Giáo án Bài 12. Chuyển động ném

Xác định vấn đề học tập: so sánh thời gian rơi của vật thả rơi và vật ném ngang cùng độ cao; phát hiện quan niệm sai “vật ném ngang rơi lâu hơn”.

GV biểu diễn ném ngang hai viên bi bằng bộ dụng cụ bắn bi: một viên thả rơi tự do, một viên bắn theo phương ngang, cùng lúc và từ cùng độ cao. HS trả lời câu hỏi: (1) Viên nào chạm sàn trước, hay cùng lúc? (2) Vì sao chuyển động ngang không làm thay đổi thời gian rơi? (3) Điều này gợi ý gì về việc phân tích chuyển động ném thành các thành phần nào?

• Dự đoán ban đầu của HS được ghi vào vở.
• Kết quả quan sát: hai viên bi chạm sàn cùng lúc, nên quan niệm “ném ngang rơi lâu hơn” là sai.
• Kết luận sơ bộ: thời gian chuyển động theo phương thẳng đứng chỉ phụ thuộc độ cao, không phụ thuộc vận tốc ngang.
• Nêu vấn đề cần giải quyết: vật ném ngang chuyển động như thế nào, tầm xa và thời gian phụ thuộc những đại lượng nào?

Mô tả được chuyển động ném ngang như tổng hợp hai chuyển động thành phần theo hai phương vuông góc; rút ra công thức $t$ và $L$.

HS làm việc theo cặp với Phiếu học tập số 1 (phần A). Quan sát mô phỏng ném ngang trên NeoEdu: bệ phóng lò xo được đẩy lên $H=44{,}1$ cm, $v_0=2{,}5$ m/s, ghi nhận bi rơi sau 0,3 s, xa 75 cm. Trả lời: (1) Theo phương ngang, $v_x$ có thay đổi không? (2) Theo phương đứng, $v_y$ thay đổi thế nào và do đâu? (3) Viết biểu thức $t$ và $L$ theo $H$, $g$, $v_0$. (4) Kiểm tra lại kết quả mô phỏng bằng công thức với $g=9{,}8$ m/s².

• Phương ngang: $v_x=v_0$ không đổi, chuyển động thẳng đều.
• Phương đứng: $v_y=gt$ tăng dần do trọng lực, chuyển động rơi tự do (vận tốc đầu theo phương đứng bằng 0).
• Quỹ đạo là parabol vì tọa độ hai phương phụ thuộc $t$ theo kiểu khác nhau.
• Công thức: $t=\sqrt{\dfrac{2H}{g}}$, $L=v_0t=v_0\sqrt{\dfrac{2H}{g}}$.
• Kiểm tra: $t=\sqrt{\dfrac{2\cdot 0{,}441}{9{,}8}}=0{,}3$ s; $L=2{,}5\cdot 0{,}3=0{,}75$ m = 75 cm, khớp với mô phỏng.
• Kết luận: thời gian chuyển động chỉ phụ thuộc $H$; tầm xa phụ thuộc cả $H$ và $v_0$.

Phân tích được vận tốc ném xiên thành $v_{0x}$, $v_{0y}$; rút ra $H_{max}$, $L$ và nhận biết vận tốc tại điểm cao nhất.

HS làm việc theo cặp với Phiếu học tập số 1 (phần B). Quan sát mô phỏng ném xiên 45° (bệ phóng $v_0=2{,}5$ m/s): hình chiếu trên cột đứng lên chậm dần rồi rơi nhanh dần, hình chiếu trên thước ngang chạy đều. Đối chiếu ba góc 30°, 45°, 60° (nếu có thời gian, dùng thí nghiệm ảo “Ném xiên: tầm xa và góc bắn”). Trả lời: (1) Viết $v_{0x}$, $v_{0y}$ theo $v_0$ và $\alpha$. (2) Tại điểm cao nhất, $v_y$ và $v_x$ bằng bao nhiêu? Vận tốc toàn phần có bằng 0 không? (3) Dùng công thức tính $H_{max}$ và $L$ rồi đối chiếu với mô phỏng.

• $v_{0x}=v_0\cos\alpha$, $v_{0y}=v_0\sin\alpha$.
• Tại điểm cao nhất: $v_y=0$, $v_x=v_0\cos\alpha\neq 0$, nên vận tốc toàn phần khác 0 (ở 45° là 1,77 m/s).
• $H_{max}=\dfrac{v_0^2\sin^2\alpha}{2g}$: thay số 45° được $H_{max}=\dfrac{1{,}77^2}{2\cdot 9{,}8}\approx 0{,}159$ m = 15,9 cm, khớp mô phỏng.
• $L=\dfrac{v_0^2\sin 2\alpha}{g}$: thay số 45° được $L=\dfrac{2{,}5^2}{9{,}8}\approx 0{,}638$ m = 63,8 cm; 30° và 60° cho cùng $L\approx 55{,}2$ cm; tầm xa lớn nhất khi $\alpha=45^\circ$ (khi điểm rơi cùng mức điểm ném).

Vận dụng được các công thức ném ngang và ném xiên để giải bài tập; nhận diện đúng các phát biểu về chuyển động ném.

HS làm nhanh Phiếu học tập số 2 theo nhóm 4 (làm cá nhân 5 phút, sau đó thống nhất trong nhóm 4 phút). Phiếu gồm các câu: (1) Ném ngang $H=20$ m, $g=10$ m/s², thời gian rơi bao nhiêu? (2) Ném ngang $v_0=6$ m/s trong 2 s, tầm ngang bao nhiêu? (3) Ném xiên $v_{0y}=10$ m/s, $g=10$ m/s², thời gian lên cao nhất bao nhiêu? (4) Cùng $v_{0y}$, độ cao tăng cực đại bao nhiêu? (5) Hai vật cùng độ cao, một thả, một ném ngang, chúng chạm đất thế nào? (6) Các phát biểu đúng/sai về ném ngang không cản. (7) Tại điểm cao nhất của ném xiên, đại lượng nào bằng 0? (8) Tăng $v_0$ ngang gấp đôi từ cùng độ cao, so sánh thời gian rơi, tầm ngang và tốc độ chạm đất.

Đáp án:

• (1) $t=\sqrt{\dfrac{2\cdot 20}{10}}=2$ s.
• (2) $L=6\cdot 2=12$ m.
• (3) $v_y=10-10t=0$, suy ra $t=1$ s.
• (4) $\Delta h=\dfrac{10^2}{2\cdot 10}=5$ m.
• (5) Đáp án D: cùng lúc nếu thả đồng thời, vì chuyển động thẳng đứng có cùng điều kiện ban đầu.
• (6) a) Đúng; b) Sai, $v_y$ không bằng 0 sau lúc ném; c) Đúng; d) Đúng.
• (7) Đáp án B: $v_y=0$; $v_x$ vẫn khác 0 và gia tốc vẫn là $g$.
• (8) Thời gian rơi không đổi; tầm ngang gấp đôi; tốc độ chạm đất đổi từ $\sqrt{v_0^2+2gH}$ thành $\sqrt{4v_0^2+2gH}$, thường không gấp đôi vì thành phần đứng giữ nguyên.

Giải thích được ứng dụng của chuyển động ném trong thực tế; vận dụng công thức để tính toán cho tình huống thả hàng từ máy bay.

Nhóm 4 HS thảo luận hai tình huống: (1) Máy bay bay ngang ở độ cao 180 m với tốc độ 50 m/s thả hàng cứu trợ. Tính thời gian rơi (lấy $g=10$ m/s²) và khoảng cách theo phương ngang từ vị trí thả đến điểm rơi. Hàng cần rơi đúng điểm mục tiêu thì phi công phải thả trước hay sau khi vượt mục tiêu? (2) Vì sao trong bóng rổ và đẩy tạ, không thể áp dụng trực tiếp công thức tầm xa $L=\dfrac{v_0^2\sin 2\alpha}{g}$?

• (1) $t=\sqrt{\dfrac{2\cdot 180}{10}}=6$ s; $L=50\cdot 6=300$ m. Phi công phải thả trước khi bay đến điểm mục tiêu khoảng 300 m (theo phương ngang).
• (2) Điểm rơi của bóng rổ hoặc tạ không cùng mức với điểm ném (vòng rổ cao hơn tay ném, tạ được đẩy từ độ cao nhất định), nên phải tính $H$ và dùng hệ phương trình theo $x$, $y$ chứ không dùng công thức $L$ rút gọn.
• Kết luận: góc ném tối ưu phụ thuộc điều kiện điểm rơi và mục tiêu, không chỉ là 45°.