HAT Physics Learning · VẬT LÍ 10 · KẾT NỐI TRI THỨC
BÀI 12 · CHUYỂN ĐỘNG NÉM
Từ hai chuyển động độc lập đến quỹ đạo parabol: ném ngang, ném xiên và mô phỏng kiểm chứng.
📘 Chương II · Động học🧭 Ném ngang & ném xiên📝 22 câu · 10 điểm
01 · MỤC TIÊU
Mục tiêu học tập
01 · Định hướng
Mục tiêu học tập
Kiến thức
Phân tích được chuyển động ném ngang và ném xiên thành hai chuyển động thành phần; thiết lập hệ thức tọa độ, vận tốc, thời gian bay và tầm xa trong mô hình bỏ qua lực cản không khí.
Năng lực Vật lí
Dự đoán, kiểm chứng thí nghiệm hai viên bi; đọc đồ thị quỹ đạo, xác định các thành phần vận tốc; xử lí số liệu mô phỏng, nêu giới hạn mô hình và giải thích ứng dụng thực tế.
Khởi động: Từ cùng một độ cao, một viên bi được thả rơi, viên còn lại được ném ngang. Viên nào chạm đất trước nếu bỏ qua sức cản không khí? Vì sao quỹ đạo của viên bi ném lại cong?
Yêu cầu an toàn: Chỉ thực hiện thí nghiệm vật rơi ở vị trí được giáo viên cho phép, tránh khu vực có người qua lại; không dùng vật cứng ném về phía người khác.
02 · KHÁM PHÁ
Kiến thức trọng tâm và công thức
02 · Khám phá
Kiến thức trọng tâm và công thức
1. Bản chất của chuyển động ném
Nếu bỏ qua lực cản không khí, sau khi rời tay hoặc thiết bị phóng, vật chỉ chịu trọng lực \(\vec P\) hướng xuống. Vì vậy gia tốc của vật luôn có phương thẳng đứng, chiều xuống và độ lớn \(g\), trong khi vận tốc nói chung thay đổi cả độ lớn và hướng.
Quy ước chung trong Bài 12: Ox nằm ngang hướng sang phải, Oy thẳng đứng hướng lên; mặt đất có tọa độ y = 0; vật bắt đầu tại (0,h). Không đổi dấu g khi dùng các phương trình dưới đây.
2. Ném ngang
Vận tốc ban đầu song song mặt đất. Thành phần ngang không đổi; thành phần đứng giống vật được thả rơi từ cùng độ cao và cùng thời điểm. Khi hai vật rơi từ cùng độ cao, chúng chạm đất cùng lúc trong mô hình lí tưởng.
Công thức
Phương trình chuyển động ném ngang
\[\boxed{x=v_0t,\quad y=h-\frac{1}{2}gt^2}\]
Tọa độ ban đầu là \(x_0=0, y_0=h\), trục Ox nằm ngang sang phải, Oy hướng lên. Theo Ox vật chuyển động thẳng đều, theo Oy vật rơi tự do.
Kí hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị SI
\(x\)
Tọa độ ngang
m
\(y\)
Độ cao so với mặt đất
m
\(t\)
Thời gian từ khi ném
s
\(v_0\)
Tốc độ ban đầu
m/s
\(g\)
Độ lớn gia tốc trọng trường
m/s²
\(h\)
Độ cao ban đầu
m
Điều kiện: Vật ném theo phương ngang (v₀ ≥ 0), h ≥ 0; trường trọng lực đều, bỏ qua lực cản không khí.
Từ điều kiện chạm đất \(y(T)=0\). Thời gian bay không phụ thuộc vào tốc độ ném ngang nếu giữ nguyên độ cao.
Kí hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị SI
\(T\)
Thời gian từ khi ném đến lúc chạm đất
s
\(L\)
Tầm bay xa theo phương ngang
m
\(h\)
Độ cao ném
m
\(v_0\)
Tốc độ ném ngang
m/s
\(g\)
Gia tốc trọng trường
m/s²
Điều kiện: Ném ngang từ độ cao h > 0 xuống mặt phẳng ngang thấp hơn; g > 0; không có lực cản.
3. Ném xiên
Vận tốc ban đầu hợp với phương ngang góc \(\alpha\). Theo Ox vật chuyển động thẳng đều; theo Oy vật biến đổi đều với gia tốc đại số \(a_y=-g\). Ở đỉnh quỹ đạo, chỉ thành phần thẳng đứng của vận tốc bằng 0, không phải toàn bộ vận tốc.
H là độ cao cực đại so với điểm ném; với v₀ cố định trong mô hình lí tưởng, tầm xa lớn nhất tại α = 45°.
Kí hiệu
Ý nghĩa
Đơn vị SI
\(T\)
Thời gian bay
s
\(H\)
Độ cao cực đại so với vị trí ném
m
\(L\)
Tầm xa
m
\(\alpha\)
Góc phóng
độ hoặc rad
\(g\)
Gia tốc trọng trường
m/s²
Điều kiện: Chỉ dùng hệ thức này khi điểm ném và điểm rơi cùng độ cao (h=0), 0° < α < 90°, không có lực cản.
Sai lầm thường gặp: (1) Cho rằng vật ném ngang phải rơi chậm hơn vật thả; (2) kết luận “ở đỉnh quỹ đạo vật đứng yên”; (3) áp dụng \(L=v_0^2\sin(2\alpha)/g\) khi vật rơi xuống mặt phẳng thấp hơn điểm ném; (4) nhầm quãng đường dọc quỹ đạo với tầm xa nằm ngang.
4. Ví dụ giải theo ba bước
Ví dụ ném ngang: Vật được ném ngang từ độ cao 20 m với tốc độ 5 m/s, lấy \(g=10\,\mathrm{m/s^2}\). Bước 1: \(T=\sqrt{2h/g}=2\,\mathrm{s}\). Bước 2: \(L=v_0T=10\,\mathrm{m}\). Bước 3: kiểm tra điều kiện ném ngang, độ cao 20 m, bỏ qua lực cản.
Ví dụ ném xiên: Bóng ném từ mặt đất với \(v_0=20\,\mathrm{m/s},\alpha=30^\circ,g=10\,\mathrm{m/s^2}\). Bước 1: \(v_{0y}=10\,\mathrm{m/s}\). Bước 2: \(T=2v_{0y}/g=2\,\mathrm{s}\). Bước 3: \(L=v_0\cos30^\circ\,T=20\sqrt 3\approx34{,}6\,\mathrm{m}\).
03 · QUAN SÁT
Quan sát thí nghiệm và mô phỏng
03 · Quan sát
Thí nghiệm và mô phỏng
Trước khi kéo thanh điều khiển, hãy dự đoán kết quả; sau khi thử hãy đối chiếu với đồ thị và chỉ ra điều kiện để mô hình đúng. Các trị số dưới đây là số liệu mô phỏng, không phải kết quả đo thực.
🧪 Mô phỏng HAT
Thí nghiệm hai viên bi: thả rơi và ném ngang đồng thời
Dự đoán: Nếu viên A được ném ngang, viên B được thả từ nghỉ, cùng độ cao h, chúng có chạm đất cùng lúc không?
Thời gian chạm đất —
Độ cao bi A —
Độ cao bi B —
Tầm xa bi A —
Thao tác: Thay đổi v₀, giữ h; kéo thời gian để quan sát từng vị trí. Kết quả: yA = yB ở mọi thời điểm. Giới hạn: không xét lực cản, g = 10 m/s². Kết luận: chuyển động theo Ox không làm thay đổi thời gian rơi theo Oy.
📈 Mô phỏng & đồ thị
Phòng thí nghiệm ném ngang – ném xiên
Dự đoán: Với cùng tốc độ đầu, góc ném nào cho tầm bay xa nhất nếu điểm ném và điểm rơi cùng độ cao? Điều gì xảy ra nếu h khác 0?
Thời gian bay —
Tầm xa —
Độ cao cực đại —
Vị trí (x,y) —
Vận tốc (vₓ,vᵧ) —
Độ lớn vận tốc —
Dải đồ thị thành phần vận tốc (tính theo thời gian)
Giả thiết: chất điểm, chỉ có trọng lực, không có lực cản không khí.
Thao tác: Đổi góc, vận tốc, độ cao, g; dùng Chạy/Dừng hoặc kéo thanh thời gian. Kết quả: đường parabol, \(v_x\) không đổi, \(v_y\) biến đổi tuyến tính. Giới hạn: chuyển động trong mặt phẳng gần mặt đất; không mô hình hóa lực cản, gió hay lực nâng. Rút ra: tầm xa phụ thuộc cả điều kiện độ cao và góc ném.
📝 Hoạt động trải nghiệm
Ghi nhận chuyển động ném bằng video quay chậm
Dự đoán: Độ chênh lệch tọa độ đứng giữa các khung hình liên tiếp có tăng khi vật đang đi xuống hay không?
Giáo viên tổ chức sử dụng bóng mềm ở sân an toàn; đánh dấu vị trí bắt đầu và hướng trục tọa độ.
Quay video từ phía bên vuông góc với mặt phẳng chuyển động; dùng lưới hoặc vật mốc để hiệu chuẩn tỉ lệ.
Chọn các khung hình cách đều về thời gian, ghi \(t,x,y\) vào bảng và vẽ quỹ đạo.
So sánh với mô phỏng; chỉ ra sai lệch do góc quay camera, chuyển động 3D, lực cản và sai số đọc tọa độ.
Giới hạn thực tế: mô hình điểm và mặt phẳng chuyển động; không suy ra chính xác g khi chưa hiệu chuẩn không gian và thời gian. Kết luận: tọa độ ngang gần tuyến tính, tọa độ đứng gần hàm bậc hai trong điều kiện thích hợp.
Nguyên tắc: Đúng/Sai bốn ý: đúng 0/1/2/3/4 ý được 0/0,10/0,25/0,50/1,00 điểm. Trắc nghiệm ABCD và trả lời ngắn tự chấm; tự luận đánh giá riêng theo tiêu chí.
05 · HỆ THỐNG HÓA
Bản đồ tư duy bài học
05 · Bản đồ tư duy
Bản đồ tư duy Bài 12
Sáu nhánh liên hệ giả thiết, các phương trình, hai kiểu ném, thực nghiệm và ứng dụng. Chạm hoặc bấm vào sơ đồ để phóng to; trên điện thoại có thể cuộn ngang ngay trong khung.
Sơ đồ tư duy chuyển động ném: gia tốc luôn hướng xuống; chuyển động ngang và đứng được xét theo cùng thời gian t.Xem sơ đồ dạng danh sách06 · MỞ RỘNG
Em có biết?
06 · Em có biết?
Em có biết?
📜 Lịch sử
Galileo và tư duy thí nghiệm
Thế kỉ XVIIGalileo phát triển cách tiếp cận thực nghiệm để nghiên cứu chuyển động và sự rơi của vật.
Trong lớp họcThí nghiệm thả rơi đồng thời và ném ngang giúp kiểm chứng sự độc lập của hai chuyển động thành phần.
Ngày nayCamera quay chậm và công cụ phân tích video cho phép xác định vị trí theo thời gian.
🏀 Ứng dụng
Bóng rổ và nhảy xa
Quỹ đạo bay của bóng phụ thuộc tốc độ và góc ném; điểm ném và điểm đích có thể khác độ cao.
Tầm xa của người nhảy xa còn chịu ảnh hưởng chiều cao giậm nhảy, tư thế và kỹ thuật tiếp đất; cơ thể không phải chất điểm hoàn hảo.
Trong thể thao thực tế, lực cản và gió có thể làm kết quả khác mô hình.
🧠 Khoa học & mô hình
↗
Vì sao parabol chỉ là một mô hình?
Quỹ đạo parabol đúng khi gia tốc trọng trường được coi không đổi và có thể bỏ qua sức cản không khí. Với quả bóng có tốc độ lớn, có gió hoặc quay xoáy, lực cản và lực nâng sẽ làm thay đổi quỹ đạo. Chính vì vậy, dự đoán lí thuyết cần được đối chiếu với thí nghiệm.
Đối chiếu: SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức – Bài 12 (trang 49–54). Ví dụ thực tiễn là phần mở rộng của HAT.