Sáng kiến kinh nghiệm
Sử dụng các định luật bảo toàn để
giải các bài toán va chạm
I. Phần Mở Đầu
1. Cơ sở khoa học:
1.1. Cơ sở lý luận:
Các định luật Bảo toàn có vai trò vô cùng quan trọng trong việc giải quyết các
vấn đề về vật lí nói chung và giải các bài toán vật lí trong chương trình THPT nói
riêng. Đối với học sinh, đây là vấn đề khó. Các bài toán va chạm rất đa dạng và
phong phú. Tài liệu tham khảo thường đề cập tới vấn đề này một cách riêng lẻ.
Do đó học sinh thường không có cái nhìn tổng quan về bài toán va chạm. Hơn
nữa trong bài toán va chạm các em thường xuyên phải tính toán với động lượng -
đại lượng có hướng, đối với loại đại lượng này các em thường lúng túng không
biết khi nào viết dưới dạng véc tơ, khi nào viết dưới dạng đại số, chuyển từ
phương trình véc tơ về phương trình đại số như thế nào, đại lượng véc tơ bảo toàn
thì những yếu tố nào được bảo toàn....
1.2. Cơ sở thực tiễn:
Các bài toán va chạm là khó với học sịnh lớp 10 – THPT. Kiến thức này cũng
được nhiều tác đề cập đến trong các tài liệu tham khảo. Tuy nhiên bài toán va
chạm không được cho là trọng tâm trong chương các định luật bảo tòan . Học
sinh tham khảo sẽ không có phương pháp tổng quát về dạng bài tập này.
Để phần nào tháo gỡ khó khăn trên và góp phần tăng sự tự tin của các em trong
học tập tôi mạnh dạn đưa ra đề tài : “ Sử dụng các định luật bảo toàn để giải các
bài toán va chạm.”
2.Mục đích nghiên cứu:
Hệ thống kiến thức cơ bản, phân loại các dạng bài cơ bản, nâng cao về các
bài toán va chạm trong chuyển động cơ học trong một hệ cô lập, nhằm giúp cho
học sinh lớp 10 tiếp thu dễ dàng , tạo tiền đề để giải được các bài toàn về phản
ứng hạt nhân trong chương trình vật lí lớp 12- ôn thi tốt nghiệp THPT, thi tuyeern
sinh ĐH - CĐ. Sau khi áp dụng chuyên đề, học sinh thấu hiểu hiện tượng, biết
cách làm các bài tập đáp ứng các yêu cầu trong các kỳ thi .
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Học sinh THPT.
- Sự vận dụng các định luật bảo toàn vào bài toán va chạm.
- Định luật bảo toàn động lượng và sự bảo toàn động năng trong bài toán
va chạm, các kiến thức về bài toán va chạm trong chương trình THPT.
4. Kế hoạch nghiên cứu:
- Chuẩn bị phương pháp, thư viện bài tập thuộc chủ đề va chạm, biên soạn
một cách có hệ thống theo một chuyên đề nhất định.
- Sau khi học sinh đã được lĩnh hội kiến thức cơ bản về các định luật bảo
toàn và hiện tượcg va chạm trong chương trình SGK vật lý 10, khi giảng dạy bài
tập về va chạm trong các giờ bài tập, giờ tự chọn hay chuyên đề sẽ triển khai
phương pháp mới trong đề tài .
- Kiểm tra, đối chứng trình độ học sinh trước và sau khi học chuyên đề này.
Đánh giá tính hiệu quả của đề tài và rút ra bài học kinh nghiệm.
5. Phương pháp nghiên cứu.
Khi đã xác định được vấn đề, nhiệm vụ nghiên cứu tôi sử dụng các phương
pháp sau:
- Nghiên cứu cơ sở lý luận về tâm lý trong quá trình học.
- Phương pháp thực nghiệm.
- Phương pháp thống kê...
6. Thời gian bắt đầu nghiên cứu và hoàn thành đề tài:
- Bắt đầu nghiên cứu : Tháng 12 năm 2009.
- Hoàn thành: Tháng 4 năm 2010.
II. Nội dung
1. Tóm tắt lý thuyết
1.1. Các khái niệm
Hệ kín: Hệ không trao đổi vật chất đối với môi trường bên ngoài.
Hệ cô lập : Hệ không chịu tác dụng của ngoại lực, hoặc chịu tác dụng của
ngoại lực cân bằng.
Các định luật bảo toàn ( ĐLBT) : Nói về tính bảo toàn một đại lượng vật
lý của một vật hoặc hệ nhiều vật.
( Tính bảo toàn của một đại lượng vec tơ là bảo toàn cả về hướng và độ lớn.)
1.2. Động lượng, định luật bảo toàn động lượng.
Động lượng của một vật:
Động lượng của vật khối lượng m , đang chuyển động với vận tốc
v
:
p m v
•
p v
• Độ lớn: p = mv
• Đơn vị: kg
m
Động lượng hệ:
Nếu hệ gồm các vật có khối lượng m1, m2, …, mn; vận tốc lần lượt là
1
v
,
2
v
,
…
n
v
. Động lượng của hệ: 1 2 ...
n
p p p p
Hay: 1 1 2 2 ...
n n
p m v m v m v
Định luật bảo toàn động lượng
Hệ kín, cô lập thì động lượng của hệ được bảo toàn.
* Chú ý:
• Động lượng của hệ bảo toàn nghĩa là cả độ lớn và hướng của
động lượng đều không đổi.
• Nếu động lượng của hệ được bảo toàn thì hình chiếu véc tơ động
lượng của hệ lên mọi trục đều bảo toàn – không đổi.
• Theo phương nào đó nếu không có ngoại lực tác dụng vào hệ
hoặc ngoại lực cân bằng thì theo phương đó động lượng của hệ
được bảo toàn.
1.3. Động năng, cơ năng, định luật bảo toàn cơ năng.
Động năng :
- Động năng là năng lượng mà một vật có được do chuyển động
- Động năng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là :
2
.
2
1vmW
d
Đơn vị của động năng: J ( jun)
Cơ năng:
Cơ năng của một vật bao gồm động năng và thế năng của vật đó :
W = Wđ + Wt
- Trong trường trọng lực: Wt= m.g.h là thế năng trọng trường
- Vật chịu tác dụng của lực đàn hồi: Wt =
2
1k.x2 là thế năng đàn hồi.
- Khi tính thế năng cần chọn mốc tính thế năng. Trong 2 công thức trên, h – là
khoảng cách từ vật đến mốc tính thế năng, x là độ biến lệch của vật khỏi vị trí
chọn làm mốc.
Định luật bảo toan cơ năng :
- Cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng của lực thế luôn được bảo toàn.
W1 + W2 + W3 + …. = const.
Hay W1 + W2 + W3 + …. + Wn = W1’ + W2’ + W3’ + …. + Wn’
- Trong trường trọng lực, dưới tác cuat trọng lực mà không còn lực nào khác, cơ
năng được bảo toàn.
constnhgm
vm
W ..
2
.2
- Khi vật bị biến dạng đàn hồi, chỉ dưới tác dụng của lực đàn hồi thì cơ năng cũng
được bảo toàn.
const
xkvm
W
2
.
2
.22
- Trong trường hợp vị trí của vật so với mốc tính thế năng không đổi ( h; không
đổi) thì thế năg không đổi. Khí đó ĐLBT cơ năng được rút gọn về ĐLBT động
năng.
2
.
....
2
.
2
.
2
.
....
2
.
2
.2'2'
22
2'
11
22
22
2
11 nnnn vmvmvmvmvmvm
1.4. Các khái niệm về va chạm: