Chuyên đề Phương pháp giải một số dạng bài tập cân bằng lực và mômen lực

 PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
 Bồi dưỡng học sinh giỏi là nhiệm vụ then chốt trong mỗi nhà trường, bởi vì 
kết quả học sinh giỏi hàng năm là một trong những tiêu chuẩn để xét thi đua cho 
nhà trưòng và nó cũng là một trong những tiêu chuẩn để tạo danh tiếng và thương 
hiệu cho trường, là thành quả để tạo lòng tin với phụ huynh và là cơ sở tốt để xã hội 
hoá giáo dục.
 Nghị quyết Trung ương II khoá VIII đã nêu rõ mục tiêu giáo dục là “Nâng 
cao chất lượng giáo dục ..., đổi mới nội dung và phương pháp ..., rèn luyện thành 
nếp tư duy sáng tạo của người học”. Để đạt được mục tiêu đó thì người thầy phải 
không ngừng học tập bồi dưỡng chuyên môn nghiệp vụ, nâng cao tay nghề và phải 
tiếp cận với các phương pháp dạy học hiện đại, phải kết hợp tốt các phương pháp 
dạy học nhằn thu hút các em học sinh vào bài giảng, tổ chức điều khiển đẻ các em 
tích cực chủ động tự giác học tập tiếp thu kiến thức. Từ đó xây dựng lòng yêu thích 
say mê môn học, bồi dưỡng năng lực tự học cho người học.
 Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, các sự vật hiện tượng vật lý rất quen 
thuộc gần gũi với các em. Song việc tạo lòng say mê yêu thích và hứng thú tìm tòi 
kiến thức lại phụ thuộc rất nhiều vào nghiệp vụ sư phạm của người thầy. Qua giảng 
dạy và tìm hiểu tôi nhận thấy phần lớn các em chưa có thói quen vận dụng những 
kiến thức đã học vào giải bài tập vật lý một cách có hiệu quả.
 Cân bằng lực và các bài tập về mô-men lực là một trong những phần kiến 
thức vật lí cơ bản và khó với học sinh trung học cơ sở. Lượng kiến thức của phần 
này không nhiều so với các phần khác nhưng bài tập của phần này thường làm khó 
và lúng túng cho học sinh đặc biệt là trong các kì thi học sinh giỏi các cấp. 
 Xuất phát từ những lý do trên tôi đã suy nghĩ, tìm tòi và hệ thống thành một 
chuyên đề nhỏ: “Phương pháp giải một số dạng bài tập cân bằng lực và mômen 
lực” với mong muốn phần nào khắc phục được những khó khăn của học sinh trong 
khi giải các bài tập dạng này, nhằm đạt kết quả cao hơn trong giảng dạy đặc biệt là 
trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi. 
 PHẦN II - NỘI DUNG
 Bồi dưỡng học sinh giỏi và nâng cao chất lượng đại trà là việc làm được sự 
chỉ đạo từ ban giám hiệu đến việc phân công giao trọng trách và chỉ tiêu cho từng 
đồng chí giáo viên đứng lớp. Nên kế hoạch bồi dưỡng học sinh giỏi cho từng giáo 
viên, kiểm tra đôn đốc giáo viên qua việc dự giờ thăm lớp rút kinh nghiệm cho từng 
đồng chí. Trong đó chỉ đạo đổi mới phương pháp nhằm phát huy tính tích cực, chủ 
động của người học là nhiệm vụ cấp bách.
 Bồi dưỡng học sinh giỏi là việc làm thường xuyên, liên tục và lâu dài. Nó đòi 
hỏi người giáo viên không phải chỉ có năng lực, kinh nghiệm mà phải có cả tâm 
huyết với nghề, yêu nghề, yêu trò, phát hiện và bồi dưỡng tạo điều kiện để cho 
những em có năng lực tự bộc lộ khả năng một cách tối đa. Theo ý kiến của nhiều 
 1 Áp dụng qui tắc đòn bẩy với điểm tựa A ta có:
 P.AH+P1.AI=P2.AK 
    AB 
 P2 .AB.cos    P1.AB  P .cos(180 ) 
  2   2 
  
 cos   cos(180 )
  2 
  =120o
 Bài tập trên đây rất đơn giản và cách giải rất ngắn gọn, nhưng đội tuyển lý 
của thị xã Phúc Yên có 01 một học sinh làm được câu này
 - Kết quả: đội tuyển thị xã Phúc Yên có 12/14 học sinh đạt giải nhưng chỉ có 02 
giải nhì. Số còn lại làm sai hoặc không làm được, vì thế kết quả chung còn hạn chế 
(đội tuyển chỉ có 02 giải Nhì)
 Vậy nguyên nhân nào làm cho các em không xác định được định hướng giải 
bài tập này?
 Theo tôi có nhiều nguyên nhân trong đó có cả nguyên nhân khách quan và 
nguyên nhân chủ quan.
 Trước hết phải kể đến sự hạn chế về phương pháp truyền đạt kiến thức của 
người thầy đến với học sinh chưa đạt hiệu quả cao .
 Thứ hai là bản thân học sinh còn chủ quan lơ là, chưa tập trung nghe giảng nên 
tiếp thu kiến thức chưa đầy đủ do vậy việc định hướng giải bài tập chưa tốt.
 Thứ ba phải kể đến cách biên soạn chương trình sách giáo khoa Vật Lý 8. Đó 
là toàn bộ các tiết dạy đều là lý thuyết, không có tiết bài tập nên giáo viên chưa rèn 
được kỹ năng cho học sinh. Trong khi ở lớp 6 lớp 7 các em ít được làm quen với 
dạng bài tập này thì lên lớp 8 các em cố rất ít thời gian để luyêtn tập. Vì vậy bài tập 
Vật lí phần cân bằng lực và mômen lực là khó song lại không được rèn luyện 
thường xuyên dẫn đến việc định hướng giải bài tập cân bằng lực và mômen lực của 
các em là rất kém.
 1. Các kiến thức cần thiết
 + Khoảng cách từ một điểm đến một đường thẳng: Khoảng cách từ điểm A 
đến đường thẳng (d) là độ dài AH với điểm H thuộc (d) và AH  (d)
 + Giá của lực: Giá của lực là đường thẳng chứa véctơ lực.
 3 Khi quả cầu treo ở B được nhúng trong chất lỏng thì ngoài trọng lực, quả cầu 
còn chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet của chất lỏng. Theo điều kiện cân bằng của 
các lực đối với điểm treo O’ ta có P. AO’ = ( P – F A ). BO’. Hay P. ( l – x) = ( P – 
FA )(l + x)
Gọi V là thể tích của một quả cầu và D là khối lượng riêng của chất lỏng.
Ta có P = 10.D0.V và FA = 10. D. V
  10.D0.V ( l – x ) = 10 V ( D0 – D )( l + x )
 2x
 D = .D  0,8g / cm .3
 l  x 0
 Bài 2: Cho hệ thống như hình vẽ:Vật 1 có trọng 
lượng làP1,
Vật 2 có trọng lượng là P2. Mỗi ròng rọc có trọng lượng là 
1 N. Bỏ qua ma sát, khối lượng của thanh AB và của các 
dây treo
- Khi vật 2 treo ở C với AB = 3. CB thì hệ thống cân bằng 
- Khi vật 2 treo ở D với AD = DB thì muốn hệ thống cân 
bằng phải treo nối vào vật 1 một vật thứ 3 có trọng lượng 
P3 = 5N. Tính P1 và P2
Giải: Gọi P là trọng lượng của ròng rọc . 
Trong trường hợp thứ nhất khi thanh AB 
 F CB 1
cân bằng ta có:  
 P2 AB 3
Mặt khác, ròng rọc động cân bằng 
 ta còn có: 2.F = P + P1.
 P  P 
=> F = 1 thay vào trên ta được: 
 2
 P  P1  1
  3 (P + P1) = 2P2 (1)
 2P2 3
Tương tự cho trường hợp thứ hai khi P2 treo ở D, P1 và P3 treo ở ròng rọc động.
 F' DB 1
 Lúc này ta có   .
 P2 AB 2
 P  P1  P3
Mặt khác 2.F’ = P + P1 + P3 => F’ = 
 2
 P  P1  P3 1
Thay vào trên ta có:  => P + P1 + P3 = P2 (2).
 2P2 2
Từ (1) và (2) ta có P1 = 9N, P2 = 15N.
 Bài 3: Cho hệ thống như hình vẽ. Góc 
nghiêng  = 300, dây và ròng rọc là lý tưởng. Xác 
định khối lượng của vật M để hệ thống cân bằng. 
Cho khối lượng m = 1kg. Bỏ qua mọi ma sát.
 h h
Giải: Muốn M cân bằng thì F = P. với = sin 
 l l
 5 b) Cho một bình nhựa bị biến dạng chỉ bỏ lọt được 
vật thứ hai mà không chạm vào thành bình, đựng gần 
đầy một chất lỏng có trọng lượng riêng dx < d2. Chỉ được 
dùng thêm một thước đo có độ chia nhỏ nhất đến mm. 
Nêu phương án xác định trọng lượng riêng dx của chất 
lỏng theo d1 hoặc d2.
 Bài 3: Cho hệ thống ở trạng thái cân bằng đứng 
yên như hình vẽ, trong đó vật (M 1) có khối lượng m, 
 3
vật (M2) có khối lượng m , ròng rọc và thanh AC có 
 2
 AB
khối lượng không đáng kể. Tính tỷ số 
 BC
 Bài 4: Một thanh đồng chất, tiết diện đều có 
chiều dài AB = l = 40 cm được đựng trong chậu 
 1
như hình vẽ sao cho OA = OB . Người ta đổ nước 
 2
vào chậu cho đến khi thanh bắt đầu nổi (đầu B 
không còn tựa trên đáy chậu). Biết thanh được giữ 
chặt tại O và chỉ có thể quay quanh O.
a) Tìm mực nước cần đổ vào chậu. Cho khối lượng riêng của thanh và nước lần lượt 
 3 3
là D1 = 1120 kg/m ; D2= 1000kg/m
b) Thay nước bằng chất lỏng khác. Khối lượng riêng của chất lỏng phải như thế nào 
để thực hiện được thí nghiệm trên
 3. Phương pháp giải một số bài tập nâng cao phần cân bằng lực và mô - 
men lực
 a) Một số bài tập ví dụ: 
 Câu 1: Một thanh mảnh, đồng chất, phân bố đều 
khối lượng có thể quay quanh trục O ở phía trên. Phần 
dưới của thanh nhúng trong nước, khi cân bằng thanh 
nằm nghiêng như hình vẽ, một nửa chiều dài nằm trong 
nước. Hãy xác định khối lượng riêng của chất làm 
thanh đó.
Giải: Khi thanh cân bằng, các lực tác dụng lên thanh gồm: Trọng lực P và lực đẩy Acsimet 
FA (hình bên).
Gọi l là chiều dài của thanh. Ta có phương trình cân bằng lực:
 1
 l
 F d 2
 A  2  2  (1)
 P d 3 3
 1 l
 4
Gọi Dn và D là khối lượng riêng của nước và chất làm thanh. M là khối lượng của thanh, S 
là tiết diện ngang của thanh
 1
Lực đẩy Acsimet: FA = S. .Dn.10 (2)
 2
 Trọng lượng của thanh: P = 10.m = 10.l.S.D (3)
 7 Bài 2:
 Có hệ ròng rọc như hình vẽ. Vật A có trọng lượng 
 4N, mỗi ròng rọc có trọng lượng 1N. Bỏ qua ma sát và 
 khối lượng của các dây treo.
 a. Hỏi với hệ thống trên có thể nâng vật B có trọng 
 lượng bao nhiêu để nó đi lên đều.
 b. Tính hiệu suất của hệ ròng rọc.
 c. Tính lực kéo xuống tác dụng vào 2 ròng rọc cố A
 định và lực tác dụng vào giá treo. B
 Bài 3:
 Có hệ ròng rọc như hình vẽ. Vật A và B có 
 trọng lượng lần lượt là 16N và 4,5N. Bỏ qua ma sát 
 và khối lượng dây. Xem trọng lượng của các ròng 
 rọc là không đáng kể.
 a. Vật A đi lên hay đi xuống.
 b. Muốn vật A chuyển động đều đi lên 4 cm thì 
 B
 vật B phải có trọng lượng ít nhất là bao nhiêu 
 và di chuyển bao nhiêu?
 c. Tính hiệu suất của hệ ròng rọc này. A
Bài 4: 1 2
 Xác định hiệu suất của hệ thống 3 ròng 3
rọc ở hình bên. Biết hiệu suất của mỗi ròng P F
rọc là 0,9. Nếu kéo một vật trọng lượng 
10N lên cao 1 m thì công để thắng ma sát là 
bao nhiêu ?
 Bài 5:
 Một người có trọng lượng P = 600N đứng trên tấm ván 
 được treo vào hai ròng rọc như hình vẽ. Để hệ thống cân bằng, 
 người đó phải kéo dây, lúc đó lực tác dụng vào trục ròng rọc cố 
 định là F = 720N. Tính:
 a. Lực do người nén lên tấm ván.
 b. Trọng lượng của tấm ván.
 9