‘

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:
"PHƢƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG
VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƢỢNG, ƢU THẾ CỦA PHƢƠNG
PHÁP SO VỚI PHƢƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC TRONG VIỆC
GIẢI CÁC BÀI TOÁN CƠ VẬT LÝ LỚP 10"

1


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

khó cho các học sinh lớp chuyên, lớp chọn. Từ sự nhìn nhận đó kết hợp kinh nghiệm dạy
ở các lớp chọn của năm học 2012- 2013 vừa qua tôi cảm thấy chất lượng kiến thức cũng
như phương pháp mà sách giáo khoa cung cấp chưa đủ và chưa phong phú để giúp các
em tư duy hay phát huy tinh năng động tích cực khám phá cái mới cái hay của vật lí học
lớp 10.
Ở đây tôi xin giới thiệu phương pháp sử dụng định luật bảo toàn cơ năng 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
3


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
Wđ 

m



P  mg
h

T
Wt = mgh
ốc thế năng ở mặt đất

Hình 1

l0
T
Wđh 

1 2
kx
2

x

ốc thế năng ứng với trạng thái

1

l xo

Hình 2

v2 ' 

m1  m2

m2  m1 v2  2m1v1
m1  m2

b Va chạm đàn hồi của quả cầu với mặt ph ng cố định m2  , v2 = 0)
Va chạm xuyên tâm : v1’ = - v1
Va chạm xiên : vt’ =
vt , vt’
vn , vn’

t;

vn’ = - vn

: các thành phần tiếp tuyến.
: các thành phần pháp tuyến.

c Va chạm không đàn hồi xuyên tâm v1’ =
1.1.5. S chuyển hóa n n

2’

= ’) v 

m1v1  m2 v2
m1  m2


b. Tính vận tốc của vật tại thời điểm vật có động năng bằng thế năng.
c. Tìm cơ năng toàn phần của vật, biết khối lượng của vật là m = 200 g.
H ớ

ẫ

Chọn gốc thế năng tại mặt đất
a) Tìm

hmax

Cơ năng tại vị trí ném A:

1
2

2
WA = mvA  mghA

ọi B là vị trí cao nhất mà vật đạt được : vB  0


Cơ năng của vật tại B :

Theo định luật bảo toàn cơ năng :

WB  WtB  mghmax
1
WB  WA  mghmax  vA2  mghA
2

, 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
ậ
ậ
vẫn nghiệm đúng. Do đó có thể áp dụng cả hai định

luật này.
Bài t p v 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 ? ên đến độ cao bao nhiêu so với vị trí
cân bằng ? Tính phần động năng biến thành nhiệt khi va cham. Xét hai trường hợp :
a Hai h n bi là chì, va chạm là va chạm mềm
b Hai h n bi là thép, va chạm là va chạm đàn hồi trực diện
Trong mỗi trường hợp kiển tra lại bằng định luật bảo toàn
năng lượng.
H ớ

m1

O

l

ẫ :
l

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 :
Wt’ = W ’ 

m1 gl
l
 3m1 gh  h   11cm
3
9

 4


toàn :

m1 gl +

m1 gl
=Q
3

6

b) V

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 m2 v22


 v 2  v12  2v22
2
2
2

8


l
 h1   11cm
9
9

W 2=Wt2  m2 gh2 

8m2 gl
8l
 h2   44cm
9
9

Kể

ậ

12 
13
:

Năng lượng lúc sau của hệ :
Wt1= Wt2 =

m1 gl 8m1 gl

 m1 gl  năng lượng ban đầu.
9
9


a. Tìm độ nén cực đại x1 của l xo.
b. Sau khi đạt độ nén cực đại, vật 2 chuyển
ngược lại làm l xo bị giãn ra. Biết rằng vật 1
chuyển động. Tính độ giãn cực đại x2 của l

Hình
2a

truyền cho
(hình 2b).

v0

k
1

2
Hình
2b

động
không
xo.

c. H i phải truyền cho vật 2 vận tốc v0 tối thiểu là bao nhiêu để vật 1 bị l xo kéo ra kh i
tường?
H ớ

ẫ


2
2

 x1 
2

2mg
m 2
x1  v 0  0
k
k
2

2
mg
 mg  mv0
Nghiệm dương của phương trình này là: x1  
 


k
k
 k 

b, ọi x2 là độ giãn cực đại của l xo:
2

kx 1
kx
 mg ( x 1  x 2 )  2

mv 0
kx
 1  mgx 1
2
2

(2)
2

kx
kx
- Cho quá trình l xo chuyển từ nén x 1 sang giãn x3: 1  mg ( x 1  x 3 )  3
2
2

Từ 3 

x 1 x 3 

2

(3)

2mg
k

Kết hợp với 1 , ta được:

x1 


Các lực tác dụng do liên kết giữa các vật: ực căng, lực đàn hồi…

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 .


m
a

F
Vật
 1 tổng các lực tác dụng lên vật


m1 a1   F1

 
Hệ vật :
m 2 a 2   F2
1.3.2. Tiếp theo là chiếu các phương trình véc tơ trên lên các trục toạ độ đã chọn.
1.3.3. Khảo sát các phương trình chuyển động theo từng phương của từng trục toạ độ.
L


Chiều dài mặt ph ng nghiêng là l = 1m. lấy g = 10m/s2. Tính vận tốc của
vật ở chân mặt ph ng nghiêng.

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

2.2.2. Ví dụ 2. Quả cầu nh khối lượng 500 g treo ở đầu một sợi dây dài 1 m, đầu trên
của dây cố định. Kéo quả cầu ra kh i vị trí cân bằng sao cho dây hợp với phương th ng
ứng góc 450 rồi thả tự do. Tìm:
a. Vận tốc của con lắc khi nó đi qua vị trí cân bằng.
b. Tính lực căng của dây tại vị trí cân bằng.
H ớ

ẫ :

- Vật chịu tác dụng các lực:
+ Trọng lực P .
+ 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 vị trí cân bằng. WA  WB
1
2

2
 WtA  0  0  WdB  mghA  mvB

14


0

2.2.3. Ví dụ 3. Quả cầu nh khối lượng m treo ở đầu một sợi dây dài l, đầu trên của dây
cố định. Từ vị trí cân băng cần cung cấp một vận tốc nh nhất bằng bao nhiêu để quả cầu
có thể quay được một v ng.
H ớ

ẫ :

Tương tự như ví dụ 2 ta chọn 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 cao nhất và vị trí cân bằng.
WC  WB  W

tC

 WđC  WđB  mghC 

1
1
mvC2  mvB2 (1)
2
2

Viết biểu thcs định luật II Newton tại vị trí cao nhất C
 

P  T  maC
Chiếu phương trình lên trục hướng tâm CO
15




D. 50 %

Câu 2: Một ô tô có công suất của động cơ là 100 kW. Đang chạy trên đường với vận tốc
36 km/h. ực kéo của động cơ lúc đó là:
A. 1000 N

B. 10000 N

C. 2778 N

D. 360 N

Câu 3: Một h n bi có khối lượng m1 đang chuyển động với vận tốc v đến va chạm tuyệt
đối đàn hồi với bi m2 đang nằm yên. Sau va chạm, cả hai đều có cùng vận tốc có đọ lớn
v/2. Tỉ số khối lượng
A. 2

m1
m2

B. 1

là:
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


C. 2,25

D. 3,2

Câu 8 : Tác dụng một lực F không đổi, làm vật dịch chuyển từ trạng thái nghỉ được độ
dời s và vận tốc v. Nếu tăng lực tác dụng lên n lần thì với cùng độ dời s. Vận tốc của vật
đã tăng thêm bao nhiêu ?
A. n lần

B. n2 lần

C.

n

lần

D. 2n lần

Câu 9 : Một con lắc đơn có độ dài 1 m. Kéo cho nó hợp với phương th ng đứng một góc
450 rồi thả nh . Độ lớn vận tốc của con lắc khi nó đi qua vị trí dây treo hợp với nó một
góc 300 là :
A. 17,32 m/s

B. 2,42 m/s

C. 3,17 m/s

D. 1,78 m/s

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 200 , 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 chạm
xuyên tâm với một quả cầu thứ hai khối lượng 3 kg đang chuyển động cùng chiều
với quả cầu thứ nhất với vận tốc 1 m/s. Tìm vận tốc của các quả c ầu sau va chạm
nếu:
a Va chạm là hoàn toàn đàn hồi.
b Va chạm không đàn hồi va chạm mềm .
Đ p số :

a) v1'  0,6m / s ; v2'  2,6m / s
b) v1'  v2'  1,8m / s

m2


a. p dụng định lý động năng tính gia tốc của các vật.

m

b. Tính lực căng của dây nối hai vật A, B.

3

2

ấy g = 10 m/s .
a) 2 m/s2.

Đ p số :

b) 6 N.
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

Khá - Giỏi


0

0

HK2

51

41

80,4

10

19,6

0

0

4

80

1

20

0

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.
- Nên tổ chức cho các em làm nhiều các dạng toán khó có sự kết hợp của nhiều phương
pháp.
- Nên tổ chức các cuộc thi học sinh gi i từ cấp trường đến cấp cuốc tế mà bộ
đã và đang thực hiện để các em thử sức mình học h i và giao lưu.

iáo Dục

- Cần có sự đầu tư, bổ sung, thay thế thường xuyên các loại sách tham khảo và cập nhật
internet cho thư viện nhà trường.
Trên đây là toàn bộ nội dung sáng kiến kinh nghiệm của tôi. Rất mong được sự góp ý
của đồng nghiệp, các cấp có thẩm quyền và chuyên môn để tôi có thể hoàn thiện bản
thân, nâng cao thêm trình độ nhằm thực hiện tốt trách nhiệm giáo dục và đào tạo của
mình. Tôi xin chân thành cảm ơn!

20