PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ
CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG, ƯU THẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP SO VỚI
PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TRONG VIỆC GIẢI CÁC
BÀI TOÁN CƠ VẬT LÝ LỚP 10
A - ĐẶT VẤN ĐỀ:
I. TÊN ĐỀ TÀI
PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ
CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG, ƯU THẾ CỦA PHƯƠNG PHÁP SO VỚI
PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TRONG VIỆC GIẢI CÁC
BÀI TOÁN CƠ VẬT LÝ LỚP 10
II. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
1. Lý do khách quan:
Để đảm bảo tốt việc thực hiện mục tiêu đào tạo môn Vật lý ở trường trung
học phổ thông nói chung và lớp 10 nói riêng, cung cấp cho học sinh những kiến
thức phổ thông cơ bản, có hệ thống, một số kiến thức nâng cao và toàn diện hơn.
Rèn luyện cho các em học sinh những kỹ năng như: kỹ năng vận dụng các
kiến thức Vật lý để giải thích những hiện tượng Vật lý đơn giản, những ứng
dụng trong đời sống, kỹ năng quan sát và vận dụng phương pháp vào giải các
bài tập vật lí cơ học, phát huy tính tích cực sáng tạo nâng cao tầm nhìn của các
em về bộ môn vật lí có tầm quan trọng trong kĩ thuật và đời sống.
2. Lý do chủ quan:
Trong quá trình giảng dạy bộ môn vật lý cụ thể về phần cơ học vật lý 10 tôi
nhận thấy đại đa số học sinh gặp vướng mắc khi giải các bài tập về phần định
luật bảo toàn cơ năng và chuyển hóa năng lượng, cũng như chưa hiểu rõ cái tiện
lợi và ưu thế của phương pháp so với phương pháp động lực học và sự kết hợp
giữa các phương pháp để giải quyết các bài toán cơ khó và hay. Nhằm phần nào
đó tháo gỡ những khó khăn cho các em học sinh, cung cấp kiến thức và các dạng
toán khó hay, chỉ rõ phương pháp và sự kết hợp có tính khóa học trong quá
trình làm những bài tập phần này cũng như giúp các em có sự hứng thú, yêu
thích và sáng tạo đối với môn học vật lý hơn. Vì vậy tôi mạnh dạn chọn đề tài “
PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN

và chuyển hóa năng lương cũng như một số dạng toán ứng dụng nhiều trong cơ
học vật lí 10, chỉ ra các ưu thế của phương pháp này so với phương pháp động
lực học và một số dạng toán kết hợp giữa hai phương pháp trong giới hạn các
bài toán cơ chương trình vật lí 10 để giúp các em hoc sinh khắc sâu các định
luật, đồng thời phát huy tính tích cực năng động sáng tạo trong vận dụng lí
thuyết, phương pháp vào bài tập.
Đề tài chỉ tập trung nghiên cứu về cách sử dụng định luật bảo toàn cơ năng
và chuyển hóa năng lương trong giải các bài toán cơ vật lý 10 và chỉ ra được ưu
thế cũng như tiện ích của phương pháp so với phương pháp động lực học cũng
như đưa ra một số dạng toán có sự kết hợp của hai phương pháp mới giải quyết
được các bài tập vật lý 10 nâng cao của trường trung học phổ thông, cụ thể là
các em học sinh lớp 10 và học sinh tốp đầu của trường THPT hay trường chuyên
lớp chọn và đã áp dụng, tích lũy ở lớp 10A2 trường THPT Hoằng Hóa II năm
học 2012 – 2013 vừa qua.
II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
II.1. PHẦN 1
PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG VÀ CHUYỂN
HÓA NĂNG LƯỢNG
II.1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.1. Đ n n n
a Đ nh n h a:
Động năng là dạng năng lượng có được do vật chuyển động
C
Wđ có giá trị lớn hơn hoặc bằng 0.
1
Wđ  mv 2 (J) W phụ thuộc hệ quy chiếu.
đ
2
b) Đ nh


l0

T
Wđh 

1 2
kx
2

ốc thế năng ứng với trạng thái
l xo

x
1

Hình 2
1.1.3. Cơ n n
-Đ
: à dạng năng lượng của hệ bao gồm động năng và thế năng
W = W + Wt
-Đ
:
Hệ kín, không ma sát :
W2 = W1  W 2 + Wt2 = W 1 + Wt1  ∆W = 0
1.1.4. S a ch
của c c
-Đ
:
Nếu ngoại lực triệt tiêu nhau hoặc rất nh so với nội lực tương tác, hệ vật va
chạm


= ’) v 

m1v1  m2 v2
m1  m2

1.1.5. S chuyển hóa n n ượn
Năng lượng: là một đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng sinh công của vật.
Năng lượng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau: như cơ năng, nội năng, năng
lượng điện trường, năng lượng từ trường….
Năng lượng có thể chuyển hoá qua lại từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền
từ vật này sang vật khác.
ưu ý: Công là số đo phần năng lượng bị biến đổi.
W = W1 = W2+ Ams = Wđ + Wt + Ams
∆W = W1-W2= Ams
II.1.2. CÁC DẠNG TOÁN VÀ BÀI TẬP VÍ DỤ
1.2.1. D ng 1. Á
Phươn ph p iải
Khi áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cần :
- Xác định được biểu thức cụ thể của động năng và thế năng tại hai vị trí của
vật. Thông thường ta chọn hai vị trí có động năng hoặc thế năng bằng không
hoặc tại vị trí mà việc tính toán cơ năng là đơn giản.
- Chọn mốc thế năng sao cho việc tính thế năng của vật là dễ nhất.
- Định luật bảo toàn cơ năng chỉ được áp dụng đối với trọng lực hoặc lực
đàn hồi (
.
Bài p dụ
Từ độ cao 10 m so với mặt đất, một vật được ném lê n cao theo
phương th ng đứng với vận tốc đầu 5 m/s. B qua sức cản c ủa
không khí và lấy g = 10 m/s 2 .



b Tính vận tốc của vật tại thời điểm vật có động năng bằng thế năng
W C = WtC => WC = W C + WtC = 2W C
Theo định luật bảo toàn cơ năng:
1
WC  WB  2. mvC2  mghmax  vC  ghmax  7,5 2m / s
2
c Tìm cơ năng toàn phần của vật, biết khối lượng của vật là m = 200 g

W  WB  mghmax  0, 2.10.11, 25  22,5 J
1.2.2. D n 2: B
Phươn ph p iải
Bài toán về va chạm giữa hai vật thường được xét trong các trường hợp sau :
-V
: Trong trường hợp va chạm giữa hai vật là mềm thì hoàn
toàn có thể áp dụng
, nhưng cần chú ý rằng sau va
chạm hai vật có cùng vận tốc. Định luật bảo toàn cơ năng không đúng với
trường hợp này
-V
: Trường hợp các vật va chạm đàn hồi thì
g vẫn nghiệm đúng. Do đó có thể
áp dụng cả hai định luật này.
Bài p dụ
Hai h n bi A và B, có khối lượng m1 = 150 g và m2 = 300 g được treo bằng
hai sợi dây khối lượng không đáng kể có cùng chiều dài l = 1m vào một điểm
O. Kéo lệch h n bi A cho dây treo nằm ngang hình v rồi thả nh ra, nó đến va
chạm vào h n bi B. Sau va chạm, hai h n bi này chuyển động như thế nào ? Lên
đến độ cao bao nhiêu so với vị trí cân bằng ? Tính phần động năng biến thành

 m1  m2  3

 2

5


Động năng của hệ hai h n bi sau va chạm là :
m1u 2 m2u 2 3m1u 2 3m2 m1 gl




W =
2
2
2
4
3
’

 3

Sau va chạm hai h n bi dính vào nhau và tiếp nối chuyển động tr n của h n bi
A. Khi hệ gồm hai h n bi lên đến độ cao tối đa h thì toàn bộ động năng W ’ s
chuyển thành thế năng
Wt’ =  m1  m2  gh  3m1gh
p dụng định luật bảo toàn cơ năng :
m1 gl
l

 6
ệ :

ọi v1 ; v2 lần lượt là vận tốc của honf bi A và B ngay sau khi va chạm. p dụng
định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng cho hệ gồm hai h n
bi A và B ta có :

m1v  m1v1  m2v2  v  v1  2v2

7

m1v 2 m1v12 m2v22


 v 2  v12  2v22
8
2
2
2
v
2v
Từ 7 và 8 , ta suy ra : v1   ; v2 
 9
3
3
Như vậy : Bi A chuyển động ngược chiều với chuyển động ban đầu. H n bi B
chuyển động tiếp về phía trước. Ngay sau khi va chạm, động năng của h n bi A
và B lần lượt là :
m1v12 m1v 2 m1 gl
m2v22 4m1v 2 8m1 gl

Kể
:
Năng lượng lúc sau của hệ :
m gl 8m gl
Wt1= Wt2 = 1  1  m1 gl  năng lượng ban đầu.
9
9

W 2=Wt2  m2 gh2 

1.2.3.
D n 3: C yể ó
Phươn ph p iải
Dạng toán này cần chú ý đến sự chuyển hóa năng lương cơ năng thành năng
lượng gì ? và áp dụng định luật bảo toàn năng lượng toàn phần. Bên cạnh đó
phải vận dụng các công thức tính công của các ngoại lực, cu thể như công của
lực ma sát…
Bài p dụ
Hai vật có cùng khối lượng m nối nhau bởi một l xo đặt trên mặt bàn nằm
ngang. Hệ số ma sát giữa các vật với mặt bàn là . Ban đầu l xo không biến
dạng. Vật 1 nằm sát tường.
1 Tác dụng một lực không đổi F hướng theo phương ngang đặt vào vật 2 và
hướng dọc theo trục l xo ra xa tường hình
k
Sử dụng định luật bảo toàn năntg lượng,
F
1
2
tìm điều kiện về độ lớn của lực F để vật 1
di chuyển được?

kx2
 mg.x
2

7


3
2

Vậy: F  mg .
2. Truyền cho vật 2 vận tốc v0 về phía tường.
a, Bảo toàn cơ năng:
2

2

mv 0
kx
 1  mgx 1
2
2

 x1 
2

2mg
m 2
x1  v 0  0
k


; x2  x1 

k
k
k
 k 

c. Để vật 1 bị kéo kh i tường thì l xo phải giãn ra 1 đoạn x3 sao cho:
kx 3  mg
(1)
Vận tốc v0 nh nhất là ứng với trường hợp khi l xo bị giãn x3 như trên thì vật 2
dừng lại. Phương trình bảo toàn năng lượng:
2

2

mv 0
kx
 1  mgx 1
- Cho quá trình l xo bị nén x1
(2)
2
2
- Cho quá trình l xo chuyển từ nén x1 sang giãn
2
2
2mg
kx 3
kx 1


8


- Các lực tác dụng khi vật chuyển động trên một mặt: ực ma sát, phản
lực pháp tuyến…
2.1.3. Chọn hệ trục toạ độ làm hệ quy chiếu để khảo sát chuyển động.
Đa số các bài toán khảo sát chuyển động của vật trên một đường th ng
hoặc trong một mặt ph ng xác định. Khi đó ta chọn hệ trục toạ độ có một trục
song song với chuyển động của vật hoặc trong mặt ph ng chuyển động của vật
cũng nên chọn một trục toạ độ song song với nhiều lực tác dụng.
1.3.1. Bước cơ bản tiếp theo là viết phương trình Niu-ton cho vật hoặc hệ vật
dạng véc tơ).



Vật ma 
Hệ vật :


F
lực tác dụng lên vật)
 1 tổng các


m1a1   F1

 
m2 a 2   F2




Bài iải:
Cách 1: Sử dụng phương pháp động lực học
Phân tích các lực tác dụng lên vật và chọn truc tọa độ như hình v

Các lực tác dụng vào vật:




Trọng lực P , phản lực N của mặt ph ng nghiêng








p dụng định luật 2 Newton F  P  N  m a
Chiếu lên trục Ox : Psinα = ma  a = 5m/s2

2
2
p dụng công thức của chuyển động biến đổi đều v  v0  2as với s = l =1m

v0  0  v  10m / s 2
Cách 2. Sử dụng phương pháp định luật bảo toàn cơ năng
Chọn gốc thế năng ở mặt phăng ngang ta có:

- Vật chịu tácur dụng các lực:
+ Trọng lực P . ur
+ ực căng dây T .
- Vật chuyển động trong trường lực thế, ta có thể áp
dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải bài toán này.
Ngoài ra ta cũng có thể giải bài 2 bằng định lí động năng.
a Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng vị trí thấp nhất của
vật .
Viết biểu thức định luật bảo toàn cơ năng cho vị trí góc 450 và
WA  WB  WtA  0  0  WdB
vị trí cân bằng.
1
 mghA  mvB2
2



 

0
Với : hA  l 1  cos 450  l 1  cos45




2
 2 gl 1  cos450   2.10.11 
  20  10 2  2, 42m / s
2 


nhất của vật .
Viết biểu thức định luật bảo toàn cơ năng cho vị trí cao nhất và vị trí cân bằng.

WC  WB  W

tC

 WđC  WđB  mghC 

1
1
mvC2  mvB2 (1)
2
2
11


Viết biểu thcs định luật II Newton tại vị trí cao nhất C

 

P  T  maC

Chiếu phương trình lên trục hướng tâm CO

mvC2
P  T  maht 
l
mvB2  5mgl
T

cùng vận tốc có đọ lớn v/2. Tỉ số khối lượng

m1
là:
m2

A. 2
B. 1
C. 0,5
D. 1/3
Câu 4: Một gàu nước khối lượng 10 kg được kéo đều lên cao 5 m trong khoảng
thời gian 1 phút 40 giây. ấy g = 10 m/s2 . Công suất trung bình của lực kéo là:
A. 5 W
B. 4 W
C. 6 W
D. 7 W
Câu 5: Người ta ném một h n bi theo phương ngang với vận tốc đầu 15 m/s và
nó rơi xuống đất sau 4 s. B qua sức cản của không khí. ấy g = 10 m/s2. Hòn bi
được ném từ độ cao nào? Tầm bay xa của nó là bao nhiêu?
A. 80 m và 80 m B. 80 m và 60 m C. 60 m và 80 m D. 60 m và 60 m
Câu 6 : Một vật trượt không vận tốc đầu từ đỉnh dốc dài 10 m, góc nghiêng giữa
mặt dốc và mặt ngang là 300. B qua ma sát. ấy g = 10 m/s2. Vận tốc của vật ở
chân dốc là :
A. 10 2m / s
B.10m/s
C. 5 2m / s
D. 5m / s

12



A. Hai viên bi cùng chuyển động với vận tốc

D . Viên bi A đứng yên, viên bi B chuyển động với vận tốc v .
3.2. Bài p
u n
Bài 1: Một ống thủy tinh khối lượng M trong có đựng vài giột ête được đậy
bằng một cái nút khối lượng m. Ống thủy tinh được gắn ở đầu một thanh cứng
dài L trọng lượng không đáng kể . Khi hơ nóng ống thủy tinh ête bốc hơi, nút bị
bật ra dưới áp suất của hơi ête. H i vận tốc bé nhất của nút phải bằng bao nhiêu
để ống thủy tinh có thể quay được cả v ng quanh điểm treo đó.
Đ p số:

5MgL
m

Bài 2 : Một ô tô khối lượng 2 tấn đang chuyển động với vận tốc 36 km/h thì tắt
máy và xuống dốc, đi hết dốc trong thời gian 10 s. óc nghiêng của dốc là 20 0 ,
hệ số ma sát giữa dốc và xe là 0,01.
Dùng các định luật bảo toàn, tính:
a ia tốc của xe trên dốc và suy ra chiều dài dốc.
b Vận tốc của xe ở chân dốc.
Đ p số:
a/ 3,33 (m/s2)
b/ 43,3 (m/s)
Bài 3 : Một vật khối lượng m trượt không ma sát từ đỉnh một mặt cầu xuống
dưới. H i từ khảng cách h nào vật bắt đầu rơi kh i mặt cầu. Cho bán kính mặt
cầu R = 90cm.
Đ p số : h  30cm
Bài 4 : Một quả cầu khối lượng 2 kg, chuyển động với vận tốc 3 m/s, va

1
lượngtương ứng là 3 kg, 5 kg, 2 kg, nối với nhau bằng
sợi dây như trên hình. Các sợi dây và r ng rọc có khối
lượng không đáng kể và b qua ma sát.
a. p dụng định lý động năng tính gia tốc của các vật.
b. Tính lực căng của dây nối hai vật A, B.
m3
Lấy g = 10 m/s2.
Đ p số :

a) 2 m/s2.
b) 6 N.

14


III. KẾT LUẬN.
Ở phần nội dung tôi đã đưa ra phương pháp, những ví dụ dẫn chứng và
những lí luận so sánh để chứng minh sự tiện lợi, hữu dụng của phương pháp ứng
dụng định luật bảo toàn cơ năng và chuyển hóa năng lượng cũng như không
tránh kh i việc kết hợp hài h a của các phương pháp với nhau để giải quyết các
bài toán khó và hay trong vật lí cơ học lớp 10.
Trong đó tôi đã ứng dụng linh hoạt phương pháp này cho lớp 10A2 ở
trường THPT Hoằng Hóa II năm học vưa qua 2012-2013 mà tôi được phân công
giảng dạy và kết quả cho thấy phương pháp đã hữu dụng. Cụ thể tôi đã thông kê
kết quả của lớp trong các kì thi học kì và kì thi học sinh gi i cấp trường và tổng
kết bộ môn vật lí cả năm như sau:
Lớp 10A2

TSHS

HK1
51
0
0
HK2
51
0
0
HS Cấp trường 5
0
0
Tk Cả năm
51
0
0
Đặc biệt:
- Kì thi học ki 1: Toàn trường có một em duy nhất đạt điểm 10 là em
Cao Thị Nhung 10A2
- Kì thi Học kì 2: Toàn trường có 7 em đạt điểm cao nhất 9,5 thì có em
ê Minh Huệ 10A2.
- Kì thi học sinh gi i cấp trường: 1 em duy nhất đạt giải nhất toàn
trường là em Nguyễn Bá Đạo 10A2.
Mặc dù lớp 10A2 chỉ đứng tốp 2 trong khối 10 của trường THPT Hoằng Hóa 2
nhưng kết quả thu được của môn vật lý năm học vừa qua 2012-2013 cũng đã chỉ
ra được phần nào mà phương pháp tôi nêu trên có phần hữu dụng.
Để đáp ứng được mục tiêu của iáo Dục và Đào Tạo đặc biệt là với môn
vật lý nhằm nâng cao sự tư duy sáng tạo cho các em học sinh tôi có một số kiến
nghị sau:
- Để tạo điều kiện cho các em học sinh tiếp cận với các kiến thức nâng cao trên
cơ sở nền tảng sách giáo khoa.

Hóa, ngày 10

V
K

5

)

2013

Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình
viết, không sao chép nội dung của người
khác.

Vũ Trọng Toàn

16