Đề tài Rèn kĩ năng giải bài tập chuyển động cơ học - Vật lí 8

I - Đặt vấn đề: Trong chương trình Vật lí THCS thì phần “Chuyển động cơ học” được đưa vào trong chương trình Vật lí 8. Đây là một trong những nội dung quan trọng, nó không những trang bị cho học sinh nhiều kiến thức vật lí mà còn giúp cho các em vận dụng để làm các bài tập về chuyển động trong môn Toán. Đặc biệt là cách giải bài toán bằng cách lập phương trình và hệ phương trình. Nội dung về: “Chuyển động cơ học” học sinh chỉ được học trong ba tiết với ba bài học đơn giản, nhẹ nhàng. Tuy nhiên, trong chương trình lại không hề bố trí bất kì một tiết bài tập nào cả nên mức độ học sinh hiểu và làm được bài tập chuyển động là rất ít. Có chăng chỉ là số học sinh khá, giỏi với các bài tập là tính các đại lượng trong công thức S = v.t. Còn với bài tập có hai chuyển động hoặc mô tả chuyển động thì học sinh hầu như không biết cách làm, đó là chưa nói đến dạng bài tập xẩy ra các tình huống vật lí phức tạp. Với học sinh khá giỏi ở lớp 8, đáng lẽ với những bài tập dạng này các em cần được tiếp cận để phục vụ cho những lớp học sau. Đây là một vấn đề gây cho tôi nhiều trăn trở, suy nghĩ. Vì vậy trong quá trình giảng dạy nhiều năm tôi đã nghiên cứu, sưu tầm và lồng ghép đưa thêm vào chương trình một số bài tập cơ bản và nâng cao về chuyển động giúp học sinh có được kiến thức đầy đủ hơn, yêu thích và say mê môn học. Trong bài viết này tôi mạnh dạn đưa ra để bạn bè đồng nghiệp cùng các em học sinh cùng tham khảo. II – Giải quyết vấn đề Với học sinh lớp 8, lúc này các em đã được lĩnh hội các kiến thức toán học về hàm số, đồ thị, phương trình và giải phương trình. Bài tập về chuyển động cơ học cũng sử dụng nhiều về những kiến thức đó. Trong chương trình cũ thì phần chuyển động cơ học được đưa vào ngay trong chương trình đầu lớp 7, điều đó không hợp logic vì ở thời điểm đó học sinh chưa được học nhiều về phương trình, hàm số, đồ thị. Vì thế trong lần đổi mới sách giáo khoa này phần “Chuyển động cơ học” được bố trí ở lớp 8 với ba bài học gồm: Bài 1: Chuyển động cơ học Bài 2: Vận tốc Bài 3: Chuyển động đều và chuyển động không đều. Nội dung cơ bản là: Các khái niệm về chuyển động cơ học, khái niệm vận tốc, chuyển động đều và chuyển động không đều; các công thức cơ bản như: + v = (S là quãng đường đi được, t là thời gian để đi hết quãng đường đó) + Công thức tính vận tốc trung bình vtb= với S là quãng đương đi được, t là tổng thời gian để đi hết quãng đường S. + Đơn vị vận tốc : km/h hoặc m/s 1m/s = 3,6 km/h Phần bài tập trong sách Bài tập chỉ yêu cầu làm các bài xoay quanh hai công thức trên với một chuyển động. So với chương trình cũ thì sách bài tập mới chưa đưa vào các bài tập đặc trưng về chuyển động cơ học. Vì vậy trong thực tế hiện nay thì việc học sinh làm các bài tập với hai chuyển động trên cùng một đường thẳng là rất hạn chế, bởi vì các em chưa gặp phải và không nắm được hiện tượng vật lí. Chúng ta hãy đi từ những bài đơn giản và sau đó là các bài cao hơn, phức tạp hơn để các em hình thành được phương pháp giải các bài tập về chuyển động. Trong các bài tập sau ta coi các chuyển động là chuyển động thẳng đều. Bài tập 1: Một ô tô đi từ A đến B với vận tốc không đổi v = 50 km/h. a) Hãy viết phương trình chuyển động của ô tô ? b) Sau 3 giờ ô tô đi được bao nhiêu km ? c) Vẽ đồ thị biểu diễn chuyển động của ô tô trên mặt phẳng toạ độ ? Với bài tập này trước hết giáo viên cần hướng dẫn cho học sinh cách chọn mốc thời gian, mốc địa điểm và chiều dương của chuyển động để viết phương trình chuyển động bằng cách gợi ý: Sau 1 giờ thì ô tô đi được bao nhiêu kilômet ? Sau 2 giờ thì ô tô đi được bao nhiêu kilômét ? Tương tự sau t giờ thì ô tô đi được bao nhiêu kilômét ? Khi đó học sinh sẽ dựa vào kiến thức về hàm số đã học ở lớp 7 để viết được phương trình chuyển động là: a) S = v.t = 50. t (km) b) Sau 3 giờ thì ô tô đi được 50. 3 = 150 km Sau khi có phương trình chuyển động (tức là hàm số) học sinh sẽ biết cách vẽ đồ thị như hình vẽ bên: GV chỉ rõ: đồ thị là một đường thẳng. Sau khi làm bài tập này học sinh phần nào hình thành được kĩ năng viết phương trình chuyển động và cách biểu diễn chuyển động bằng đồ thị. Tiếp theo chúng ta hãy tìm hiểu dạng bài tập có hai chuyển động. Bài tập về hai chuyển động cùng chiều: Bài tập 2: Hai xe xuất phát cùng lúc tại hai địa điểm A và B cách nhau 15 km để cùng đi về C (B nằm giữa A và C). Biết vận tốc của xe đi từ A là v1 = 50 km/h, xe đi từ B là v2 = 45 km/h. a) Viết phương trình chuyển động của mỗi xe ? b) Tìm vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau ? c) Vẽ đồ thị biểu diễn chuyển động của hai xe trên cùng hệ trục toạ độ ? Sơ lược cách giải: Giáo viên cần vẽ sơ đồ, nhấn mạnh việc chọn mốc thời gian và mốc địa điểm: Gọi mốc thời gian là lúc hai xe bắt đầu xuất phát, gốc toạ độ trùng với điểm A, chiều dương là chiều từ A đến C. Học sinh sẽ dễ dàng viết được phương trình chuyển động của xe đi từ A là: S1 = 50.t (km) . Còn với xe đi từ B cách A một khoảng 15 km nên phương trình chuyển động là: S2 = 15 + 45.t (km) Khi hai xe gặp nhau thì S1 = S2 tức là 50t = 15 + 45t => t = 3 Vậy sau 3 giờ thì hai ôtô gặp nhau, điểm gặp nhau cách A một khoảng 50.3 = 150km Sau đó giáo viên hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị hàm số: S1= 50t và S2 = 15 + 45t trên cùng hệ trục toạ độ . Đó là đường biểu diễn hai chuyển động của hai xe. Ngoài ra giáo viên có thể chỉ rõ cách xác định vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau trên đồ thị. (Điểm giao nhau của hai đường thẳng) Cũng dạng bài tập trên nhưng nếu hai xe xuất phát không cùng lúc thì học sinh gặp nhiều khó khăn nhất là cách chọn mốc thời gian. Bài tập 3: Lúc 7 giờ, xe thứ nhất đi từ A đến B với vận tốc v1 = 40 km/h. Sau đó 30 phút xe thứ hai cũng xuất phát từ A để đi đến B nhưng với vận tốc v2 = 50 km/h. a) Viết phương trình chuyển động của mỗi xe ? b) Xác định thời điểm và vị trí hai xe gặp nhau ? c) Vẽ đồ thị biểu diễn chuyển động của hai xe trên cùng một hệ trục toạ độ ? Với bài toán này thì học sinh có thể có nhiều cách giải khác nhau nhưng để rèn cho các em kĩ năng làm bài tập chuyển động thì giáo viên cần hướng dẫn học sinh có thể đưa bài này về dạng của bài tập 2 để giải: Xe thứ hai bắt đầu xuất phát lúc 7 giờ 30 phút, lúc này xe thứ nhất đã đi được một khoảng: AC = 40. 0,5 = 20 km. Vì vậy có thể chọn mốc thời gian lúc 7 giờ 30 phút và điểm A trùng với gốc toạ độ, chiều dương là chiều từ A đến B. Tại thời điểm đó, coi như xe thứ nhất từ C bắt đầu xuất phát, xe thứ hai từ A xuất phát. Hoàn toàn tương tự bài 2 học sinh viết được phương trình chuyển động của hai xe là: S1 = 20 + 40t và S2 = 50t Hai xe gặp nhau tức là S1 = S2 ú 20 +40t = 50t => t =2 Vậy hai xe gặp nhau lúc 9 giờ 30 phút. Điểm đó cách A một khoảng : AM = 50 . 2 = 100km Đồ thị này ta cần chú ý là chọn mốc thời gian là 7 giờ 30 phút nên gốc thời gian đó trùng với gốc toạ độ, lúc 7 giờ coi như là âm (dưới gốc toạ độ) Sự chuyển động của hai xe được biểu diễn như hình vẽ bên Đó là các bài tập về hai chuyển động cùng chiều mà học sinh lớp 8 cần phải nắm vững. Sau đây tôi tiếp tục với bài tập về hai chuyển động ngược chiều: Bài tập 4: Tại hai điểm A và B trên cùng một đường thẳng cách nhau 120 km, hai ô tô cùng khởi hành một lúc chạy ngược chiều nhau. Xe từ A có vận tốc v1 = 30km/h. Xe đi từ B có vận tốc v2 = 50 km/h. a) Viết phương trình chuyển động của mỗi xe ? b) Xác định thời điểm và vị trí hai xe gặp nhau ? c) Vẽ đồ thị biểu diễn chuyển động của hai xe trên cùng một hệ trục toạ độ ? Trước hết giáo viên cần mô tả hai chuyển động trên một đường thẳng: Sau đó hướng dẫn cách chọn mốc thời gian và địa điểm: Gọi gốc thời gian là lúc hai xe bắt đầu xuất phát, gốc toạ độ tại A, chiều dương là chiều từ A đến B. Học sinh sẽ dễ dàng viết được phương trình chuyển động của xe đi từ A là: S1 = 30t Giáo viên tiếp tục gợi ý: Với xe từ B cách A một khoảng 120 km và đi về phía A nên sau khi chuyển động sẽ ngày càng gần A hơn. Phương trình chuyển động là: S2 = 120 – 50t + Hai xe gặp nhau khi: S1 = S2 => t = 1,5 h Vậy hai xe gặp nhau sau 1,5 giờ. Điểm gặp nhau cách A một khoảng: 30 . 1,5 = 45km Để vẽ đồ thị hai chuyển động giáo viên cần chú ý hướng dẫn học sinh xác định hai điểm A, B trên đồ thị sau đó vẽ đồ thị của hàm số S1= 30t và S2 = 120 – 50t như hình vẽ bên: Điểm G là chỗ hai xe gặp nhau. Sau 4 bài tập trên để học sinh có được phương pháp giải bài tập vật lí về chuyển động cơ học, giáo viên cần xây dựng cho các em các bước giải dạng bài tập đó như sau: + Nghiên cứu kĩ đề, biểu diễn sự chuyển động của các vật trên một đường thẳng. + Chọn mốc thời gian, mốc địa điểm, chiều dương của chuyển động. + Viết phương trình chuyển động cho mỗi vật. + Dựa vào phương trình chuyển động tính được thời điểm và vị trí các chuyển động gặp nhau (S1 = S2) hoặc mô tả các chuyển động theo từng thời điểm. + Căn cứ vào phương trình chuyển động vẽ đồ thị biểu diễn chuyển của mỗi vật.(Lấy trục hoành biểu diễn quảng đường, trục tung làm trục thời gian) Với mỗi bài tập tuỳ theo mức độ nhận thức của học sinh giáo viên có thể như ở bài 2, 3, 4 thêm vào các câu hỏi : - Xác định khoảng cách của mỗi xe sau giờ; hoặc vào thời điểm nào thì hai xe cách nhau km; vv Việc hình thành kĩ năng này sẽ giúp cho học sinh nhận thức được hiện tượng vật lí một cách chính xác, khoa học hơn. Vấn đề là quỹ thời gian nào để chúng ta có thể đưa các dạng bài tập này ra cho học sinh. Theo tôi thì giáo viên cần nghiên cứu, lồng ghép và bố trí thời gian thích hợp trong khi giảng dạy trên lớp học của phần này: Việc hướng dẫn cách chọn mốc thời gian và mốc địa điểm có thể nói rõ khi củng cố trong bài 1: Chuyển động cơ học. Còn cách viết phương trình chuyển động có thể hướng dẫn sau khi học bài 2,3. Công việc vẽ đồ thị, một phần học sinh đã được học trong phân môn Đại số 7 và có thêm sự hướng dẫn của giáo viên trong tiết bài tập, ôn tập. Có làm được như vậy thì học sinh sẽ được thêm một lượng kiến thức nhất định để làm bài tập Vật lí về chuyển động cơ học dễ dàng hơn. Ngoài ra khi bồi dưỡng cho học sinh khá giỏi giáo viên có thể thay đổi các chuyển động phức tạp hơn để làm phong phú thêm các loại bài về chuyển động. Chúng ta cũng có thể khai thác thêm các bài tập về tính vận tốc trung bình để gây thêm sự hứng thú và yêu thích môn học. III – kết luận Trên đây là một số bài tập cùng với những định hướng của giáo viên giúp cho học sinh hình thành được những kĩ năng cơ bản nhất để giải bài tập về chuyển động cơ học. Đó chỉ là mấy bài tập theo tôi là cơ bản nhất, ngoài ra tuỳ theo thực tế giáo viên có thể linh hoạt bổ sung thêm rất nhiều kiến thức, kĩ năng khác về cơ học chuyển động trong quá trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi. Với bản thân tôi trong quá trình vận dụng những cách làm trên để giảng dạy cho học sinh thì các em đã vận dụng rất tốt các kĩ năng này để làm bài tập về chuyển động. Trong bài kiểm tra về phần “Cơ học” đối với học sinh khá giỏi tôi tiến hành kiểm tra với nội dung và kết quả thu được như sau: Đề bài: “Một ô tô và một xe đạp chuyển động ngược chiều nhau với vận tốc tương ứng là 20m/s và 5m/s. Khoảng cách ban đầu giữa chúng là 250m. a) Viết phương trình chuyển động của mỗi xe ? b) Xác định thời điểm và vị trí hai xe gặp nhau? c) Vẽ đồ thị biểu diễn chuyển động của hai xe trên cùng một hệ trục toạ độ ?” Kết quả: Có 97% viết được phương trình chuyển động và tìm được chính xác thời điểm và vị trí hai xe gặp nhau. Có 86% biểu diễn đúng sự chuyển động của hai xe trên mặt phẳng toạ độ. Còn lại một số em tuy không viết đúng phương trình chuyển động nhưng các em có cách tính khác và xác định được vị trí và thời điểm hai xe gặp nhau. Tuy kết quả thu được mới chỉ theo dõi qua bài kiểm tra và tình hình thực tế nhận thức của các em nhưng theo tôi không những đối với học sinh khá giỏi mà với học sinh trung bình lớp 8 các em cũng cần được tiếp cận những dạng bài tập này để dễ dàng làm được các bài tập vật lí về chuyển động và sử dụng tốt trong khi học môn toán. Không nên vì giảm tải mà giảm quá ! IV - Đề xuất Theo tôi trong chương trình Vật lí lớp 8 cần bổ sung thêm các tiết bài tập về chuyển động cơ học phù hợp và cần đưa các dạng bài tập này vào trong sách bài tập để học sinh có điều kiện tiếp cận, giáo viên nghiên cứu truyền thụ cho học sinh. Rất mong được sự góp ý bổ sung của các đồng nghiệp dạy Vật lí. Xin chân thành cảm ơn ! Tháng 4 - 2008 = = = *** = = =