Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phương pháp giải bài tập động lượng, định luật bảo toàn động lượng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sáng kiến "Phương pháp giải bài tập động lượng, định luật bảo toàn động lượng" được hoàn thành với mục tiêu nhằm rèn luyện cho các em học sinh những kỹ năng như: kỹ năng vận dụng các kiến thức Vật lý để giải thích những hiện tượng Vật lý đơn giản, những ứng dụng trong đời sống, kỹ năng quan sát và vận dụng phương pháp vào giải các bài tập vật lí cơ học, phát huy tính tích cực sáng tạo nâng cao tầm nhìn của các em về bộ môn vật lí có tầm quan trọng trong kĩ thuật và đời sống.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phương pháp giải bài tập động lượng, định luật bảo toàn động lượng

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT SÁNG SƠN =====***===== BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: Phương pháp giải bài tập động lượng, định luật bảo toàn động lượng Tác giả sáng kiến:Nguyễn Hải Cường Mã sáng kiến: 18.54.03 Sông Lô, Năm 2019 1
SỞ GD &ĐT VĨNH PHÚC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG THPT SÁNG SƠN Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU ĐĂNG KÝ VIẾT SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM CẤP: NGÀNH: ; TỈNH: . I. Thông tin về tác giả đăng ký SKKN 1. Họ và tên: Nguyễn Hải Cường 2. Ngày sinh: 9/6/1981 3. Đơn vị công tác: Trường THPT Sáng Sơn 4. Chuyên môn: Vật Lí 5. Nhiệm vụ được phân công trong năm học: Giảng dạy Vật lí lớp 10A1, 10A5,10A6,11A2, 11A3, 12A3,12A4. II. Thông tin về sáng kiến kinh nghiệm 1. Tên sáng kiến kinh nghiệm: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐỘNG LƯỢNG- ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 2. Cấp học: THPT 3. Mã lĩnh vực: 54 4. Thời gian nghiên cứu: từ tháng 09/2018 đến tháng 01/2019 5. Địa điểm nghiên cứu: Trường THPT Sáng Sơn 6. Đối tượng nghiên cứu: Học sinh Ngày tháng năm 2019 Ngày tháng năm 2019 Ngày 20 tháng 01 năm 2019 THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ TỔ TRƯỞNG/NHÓM NGƯỜI ĐĂNG KÝ TRƯỞNG CHUYÊN MÔN 2
Mục lục 1. Lời giới thiệu :.............................................................................................................................. 4 2. Tên sáng kiến:...............................................................................................................................4 3. Tác giả sáng kiến:.........................................................................................................................4 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến:.........................................................................................................5 7. Mô tả bản chất của sáng kiến:...................................................................................................... 5 NỘI DUNG CÁC BIỆN PHÁP THỰC HIỆN................................................................................. 5 A. KIẾN THỨC CƠ BẢN................................................................................................................5 I/ Kiến thức Toán học.......................................................................................................................5 II/ Kiến thức Vật lý...........................................................................................................................5 1.Động lượng:...................................................................................................................................5 2. Hệ cô lập: (Hệ kín)....................................................................................................................... 5 3. Định luật bảo toàn động lượng:.................................................................................................... 6 4.Định lí biến thiên động lượng(cách phát biểu khác của định luật II NIUTON)............................6 5. Va chạm mềm:..............................................................................................................................6 6.Chuyển động bằng phản lực:.........................................................................................................6 B. Các dạng bài tập và phương pháp giải.........................................................................................6 Dạng 1: Tính động lượng của một vật, một hệ vật...........................................................................6 * Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng:.........................7 C – BÀI TOÁN CƠ BẢN.................................................................................................................7 *HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬN DỤNG........................................................................................... 15 Bài tập trắc nghiệm.........................................................................................................................17 9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến:............................................................................20 3
BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 1. Lời giới thiệu : Động lượng là một khái niệm Vật lý trừu tượng đối với học sinh. Trong các bài toán Vật lý, động lượng chỉ một đại lượng trung gian để xác định vận tốc hoặc khối lượng của vật. Động lượng có ý nghĩa rất quan trọng đối với học sinh khi giải bài tập Vật lý có áp dụng Định luật bảo toàn (ĐLBT) động lượng trong va chạm đàn hồi, va chạm mềm ở lớp 10 và bài toán phản ứng hạt nhân ở lớp 12. Việc kết hợp các ĐLBT để giải một bài toán Vật lý có ý nghĩa rất quan trọng trong việc phát triển tư duy của học sinh, phát huy được khả năng tư duy sáng tạo của học sinh. Nhằm phần nào đó tháo gỡ những khó khăn cho các em học sinh, cung cấp kiến thức, chỉ ra phương pháp và sự kết hợp có tính khoa học trong quá trình làm những bài tập phần này cũng như giúp các em có sự hứng thú, yêu thích và sáng tạo đối với môn học vật lý hơn. Vì vậy tôi chọn đề tài “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐỘNG LƯỢNG- ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG” Để cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, có hệ thống, một số kiến thức toàn diện hơn. Rèn luyện cho các em học sinh những kỹ năng như: kỹ năng vận dụng các kiến thức Vật lý để giải thích những hiện tượng Vật lý đơn giản, những ứng dụng trong đời sống, kỹ năng quan sát và vận dụng phương pháp vào giải các bài tập vật lí cơ học, phát huy tính tích cực sáng tạo nâng cao tầm nhìn của các em về bộ môn vật lí có tầm quan trọng trong kĩ thuật và đời sống. 2. Tên sáng kiến: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐỘNG LƯỢNG- ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 3. Tác giả sáng kiến: - Họ và tên: Nguyễn Hải Cường - Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Sáng Sơn – Sông Lô – Vĩnh Phúc. - Số điện thoại:0982922435 E_mail: nguyenhaicuong.gvsangson@vinhphuc.edu.vn 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Không 4
5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giải các bài tập liên quan đến động lượng của chương trình vật lí THPT 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 16/1/2019 7. Mô tả bản chất của sáng kiến: - Về nội dung của sáng kiến: NỘI DUNG CÁC BIỆN PHÁP THỰC HIỆN A. KIẾN THỨC CƠ BẢN I/ Kiến thức Toán học 1. Định lý hàm số cosin: a2 = b2 + c2 – 2bccosA 2. Giá trị của các hàm số lượng giác cơ bản ứng với các góc đặc biệt: Hàm\Góc 300 450 600 900 1200 1 2 3 3 sin 1 2 2 2 2 3 2 1 1 cos 0 2 2 2 2 1 tan 1 3 || 3 3 II/ Kiến thức Vật lý * Kiếnuu uur uur học thức động r V13 = V12 + V23 vt = v0 + a.t u ur r u ur v − v u 1 2 a = t 0 S= at + v0t vt2 − v0 = 2aS 2 v.t 2 Chuyển động ném xiên * Kiến thức về Động lượng 1.Động lượng: r Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là đại lượng được xác định bởi công thức: r r r r p = mv ( p cùng hướng với v ) Về độ lớn : p = mv Trong đó: p là động lượng (kgm/s),m là khối lượng(kg),v là vận tốc(m/s) 2. Hệ cô lập: (Hệ kín) Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau. 5
3. Định luật bảo toàn động lượng: Động lượng của hệ cô lập là đại lượng không đổi. r r r r 1 r 2 r, 1 r Nếu hệ có 2 vật: p +p = p +p hay , 2 r m1v1 m2v2 m1v'1 m2v'2 Trong đó : m1,m2 là khối lượng của các vật(kg) v1,v2 là vật tốc của các vật trước va chạm(m/s) v1, , v2 là vật tốc của các vật sau va chạm(m/s). , 4.Định lí biến thiên động lượng(cách phát biểu khác của định luật II NIUTON) Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. r r r r r r r r Ta có : ∆ =F ∆ P tHayP −P =F ∆ 2 t1hoặc mv −mv =F ∆t2 1 Trong đó : m là khối lượng (kg) v1,v2 là vận tốc của vật(m/s) F Tổng ngoại lực tác tác dụng vào vật (N) ∆t là thời gian tác dụng lực (s) (Khi một lực F tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian t thì tích F t được định nghĩa là xung lượng của lực F trong khoảng thời gian t ấy.) 5. Va chạm mềm: r Sau va chạm hai vật nhập lại thành một chuyển động với cùng vận tốc v . Áp dụng đlbt động lượng: m1 v1 + m2 v2 = (m1 + m2) v m1 v1 + m2 v2 v = . m1 + m2 6.Chuyển động bằng phản lực: Chuyển động bằng phản lực là chuyển động của một vật tự tạo ra phản lực bằng cách phóng về hướng ngược lại một phần của chính nó. Hay là cđ trong đó một bộ phận của hệ tách ra bay về một hướng làm cho phần còn lại chuyển động ngược chiều: r ur r Nếu ban đầu vật đứng yên: 0 = M .V + m.u ur m r V = − .u M B. Các dạng bài tập và phương pháp giải Dạng 1: Tính động lượng của một vật, một hệ vật. r - Động lượng up của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v : r r p = mv u uu uu r r r - Động lượng hệ vật: p = p1 + p2 6
u r u r Nếu: p1 p2 p = p1 + p2 u r u r Nếu: p1 p2 p = p1 − p2 u r u r Nếu: p1 ⊥ p 2 p = p12 + p2 2 ﾷuu uu r r ( ) Nếu: p1 , p2 = α p 2 = p12 + p2 2 + 2 p1. p2 .cosα Dạng 2: Bài tập về định luật bảo toàn động lượng Bước 1: Chọn hệ vật cô lập khảo sát Bước 2: Viết biểu thức động lượng của hệ trước và sau hiện tượng. uu uu r r Bước 3: áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ: pt = ps (1) Bước 4: Chuyển phương trình (1) thành dạng vô hướng (bỏ vecto) bằng 2 cách: + Phương pháp chiếu + Phương pháp hình học. * Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng: a. Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) cùng phương, thì biểu thức của định luật bảo toàn động lượng được viết lại: ±m1v1 ± m2v2 = ±m1 v1' ± m2 v2 ' Trong trường hợp này ta cần quy ước chiều dương của chuyển động. - Nếu vật chuyển động theo chiều dương đã chọn thì v > 0; - Nếu vật chuyển động ngược với chiều dương đã chọn thì v < 0. b. Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các uu uu vận tốc vector r r thành phần) không cùng phương, thì ta cần sử dụng hệ thức vector: ps = pt và biểu diễn trên hình vẽ. Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của bài toán. c. Điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lượng: - Tổng ngoại lực tác dụng lên hệ bằng không. - Ngoại lực rất nhỏ so với nội lực - Thời gian tương tác ngắn. ur ur - Nếu F ngoai luc 0 nhưng hình chiếu của F ngoai luc trên một phương nào đó bằng không thì động lượng bảo toàn trên phương đó. C – BÀI TOÁN CƠ BẢN Bài tập 1: Tìm tổng động lượng (hướng và độ lớn) của hệ hai vật có khối lượng bằng nhau m1 = m2 = 1kg. Vận tốc của vật 1 có độ lớn v1 = 1m/s và có hướng không đổi. Vận tốc của vật 2 có độ lớn v2 = 2m/s và: a) Cùng hướng với vật 1. b) Cùng phương, ngược chiều. c) Có hướng nghiêng góc 600 so với v1. 7
Tóm tắt: Yêu cầu: ur u ur m1 = m 2 = a) v2 v1 + Học sinh biểu diễn được các vectơ 1kg ur u ur động học P ? b) v2 v1 v1 = 1m/s u ur r u + Xác định được vectơ tổng trong mỗi v2 = 2m/s c) (v1 ; v2 ) = 600 = α trường hợp. + Biết áp dụng Định lí hàm số cosin. Nhận xét: Lời giải: + Học sinh thường gặp khó khăn khi xác Động lượng củarhệ: uur uu ur uu r r uu định vectơ tổng động lượng của hệ các vectơ P = P1 + P2 = m1 v1 + m2 v2 ur uur P , P2 . 1 Trong đó: P1 = m1v1 = 1.1 = 1 (kgms-1) + Không nhớ ĐLHS cosin, xác định góc tạo ur 2u u P r m2v2 = 1.2 = 2 (kgms-1) = uu urr ur uur bởi 2 vectơ ( 1 P , P2 ) . a) Khi v2 v1 P2 P 1 P = Pu + Pu = 3uu ur-1) u1 2 (kgms P1 P b) Khi v2 r r v1 r P2 P1 -1 P = Pu –ur 1 = 1 (kgmsuu 2 r u P ur r ) c) Khi (v1 ; v2 ) = 60 0 ( P ; P2 ) = 600 = α 1 Áp dụng ĐLHS cosin: P 2 P 2 P22 2 P P2 cos P2 1 2 1 2 1 P P2 2 P P2 cos( 1 ) 2 2 0 1 2 2.1.2 cos120 7 (kgms-1) Bài tập 2: Sau va chạm 2 vật chuyển động cùng phương. Một toa xe khối lượng m1 = 3T chạy với tốc độ v1 = 4m/s đến va chạm vào 1 toa xe đứng yên khối lượng m2 = 5T. Toa này chuyển động với vận tốc v2’ = 3m/s. Toa 1 chuyển động thế nào sau va chạm? Tóm tắt: Lời giải: m1 = 3T v1 = 4m/s + Xét sự va chạm xảy ra trong thời gian m2 = 5T v2 = 0 uu r ngắn. v2’ = 3m/s v1 = ? ' + Chọn chiều dương theo chiều chuyển u r động của xe 1 ( v1 ). + + Áp dụng ĐLBT động r uu lượng ta có: uur uur uur v1 m2 m1 v1 + m2 v2 = m1 v1 + m2 v2 (*) ' ' m1 + Giả sử sau va chạm 2 xe cùng chuyển ur u ur động theo chiều dương của v1 ( v2 v1 ). Yêu cầu: + Nêu được điều kiện hệ kín. + Chiếu PT (*) lên chiều dương ta có: + Nêu được kiến thức ĐLBT động m1v1 + 0 = m1v1’ + m2v2’ ' lượng cho hệ 2 vật. m1v1 m2 v2 3.4 5.3 v1' 1 + Giả sử chiều chuyển động của 2 xe m1 3 sau va chạm. v1’ < 0 chứng tỏ sau va chạm 1 chuyển + Chiếu biểu thức động lượng xác định động theo chiều ngược lại. 8
, vận tốc v1 Nhận xét: Học sinh gặp khó khăn khi chuyển biểu thức động lượng dạng vectơ sang biểu thức đại số để tính toán. Bài tập 3: Sau va chạm 2 vật chuyển động khác phương. Một viên đạn khối lượng 2kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ thành 2 mảnh khối lượng bằng nhau. Mảnh thứ nhất bay lên với vận tốc 250m/s theo phương lệch góc 600 so với đường thẳng đứng. Tóm tắt: Lời giải: m = 2kg v = 250m/s - Hệ viên đạn ngay trước và sau khi nổ là mr = m2 = 1kg u1 ur u v = 500m/s ur 1 u hệ kín do: (v1 ; v2 ) = 600 v2 = ? + Nội lực lớn hơn rất nhiều so với ngoại P A lực. + Thời gian xảy ra tương tác rất ngắn. P2 B - Động lượng của hệ trước va chạm: P βα 1 P = m.v = 2.250 = 500 (kgms-1) O - Động lượng của mảnh thứ nhất: P1 = m.v = 1.500 = 500 (kgms-1) = P - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Yêu cầu: P P1 P2 + Vẽ hình biểu diễn các vectơ động Theo định lý hàm số cosin cho tam giác lượng. OAB ta có: + Vận dụng ĐLHS cosin xác định P2. P 2 P 2 P22 2 P P2 cos 1 1 uu uu r r + Xác định góc β = ( P2 , P ) . 2 2 P (1 cos ) 1 P2 P 2(1 cos ) 500 2 1 500 2 (kgms-1) P2 P m2 v2 v2 500 (m/s) ∆OAB đều = 600. Vậy sau khi đạn nổ mảnh thứ hai bay lên với vận tốc v2 = 500m/s tạo với phương thẳng đứng một góc = 600. Nhận xét: Học sinh khó khăn khi biểu diễn các vectơ động lượng và xác định vectơ tổng. Không xác định được phương chuyển động của mảnh thứ 2. Bài tập 4: Một thuyền chiều dài l = 2m, khối lượng M = 140kg, chở một người có khối lượng m = 60kg; ban đầu tất cả đứng yên. Thuyền đậu theo phương vuông góc với bờ 9
sông. Nếu người đi từ đầu này đến đầu kia của thuyền thì thuyền tiến lại gần bờ, và dịch chuyển bao nhiêu? Bỏ qua sức cản của nước. Tóm tắt: Lời giải: l = 2m M = 140kg Dễ thấy, để BTĐL của hệ và thuyền m = 60kg l’ = ? ban đầu đứng yên thì khi người chuyển động thuyền sẽ chuyển động ngược lại. Yêu cầu: - Xét khi người đi trên thuyền theo + Mô tả chuyển động của người, thuyền hướng ra xa bờ. so với bờ. + Gọi uu tốc của người so với thuyền ur r vận + Chọn HQC chung là bở cho 2 vật là: v (v12 ) chuyển động. + r uu tốc của thuyền so với bờ là: Vận + Áp dụng CT cộng vận tốc, ĐLBT động uu r V (v23 ) lượng. +r uu Vận tốc của người so với bờ là: uur v ' (v13 ) (1) + Áp dụng công thứcrvận tốc ta có: v12 uu uu uu r r r u' ur uu r V v13 = v12 + v23 v = v + V (*) ( 2) (3) uu r + Chọn chiều dương trùng với v12 . Do người và thuyền luôn chuyển động ngược chiều nhau nên: Nhận xét: (*) v’ = v – V v = v’ + V + Học sinh quên cách chọn gốc quy chiếu + Khi người đi hết chiều dài của là mặt đất đứng yên. thuyền với vận tốc v thì: l = v.t l l + Không xác định được vận tốc của vật t= = ' v v +V chuyển động so với gốc quy chiếu bằng cách áp dụng công thức vận tốc. Trong thời gian này, thuyền đi được quãng đường so với bờ: l l l = V .t = V . = v +V ' v ' (1) 1+ V - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: uu r uu r v' M mv ' + MV = 0 mv ' − MV = 0 = V m (2) Bài tập 5: Bài toán đạn nổ Một súng đại bác tự hành có khối lượng M = 800kg và đặt trên mặt đất nằm ngang bắn một viên đạn khối lượng m = 20kg theo phương làm với đường nằm ngang một góc α = 600. Vận tốc của đạn là v = 400m/s. Tính vận tốc giật lùi của súng. 10
Tóm tắt: Lời giải: M = 800kg m = 20kg - Hệ đạn và súng ngay trước và ngay sau α = 600 v = 400m/s khi bắn là hệ kín vì: V=? + Thời gian xảy ra tương tác ngắn. v + Nội lực lớn hơn rất nhiều ngoại lực. - Trước khi đạn nổ: động lượng của hệ m bằng 0. - Ngay sau khi đạn nổ: V Pđ mv ; P MV M + Đạn bay theo phương tạo góc 600 với phương ngang. + Súng giật lùi theo phương ngang. - Hệ súng và đạn là hệ kín có động lượng Yêu cầu: bảo toàn theo phương ngang. + Xác định ĐK hệ đạn và sóng là hệ Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: kín. Pđ P 0 mv MV 0 + Áp dụng ĐLBT động lượng. + Xác định phương động lượng bảo Chọn chiều dương ngược chiều chuyển toàn. động của súng. Chiếu xuống phương nằm ngang ta có: m.v.cosα – MV = 0 m 20 1 V v. cos .400. 5 M 800 2 (m/s). Nhận xét: Nhiều học sinh không xác định được phương động lượng được bảo toàn. Bài tập 6: Bài toán chuyển động của tên lửa Một tên lửa có khối lượng tổng cộng 100T đang bay với vật tốc 200m/s đối với Trái đất thì phụt ra (tức thời) 20T khí với tốc độ 500m/s đối với tên lửa. Tính vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí trong hai trường hợp. a) Phụt ra phía sau (ngược chiều bay). b) Phụt ra phía trước (bỏ qua sức cản của trái đất). Tóm tắt: Lời giải: M = 100T V = 200m/s - Hệ tên lửa và khí phụt ra ngay trước và m = 20T v = 500m/s ngay sau khi phụt là hệ kín. a) v V - Gọi M, M’ là khối lượng tên lửa ngay V’ trước và ngay sau khi phụt khí. =? b) v V 11
uu uuuu r r - Gọi V , V ' là vận tốc của tên lửa so với Yêu cầu: trái đất ngay trước và ngay sau khi phụt V + Nêu được nguyên tắc khí có khối lượng m. v là vận tốc lượng khí phụt ra so với tên chuyển động của tên lửa. lửa. + Chọn gốc quy chiếu và Vận tốc của lượng khí phụt ra so với chiều dương. Trái đất là: + Biết vận dụng công uu ur r M thức vận tốc để xác định (V +v ) vận tốc của tên lửa ngay - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: uu r uuur uu ur r sau khi phụt khí. ( MV = ( M − m)V ' + m V + v (*)) + Biết trường hợp nào tên lửa tăng tốc, giảm tốc. Chọn chiều dương theo chiều chuyển động của tên lửa. a) Trường hợp khí phụt ra phía sau: tên lửa tăng tốc. m ur v uu V r (*): MV = (M – m).V’ + m(V Nhận xét: – v) Học sinh không tưởng tượng được ra MV − m(V − v) m V '= =V + .v quá trình tăng tốc và giảm tốc của tên M −m M −m lửa nhờ khí phụt ra. 20 = 200 + .500 = 325 100 − 20 (m/s) > V b) Trường hợp khí phụt ra phía sau: tên lửa giảm tốc. v V (*): MV = (M – m).V’ + m(V + v) MV m(V v) m V' V .v M m M m 20 200 .500 75 100 20 (m/s) < V y Bài toán 7: y’Max P2 Một lựu đạn được ném từ mặt đất với vận tốc v0 = 20m/s theo hướng lệch với O’ β phương ngang góc α = 300. Lên tới Max cao nhất nó nổ thành mảnh có khối lượng yđỉnh Px bằng nhau. Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc v1 = 20m/s. hMax v0 P a) Tìm hướng và độ lớn vận tốc của mảnh II. 1 b) Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu? α x O Tóm tắt: v0 = 20m/s v1 = 20m/s m α = 300 m1 = m 2 = 2 12
a) v2 ? b) hMax = ? Lời giải: Chọn hệ trục toạ độ Oxy: Ox nằm ngang Oy thẳng đứng Gốc O là vị trí ném lựu đạn. Tại thời điểm ban đầu t0 = 0, vận tốc lựu đạn theo mỗi phương: v0 x v0 . cos 20 cos 30 0 10 3 (m / s ) 0 v0 y v0 . sin 20 sin 30 10(m / s ) Tại thời điểm t xét chuyển động của lựu đạn theo 2 phương: Ox Oy vy v0 y gt Vận tốc vx v0 x 10 3 (1) 1 2 y v0 y t gt 10t 5t 2 Toạ độ x v x t 10 3t 2 (2) Chuyển đều biến đổi đều động a) Khi lựu đạn lên tới độ cao cực đại y = ymax vy = 0 vOy − gt = 0 vOy 10 t= = = 1 (s) g 10 (2) ymax = 5 (m) * Xét tại vị trí cao nhất ngay sau khi nổ: - Hệ viên đạn ngay trước và ngay sau khi nổ là hệ kín vì: + Nội lực lớn hơn rất nhiều ngoại lực. + Thời gian xảy ra tương tác ngắn. uuu uur uuu r r - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Px = P1 + P2 Douur uuuI rơi thẳng đứng, lựu đạn tại O’ có vận tốc trùng phương ngang mảnhr P ⊥ Px 1 P22 = P 2 + P 2 1 (m2 v2 ) 2 = (m1v1 ) 2 + ( mvx ) 2 v2 = v12 + 4vx 2 2 v2 = v12 + 4vx = 202 + 4.102.3 = 40 (m/s) 2 uur Gọi β là góc lệch của v2 với phương ngang, ta có: P mv v 20 1 300 tan β = 1 = 1 1 = 1 = = Px mvx 2vx 2.10. 3 3 13
Vậy mảnh II bay lên với vận tốc 40m/s tạo với phương ngang một góc β = 300. b) Mảnh II lại tham gia chuyển động ném xiên dưới góc ném β = 300. Tương tự phần (a), ta có: 3 v '0 x = v2 .cos β = 40. = 20 3( m / s ) 2 1 v '0 y = v2 .sin β = 40. = 20(m / s ) 2 Sau thời gian t’ lựu đạn nổ, ta có: v 'x = v 'Ox .t ' = 20 3t ' v ' y = v 'Oy − gt ' = 20 − 10t ' 20 Khi mảnh II lên tới độ cao cực đại: v ' y = 0 t'= = 2 (s) 10 Độ cao cực đại của mảnh II lên tới kể từ vị trí lựu đạn nổ: 1 y 'max = v 'Oy t '− gt '2 = 20.2 − 5.2 2 = 20 (m) 2 Vậy độ cao cực đại của mảnh II lên tới là: hmax = ymax + y 'max = 5 + 20 = 25 (m) Nhận xét: Học sinh thường gặp khó khăn khi: + Xét chuyển động của một vật bị ném xiên, xác định độ cao cực đại. + Xác định phương bảo toàn động lượng và biểu diễn vectơ động lượng của các mảnh đạn ngay trước và ngay sau khi nổ. Bài 8. Một viên đạn có khối lượng 2 kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ thành 2 mảnh có khối lượng bằng nhau. Biết mảnh thứ nhất bay theo phương nằm ngang với vận tốc 500m/s, hỏi mảnh kia bay theo phương nào với vận tốc bao nhiêu? Giải - Xét hệ gồm hai mảnh đạn tronguthời gian nổ là hệ kín r r - Động lượng trước khi đạn nổ: pt = mv u r uur ur ur u - Động lượng sau khi đạn nổ: ps = m1 v1 + m2 v2 p uu uu r r P2 pt = ps -Áp dụng định luật bảo toàn động lượng. r ur ur u mv = m1 v1 + m2 v2 α m1v1 − m2v2 sin α = 0 P1 O -Chiếu lên phương ngang v2 sin α = m1v1 (1) m2 m2 v2 cos α = mv -Chiếu lên phương thẳng đứng v2 cosα = mv (2) m2 14
m1v1 m2 1.500 tgα = . = =1 m2 mv 2.250 -Lây (1):(2) α = 45 mv mv 2.500 v2 cosα = v2 = = = 1414 N m2 m2 cosα 1.cos 45 *HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài tập tự luận Bài 1. Một người khối lượng m1 = 60kg đang chạy với tốc độ v1 = 4m/s thì nhảy lên một chiếc xe khối lượng m2 = 90kg chạy song song ngang qua người này với tốc độ v2 = 3m/s. Sau đó, xe và người vẫn tiếp tục chuyển động trên phương cũ. Tính vận tốc của xe sau khi người nhảy lên nếu ban đầu xe và người chuyển động: a.Cùng chiều. (ĐS: 3,4m/s) b.Ngược chiều. (ĐS: 0,2m/s) Bài 2. Xe chở cát khối lượng m1 = 390kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v1 = 8m/s. Hòn đá khối lượng m2 = 10kg bay đến cắm vào cát. Tìm vận tốc của xe sau khi hòn đá rơi vào trong cát trong hai trường hợp: a.Hòn đá bay ngang, ngược chiều xe với vận tốc v2 = 12m/s. (ĐS: 7,5m/s) b.Hòn đá rơi thẳng đứng. (ĐS: 7,8m/s) Bài 3. Một người khối lượng m1 = 60kg đứng trên một xe goòng khối lượng m2 = 240kg đang chuyển động trên đường ray với vận tốc 2m/s. Tính vận tốc của xe nếu người: a. nhảy ra sau xe với vận tốc 4m/s đối với xe sau khi nhảy. (ĐS: 2,8m/s) b. nhảy ra phía trước xe với vận tốc 4m/s đối với xe sau khi nhảy. (ĐS: 1,2m/s) c. nhảy ra khỏi xe với vận tốc v 1 ’ đối với xe, v 1 ’ v u ô n g góc với thành xe. (ĐS: 2m/s) Bài 4. Một viên đạn đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Tìm hướng và độ lớn vận tốc của mảnh thứ nhất biết mảnh thứ hai bay với vận tốc 500m/s theo phương lệch một góc 600 với đường thẳng đứng, hướng: a.lên phía trên. (ĐS: 500m/s; lệch 600 so với phương thẳng đứng) b.xuống phía dưới mặt đất. (ĐS: 866m/s; lệch 300 ) 1 Bài 5. Một viên đạn khối lượng m 0, 8kg đang bay ngang với vận tốc v0 12, 5m / s ở độ cao H 20m thì vỡ thành hai mảnh. Mảnh I có khối lượng m1 0, 5kg , ngay sau khi nổ bay thẳng đứng xuống và khi sắp chạm đất có vận tốc v ' 40m / s . Tìm độ lớn và hướng vận tốc mảnh đạn II ngay sau khi vỡ. Bỏ qua sức cản của không khí. (ĐS: 66,7m/s; hướng lên, hợp với phương ngang góc 600 ) Bài 6. Một hạt nhân phóng xạ ban đầu đứng yên phân rã thành ba hạt: 15
electron, notrino và hạt nhân con. Động lượng của electron là 9.10-23kgm/s, động lượng của notrino vuông góc với động lượng của electron và có độ lớn 12.10-23kgm/s. Tìm hướng và độ lớn động lượng của hạt nhân con. (ĐS:15.10 23 N .s ) Bài 7. Một khẩu súng có khối lượng 2000kg, được lắp một viên đạn có khối lượng m. Ban đầu hệ đứng yên, sau khi bắn đạn rời nòng với tốc độ 1250m/s, còn súng giật lùi với tốc độ 5m/s. Tìm khối lượng của viên đạn. (ĐS: 8kg) Bài 8. Xác định lực tác dụng của súng trường lên vai người bắn biết lúc bắn, vai người giật lùi 2cm, còn viên đạn bay tức thời khỏi nòng súng với vận tốc 500m/s. Khối lượng của súng là 5kg, khối lượng đạn là 20g. Bài 9. Hai quả bóng khối lượng m1 50 g , m2 75g ép sát vào nhau trên mặt phẳng ngang. Khi buông tay, quả bóng I lăn được 3,6m thì dừng lại. Hỏi quả bóng II lăn được quãng đường bao nhiêu? Biết hệ số ma sát lăn giữa bóng và mặt sàn là như nhau cho cả hai bóng. Bài 10. Có một bệ pháo khối lượng 10 tấn có thể chuyển động trên đường ray nằm ngang không ma sát. Trên bệ có gắn một khẩu pháo khối lượng 5 tấn. Giả sử khẩu pháo chứa một viên đạn khối lượng 100kg và nhả đạn theo phương ngang với vận tốc đầu nòng 500m/s đối với khẩu pháo. Xác định vận tốc giật lùi của bệ pháo ngay sau khi bắn trong các trường hợp: a.Lúc đầu hệ đứng yên. (ĐS: 3,11m/s) b.Trước khi bắn bệ pháo chuyển động với vận tốc 18km/h: -Theo chiều bắn. (ĐS: 1,69m/s) -Ngược chiều bắn. (ĐS: 8,31m/s) Bài 11. Khẩu đại bác đặt trên một xe lăn, khối lượng tổng cộng m1 = 7,5 tấn, nòng súng hợp thành góc 600 với mặt đường nằm ngang. Khi bắn một viên đạn khối lượng m2 = 20kg, súng giật lùi theo phương ngang với vận tốc v1 = 1m/s. Tính vận tốc viên đạn lúc rời nòng súng. Bỏ qua ma sát. (ĐS:750m/s) Bài 12. Một người khối lượng m1 = 50kg đang đứng trên một chiếc thuyền khối lượng m2 = 200kg nằm yên trên mặt nước yên lặng. Sau đó, người ấy đi từ mũi đến lái thuyền với vận tốc v1 = 0,5m/s đối với thuyền. Biết thuyền dài 3m, bỏ qua lực cản của nước. a.Tính vận tốc của thuyền đối dòng với nước. (ĐS: 0,1m/s) b.Trong khi người chuyển động, thuyền đi được một quãng đường bao nhiêu? (ĐS: 0,6m) c.Khi người dừng lại, thuyền còn chuyển động không? (ĐS: không chuyển động) Bài 13. Thuyền dài l 4m , khối lượng M = 160kg, đậu trên mặt nước. hai người khối lượng m1 = 50kg, m2 = 40kg đứng ở hai đầu thuyền. Hỏi khi họ đổi chỗ cho nhau thuyền 16
dịch chuyển một đoạn bao nhiêu? (ĐS: 0,16m) Bài 14. Hai thuyền, mỗi thuyền có khối lượng M chứa một kiện hàng khối lượng m, chuyển động song song ngược chiều với cùng vận tốc v0. Khi hai thuyền ngang nhau, người ta đổi hai kiện hàng cho nhau theo một trong hai cách: -Hai kiện hàng được chuyển theo thứ tự trước sau, -Hai kiện hàng được chuyển đồng thời. Hỏi với cách nào thì vận tốc cuối của hai thuyền lớn hơn. (ĐS: cách 1) Bài 15. Một tên lửa khối lượng tổng cộng 100 tấn đang bay với vận tốc 200m/s thì phụt ra tức thời 20 tấn khí với vận tốc 500m/s đối với tên lửa trước khi phụt khí. Tính vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí nếu khí được phụt ra: a.Phía sau tên lửa. (ĐS; 325m/s) b.Phía trước tên lửa. (ĐS: 75m/s) Bỏ qua lực hấp dẫn của Trái đất và lực cản của không khí. Bài 16. Hai người có khối lượng bằng nhau là 50kg đứng trên xe goòng khối lượng 300kg. Bỏ qua ma sát giữa xe với đường ray. 1)Xe goòng đang chuyển động trên đường ray với vận tốc 2m/s. Tính vận tốc của xe nếu người thứ nhất nhảy ra khỏi xe với vận tốc 4m/s đối với xe trong ba trường hợp sau: a)nhảy ra phía sau. b)nhảy ra phía trước. c)theo hướng vuông góc với thành xe. 2)Bây giờ xe goòng đứng yên. Tính vận tốc của xe nếu hai người nhảy xuống xe với vận tốc 4m/s nằm ngang theo phương đường ray đối với xe trong hai trường hợp: a)đồng thời b)kẻ trước người sau Bài 17. Một lựu đạn được ném từ mặt đất với vận tốc v0 = 20m/s theo phương lệch với phương ngang một góc 300 . Lên tới điểm cao nhất nó nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc đầu v1 = 20m/s. a.Tìm hướng và độ lớn vận tốc mảnh II. b.Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu? Bài tập trắc nghiệm. Câu 1: Trong các quá trình nào sau đây động lượng được bảo toàn? A.Ôtô tăng tốc. B.Ôtô giảm tốc. C.Ôtô chuyển động tròn đều. D.Ôtô chuyển động thẳng đều trên đường ko ma sát. Câu 2: Đơn vị của động lượng là? A. kg.m.s2 B. kg.m.s C. kg.m/s D. kg/m.s Câu 3 : Trong khoảng thời gian 30s, ôtô có khối lượng 2 tấn tăng tốc từ 36 17
km/h lên 72 km/h. Xung lượng của hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên ôtô trong khoảng thời gian này là: A. 20 000 N.s B. 20 N.s C. 72 N.s D. 72 000N.s Câu 4: Định luật bảo toàn động lượng tương đương với: A.Định luật I Niu-tơn B.Định luật II Niu-tơn C.Định luật IIII Niu-tơn D.Không tương đương với các định luật Niu-tơn. Câu 5: Một viên đạn có khối lượng m đang bay theo phương ngang với vận tốc v = 500 m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh một bay lên hợp với phương ngang một góc 600, mảnh hai bay xuống hợp với phương ngang một góc 300. Độ lớn vận tốc của mảnh thứ hai là: A. 500 m/s B. 250 m/s C. 400 m/s D. 866 m/s Câu 6: Chọn câu trả lời đúng. Hệ vật – trái đất chỉ gần đúng là hệ kín vì: A.Trái đất luôn chuyển động. B.Trái đất luôn hút vật. C.Vật luôn chịu tác dụng của trọng lực. D.Luôn luôn tồn tại cá lưc hấp dẫn từ các thiên thể trong vũ trụ tác dụng lên hệ. Câu 7: Chọn câu trả lời sai: A.Hệ vật – Trái đất luôn coi là hệ kín. B.Hệ vật – Trái đất chỉ gần đúng là hệ kín. C.Trong các vụ nổ, hệ vật có thể coi gần đúng là hệ kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tượng. D.Trong va chạm, hệ vật có thể coi gần đúng là hệ kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tượng. Câu 8: Một hệ vật là hệ kín nếu: A.Chỉ có những lực của các vật trong hệ tác dụng lẫn nhau. B.Không có tác dụng của những vật từ ngoài hệ. C.Các nội lực từng đôi một trực đôi nhau theo định luật III Niu-tơn. D.Cả A, B, C đều đúng. Câu 9: Một vật có khối lượng 0,5 kg trượt không ma sát trên một mặt phẳng nằm ngang với vận tốc 5m/s đến va chạm vào một bức tường thẳng đứng theo phương vuông góc với tường. Sau va chạm vật đi ngược trở lại phương cũ với vận tốc 2m/s. Thời gian tương tác là 0,2 s. Lực F do tường tác dụng có độ lớn bằng: A. 1750 N B. 17,5 N C. 175 N D. 1,75 N Câu 10: Chọn câu phát biểu sai A.Động lượng là đại lượng vectơ. B.Động lượng luôn được tính bằng tích khối lượng và vận tốc của vật. C.Động lượng luôn cùng hướng với vận tốc vì vận tốc luôn luôn dương. D.Động lượng luôn cùng hướng với vận tốc vì khối lượng luôn luôn dương. Câu 11: Trong khoảng thời gian 30s, ôtô có khối lượng 2 tấn tăng tốc từ 36 km/h lên 72 km/h. Xung lượng của hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên ôtô trong khoảng thời gian này là: A. 20 000 N.s B. 20 N.s C. 72 N.s D. 72 000N.s Câu 12: Một viên đạn có khối lượng m đang bay theo phương ngang với vận 18
tốc v = 500 m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh một bay lên hợp với phương ngang một góc 600, mảnh hai bay xuống hợp với phương ngang một góc 300. Độ lớn vận tốc của mảnh thứ hai là: A. 500 m/s B. 250 m/s C. 400 m/s D. 866 m/s Câu 13: Trong thực tế, để khẩu pháo sau khi nhả đạn ít bị giật lùi về phía sau người ta thường A.Tăng khối lượng viên đạn. B.Giảm vận tốc viên đạn. C.Tăng khối lượng khẩu pháo. D.Giảm khối lượng khẩu pháo. Câu 14: Chọn câu phát biểu sai. Trong một hệ kín: A.Các vật trong hệ kín tương tác với nhau. B.Các nội lực từng đôi trực đối. C.Không có ngoại lực tác dụng lên các vât trong hệ. D.Nội lực và ngoại lực cân bằng nhau. Câu 15: Hệ nào sau đây không được coi là hệ kín: A.Một vật ở rất xa vật khác. B.Hệ hai vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang. C.Hệ “súng và đạn” trước và sau khi bắn súng. D.Hệ chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm nghiêng. Câu 16: Hệ “vật rơi tự do và Trái đất” là hệ kín vì: A.Bỏ qua lực cản của không khí. B.Vì chỉ có một mình vật rơi tự do. C.Vì trọng lực trực đối với lực của vật hút trái đất. D.Vì một lý do khác. Câu 17: Điều nào sau đây không đúng khi nói về động lượng: A.Động lượng là đại lượng vectơ. B.Đơn vị của động lượng tương đương với N.s. C.Khi có ngoại lực tác dụng, động lượng luôn luôn cùng hướng với lực. D.Chuyển động tròn có động lượng thay đổi. Câu 18: Một súng có khối lượng M = 400kg được đặt trên mặt đất nằm ngang. Bắn một viên đạn có khối lượng m = 400g theo phương nằm ngang. Vận tốc của đạn là v = 50m/s. Vận tốc lùi V’ của súng là: A. -5mm/s B. 0 C. -50cm/s D. -5m/s. Câu 19: Một vật có khối lượng 1kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0,5 s, g=9,8 m/s2. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu? A. 4,9 kg.m/s B. 10kg.m/s C. 5 kg.m/s D. 0,5 kg.m/s Câu 20: Một người có khối lượng 50kg chạy với tốc độ 5m/s nhảy vào thùng xe có khối lượng 150g đang đứng yên. Nếu bỏ qua ma sát của xe trên mặt đường, thì sau khi nhảy lên, người và xe có vận tốc bằng bao nhiêu? A. 1,25m/s B. 1,5m/s C. 1,75m/s D. 2m/s Câu 21: Người ta ném một quả bóng có khối lượng 1,5kg để cho nó chuyển động với vận tốc 20m/s. Xung lực tác dụng lên quả bóng là: A. 10N.s B. 20N.s C. 100N.s D. 500N.s Câu 22: Một vật có khối lượng 3kg đập vào một bức tường rồi nảy trở lại với cùng vận tốc. Vận tốc lúc ban đầu của vật trước khi va chạm là +5m/s. Sự 19
biến đổi động lượng của vật là A. -15kgm/s B. 0 kgm/s C. 15 kgm/s D. -30 kgm/s Câu 23: Một khẩu đại bác khối lượng 6000 kg bắn đi một đầu đạn khối lượng 37,5 kg. Khi đạn nổ, khẩu súng giật lùi về phía sau với vận tốc v1=2,5m/s. Khi đó đầu đạn đạt được vận tốc bằng bao nhiêu? A. 500m/s B. 450m/s C. 400m/s D. 350 m/s Câu 24: Một khẩu đại bác nặng 300kg bắn ra một viên đạn khối lượng 5kg với vận tốc 300m/s thì nó bị giật lại với vận tốc là: A. 300 m/s B. 5 m/s C. 16000m/s D. 0 Câu 25: Một lực 20N tác dụng vào một vật 400g đang nằm yên, thời gian tác dụng 0,015 s. Xung lượng của lực tác dụng trong khoảng thời gian đó là: A. 0,3 kg.m/s B. 1,2 kg.m/s C. 120 kg.m/s D. Một giá trị khác. - Về khả năng áp dụng của sáng kiến: Qua các năm giảng dạy bản thân tôi nhận thấy rằng học sinh khối 10 khi học tới phần động lượng – định luật bảo toàn động lượng thì việc giải bài tập còn gặp không ít những khó khăn nhất định, trong quá trình vận dụng chưa thật sự có hiệu quả cao. Vì thế bản thân giáo viên trong quá trình giảng dạy, phải làm sao cho các em khi học tới phần kiến thức này, có được sự hứng thú tiếp thu kiến thức hơn. Do đó đề tài “động lượng – định luật bảo toàn động lượng” đã phần nào góp phần giúp cho các em học sinh nắm được kiến thức vững vàng hơn, hiểu sâu hơn, từ đó có thái độ học tập tích cực hơn, tạo điều kiện thuận lợi để các em có thể giải quyết được các bài toán dạng tổng hợp và nâng cao. 8. Những thông tin cần được bảo mật (nếu có): không 9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: Hệ thống bài tập có liên quan đến động lượng trong Sách giáo khoa và sách Bài tập vật lý lớp 10 khá đầy đủ, tuy nhiên học sinh thường gặp khó khăn do kiến thức toán học có nhiều hạn chế. Để học sinh nắm được phương pháp giải bài toán động lượng, trước hết giáo viên cần kiểm tra và trang bị lại cho học sinh một số kiến thức toán học cơ bản, đặc biệt là công thức lượng giác.  Định lí hàm số cosin, tính chất của tam giác vuông.  Giá trị của các hàm số lượng giác với các góc đặc biệt.  Kỹ năng sử dụng máy tính điện tử bỏ túi. 10. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả và theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu, kể cả áp dụng thử (nếu có) theo các nội dung sau: 20