Sáng kiến kinh nghiệm Tính tương tự trong việc giải bài tập Vật lí các định luật bảo toàn

Giới Thiệu
A. Lí Do:
Đối với học sinh trung học phổ thông, việc học bài và ,giải các bài tập gặp rất nhiều khó khăn, nhất là môn vật lý vì học sinh không biết cách học và học như thế nào cho có hiệu quả
Trong phạm vi bài viết này tôi xin đưa ra hai vấn đề:
+ Tính tương tự trong vật lý 
+ phương pháp giải bài tập vật lý
 B. Mục Tiêu:
 Việc giải bài tập vật lý giúp học sinh hiểu và nhớ sâu, lâu thêm lý thuyết và đặc biệt tìm ra phương pháp giải bài tâp 
 Khi học vật lý, không chỉ học thuộc lòng lý thuyết mà còn phải nắm vững và vận dụng được lý thuyết để giải bài tập. 
 Làm bài tập là hình thức ôn tâp ,củng cố, mở rộng và khắc sâu thêm phần lý thuyết
 Muốn giải được bài tập vật lý, phải biết vận dụng các thao tác: So sánh, phân tích, tổng hợp,khái quát hoáXác định bản chất vật lý trên cơ sở đó chọn ra các công thức thích hợp cho từng bài cụ thể. 
MỤC LỤC
I. Tinh tương tự trong việc giải bài tập vật lý
 1/ Phương pháp xác định vectơ cường độ điện trường
 a) Các bước cơ bản
 b) Ví dụ minh hoạ
 2/ Phương pháp xác định vectơ cảm ứng từ
 a) Các bước cơ bản
 b) Ví dụ minh hoạ
 3/ Phương pháp xác định chuyển động ném ngang và chuyển động của 
electon trong điện trường
 a) Các bước cơ bản
 b) Ví dụ minh hoạ
II. Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn:
 1/ Phân loại bài tập:
 a) Bài tập định tính
 b) Bài tập định lượng
 c) Bài tập trắc nghiệm
 2/ Phương pháp:
 a) Các bước cơ bản
 b) Ví dụ minh hoạ
III. Kết luận: 
Vấn Đề 1:
 TÍNH TƯƠNG TỰ TRONG VẬT LÝ LÀ QUY TẮC VÀNG TRONG DẠY HỌC NÓI CHUNG VÀ BỘ MÔN VẬT LÝ NÓI RIÊNG, GIÚP HỌC SINH DỰA TRÊN CÁI ĐÃ BIẾT SẼ TIẾP THU ĐƯỢC NHANH HƠN
Khi dạy phần Điện Trường nên dạy kỷ về phương pháp giải bài tập xác định vectơ cường độ điện trường , để đến phần Từ Trường nhắc lại cho học sinh phương pháp giải bài toán điện trường để đi đến giải bài toán từ trường tương tự.
Tổng quát: 
Xác định vectơ cường độ Xác định vectơ cảm ứng từ
điện trường tại một điểm tại một điểm 
 Các bước cơ bản: Các bước cơ bản: 
Bước 1: Đọc và tóm tắt đề bài Bước 1: Đọc và tóm tắt đề bài 
Bước 2: Phân tích hiện tượng Bước 2: Phân tích hiện tượng
Bước 3: Xác định các vectơ cường độ Bước 3: Xác định các vectơ cảm ứng
điện trường thành phần. từ thành phần 
Bước 4: Vẽ hình biểu diễn các Bước 4: Vẽ hình biểu diễn các 
vectơ thành phần và vectơ tổng vectơ thành phần và vectơ tổng 
Bước 5: Áp dụng nguyên lý Bước 5: Áp dụng nguyên lý 
chồng chất điện trường chồng chất từ trường 
Bước 6: Giải Bước 6: Giải
Bước 7: Kiểm tra ,đánh giá, kết luận. Bước 7: Kiểm tra ,đánh giá, kết luận.
 Cụ thể ta xét từng trường hợp riêng
 1. Phương pháp
Xác định vectơ cường độ điện trường tại một điểm
 a) Các bước cơ bản:
Bước 1: Đọc và tóm tắt đề bài
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Bước 3: Xác định các vectơ cường độ điện trường thành phần.
Bước 4: Vẽ hình biểu diễn các vectơ thành phần và vectơ tổng
Bước 5: Áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường
Bước 6: Giải
Bước 7: Kiểm tra ,đánh giá, kết luận.
 b) Ví dụ minh hoạ:
Cho hai điện tích q 1 = - 2.10 C và q 2 = 5.10 C lần lượt đặt tại hai điểm A và B cách nhau 2cm trong không khí.
 Xác định cường độ điện trường tổng hợp tại điểm C thuộc đường nối AB, với CA= 3cm và CB = 1cm.
Giải
 A C 
 B 
 Gọi và là cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra tại C.
 Ta có : 
 E1 = k= 2.107V/m (hướng theo phương CA).
 E2 = k= 4,5.107V/m (hướng theo phương BC).
Cường độ điện trường tổng hợp tại C
 = + 
 có phương chiều như hình vẽ.
 Vì nên E = E2 – E1 = 2,5.107V/m 
 2.Phương pháp 
Khi bắt đầu học kì 2 của khối 11 là học phần Từ Trường ta nên nhắc lại phần Điện Trường đã học ở học kì 1 , giúp học sinh tiếp thu nhanh
 Muốn xác định vectơ cảm ứng từ tương tự như xác định vectơ cường độ điện trường cũng gồm 6 bước
 a) Các bước cơ bản:
Bước 1: Đọc và tóm tắt đề bài
Bước 2: Phân tích hiện tượng
Bước 3: Xác định các vectơ cảm ứng từ thành phần.
Bước 4: Vẽ hình biểu diễn các vectơ thành phần và vectơ tổng
Bước 5: Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường
Bước 6: Giải
Bước 7: Kiểm tra ,đánh giá, kết luận.
 b) Ví dụ minh hoạ:
Hai dây dẫn thẳng dài D1 và D2 đặt trong không khí song song và cách nhau khoảng d = 10 cm . Có hai dòng điện cùng chiều và cùng cường độ I1 = I2 = 2,4 A chạy qua . Xác định vectơ cảm ứng từ tại:
 a) Điểm M cách dây D1 (I1) một khoảng 20cm, cách dây D2 (I2) một khoảng 10cm.
b) Điểm N cách dây D1 (I1) một khoảng 8cm, cách dây D2 (I2) một khoảng 6cm.
Hướng dẫn:
a) Dây D1 dài vô hạn, có dòng điện I1 chạy qua gây ra tại M vectơ có phương chiều như hình vẽ và có độ lớn:
 B1 = 2.10. 
 Dây D2 dài vô hạn, có dòng điện I2 chạy qua gây ra tại M vectơ có phương chiều như hình vẽ và có độ lớn:
 B2 = 2.10. 
 D1 D2 M 
Ápdụng nguyên lý chồng chất từ trường : 
Ta có = + 
Mà nên BM = B1 + B2 = 72. 10 (T) 
 . Điểm đặt tại M 
BM . Hướng như hình vẽ 
 . Độ lớn 72. 10 (T) 
b) Xác định cảm ứng từ tại N D1 D2 	
 N 
 Gọi và là các vectơ cảm ứng từ do I1 và I2 gây ra tại N.
 Ta có : 
 B1 = 2.10. (hướng theo phương D2N). 
 B2 = 2.10. (hướng theo phương ND1).
Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường :
Ta có =+ 
 có phương chiều như hình vẽ.
 Vì tam giác D1ND2 là tam giác vuông tại N nên hai véc tơ và vuông góc với nhau nên độ lớn của là:
 = = 10 (T) 
 3. Phương pháp:
 a) Các bước cơ bản:
 Đối với bài toán ném ngang hay electron chuyển động trong điện trường đều phân tích thành hai chuyển động thành phần 
 Theo phương nằm ngang và theo phương thẳng đứng 
 b) Ví dụ:
 Một vật được ném ngang ở độ cao h = 80m với vận tốc đầu vo = 20m/s . Lấy g = 10m/ s
 + Lập phương trình quỹ đạo của vật
 + Tính thời gian chuyển động và tầm bay xa của vật.
Hướng dẫn : 0 x 
 Chọn hệ quy chiếu: X0Y như hình vẽ y
+ Phân tích chuyển động thành hai chuyển động thành phần 
Chuyển động thành phần theo trục 0x Chuyển động thành phần theo trục 0y 
Là chuyển động thẳng đều với các Là chuyển động rơi tự do với các 
Phương trình : ax = 0 Phương trình : ay = 0
 vx = vo = 20m/s vy = gt
 x = vot y = gt 
Tổng hợp hai chuyển động thành chuyển động thực của vật
 Y = x
 vậy quỹ đạo của chuyển động ném ngang có dạng parabol
 + Thời gian t = = 4s
 + tầm bay xa L = vo = 80m
Bài 2 : Hai bản kim loại phẳng có độ dài l = 5cm đặt nằm ngang,song song, cách nhau một khoảng d =2 cm. Giữa hai bản kim loại có hiệu điện thế U = 910V. Một electron bay theo phương nằm ngang ,đi vào giữa hai bản với vận tốc ban đầu vo = 5. 10km/s.Tính độ lệch của electron khỏi phương ban đầu khi nó vừa đi ra khỏi bản kim loại. Coi điện trường giữa hai bản kim loại là đều và bỏ qua tác dụng của trọng trường.
Hướng dẫn
Chọn hệ quy chiếu :X0Y như hình vẽ
 - - - - -
0 vo x
y + + + + + 
+ Phân tích chuyển động thành hai chuyển động thành phần 
Chuyển động thành phần theo trục 0x Chuyển động thành phần theo trục 0y 
Là chuyển động thẳng đều với các Là chuyển động nhanh dần đều dưới 
 Tác dụng của lực điện trường
Phương trình : ax = 0 Phương trình : ay = 
 vx = vo = 5. 10km/s 
 L = x = vot y = at = t 
Tổng hợp hai chuyển động thành chuyển động thực của vật
 y = h = 4.10m = 0,4 cm
Vấn đề 2
 PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN
1. Phân loại bài tâp : 
 Có thể phân thành hai loại : Định luật bảo toàn Động Lượng và định luật bảo toàn Năng Lượng 
 A) Bài tập định tính:
 Là loại bài khi giải không cần tính toán cụ thể hoặc chỉ cần tính nhẩm đơn giản. Muốn giải bài tập này học sinh cần vận dụng kiến thức nhằm phát hiện bản chất vật lí được nêu bật lên, vận dụng tri thức kỹ năng đã biết đi tới kết luận cuối cùng, còn những chi tiết không cần thiết thì lược bớt. 
 Ví dụ : Một người đẩy một chiếc hòm gỗ trượt trên mặt phẳng ngang.Hỏi người ấy có thực hiện công không? Công này dùng để làm gì?
 Bài tập định tính thường dùng để minh hoạ những ứng dụng thực tế hay trong sinh hoạt hàng ngày nên phải ngắn gọn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức vật lí để giải thích các hiện tượng gần gũi với đời sống, thiên nhiên. Thực chất loại bài tâp này là những câu hỏi. 
 B) Bài tập định lượng:
 Là loại bài tập có số liệu cụ thể, muốn giải được phải thực hiện một loạt các phép tính.
 Ví dụ: Một vật có khối lượng 1kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0,5 giây. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu? 
C) Bài tập trắc nghiệm:
 Câu hỏi trắc nghiệm có nhiều phương án lựa chọn để trả lời, do đó có thể đo được những mức khả năng khác nhau về giá trị nội dung và độ tin cậy cao vì số câu hỏi nhiều hơn trong cùng một thời gian làm bài của học sinh.
 Phương pháp học tập và làm trắc nghiệm mang tính khách quan nâng mức biết, mức hiểu, mức sử dụng, mức phân tích, mức tổng hợp, mức thẩm định lên cao hơn . Rèn luyện cho học sinh có thói quen đọc nhanh, làm nhanh. Câu hỏi bài tập tuy ngắn nhưng số lượng câu hỏi lại nhiều thường hỏi đều khắp chương trình nên phải học hết, học kĩ, không thể học tủ, đoán mò.
2. Phương pháp giải 
 a) C¸c b­íc c¬ b¶n:
Bước 1: Viết tóm tắt các dữ kiện :
 Đọc kĩ đầu bài ( khác với thuộc bài), tìm hiểu ý nghĩa của những thuật ngữ, có thể phát biểu tóm tắt ngắn gọn, chính xác, đổi đơn vị.
 Dùng kí hiệu tóm tắt đề bài cho gì? hỏi gì? Dùng hình vẽ để mô tả lại tình huống, minh hoạ (nếu cần).
Bước 2: chọn hệ qui chiếu 
Bước 3: Tìm động lượng (năng lượng) trước 
Bước 4: Tìm động lượng (năng lượng) sau 
Bước 5: Áp dụng định luật bảo toàn
Bước 6: Giải và rút ra đại lượng cần tìm.
 b) Ví dụ minh hoạ:
Viên bi A có khối lượng m1 = 0,2 kg đang chuyển động với vận tốc có độ lớn ‏׀v1‏׀ = 2 m/s đến va chạm vào viên bi B có khối lượng m2 = 0,3 kg đứng yên, sau va chạm viên bi B chuyển động theo hướng của viên bi A trước va chạm với vận tốc có độ lớn ‏׀v2‏׀ = 2 m/s . Tìm độ lớn và hướng vận tốc của viên bi A sau va chạm .(Bỏ qua mọi lực cản)
Hướng dẫn
Tóm tắt : . Bi A : m1 = 0,2 kg , ‏׀v1‏׀ = 2 m/s A B 
 . Bi B : m2 = 0,3 kg , ‏׀v2‏׀ = 2 m/s A B 
 Hỏi: (phương,chiều, độ lớn)
Thời gian va chạm nhỏ ,và bỏ qua mọi lực cản nên có thể áp dụng định luật bảo toàn động lượng
 Động lượng trước va cham: 
 = 
 Động lượng sau va chạm : 
= + 
 Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: =
 = + (1) 
 Chon chiều dương là chiều chuyển động của viên bi A trước va chạm
 Chiếu phương trình (1) lên chiều dương
 m1 v1 = m2 v2 + m1 v 
 v = = - 1 (m/s)
Ta thấy v< 0 nên viên bi A sau khi va chạm chuyển động ngược lại với vận tốc có độ lớn v = 1m/s 
Từ ví dụ minh hoạ và phương pháp nêu trên ta có thể tóm tắt bằng sơ đồ khối sau
Đề bài tập 
Dữ kiện (tóm tắt)
Chọn hệ qui chiếu, phân tích hiện tượng
Tìm các đại lượng trước, (sau) va chạm
Áp dụng định luật bảo toàn
Kiểm tra- đánh giá - kết luận
Hỏi gì?
Cho gì?
 III. Kết luận: 
 Tính tương tự trong việc giải bài tập vật lý nhằm giảm bớt sức lao động cho học sinh và tiết kiệm thời gian nhưng lại đạt hiệu quả cao.
 Khi hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí, giáo viên cần hướng dẫn học sinh thực hiện các bước để học sinh trở thành thói quen và làm được như vậy thì một bài tập sau khi giải xong sẽ rất chặt chẽ và logic
 Khi giảng dạy theo các phương pháp nói trên tôi thấy học sinh tiếp thu nhanh khoảng 20% - 30% so với trước.
Năm
Lớp không thực hiện đề tài
Kết quả
Lớp có thực hiện đề tài
Kết quả
2007-2008
11/14
50%
11/12
70%
2008-2009
11/B5
60%
11/B3
90%
 Thanh Khê, tháng 11 năm 2009
 Người viết
 Nguyễn Thị Minh Khai