Giáo án Vật lý khối 9 - Luyện giải bài tập tính công

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH OAI TRƯỜNG THCS NGUYỄN TRỰC – TT KIM BÀI ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NĂM HỌC 2010-2011 TÊN ĐỀ TÀI: LUYỆN GIẢI BÀI TẬP TÍNH CÔNG Người thực hiện: NGUYỄN CÔNG HOAN Đơn vị công tác : TRƯỜNG THCS NGUYỄN TRỰC – TT KIM BÀI Thuộc : Phòng giáo dục huyện Thanh Oai –TP Hà Nội Đề tài thuộc lĩnh vực : Chuyên môn Vật Lý CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỤ DO - HẠNH PHÚC SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SƠ YẾU LÝ LỊCH -Họ và tên : NGUYỄN CÔNG HOAN -Ngày tháng năm sinh: 20 tháng 2 năm 1960 - Năm vào ngành : 1/10/1984 - Đơn vị công tác : Trường THCS Nguyễn Trực –TT Kim Bài. - Chức vụ : Phó hiệu trưởng - Trình độ chuyên môn : Đại học Hệ đào tạo : Từ xa - Chuyên ngành đào tạo: Sư phạm vật lý. Bộ môn giảng dạy: Vật lý Trình độ chính trị: Trung cấp PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ Bồi dưỡng học sinh giỏi là một yêu cầu cầu tất yếu và thường xuyên trong công tác giảng dạy trong nhà trường. Môn vật lý cũng không nằm ngoài các mục tiêu đó. Nó là một trong những nhiệm vụ trọng tâm của trường cũng như của toàn ngành thực hiện mục tiêu “ Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài” góp phần xây dựng tổ quốc Việt Nam giàu đẹp văn minh đặc biệt với trường THCS Nguyễn Trực – TT Kim Bài. Ngôi trường có truyền thống bồi dưỡng học sinh giỏi,cung cấp nhiều học sinh cho các trường chuyên của bộ cũng như của thành phố. Là một giáo viên cũng như làm công tác phụ trách chuyên môn của trường tôi nhận thấy phải xây dựng các chuyên đề để nâng cao chất lượng dạy học cũng như bồi dưỡng học sinh giỏi là hết sức cần thiết. Trong quá trình trực tếp giảng dạy nhiều năm với nhiều chuyên đề khác nhau tôi nhận thấy rằng: Các bài tập phần cơ học mà học sinh được làm quen trong phần vận dụng ở sách giáo khoa và trong sách bài tập, chủ yếu là cơ bản, đơn giản chủ yếu chỉ áp dụng công thức sau tính toán. Mức độ tổng quát chưa cao .Nhất là chương trình lớp 8 thời lượng 1 tiết/tuần và giờ bài tập chỉ có 1 tiết nên khi gặp phải bài phức tạp học sinh gặp rất nhiều khó khăn. Từ những xuất phát điểm trên, tôi nhận thấy rằng việc xây dựng những chuyên đề để bồi dưỡng học sinh giỏi là cần thiết và nội dung phải phù hợp với chương trình cùng kiến thức toán học phù hợp với sự nhận thức của học sinh. Đồng thời phải đảm bảo được yêu cầu của đề thi học sinh giỏi , cũng như đề thi của các trường chuyên mà học sinh dự thi Trong giới hạn của chuyên đề này ,tôi chỉ xin trình bày một phần nhỏ trong phần:’’ luyện giải bài toán tính công” trong phần cơ học của chương trình lớp 8 hiện hành của bộ giáo dục. Mong được trao đổi cùng đồng nghiệp để công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ngày càng tốt hơn. II . Mục đích nghiên cứu: Thông qua chuyên đề này trang bị cho học sinh cách giải quyết biết cách giải một số bài tập tính công. Phát huy tính tích cực sáng tạo của học sinh, có ý thức vận dụng vào thực tế và phân tích kiến thức khoa học. III . Đối tượng nghiên cứu: Trong phạm vi hẹp của đề tài cũng như thời lượng của chương trình cho phép nên đối tượng nghiên cứu là nôi dung kiến thức của bài toán tính công của phần cơ học lớp 8. IV Nhiệm vụ nghiên cứu: Nghiên cứu về những quan điểm dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi. Nghiên cứu chương trình, nội dung kiến thức phần cơ học đặc biệt phần tính công. Tìm hiểu thực tế việc dạy phần cơ học lớp 8 và nôi dung các đề thi học sinh giỏi cùng các đề thi vào các trường chuyên. Soạn thảo một số ví dụ bài toán tính công. V . Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu lý luận: Để hoàn thành đề tài này tôi đã tham khảo các tài liệu, nghiên cứu các vấn đề liên quan đến bản chất của việc dạy và học , quan điểm về phương pháp dạy học tích cực, tâm sinh lý của học sinh và chương trình toán học mà học sinh đã được học . Tìm hiểu nôi dung chương trình sách giáo khoa các bộ đề thi, các tài liệu liên quan đến chuyên đề. Các phương pháp sửu dụng. + Phương pháp phân tích. + Phương pháp điều tra. + Phương pháp thực nghiệm sư phạm. VII . Đóng góp của đề tài. Về mặt lý luận: góp phần làm sáng tỏ và cụ thể hóa cơ sở lý luận của việc tổ chức dạy học theo hướng tích cực, chủ động sáng tạo của học sinh trong quá trình học tập. Đặc biệt là tự học và khắc sâu được dạng bài tập loại khó cho học sinh. Về mặt thực tiễn: Đã soạn thảo được các nhóm dạng bài toán tính công Tăng cường theo hướng phát huy tính tích cực tự học tự nghiên cứu của học sinh. PHẦN II NỘI DUNG KHẢO SÁT THỰC TẾ: Khi dạy nhóm tự chọn của học sinh thích theo môn vật lý của lớp 8 ,tôi kiểm tra kiến thức của các em với bài tập sau: Một đinh ngập vào tấm ván dày 5 cm và phần đinh dài 5 cm xuyên ra phía sau ( như hình vẽ). muốn rút đinh ra khỏi ván phải dùng lực 1800N. công để rút đinh ra khỏi ván. Kết quả thu được như sau: Tổng số học sinh Tổng số bài làm Số bài làm đúng Tỷ lệ % 20 20 8 40% Nhận xét Qua bài kiểm tra khảo sát tôi thấy học sinh chỉ nắm vững được công thức tính công khi lực tác dụng không đổi theo phương của lực. số học sinh chưa làm bài đúng do chư biết phân tích quá trình tác dụng lực rút đinh ra khỏi tấm ván Khi rút đinh ra một đoạn 5cm đầu lực tác dụng không đổi. Khi đầu đinh bắt đầu lọt vào tấm ván ,coi lực cản tỷ lệ thuận với chiều dài đinh ngập trong gỗ thí khi rút nốt đoạn 5cm còn lại, coi lực cản giảm dần đều từ F -> 0 nên khi tính lực rút đinh ở đoạn 5cm cuối này là FTB = Giải: Công để rút đinh ra khỏi tấm ván chia làm hai giai đoạn: + Giai đoạn 1: Khi rút đinh ra một đoạn 5 cm đầu tiên, lực tác dụng không đổi. Vậy công rút ra giai đoạn này là: A1 = F.s = 1800 . 0,05 = 90 (J) + Giai đoạn 2: khi đầu đinh bắt đầu lọt vào tấm ván. Ta coi lực tác dụng tỷ lệ thuận với chiều dài đinh ngập trong gỗ. vì vậy khi rút đinh ra nốt đoạn 5cm trong gỗ, lực có thể coi như giảm đến từ F đến 0. vì vậy, lực rút đinh ở giai đoạn này là FTB= Công để rút giai đoạn này là: A2 = FTB.s =.s = 900 x 0,05 = 45(J) Vậy công để rút toàn bộ đinh ra khỏi ván: A= A1 +A2 = 90 + 45 = 135 (J) PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH Trước tiên tôi khắc sâu cho học sinh phương pháp cơ bản của làm bài tập vật lý đặc biệt chú trọng quá trình phân tích định hướng các giải. Qua đó học sinh thấy được điêu kiện để lực tác dụng thực hiện công cơ học là: - Có lực tác dụng (F). - Có quãng đường dịch chuyển (s) của vật dưới tác dụng của lực. + Hệ thức tính công của lực hi phương dịch chuyển của vật trùng với phương của lực tác dụng: A= F.s Với đơn vị . Của F là N Của s là m Của A là J + Khi phương của lực tác dụng vuông góc với phương của chuyển động thì không có công . + Nếu chiều của lực trùng với chiều chuyển dịch thì công có giá trị dương, công đó là công phát động. + Nếu chiều của lực ngược với chiều chuyển dịch thì công lúc đó là công cản. Sau đó phân loại bái tập về tính công thành các dạng một cách tương đối với cách giải cho từng dạng, từ đó mở rộng, nâng cao và phát triển các bài tập tổng hợp phù hợp với yêu cầu thi học sinh giỏi cũng như của các trường chuyên. III-CÁC BÀI TẬP CƠ BẢN PHỤC VỤ ĐỀ TÀI Bài toán tính công nâng vật có trọng lượng P lên đều với độ cao h - Khi vật được nâng lên đều thì hợp lực tác dụng lên vật bằng 0 nên lúc đó lực nâng cân bằng với trọng lực P F= P - Công nâng vật lên độ cao h: A = P.h 2- Bài toán về lực đẩy Ácimet và sự nổi của vật * Khi vật nằm yên: Các lực tác dụng vào vật phải cân bằng nhau. Vì vậy khi vật nằm ngày không khí ( nếu bỏ qua lực đẩy của không khí). Vật sẽ nằm cân bằng khi: F = P F: Lực kéo vật lên thắng đứng đi lên P: Trọng lực ( hay trọng lượng của vật) Khi vật nhúng vào trong chất lỏng vật sẽ nằm cân bằng. F + FA= P F: Lực kéo vật lên thắng đứng đi lên P: Trọng lực ( hay trọng lượng của vật) FA: Lực đẩy Ácimet tác dụng lên vật. FA=dcl.Vc dcl : TLR của chất lỏng. Vc : Thể tích phầm chìm của vật trong chất lỏng Khi vật nằm yên trên mặt chất lỏng thì các lực tác dụng lên vạt phải cân bẳng. FA= P F: Lực kéo vật lên thắng đứng đi lên P: Trọng lực ( hay trọng lượng của vật) FA: Lực đẩy Ácimet tác dụng lên vật. FA=dcl.Vc dcl : TLR của chất lỏng. Vc : Thể tích phầm chìm của vật trong chất lỏng IV- PHÂN LOẠI BÀI TẬP- MỞ RỘNG- NÂNG CAO . Dạng 1. Chủ đề: Công của lực cản. Bài 1.1: Khi chuyển động đều trên đoạn đường nằm ngang, thì hợp lực tác dụng lên vật bằng 0. Do đó công của hợp lực phải bằng 0. song thực tế lực kéo vẫn phải thực hiên công. Liệu điều đó có mâu thuẫn không? Hướng dẫn giải. + Khi chuyển động đều thì lực kéo cân bằng với lực cản. vì lực cản ngược chiều vói chuyển động nên coi lực cản có trị số âm. FC = - FK Hay hợp lực Fhl = Fk+ Fc = 0 Khi đó công của hợp lực : A = Fhl.s = 0 H1 FC = - FK Hay hợp lực Fhl = Fk+ Fc = 0 Khi đó công của hợp lực : A = Fhl.s = 0 Nhưng ta có thể viết công của hợp lực dưới dạng: A= Fhl . s = ( Fc + Fk). s = 0 Fc .s + Fk. s = 0 Fc .s = - Fk. s Ta có tích Fc .s chính là công của lực cản. Vậy đối với chuyển động đều, trong khi lực kéo thực hiện một công dương thì lực cản “ thực hiện ” một công âm có độ lớn đúng bằng công của lực kéo. Nói cách khác, lực cản không sinh công mà tiêu thụ công. Có nghĩa là muốn vật chuyển động đều thì lực kéo sinh công để thắng lực cản. Để khắc sâu chủ đề công của lực cản, yêu cầu học sinh trả lời tốt các câu hỏi sau: Bài 1.2: Hãy lấy một ví dụ trong đó trọng lực tiêu thụ công? Khi kéo vật lên đều theo mặt phẳng nghiêng có ma sát thì những lực nào tiêu thụ công? Khi thả vật từ trên cao cho nó tự rơi, thì có lực nào tiêu thụ công? Nếu bỏ qua lực cản của không khí. Khi chiếc dù và người nhảy dù rơi đều. lực nào sinh công, lực nào tiêu thụ công? Trả lời: a) Trọng lực tiêu thụ công khi nó ngược chiều với chiều chuyển động. Đó là trường hợp vật được nâng lên cao nhờ một lực khác gọi là lực nâng. H2 b) Lực ma sát và phần F1 của trọng lực vì hai lực này ngược với chiều chuyển dời của vật. (H3) c) Không có lực nào tiêu thụ công nếu bỏ qua lực cản của không khí d) Khi dù rơi đều thì lực cản H3 của không khí cân bằng với trọng lực. Khi đó thì trọng lực sinh công, còn lực cản của không khí tiêu thụ công. DẠNG 2. CHỦ ĐỀ: TÍNH CÔNG BƠM NƯỚC. Bài 2.1: Hãy tính công cần thiết để đưa được 3m3 nước lên cao 5m. Biết trọng lương riêng của nước dn = 10 000 N/m3. Hướng dẫn giải. Áp dụng công thức tinh công: A = F . s cho trường hợp máy bơm nước thì gặp khó khăn là nước chảy liên tục. Vì vậy để dễ hiểu ta chia lượng nước đang chứa trong đoạn ống đứng thành những phần có trọng lượng P1 đủ nhỏ. Khi đó lực nâng riêng từng phần này là: F1= P1 ( giả sử nước lên đều). Công để đưa lượng nước náy lên độ cao h. Ta có A1 = F1. h = p1 .h Nếu trọng lượng nước tổng cộng là P thì số lần phải thực hiện công A1 là n : Do đó công toàn phần phải thực hiện là: A = n.A1 = .P1.h A = P.h Tóm lại công của máy bơm nước được tính tựa như là dùng một lực nâng có độ lớn đúng bằng trọng lượng của cả khối nước để đẩy khối nước lên một lần. Áp dụng vào bài ta có: + Trọng lương của 3m3 nước là: P = d.V = 10 000 . 3 = 30 000 (N) + Công tổng cộng của lực nâng (công bơm nước) A = P . h = 30 000 . 5 = 150 000 (J) Từ bài toán trên ta có thể khai thác thêm bằng cách ra tình huống, có thể yêu cầu học sinh tính công suất của máy bơm, hoặc tính thời gian bơm nước. Bài 2.2: Một máy bơm có công suất P = 100W. Hỏi muốn đưa 1m3 nước lên cao 12 m thì cần bao lâu? Biết dn = 104N/m3 Giải. Trọng lượng khối nước cần bơm. P = d.V = 104 . 1 = 10 000 (N) Công máy bơm phải thực hiện. A = P . h = 10 000 . 12 = 120 000 (J) Thời gian cần bơm P= A.t t = DẠNG 3. CHỦ ĐỀ : TÍNH CÔNG TRONG TRƯỜNG HỢP ĐỘ LỚN CỦA LỰC BIẾN THIÊN. Bài 3.1: Một khối gỗ hình hộp chữ nhật có tiết diện đáy S= 100cm2 chiều cao h=20cm . Được thả thẳng đứng trong hồ nước. Biết trọng lượng riêng của gỗ d =dn .Tính công của lực để. Ấn khối gỗ chìm xuồng đáy hồ. Biết mước trong hồ sâu H = 1,2m Cho dn =104N/m3 và bỏ qua sự thay đổi của mực nước. Hướng dẫn giải: Ở bài toán này yêu cầu học sinh thực hiện các bước sau: Bước 1: Xác định phần nhô lên mặt nước và phần chìm trong nước dựa vào điều kiện cân bằng của vật. P =FA . Bước 2: Xác định được lực ấn tối thiểu trung bình trong các giai đoạn . Khi lực tác dụng tăng dần và khi lực tác dụng không đổi. Bước 3: Xác định được quãng đường dịch chuyển của lực tác dụng. Bước 4: Tính công của các lực tác dụng. Giải: Khối gỗ đang nổi nên nó nằm cân bằng tên mặt nước.Lúc đó lực đẩy Ác si met lên khối gỗ bằng trọng lương của gỗ. Gọi chiều cao phần khối gỗ ngập trong nước x ( o<x< h =20 cm) Ta có FA = P => Sh dg = S.x.dn => x = =>chiều cao khối gỗ nổi trên mặt nước h - x = 20 – 15 = 5 (cm). Công ấn khối gỗ xuống đáy hồ chia làm hai giai đoạn + Giai đoạn 1: Ấn gỗ ngập hoàn toàn trong nước . Ta thấy lực ấn tăng dần từ 0 đến FA, - P với FA, = S.h.dn . Áp dụng công thức tính công với trường hợp này ta lấy lực tác dụng trung bình FTB = . Đoạn đường dịch chuyển h – x. Công thực hiện là. A = (h – x)=(h – x) = 0,25(J) + Giai đoạn 2: Công ấn khối gỗ với lực không đổi F = - P . Với đoạn dịch chuyển H – h. A2 = (Shdn – Shdg).(H - h) = = 5(J) Công cần thực hiện là A = A1 + A2 = 0,25 + 5 = 5,25 (J) Bài 3.2 Một khối gỗ hình hộp chữ nhật có tiết diện đáy S1= 100cm2 chiều cao h=16cm . Được thả thẳng đứng trong bình nước có diện tích đáy S2 = 200 cm3 ( mực nước đủ sâu hơn vật khi ấn vật ngập, nước không chàn ra ngoài. Biết trọng lượng riêng của gỗ d = 0,6.104N/m3 , trọng lượng riêng của nước dn = 104 N/m3 ). a/Tính công của lực để ấn khối gỗ để mặt trên của gỗ vừa vặn ngang bằng với mặt nước . b/ công của lực ấn chuyển thành dạng năng lượng nào? Xem rằng quá trình dìm khối gỗ xảy ra rất chậm. Hướng dẫn a/ Từ kết quả bài 3.1 ta có lực tác dụng TB =>FTB = nhưng khác với bài 3.1 vì thả vào trong bình nước nên không thể coi mực nước là không đổi mà khi ân gỗ xuống thì mực nước trong bình lại dâng lên do đó quãng đường dịch chuyển không thể như 3.1. Đoạn đường dịch chuyển s = h - = 0,08 (m) => A = . S Thay số ta được 0,1024 (J) b/ Do việc dìm xảy ra chậm đều , nên có thể bỏ qua động năng của nước và khối gỗ. Trong khi đó trọng tâm của khối gỗ hạ xuống, còn trọng tâm của nước lại dâng lên. Ví vậy công của lực ấn được chuyển thành độ tăng thế năng của cả bình. Mở rộng khái quát hóa bài toán: ta thay bằng bài tổng quát hơn Bài 3.3: Một cốc hình trụ đựng nước, trong có một miếng gỗ hình trụ chiều cao l, tiết diện đáy S, đang nổi. Biết tiết diện đáy cốc là S1 = 2S, chiều cao ban đầu của nước trong cốc là l, trọng lượng riêng của gỗ là dg = ½ dn ( dn là trọng lượng riêng của nước). tính công của lực để nhấn chìm miếng gỗ xuống đáy cốc. ( Tính theo dn, S, l). Hướng dẫn: Ở bài này , lực để nhấn chìm khối gỗ được chia làm hai giai đoạn: + Giai đoạn 1: Lực nhấn khối gỗ cho đến khi mặt trên của nó vừa vặn ngang bằng với mặt nước. Ở giai đoạn này phương pháp giải hoàn toàn tương tự với bài 3.2. + Giai đoạn 2: Khi mặt trên của khối gỗ vừa vặn ngang bằng mặt nước cho đên khi khối gôc tới dáy cốc, giai đoạn này lực ân khối gỗ không đổi có giá trị bằng F. + công của lực ấn bằng tổng công của lực ở 2 giai đoạn trên. Giải: + Giọi chiều cao khối gỗ ngậm trong nước một đoạn x. Khi khối gỗ nằm cân bằng trong nước thì ta có trọng lực cân bằng với lực đẩy Acsimet tác dụng lên khối gỗ. P = FA H4 Vg.dg = Vc.dn S.l. dn= S.x.dn x = l. Lực tác dụng đê khối gỗ chìm xuống đáy cốc chia làm hai giai đoạn: + Giai đoạn 1: Từ lúc bắt đầu nhấn khối gỗ đến khi mặt trên của gỗ ngang bằng mặt nước lực tác dụng tăng dần từ 0 đến -p = V.dn = S.l.dn => FTB = Đoạn dịch chuyển , ở giai đoạn này khi gỗ chuyển động xuống thì mực nước dâng lên nên đoạn dịch chuyển là. S1 = Công của giai đoạn này là: A1 = FTB. S = + Công thực hiện giai đoạn 2: Lực tác dụng ấn không đổi do lực đẩy acsimet không đổi. lực đó băng F = - p F = Đoạn dịch chuyển của gỗ lúc này là ; S2 = = Công thực hiện giai đoạn này là : A2 = F. S2 = .= Công của lực ấn vật xuống đáy bình: A =A1.A2 = + = Bài 3.4: Hai khối lập phương đặc có cạnh a = 20 cm bằng nhau, được nối với nhau bằng sợi dây nhẹ không co giãn dài l = 40 cm tại tâm của một mặt, thả trong hồ nước ( H1). Khối lượng của khối lập phương bên dưới gấp 4 lần khối lượng của khối lập phương bên trên. Khi cân bằng thì 1/2 thể tích khối lập phương bên trên ngập trong nước. Hãy tính. Khối lượng riêng của các khối lập phương. Lực căng của sợi dây. Công của lực kéo cả hai khối lập phương ra khỏi nước. Khối lượng riêng của nước là Dn= 1000 kg/m3 ( H5) Hương dẫn Để giải quyết bài toán này ta xác định giải quyết từng phần trên cơ sở những kiến thức đã nêu: Ý.1: Dựa vào sự cân bằng gữa lực đẩy Acsimet và trọng lượng của 2 vật. Ý. 2: Dựa vào sự cân bằng lực. Khi vật nằm cân bằng thì lực đẩy lên bằng lực kéo xuống. Ý . 3: Tương tự như các bài trên ta cần chú ý phải thực hiên tính công chia làm ba giai đoạn . Giai đoạn 1: lực tác dụng tăng dần do lực đẩy Acsimet lên vật giảm dần. Giai đoạn 2: lực kéo không đổi với đoạn đường bằng độ dài đoạn dây l. Giai đoạn 3: Lực léo cũng tăng dần do lực đẩy Acsi mét giảm đần đến 0 nên ta lại lấy lực tác dụng trung bình. 1 - Gọi khối bên trên là 1 bên dưới là 2. Ta có. V1=V2 ; m2=4m1 => D2=4D1 . Khi cân bằng ta có P1 + P2 = Fa1 + Fa2 => a3D1.g + a3D2.g = ½ a3Dn.g + a3Dn =>D1 + 4D1 =3/2 Dn => D1 = 3/10 Dn = 3/10 . 1000 = 300 (kg/m3) => D2= 4.300 = 1200 ( kg/m3 ) Do cân bằng nên ta có T= P2 – Fa2 = a3D2 .g  - a3Dn.g T = 0,23 1200. 10 – 0,23. 1000.10 = 16 ( N ) ( H6) Công kéo 2 khối ra khỏi nước chia làm 3 giai đoạn Giai đoạn 1: Công của lực kéo ½ khối 1 ra khỏi nước. đoạn dịch chuyển 0,2m : 2= 0,1 m lực tác dụng tăng dần từ 0 –> F1 = p1 + p2 – Fa2 0 -> a3.D1g + a3.D2 .g - a3.Dn . g A1 = FTB1 . a/2 =( 0+ 0,23 . 300 .10 + 0,23 .1200 . 10 - 0,23.1000 .10): 2. 0,2:2 = 2(J) => A1 = 2J + Giai đoạn 2 : Công kéo khối gỗ 2 lên tới mặt nước. Đoạn đường dịch chuyển l = 0,4m . Lực tác dụng không đổi F2 = P1 + P2 - Fa2 = 40 (N) A2 = F2.l = 0,4 . 40 = 16 (J) + Giai đoạn 3 : Công kéo khối 2 ra khỏi nước. Đoạn đường dịch chuyển a = 0,2m Lực tác dụng tăng dần từ F1 F3 F3 = P1 + P2 = a3.D1.g + a3.D2.g FTB2=( F1 + F3) : 2 ( 40 + 0,23 . 300 .10 + 0,23 .1200 . 10) : 2 = 80 ( N) A3 = FTB2 .a = 80 . 0,2 = 16 ( J ) + Công kéo hai khối lập phương ra khỏi nước : A = A1 + A 2 + A3 = 2 + 16 + 16 = 34 (J) Bài 3.5: Một thanh đồng chất tiết diện đều có trọng lượng riêng d=6000 N/m3 và chiều dài L = 24 cm được thả thẳng đứng trong nước đầu trên của thanh cách mặt nước một đoạn H0. Trong các trường hợp sau đây hãy tính xem nếu thanh được thả ra thì đầu dưới của thanh cách mặt nước bao nhiêu a/ H0 = 12 cm b/ H0 = 4 cm Coi thanh chỉ chuyển động đều theo phương thẳng đứng . Bỏ qua sức cản của nước và không khí cũng như sự thay đổi của mực nước . Cho trọng lượng riêng của nước d0 = 10000 N/m3 . Giải Giả sử đầu dưới của thanh nhô lên khỏi mặt nước 1 đoạn h , tiết diện của thanh S . do bỏ qua sức cản của nươc và không khí nên công do lực đẩy Ác si mét gây ra bằng công đưa vật lên cao một đoạn h +H0 + L. ở đây ta nhận thấy công do lực đẩy Acsi mét gây ra chia làm hai giai đoạn . + Công do lực đẩy Ác si mét đẩy mắt trên của thanh tới mặt nước . Thanh di chuyển một đoạn H0 lực đẩy FA không dổi A1 = FA.H0 = S.L.d0.H0 + Công do lực đẩy Ác si mét thực hiên từ khi đầu trên tới mặt nước đến khi thanh ra khỏi nước. lực đẩy lúc đó giảm dần. từ FA đén 0 . Ta lấy FATB = => A2 = FATB.L = A = A1 + A2 = > Ta thấy nếu = 6 (cm) a/ Khi H0= 12cm Do H0 > 6cm =>= => h = 4 cm b/ Khi H0 = 4 cm Ta thấy H0 m= 4 cm x>0 ). Công thực hiện với trường hợp này cũng qua hai giai đoạn + Công do lực đẩy Ác si mét đẩy mắt trên của thanh tới mặt nước . Thanh di chuyển một đoạn H0 lực đẩy FA không dổi A1 = FA.H0 = S.L.d0.H0 + Công thực hiên giai đoan hai này lực tác dụng giảm dần từ FA đến FA, khi thanh tới vị trí cao nhất FA, = S.x.d0 Lúc đó lực tác dụng TB FTB = Thanh di chuyển một đoạn L – x + Công thực thực hiên A2. Công này bằng công đưa vật di chuyển một đoạn H0 + L –x x2 – 28,8x + 38,4 = 0 => Nghiệm x= 27,4 loại vì lớn hơn 24 cm Bài 3.6: (Trích đề thi học sinh giỏi tỉnh hà tây năm học 1998-1999) Một vật hình lập phương có cạnh a = 8 cm được thả nổi trong một bình nước hình trụ có thiết diện đáy gấp 4 lần diện tích đáy của vật thì thấy phần vật chìm trong nước bằng 4/5 chiều cao của vật. Nếu giữ cho vật chìm trong nước sao cho mặt trên của vật cách mặt nước một đoạn H0 (H6). Hãy tính đoạn H0 để khi vật bị thả nổi thì vật rời khỏi mặt nước lên tới vị trí cao nhất, mặt dưới cách mặt nước là 5cm. Giả sử rằng vật chỉ chuyển động theo phương thẳng đứng và bỏ qua sức cản của nước và không khí. Hướng dẫn : Ta nhận thấy bài toán này cho thấy sự bảo toàn về công đó là công do lực đẩy Acsimet gây ra bằng công đưa vật có trọng lượng P lên độ cao H0 +hx + h Trong đó h =5 cm , hx bằng đoạn dịc chuyển của vật từ khi mặt trên tới mặt nước đến khi vật ra khỏi nước . Đoạn này khác với đoạn cũng như vậy ở bài 5 do ở bài này khi vật ra khỏi nước thì mực nước trong bình giảm xuống. Giải : Khi vật nằm cân bằng ta có. FA = P => Vc .dn = VV . dv => Vv .dn = Vv. dv => dv = dn Khi mặt trên của vật cách mặt thoáng một đoạn H0 ta không giữ vật nữa thì vật nổi lên nhờ lực đẩy Acsimet. Công thực hiện chia làm 2 giai đoạn. Giai đoạn 1 : Vật nổi từ vị trí mặt trên cách mặt nước đoạn H0 đến khi mặt trên lê tới mặt thoáng của nước Lúc này lực đẩy Acsi mét thực hiện một công là: A1 = FA. H0 A1 = a3.dn. H0 Giai đoạn 2: Vật nổi từ khi lên tới mặt thoáng đến khi vật ra khỏi nước ( Mặt dưới tới mặt thoáng của nước). Lực Acsimet tác dụng lên vật giảm đần từ FA đến 0 Vậy lực tác dụng trung bình. FTB = 2,56(J) Đoạn đường dich chuyển hx = = 6 (cm). Công lực Acsimet thực hiên giai đoạn này là A2 = FTB .hx =2,56.0,06 = A2 = . Công do lực đẩy Acsimet thực hiện là: A = A1 + A2 A = a3 .dn .H0 + . Công do lực đẩy Acsimet đẩy vật lên vị trí cao nhất chính bằng công đưa vật từ vị trí cách mặt nước H0 lên vị trí mặt dưới cách mặt nước một đoạn h = 5cm A’ = P.(H0 + hx + h). Do bỏ qua sức cản của nước và không khí ta có. A = A’ => P.(H0 + hx + h) = a3 .dn .H0 + . => a3. dV.(H0 + hx + h) = a3 .dn .H0 + . => a3.dn .(H0 + hx + h) = a3 .dn .H0 + . ..(H0 + 6 + 5 ) = H0 + . 8 => H0 = 29 cm. V. Môt số bài tập để luyện tập: Bài 5.1: Để bơm 5000 m3 nước lên độ cao h =3m, người ta dùng một máy bơm nước có công suất 1600W. Hãy xác định thời gian bơm nước, biết hiệu suất của máy bơm bằng 80% ĐS: 32 giờ 33 phút 07,5 giây Bài 5.2: a/ Thực tế cho biết khi tăng dần trọng lượng treo vào một lò xo thì độ dãn thêm x của lò xo tỷ lệ thuận với trọng lượng của vật, nếu các trọng lượng đó không vượt quá một giá trị nào đó. Hãy tính độ dãn thêm của một lò xo khi kéo nó bằng lực F = 15N, biết rằng khi treo vào nó một vật có P = 24N thì nó dãn thêm một đoạn x1 = 9,6cm. b/ Giữ cố định một đầu lò xo kể trên, và kéo đều đầu kia cho đến khi lò xo dài thêm 8,4cm. Hãy tính công của lực kéo. ĐS: 6,0cm; 0,882J Bài 5.3 : Trong một bính hình trụ tiết diện s chứa nước có chiều cao H = 15 cm. người ta thả vào bình một thanh đồng chất, tiết diện đều sao cho nó nổi thẳng đứng trong nước thì mực nước dâng lên một đoạn h = 8,0 cm. a/ Nếu nhấn chìm thanh trong nước hoàn toàn thì mực nước dâng cao thêm bao nhiêu ? cho biết khối lượng của nước và thanh lần lượt là D1 = 1g/cm3 , D2 = 0,8 g/cm3. b/ Tính công thực hiện khi nhấn chìm hoàn toàn thanh trong nước. Biết thanh có chiều dài l = 20cm , tiết diện S = 10cm3. ĐS: 25cm, 5,33.10-3J Bài 5.4 : Một vật nhỏ có khối lượng riêng D = 0,4 g/cm3. Hỏi phải thả vật từ độ cao bằng bao nhiêu để vật đi sâu vào trong nước H = 18cm? Bỏ qua lực cản của không khí và của nước khi vật di chuyển ĐS: 27 cm. Bài 5.5: Một quả bóng nhỏ bằng bấc được dìm vào trong nước đến độ sâu 1m rồi thả ra. Hãy xác định xem qua bóng sẽ vọt lên khỏi mặt nước đến độ cao bao nhiêu và sau đó rơi vào trong nước đến độ sâu bao nhiêu? Khối lượng riêng của bấc bằng D = 0,2 g/cm3 ĐS: 4m, 1m Bài 5.6: Một quả bóng bàn bán đương khính R = 15 mm, khối lượng m = 5g, được giữ trong nước sâu h = 30 cm. Khi thả ra nó đi lên và nhô lên khỏi mặt nước tới độ cao h1 = 10 cm. Tính lượng cơ năng đã chuyển hóa thành nội năng do lực cản của môi trường. Cho biết công thức tính thể tích khối cầu bán khính R là R = R3 và trọng lương riêng của nước là dn = 104 N/m3 ( h và h1 tính tới tâm quả bóng. Bỏ qua sự nhấp nhô của mặt nước do quả bóng gây ra ) ĐS: 2,24.10-2J PHẦN III. KẾT QUẢ THỰC HIỆN CÓ SO SÁNH ĐỐI CHỨNG Qua các giờ lý thuyết cũng như giờ làm bài tập trên lớp, tôi nhận thấy việc phân loại bài tập một cách tương đối theo các chuyên đề từ đó khai thác mở rộng các dạng bài tập gúp học sinh dễ dàng nhận dạng và tìm phương pháp giải nhanh chóng và hợp lý. Khi các dự kiện thay đổi thì cũng sớm