SKKN Đơn giản hóa việc giải quyết một số bài toán phần định luật bảo toàn

Mục lục
Nội dung
Trang
I.MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
2-3
2.Mục đích nghiên cứu
3
3.Đối tượng nghiên cứu
4
4.Phương pháp nghiên cứu
4
II.NỘI DUNG
1.Cơ sở lý luận 
4
2.Thực trạng vấn đề
4
3.Giải pháp sử dụng
5 - 14
Nhận xét:
14
4.Hiệu quả của sáng kiến mang lại
14
III.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1.Kết luận:
15
2.Kiến nghị
15
Tài liệu tham khảo
16
ĐỀ TÀI:
ĐƠN GIẢN HÓA VIỆC GIẢI QUYẾT MỘT SỐ BÀI TOÁN PHẦN ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
I.MỞ ĐẦU
1.Lý do chọn đề tài
 Cùng với sự phát triển Kinh tế -Xã hội, Việt nam ngày càng hội nhập sâu rộng vào các vấn đề Quốc tế trong đó có lĩnh hội những tinh hoa của các nền Giáo dục của các nước đàn anh đi trước, trong công cuộc cải cách Giáo dục và đặc biệt quan trọng là Đảng và Nhà nước đã xác định Giáo dục là mục tiêu hàng đầu, đầu tư cho Giáo dục là đầu tư cho sự phát triển lâu dài và bền vững. Khi hội nhập vào các vấn đề quốc tế đòi hỏi nguồn nhân lực của đất nước ta phải đảm bảo về trình độ, năng lực làm việc và đảm bào có một nền tảng các kiến thức khoa học cơ bản...
 Xuất phát từ đòi hỏi đó công cuộc cải cách Giáo dục của nước nhà đã diễn ra trong những năm gần đây để đáp ứng được những yêu cầu với sự phát triển của xã hội. Trong thực tế khi nghiên cứu và trực tiếp giảng dạy với bộ sách giáo khoa mới, đặc biệt là bộ môn vật lí tôi thấy: Về nội dung chương trình đáp ứng được với tinh thần đổi mới tuy nhiên còn một số nội dung nặng với học sinh, vì đặc thù của bộ môn vật lí là một môn khoa học cơ bản có liên quan nhiều đến các vấn đề trong cuộc sống hàng ngày, bộ môn liên quan nhiều đến thực nghiệm trong khi đó nền khoa học kĩ thuật của ta đang còn rất hạn chế. Công cuộc cải cách đòi hỏi từ nhiều phía : Từ nội dung chương trình, phương pháp dạy, phương pháp học ...Đòi hỏi cả Giáo viên phải giảng dạy nghiêm túc, có trách nhiệm, học sinh phải có ý thức học tập thật sự xây dựng được động lực học tập đúng đắn.
 Trong thực tế khi tìm hiểu về sự tiếp cận của các học sinh về môn vật lí thuộc chương trình THPT thì kết quả cho thấy là các em rất khó khăn trong vấn đề tiếp cận với bộ môn này vì do đặc thù của bộ môn. Chính vì vậy khi các em tham gia hoạt động học tập và vận dụng vào làm bài tập biến kiến thức giáo khoa thành cái riêng của mình, đặc biệt là khi vận vận các kiến thức lí thuyết vào giải các bài tập vật lí cụ thể còn rất nhiều lúng túng và không biết nên bắt đầu từ đâu. Đây là một những đặc điểm chung mà rất nhiều học sinh đều mắc phải khi tiếp cận với môn học này. Đặc biệt với các em học sinh có năng lực trung bình thì việc thể hiện không rõ ràng về lựa chọn phương pháp và lựa chọn cách thức tiến hành giải toán. Đối với những bài tập có liên quan đến nhiều đại lượng vật lí thay đổi lại càng khó khăn cho các em.
 Để các em có thể đơn giản hóa trong quá trình nắm bắt một số đơn vị kiến thức. Trong quá trình giảng dạy tôi nhận thấy một vấn đề kiến thức lõi cuối cùng cho học sinh có thể nắm và sử dụng trong tất cả các bài toán về định luật bảo toàn năng lượng , từ đó cũng có thể sử dụng nó để suy ra một số đơn kiến thức khác. Nắm được phần kiến thức cốt lõi này thì có thể giúp học sinh giảm bớt được lượng kiến thức mình phải nhớ và giảm tải được quá trình nắm kiến thức cho học sinh, giúp học sinh có thể tự tin hơn trong quá trình thu nhận kiến thức, sử dụng nó một cách có hiệu quả và đơn giản. Từ đó hình thành kỹ năng tóm lược và đơn giản hóa việc ghi nhận kiến thức của một phần, một chương nào đó. “ĐƠN GIẢN HÓA VIỆC GIẢI QUYẾT MỘT SỐ BÀI TOÁN PHẦN ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ” là một sáng kiến tôi đã và đang sử dụng trong quá trình giảng dạy để giúp học sinh đạt được điều đó. Trong khuôn khổ của một sáng kiến kinh nghiệm, với một mong muốn làm cho các em có thể tiếp cận một cách dễ dàng hơn với các bài toán có thể sử dụng định luật bảo toàn năng lượng. Từ đó các em yêu thích bộ môn, tự tin hơn trong quá trình tiếp nhận kiến thức và tìm hiểu sâu hơn về Vật lí.
2.Mục đích nghiên cứu
 - Để đơn giản hóa việc nắm kiến thức thuộc một chương hoặc một phần nào đó cho học sinh
 - Giảm tải về thời lượng và khối lượng kiến thức cần nắm cho học sinh.
 - Hình thành kỹ năng tự cô đọng kiến thức cho học sinh trong một phần hoặc chương
-Góp phần tích cực cải cách giáo dục.
3.Đối tượng nghiên cứu
-Phần định luật bảo toàn thuộc chương trình vật lý THPT
4.Phương pháp nghiên cứu
-Phân tích về chương trình sách giáo khoa và các đơn vị kiến thức có liên quan thuộc đề tài lựa chọn lý luận để cô đọng lại các đơn vị kiến thức này, vận dụng giải các bài toán cụ thể.
-Áp dụng áp cho học sinh theo các nhóm trong cùng khối : Nhóm sử dụng và nhóm không sử dụng đề tài trong quá trình giảng dạy.
-Ra các bài tập cho các nhóm và chấm để so sánh 
-Sử dụng đề tài qua từng năm học rút kinh nghiệm cho từng năm và từng đối tượng học sinh để đi đến cách thức đơn giản và hiệu quả nhất.
II.NỘI DUNG 
1.Cơ sở lý luận 
-Dựa trên các công trình nghiên cứu về tâm sinh lý học sinh.
-Dựa vào phương pháp lý luận dạy học vật lý.
-Dựa vào cấu trúc chương trình Vật lí phổ thông và chuẩn kiến thức cần đạt được.
-Định lý biến thiên cơ năng: Độ biến thiên cơ năng bằng công của lực không thế
W2 – W1 =Alực không thế
2.Thực trạng vấn đề
-Học sinh phải nhớ nhiều đơn vị kiến thức trong phần này dẫn đến các em hay bị quên hoặc nhớ nhầm.
-Khi gặp một bài toán các em thiếu tự tin trong việc đưa ra phương pháp giải.
Bảng khảo sát thực trạng
Thời điểm khảo sát cuối lớp 10
Năm học 2017-2018
Thời điểm khảo sát đầu lớp 11
Năm học 2018-2019
TT
Số học sinh khảo sát
Nhớ
Nhầm
TT
Số học sinh khảo sát
Nhớ
Nhầm
10A2
44
80%
20%
11A2
44
60%
40%
10A3
45
75%
25%
11A3
45
57%
43%
3.Giải pháp sử dụng 
 Ở đây sáng kiến chỉ dùng định lí biến thiên cơ năng để giải quyết tất cả các bài toán thuộc lĩnh vực đã chọn, định hướng cho học sinh có thể so sánh để nắm vững được cách giải và vận dụng linh hoạt một phương pháp cho nhiều bài toán.
 Bài toán 1:Một vật m =0,5kg đang chuyển động thẳng đều trên mặt sàn nhẵn nằm ngang với tốc độ v0=10m/s thì đi vào đoạn đường nhám nằm ngang , hệ số ma sát giữa vật và đường là 0,01. Lấy g =10m/s2 .Tính quãng đường vật có thể đi được trên đoạn đường nhám trên.
Giải
-Chọn mặt phẳng ngang trùng với mặt đường làm mốc thế năng: 
-Cơ năng của vật tại A: 
-Cơ năng của vật tại B: 
-Công của lực không thế ( Fms là lực không thế):
A
B
Fms
P
N
-Theo định lí về sự biến thiên cơ năng:
 khi vB=0
Với v0=10m/s; ; g =10m/s2
(Bài toán trên cũng có thể giải bằng Phương pháp động lực học và dựa vào định lí biến thiên động năng)
 Bài toán 2:Một vật m =1,5kg trượt bắt đầu trượt từ trên đỉnh mặt phẳng nghiêng xuống chân mặt phẳng nghiêng hợp với phương ngang góc 600.Mặt phẳng nghiêng cao h =2m. Lấy g =10m/s2 .Tính vận tốc của vật khi xuống chân mặt phẳng nghiêng trong các trường hợp sau:
a.Vật trượt không ma sát
b.Vật trượt có ma sát với hệ số 
Giải
-Chọn mặt phẳng ngang trùng với chân mặt phẳng nghiêng
 làm mốc thế năng: 
A
B
h
N
P
-Cơ năng của vật tại A: 
-Cơ năng của vật tại B: 
a. Bỏ qua ma sát nên vật chỉ chịu tác dụng của hai lực :là lực thế
Nên công của lực không thế:A =0
-Theo định lí về sự biến thiên cơ năng. Ta có:
b.Khi có thêm lực ma sát mà lực ma sát là lực không thế nên
A
B
h
N
P
Fms
-Công lực không thế:
-Theo định lí biến thiên cơ năng: 
(Bài toán trên cũng có thể giải bằng Phương pháp động lực học và dựa vào định lí biến thiên động năng)
 Bài toán 3.Một vật được ném từ mặt đất lên với vận tốc v0= 20m/s.Tính:
a.Độ cao cực đại mà vật đạt được
b.Tính độ cao của vật ở vị trí vật có vận tốc 10m/s
Giải
-Chọn mốc thế năng là mặt phẳng ngang trùng với mặt đất tại D: 
-Khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng duy nhất của trong lực P là lực thế
v0
D
A
vA
-Cơ năng của vật tại D: 
a-Cơ năng của vật tại A( có độ cao h so với mốc thế năng D):
-Công của lực không thế là: A =0
-Theo định lí về sự biến thiên cơ năng ta có: khi 
vA =0
v0
D
B
vB
b-Cơ năng của vật tại B( có độ cao h1 so với mốc thế năng D):
-Công của lực không thế là: A =0
-Theo định lí về sự biến thiên cơ năng ta có: 
 Bài toán 4.Từ điểm O trên mặt đất ném một vật lên với vận tốc v0 =20m/s hợp với phương ngang một góc . Bỏ qua ma sát và lấy g = 10m/s2.
a.Xác định độ cao cực đại mà vật có thể đạt được
b.Xác định độ cao và vận tốc ở đó động năng của vật bằng thế năng
Giải
-Chọn mặt phẳng ngang trùng với mặt đất làm mốc thế năng:WtO =0
-Khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng duy nhất của trong lực P là lực thế
-Cơ năng của vật tại vị trí ném O là: 
 a.Cơ năng của vật tại vị trí B( có độ cao h so với O) là: 
với :
-Công của lực không thế: A= 0
-Theo định lí biến thiên cơ năng ta có: 
 khi lúc này vật ở C
b.Gọi E là vị trí mà ở đó động năng của vật bằng thế năng: 
-Cơ năng tại E là: 
-Công của lức thế là A =0
-Theo định lí biến thiên cơ năng: 
Ta có: 
O
x
y
v0
BQ
h
hmax
CQ
O
x
y
v0
EQ
h1
 Bài toán 5.Một con lắc đơn gồm vật khối lượng m =0.5kg được treo bằng sợi dây khối lượng không đáng kể, không giãn có chiều dài 1m. Từ vị trí cân bằng người ta đưa vật đến vị trí sao cho sợi dây có phương ngang rồi buông nhẹ. Bỏ qua mọi ma sát. Lấy g =10m/s2.
a.Tính vận tốc của vật khi vật đi qua vị trí cân bằng
b.Xác định vị trí , vận tốc của vật ở thời điểm mà động năng bằng thế năng.
Giải
-Chọn mặt phẳng ngang đi qua vị trí cân bằng O của vật làm mốc thế năng:WtO=0
-Trong quá trình chuyển động của vật vật chỉ chịu tác dụng của hai lực là trọng lực P và lực căng T của sợi dây. Cả hai lực P và T đều là lực thế
-Cơ năng của con lắc tại vị trí ban đầu B là: 
a.Cơ năng của con lắc tại vị trí cân bằng O: 
-Công của lực không thế là :A =0
-Theo định lí biến thiên cơ năng: 
b.Gọi C là vị trí mà ở đó cơ thế năng của con lắc bằng động năng: 
-Cơ năng của con lắc tại C là: 
-Công của lực không thế là :A =0
-Theo định lí biến thiên cơ năng:
Ta cũng có: 
Vậy khi sợi dây hợp với phương thẳng đứng góc 600 thì động năng bằng thế năng
T
B
C
I
O
P
B
C
I
O
h
 Bài toán 6.Một con lắc đơn gồm vật khối lượng m =0.5kg được treo bằng sợi dây khối lượng không đáng kể có chiều dài 1m. Từ vị trí cân bằng người ta truyền cho vật một vận tốc ban đầu v0 theo phương ngang. Bỏ qua mọi ma sát. Lấy g =10m/s2.
a.Khi v0= m/s. Xác định góc αmax mà vật có thể đạt được
b.Để sợi dây có thể làm với phương thẳng đứng góc 900 thì v0 phải bằng bao nhiêu.
Giải
-Chọn mặt phẳng ngang đi qua vị trí cân bằng O của vật làm mốc thế năng:WtO=0
-Trong quá trình chuyển động của vật vật chỉ chịu tác dụng của hai lực là trọng lực P và lực căng T của sợi dây. Cả hai lực P và T đều là lực thế
-Cơ năng của con lắc tại vị trí ban đầu O là: 
a.Cơ năng của con lắc khi vật vị trí C
-Công của lực không thế là :A =0
-Theo định lí biến thiên cơ năng: 
 khi vC=0. 
Với v0 = m/s
b.Khi sợi dây hợp với phương thẳng đứng góc 900 thì 
B
C
I
O
h
v0
 Bài toán 7.Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng k = 100N/m và quả cầu nhỏ khối lượng m = 1kg, được bố trí theo phương nằm ngang trên một sàn nhẵn. Từ vị trí cân bằng người ta kéo vật ra dọc theo trục của lò xo sao cho lò xo giãn đoạn 4cm rồi buông nhẹ.
a.Tính vận tốc của vật khi vật đi qua vị trí căn bằng
b.Tính độ biến dạng của lò xo tại vị trí mà thế năng bằng hai lần động năng
Giải
-Chọn mặt phẳng ngang đi qua vị trí cân bằng O làm mốc thế năng khi này thế năng của con lắc tại vị trí x có biểu thức: 
( x là độ biến dạng của lò xo so với vị trí cân bằng)
-Cơ năng của con lắc tại vị trí ban đầu B :
a-Cơ năng của con lắc tại vị trí cân bằng O: 
-Trong quá trình chuyển động của vật, vật chỉ chịu tác dụng của các lực là lực thế
Vậy công của lực không thế là A = 0
-Theo định lí biến thiên cơ năng
k
N
P P
Fdh
b.Gọi C là vị trí mà ở đó thế năng bằng 2 lần động năng: 
-Cơ năng tại C là: 
-Công của lực không thế: A = 0
-Theo định lí biến thiên cơ năng
Vậy tại vị trí lò xo biến dạng đoạn thì thế năng bằng 2 lần động năng
 Bài toán 8.Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng k = 100N/m và quả cầu nhỏ khối lượng m = 0,2kg, được bố trí theo phương nằm ngang trên một sàn nhẵn. Từ vị trí cân bằng người ta kéo vật ra dọc theo trục của lò xo sao cho lò xo giãn đoạn 4cm rồi truyền cho vật một vận tố ban đầu 0,5m/s hướng về vị trí cân bằng.
a.Tính vận tốc của vật khi vật đi qua vị trí căn bằng.
b.Tính độ nén cực đại của lò xo.
c.Tính vận tốc của vật tại vị trí lõ xo giãn đoạn 2cm.
Giải
k
v0
-Chọn mặt phẳng ngang đi qua vị trí cân bằng O làm mốc thế năng khi này thế năng của con lắc tại vị trí x có biểu thức: 
( x là độ biến dạng của lò xo so với vị trí cân bằng)
-Cơ năng của con lắc tại vị trí ban đầu B :
a-Cơ năng của con lắc tại vị trí cân bằng O: 
-Trong quá trình chuyển động của vật vật chỉ chịu tác dụng của các lực N, P, Fdh là lực thế
Vậy công của lực không thế là A = 0
-Theo định lí biến thiên cơ năng
k
v0
O
B
b.Cơ năng của con lắc tại vị trí lò xo giãn đoạn x bất kì là:
-Công của lực không thế là:A =0
-Theo định lí biến thiên cơ năng:
 khi v =0. 
Với x0 =4cm, k=100M/m, m =0,2kg, v0=0,5m/s ta có xmax = 
c.Gọi C là vị trí ở đó lò xo giãn đoạn 2cm 
-Cơ năng của con lắc tại C là: 
-Công của lực không thế là:A =0
-Theo định lí biến thiên cơ năng: 
 Bài toán 9.Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng k = 100N/m và quả cầu nhỏ khối lượng m = 0,2kg, được bố trí theo phương nằm ngang hệ số ma sát giữa quả cầu và sàn là 0,01. Từ vị trí lò xo không biến dạng người ta kéo vật ra dọc theo trục của lò xo sao cho lò xo giãn đoạn 4cm rồi buông nhẹ. 
a.Tính vận tốc của quả cầu khi vật đi qua vị trí lò xo không biến dạng lần đầu
b.Tính vận tốc lớn nhất vật có thể đạt được.
Giải
-Chọn mặt phẳng ngang đi qua vị trí lò xo không bị biến dạng O làm mốc thế năng khi này thế năng của con lắc tại vị trí cách O đoạn x có biểu thức: 
-Cơ năng của con lắc tại vị trí ban đầu B :
k
N
P P
Fdh
Fms
a.Cơ năng của con lắc khi vật ở vị trí cân bằng O là: 
-Công của lực không thế khi vật đi từ B về O là:
A= 
-Theo định li biến thiên cơ năng: 
b.Cơ năng của con lắc tại vị trí lò xo giãn đoạn x bất kì là:
-Công của lực không thế khi vật đi từ B đến vị trí lò xo giãn đoạn x là:
A=
-Theo định li biến thiên cơ năng: 
Ta thấy v2 phụ thuộc vào x theo hàm bậc 2 có hệ số a âm nên vmax khi 
Nhận xét:
-Qua các bài toán trên ta thấy tựu chung lại học sinh chỉ cần nắm một phương pháp giải chung nhất cho các bài toán này là có thể giải quyết được vấn đề đặt ra
Tiến trình và phương pháp giải học sinh cần nắm
Bước1: Chọn mốc thế năng và xác định các lực tác dụng lên vật
Bước 2:Xác định cơ năng tại vị trí theo giả thiết cho
 Xác định cơ năng tại vị trí theo yêu cầu của câu hỏi
Bước 3:Tính tổng công của các lực không phải là lực thế
Bước 4:Vận dụng Định lý biến thiên cơ năng để giải và kết luận
4.Hiệu quả của sáng kiến mang lại
-Giúp cho học sinh có thể giảm tải được lượng kiến thức cần nhớ mà vẫn đảm bảo các em có một nền kiến thức đầy đủ.
-Hình thành kỹ năng tự cô đọng kiến thức cho học sinh sau khi học một phần hoặc một chương nào đó. 
-Giảm được thời lượng học tập cho các em, làm cho các em có nhiều thời gian hơn trong việc tham gia vào các hoạt động khác, mang lại được vốn kiến thức và sự hiểu biết phong phú hơn.
-Mang lại giá trị thực trong hoạt động giảng dạy và giáo dục
-Tác động tích cực vào công cuộc cải cách giáo dục.
-Có thể áp dụng rộng hơn cho các phần và các chương khác thuộc chương trình.
-Giảm tải gánh nặng truyền thụ kiến thức của giáo viên với học sinh mà vẫn đảm bảo được nền tảng tri thức khoa học cơ bản theo yêu cầu.
Kết quả khảo sát sau khi áp dụng sáng kiến
Thời điểm khảo sát cuối lớp 10
Năm học 2017-2018
Thời điểm khảo sát đầu lớp 11
Năm học 2018-2019
TT
Số học sinh khảo sát
Nhớ
Nhầm
TT
Số học sinh khảo sát
Nhớ
Nhầm
10A2
44
93%
7%
11A2
44
92%
8%
10A3
45
87%
13%
11A3
45
88%
12%
III.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1.Kết luận:
 Trong quá trình công tác với tinh thần trách nhiệm cao, với lòng hăng say, nhiệt tình với học sinh và sự trăn trở với những tiết dạy trên lớp. Tôi nhận thấy mỗi cán bộ giáo viên đều có thể xây dựng được một phương án truyền thụ kiến thức lại cho học sinh một cách hiệu quả nhất. Nếu mỗi cán bộ giáo viên đều làm được điều này và trao đổi kinh nghiệm với nhau thì chúng ta chắc chắn sẽ thực hiện thành công cuộc cách mạng cải cách nền giáo dục nước nhà và tạo được sự tin tưởng cao nhất đối với lớp lớp các thế hệ học sinh và phụ huynh. Nâng cao vị thế của ngành giáo dục. Từ đó có thể tạo ra các thế hệ lao động trí thức có chất lượng cao, đáp ứng được sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
2.Kiến nghị
-Tạo động lực tốt hơn về vật chất và tinh thần cho đội ngũ các nhà giáo.
-Tạo cơ chế làm việc thật sự tự chủ cho các giáo viên với yêu cầu đảm bảo hệ thống kiến thức và kỹ năng chuẩn.
-Đưa các phong trào thi đua đi vào thực chất hơn.
-Phổ biến và nhân rộng các sáng kiến của các nhà giáo đã mang lại hiệu quả cao trong công tác giảng dạy.
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ
Thanh hóa, ngày 20 tháng 5 năm 2019
Tôi cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác
Lê Thị Hồng
DANH MỤC
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM NGÀNH GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI
TT
Tên đề tài SKKN
Cấp đánh giá xếp loại
Kết quả đánh giá xếp loại
Năm học đánh giá xếp loại
1
Phân loại và phương pháp giải một số bài toán cơ bản về con lắc đơn
Tỉnh
C
2014-2015
2
Định hướng tư duy và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh
Tỉnh
C
2016-2017
Tài liệu tham khảo
-Sách giáo khoa Vật lí 10, 11, 12.
-Chuẩn kiến thức của bộ môn Vật lí do Bộ giáo dục phát hành.
-Kinh nghiệm đúc kết của những năm công tác của bản thân.
-Tài liệu về các công trình nghiên cứu về tâm lí lứa tuổi.
-Lý luận dạy học bộ môn vật lí Đại học sư phạm.
-Triết học.