tác dụng xuống mặt cầu là 1400N 
Dạng 2: Bài toán hệ vật. 
Phương pháp giải: 
Bước 1: Chọn hệ quy chiếu cho từng vật. 
Bước 2: Viết biểu thức định luật II Niu-Tơn cho từng vật. 
Bước 3: Tìm liên hệ giữa các lực và các gia tốc. 
Bước 4: Tính đại lượng yêu cầu. 
Ví dụ 6: Cho hệ vật như hình vẽ: 
Biết m 1 = 4kg. Bỏ qua khối lượng của các ròng rọc, của dây, mọi ma sát, dây 
 2
không dãn. Lấy g = 10m/s . Ban đầu các vật đứng yên. Hãy tính gia tốc của m1 và 
chỉ rõ chiều chuyển động của nó khi: 
a/ m2 = 1kg. 
a/ m2 = 2kg. 
a/ m2 = 3kg. 
 13