skkn ứng dụng các định luật bảo toàn để giải quyết các bài tập vật lý 10

MỤC LỤC BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu………………………………………………………………………4 Tên sáng kiến……………………………………………………… 3.Tác giả .5 Chủ đầu tư 5 Lĩnh vực áp dụng………………………………………………… Ngày áp dụng…………………………………………….… Mô tả chất…………………………………………….…… Phần Nội dung Chương I Cơ sở lý luận I Định luật bảo toàn động lượng II Định luật bảo toàn Chương II Vận dụng sở lý thuyết Chủ đề 1: Định luật bảo toàn động lượng Dạng1: Xác định động lượng vật, hệ vật……………………………… .9 Dạng 2: Mối quan hệ xung lượng độ biến thiên động lượng…… 10 Dạng Áp dụng định luật bảo tồn động lượng cho hệ kín…… .12 Dạng 4: chuyển động phản lực………… 16 Dạng 5: Bài toán nổ đạn………………………………………… 19 Chủ đề Định luật bảo toàn Dạng Định lý động năng…………………………………………………………20 Dạng 2: Áp dụng định luật bảo toàn năng………………………………………24 Dạng 3: Bài toán va chạm………………………………………………………… 27 Bài tập tự ôn……………………………………………………… 35 Phần Khả áp dụng sáng kiến………………………………………… 38 Phần Kết luận……………………………………………………………… 39 Những thông tin cần bảo mật……………………………………………… 39 Các điều kiện cần thiết……………………………………………………… 39 10 Đánh giá lợi ích thu được………………………………………………… 39 11 Danh sách tổ chức/cá nhân………………………………………… .40 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… .41 -1- BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu Trong thời đại nay, đứng trước yêu cầu cấp thiết nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nước mục tiêu nghiệp Giáo dục đào tạo người lao động có phẩm chất, có tri thức, có kĩ năng, sáng tạo thích ứng nhanh với tiến khoa học kĩ thuật nhân loại Trong điều kiện phát triển phương tiện truyền thông, bối cảnh hội nhập, mở rộng giao lưu, học sinh phổ thông tiếp nhận nhiều nguồn thông tin đa dạng, phong phú từ nhiều mặt sống, hiểu biết nhiều hơn, linh hoạt Ở lứa tuổi em cần lĩnh hội tri thức cách độc lập phát triển toàn diện kĩ Do đó, để hồn thành mục tiêu Giáo dục giai đoạn mới, dạy học phải lấy học sinh làm trung tâm, phải coi trọng việc rèn luyện phát triển lực sáng tạo cho học sinh tất mơn học có mơn Vật lý Cũng học mơn Vật lý nói chung, việc giải tập Vật lý giúp học sinh vừa hiểu sâu tượng Vật lý giới tự nhiên xung quanh ta, đồng thời hình thành rèn luyện cho em kĩ phân tích, tổng hợp, khả phán đốn nhờ thúc đẩy học sinh biết giải vấn đề khác đời sống sau “Các định luật bảo toàn’’ thuộc chương IV vật lý 10 phần quan trọng chương trình Vật lí THPT Những kiến thức phần mở hướng việc giải tập vật lý Có thể nói với định luật NiuTơn; Định luật bảo toàn lượng, định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn sợi xuyên suốt chìa khóa để giải tập học nói riêng tập vật lý nói chung chương trình phổ thơng Các kiến thức chương định luật bảo tồn cịn liên quan nhiều đến đời sống khoa học kĩ thuật Việc nghiên cứu xây dựng hệ thống tập phương pháp giải tổng quát dạng tập chương điều cần thiết giúp em học sinh nắm vững lý thuyết, rèn luyện kĩ cần thiết cho em từ góp phần phát triển tư sáng tạo lực giải tình huống, để em có điều kiện sâu vào nghiên cứu giải tốt vấn đề thực tiễn Trong trình giảng dạy định luật bảo tồn, tơi thấy học sinh làm tập em nhớ áp dụng công thức cách máy móc mà chưa hiểu chất vấn đề Đặc biệt làm tập liên quan đến áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương học sinh thường tỏ lúng túng bế tắc -2- Chính lí mà thân suy nghĩ lựa chọn đề tài: “Ứng dụng định luật bảo toàn để giải tập vật lý 10” Qua đề tài này, mong muốn giải khúc mắc học sinh, đem lại cho em phương pháp giải ngắn gọn số dạng tập cụ thể mà không làm mờ chất vật lý Từ việc áp dụng định luật bảo toàn để giải tập học giúp em hình thành kĩ giải tập, kĩ áp dụng nhuần nhuyễn kiến thức toán học việc giải tập vật lý nói chung, đồng thời nâng cao phát huy tinh thần tự học sáng tạo em học sinh Tên sáng kiến: Ứng dụng định luật bảo toàn để giải tập vật lý 10 Tác giả sáng kiến: - Họ tên: Trần Thị Thảo - Địa chỉ: Trường THPT Ngô Gia Tự - Số điện thoại: 0382696080 Email: thaolyngt86@gmail.com Chủ đầu tư sáng kiến: - Là tác giả sáng kiến Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giáo dục (dạy học môn vật lý THPT phần học lớp 10) Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử: 27/2/2017 Mô tả chất sáng kiến PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN I ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN ĐỘNG LƯỢNG Hệ kín – Hệ kín hệ vật tương tác với khơng tương tác với vật bên ngồi hệ (chỉ có nội lực khơng có ngoại lực) – Các trường hợp thường gặp: + Hệ khơng có ngoại lực tác dụng + Hệ có ngoại lực tác dụng cân + Hệ có ngoại lực tác dụng nhỏ so với nội lực (đạn nổ ) + Hệ kín theo phương Động lượng ur - Động lượng p đại lượng đo tích khối lượng m vận tốc vật: r v ur r ur r p = m.v (động lượng p đại lượng vectơ, chiều với vectơ vận tốc v ur uur uur p -ur Động hệ tổng động lượng p1 , p2 vật hệ: uu r ulượng ur p = p1 + p2 + - Đơn vị động lượng kg.m/s Xung lực ∆t ) độ biến thiên động lượng - Xung lực (xung lượng lực ur thời ur gian vật thời gian đó: F ∆t = ∆ p -3- - Đơn vị xung lực N.s Định luật bảo toàn động lượng - Định luật: vectơ tổng động lượng hệ kín bảo toàn ur uu r uur Σ p =const hay pt = ps r u r p1 m1 m2 m3 r p2 r p3 - Với hệ kín vật: uu r uu r uu r uur uur' uur' ur uu r ' r p1 + p2 = p1 + p2 ⇒ m1.v1 + m2 v2 = m1.v1 + m2 v2' v Chú ý: Nếu hệ khơng kín ngoại lực có cung phương Oy chẳng hạn hình chiếu tổng ngoại lực xuống phương Ox không Do đó, hình chiếu tổng   p1x + p2 x = const động lượng phương Ox bảo toàn : Chuyển động phản lực - Định nghĩa: Chuyển động phản lực loại chuyển động mà tương tác bên phần vật tách chuyển động hướng phần lại chuyển động hướng ngược lại (súng giật bắn, tên lửa ) - Công thức tên lửa: ur r F = − m u + Lực đẩy động tên lửa: r m r a = − u M + Gia tốc tên lửa: + Vận tốc tức thời tên lửa: v = u.ln  M0   ÷ ÷  M  (M0 khối lượng ban đầu tên lửa, M khối lượng tên lửa thời điểm t, m khí thời gian t, u v vận tốc khí tên lửa vận tốc tức thời tên lửa) Tóm tắt cơng thức số lưu ý giải tập - Động lượng đại lượng vectơ nên tổng động lượng hệ tổng vectơ xác uur u ur định theo quy tắc hình bình hành Chú ý trường hợp đặc biệt: , p2 chiều: + pu p = p + p2 ur uur + p1 , p2 ngược chiều: p = |p1 – p2| uur uur 2 + p1 , p2 vuông góc: p = p1 + p2 α uur uur p cos + p1 = p2, ( p1 , p2 ) = α : p = - Khi áp dụng định luật bảo toàn động lượng cần: + Kiểm tra điều kiện áp dụng định luật (hệ kín), ý trường hợp hệ kín thường gặp + Xác định tổng động lượng hệ trước sau tương tác -4- + Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ: r r Chú ý trường hợp pt =ps đặc biệt (cùng chiều, ngược chiều, vng góc, uu r u ur rbằng ) r ur r p + p = ⇒ m v + M V =0 - Với hệ kín r vật ban đầu đứng yên thì: ur m.v ⇒V = − M Vậy sau tương tác vật chuyển động ngược chiều - Trường hợp ngoại lực tác dụng vào hệ thời gian ngắn khối lượng vật biến thiên không xác định nội lực tương tác ta nên dùng hệ thức xung lực độ biến thiên động lượng để giải toán: r r F.Δt =Δp - Với chuyển động tên lửa cần ý hai trường hợp sau: + Lượng nhiên liệu cháy tức thời u(hoặc r ur phầnurcủa tên lửa tách rời nhau): Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: m.v0 = m1.v1 + m2 v2 với m = m + m (m, v0 khối lượng vận tốc tên lửa trước nhiên liệu cháy; m 1, v1 khối lượng vận tốc nhiên liệu; m2, v2 khối lượng vận tốc tên lửa sau nhiên liệu cháy) + Lượng nhiên liệu cháy liên tục: Áp dụng công thức tên lửa: r r ur r a = − m u F = −m.u , M v = u.ln  M0   ÷ ÷  M  (M0 khối lượng ban đầu tên lửa, M khối lượng tên lửa thời điểm t, m khí thời gian t, u v vận tốc khí tên lửa vận tốc tức thời tên lửa) II ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG Năng lượng - Năng lượng đại lượng đặc trưng cho khả thực công vật hệ vật - Năng lượng vật (hoặc hệ vật) trạng thái xác định có giá trị cơng lớn mà vật (hoặc hệ vật) thực - Nói đến lượng nói đến trạng thái vật, nói đến cơng nói đến q trình từ trạng thái đến trạng thái khác vật - Đơn vị: Trong hệ SI, đơn vị lượng J, ngồi lượng có đơn vị khác Wh kWh Động a) Định nghĩa: động dạng lượng vật có chuyển Wđ = m.v 2 động: * Đơn vị động năng: Jun -5- b) Định lí động năng: Độ biến thiên động vật trình tổng công thực ngoại lực tác dụng lên vật q trình đó: 1 ∆Wd = mv 22 − mv12 = ∑ A ngoailuc 2 c) Động có tính tương đối, phụ thuộc hệ quy chiếu Thông thường hiểu động xét hệ quy chiếu gắn với Trái đất Thế * Định nghĩa: năng lượng hệ có tương tác phần hệ thông qua lực Đơn vị Jun + Thế trọng trường: (thế hấp dẫn) vật dạng lượng tương tác Trái đất vật, ứng với vị trí xác định vật trọng trường Biểu thức trọng trường tại vị trí có độ cao h: Wt = mgh (g gia tốc trọng trường, h độ cao vật) + Thế đàn hồi: dạng lượng vật chịu tác dụng lực đàn hồi Biểu thức đàn hồi lò xo: Wt = kx2 (x độ biến dạng vật đàn hồi) Cơ - Tổng động vât gọi vật: W = Wđ + Wt Tóm tắt cơng thức số lưu ý giải tập Wđ = m.v 2 Động năng: Trong v vận tốc vật hệ quy chiếu khảo sát 1 ∆W = mv 22 − mv12 = ∑ A 2 Định lí động năng: Trong ∑ A tổng cơng ngoại lực tác dụng lên vật Thế trọng trường: Wt = mgh Wt > vật vị trí cao gốc (mặt phẳng năng) Wt < vật vị trí thấp gốc (mặt phẳng năng) Thế đàn hồi: Wt = kx2 (x độ biến dạng tính từ vị trí lị xo có chiều dài tự nhiên) Thế toàn phần: ( Wt ) = ∑ Wt = kx2 (x độ lệch khỏi vị trí cân bằng) Với lực (trọng lực, đàn hồi) thì: Alucthe = Wt1 – Wt2 = - Wt ∆ Lưu ý: -6- + Vì giá trị động phụ thuộc vào hệ quy chiếu nên tính động năng, vật ta phải chọn hệ quy chiếu tính động mốc tính + Khi dùng định lí động để tính cơng giải tốn học khác cần xác định đầy đủ cơng ngoại lực tác dụng lên vật Chú ý tổng công ngoại lực tổng đại số (các cơng thành phần có giá trị dương âm) CHƯƠNG II: VẬN DỤNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TẬP Chủ đề ĐỘNG LƯỢNG –ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG Dạng1: Xác định động lượng vật, hệ vật Phương pháp giải ur r m.v + Động lượng vật: urp =uu r uur + Động lượng hệ: p = p1 + p2 + Bài 1: Tìm tổng động lượng (hướng độ lớn) hệ hai vật m1 = 1kg, m2 = 2kg, v1 = v2 = 2m/s Biết hai vật chuyển động theo hướng: a) ngược b) vng góc c) hợp với góc 600 Giải: Chọn hệ khảo sát: Hai u vật r uu r uur p = p + p2 – Tổng động lượng hệ: uu r ur p v 1 với: + uu r hướng với ur, độ lớn: p1 = m1v1 = 1.2 = kg.m/s + p2 hướng với v2 , độ lớn: p = m v = 2.2 = kg.m/s r p1 2 ⇒ p1 < p2 a) Hai vật chuyển động theo hướng ngược -7- r p r p2 Vì r ngược hướng với v1 r v2 nên r ngược p1 hướng với r p2 p1 < p2 nên: ur uur ur p = p2 – p1 = – = kg.m/s p hướng p2 , tức hướng v2 b) Haiurvật chuyển động u theo r hướng uu r vng góc uur βVì v1 vng góc với v2 nên p1 vng góc với p2 r α ta có: p = p1 + p2 = 4,5 kg.m/s tan α = p1 p2 =0,5 ⇒ α = 26033’ r p1 p r p2 β = 900 – α = 27027’ ur ur ur p v v Vậy: có độ lớn p = 4,5 kg.m/s hợp với góc 26033’ 27027’ c) Hai vật chuyển động theo hướng hợp với góc 600 ⇒ Áp dụng định lí cosin ta có: p = ⇒ p= 5,3 kg.m/s cos α = 0,9455 ⇒ α = 190 C p12 + p2 + p1 p2 cos 600 r p1 β r p α r ⇒ β = 600 – α = 410 p ur ur ur p v v Vậy: có độ lớn p = 5,3 kg.m/s hợp với góc 190 410 Bài Một vật khối lượng m = 1kg chuyển động tròn với vận tốc v = 10m/s Tính độ biến thiên động lượng vật sau a) 1/4 chu kì b) 1/2 chu kì B chu kì c) Giải: uu r p + Ban đầu vật A có động lượng : A p0 = mv = 1.10 = 10 kg.m/s uu r p vuông + Sau 1/4 uchu u r kì vật đến B có động lượng góc với p0 uur p2 ngược + Sau 1/2 chuuu kì r vật đến C có động lượng hương với p0 uu r p + Sau chuukì u r vật đến D có động lượng hướng với p0 Vì vật chuyển động trịn nên: a) Sau 1/4uu chu kìu r u r uur uu r uur ∆ p = p − p = p + ( − p0 ) 1 Ta có: r p2 p3 = p2 = p1 = p0 = 10 kg.m/s r p0 -8- r p r p1 r p0 uu r uu r p p ∆p = p0 = 10 2( kgm / s) Vì vng góc với : b) Sau 1/2uu chu kìur uu r u r uur uur ∆ p = p − p = p + ( − p0 ) 2 Ta có: uur uu r p ↑↓ p nên: ∆p = p0 = 20( kgm / s ) Vì c) Sau u chu ur kìuu r uur uu r uur r ∆ p = p − p = p + ( − p0 ) = ⇒ ∆p = 3 Ta có: Dạng 2: Mối quan hệ xung lượng độ biến thiên động lượng Phương pháp giải Bài tốn tính xung lượng vật tìm độ biến thiên động lượng xung lực tác dụng lên vật Để giải toán dạng cần xác định vẽ xác vectơ động lượng vật lúc trước lúc sau ur Chú ý rằng, ta tìm lực trung bình khoảng thời gian ∆t nhỏ lực F thay đổi Bài 1: Một viên đạn khối lượng 10 g bay với vận tốc 600 m/s gặp s tường Đạn xuyên qua tường thời gian 1000 Sau xuyên qua tường, vận tốc đạn cịn 200 m/s Tính lực cản tường tác dụng lên đạn  v α  α v'   v '−v Giải: ∆P = −m ( v1 − v2 ) = F ∆t ⇒ F = − m ( v1 − v2 ) = −400 N ∆t Ta có: Bài 2: Một bóng khối lương m = 200 g, bay với vận tốc v = 20 m/s đập vào tường thẳng đứng theo phương nghiêng góc α so với mặt tường Biết vận tốc bóng sau bật trở lại v’ = 20 m/s nghiêng với tường góc α Tìm độ biến thiên động lượng bóng lực trung bình bóng tác dụng lên tường thời gian va chạm ∆t = 0,5s Xét trường hợp: a) α = 30 b) α = 90 Giải: r ur ur r ur uu ' ∆ p = p − p = m v, − v Độ biến thiên động lượng bóng là: v = v ' = 20m / s Trong đó: r ur, r ur, v Ta biểu diễn vector , v , v − v hình vẽ Ta thấy rằng, ( -9- ) r ur' ' v = v α v hợp với tường góc nên vectơ − v vương góc với mặt r ur' v − v = 2v sin α tường hướng từ ngồi, có độ lớn: ∆p = 2m sin α Và (1) ur ur Áp dụng công thức ∆ p = F ∆t ta tìm lực F tường tác dụng lên bóng ∆P 2mv sin α ur F= = ( 2) ∆t ∆t hướng với ∆ p có độ lớn: uur Theo định luật III Newton, lực trung bình Ftb bóng tác dụng lên tường có phương vng góc với mặt tường hướng vào phía tường, có độ lớn: 2mv sin α Ftb = F = ( 3) ∆t a) Trường hợp α = 30 : Thay số vào cơng thức (1), (2), (3) ta tìm được: ∆p = 4kgm / s , Ftb = N b) Trường hợp α = 90 : ∆p = 8kgm / s , Ftb = 16 N Bài Một người đứng trượt xe trượt tuyết chuyển động ngang, 3s người lại đẩy xuống tuyết với xung lượng (xung lực) 60 kgm/s Biết khối lượng người xe trượt m = 80 kg, hệ số ma sát nghỉ hệ số ma sát trượt (bằng hệ số ma sát nghỉ) µ = 0,01 Tìm vận tốc xe sau bắt đầu chuyển động 15 s Giải: Cách 1: Chọn hệ khảo sát: Xe người, chọn chiều dương theo chiều chuyển động xe người Lực phát động trung bình mặt tuyết tác dụng lên xe người: ∆p F= = 20( N ) ∆t Lực ma sát mặt tuyết tác dụng lên xe người Fms = µ mg = 0,01.80.10 = 8(N) F − Fms = m Gia tốc trung bình xe: 0,15 (m/s2) Vận tốc xe sau chuyển động 15s: v = at = 0,15.15 = 2,25 m/s Vậy: Vận tốc xe sau chuyển động 15s 2,25 m/s Cách 2: Lực ma sát mặt tuyết tác dụng lên xe người Fms = μ mg = 0,01.80.10 = 8N Xung lượng lực ma sát –Fms ∆t =-8.15=120 (N.s) 15 60 − 8.15 Tổng xung lượng tác dụng lên xe sau 15s: =180(N.s) a= - 10 - l α - Thay (4/) vào (3) ta được: xmax = v m 2k 44 44 Bài Hòn bi sắt treo vào dây chiều dài l = 1,2m kéo cho dây nằm ngang thả rơi Khi dây hợp góc α = 300 với đường thẳng đứng, bi va chạm đàn hồi với bề mặt thẳng đứng sắt lớn cố định (hình vẽ) Hỏi bi nảy lên đến độ cao 45 45 Giải 46 46 - Hịn bi bắt đầu chuyển động khơng vận tốc đầu từ A, va chạm đàn hồi với mặt thẳng đứng sắt tại B, sau nẩy lên đạt độ cao cực đại tại C (hình vẽ) 47 47 l β α h/ r v2n C B r v2 t 2α r v2 β α r v1 h 48 48 Gọi r v1 vận tốc vật trước va chạm với sắt tại B - Áp dụng định luật bảo toàn cho giai đoạn AB với gốc trọng lực tại B: WA = WB ⇔ mgh = m ⇒ = 2gh = 2g cos (1) α l v2 v12 - Vectơ r có phương tiếp tuyến với quỹ đạo trịn tại B, tức vng góc với bán kính v1 OB có chiều hình vẽ Gọi r vận tốc vật sau va chạm với sắt tại B Vì va chạm đàn hồi v2 với tường phẳng nên r đối xứng với r qua mặt tường thẳng đứng Về độ lớn v v1 v2 = v1 + Thành phần pháp tuyến r r có phương vng góc quỹ đạo trịn nên khơng v 2n v2 ảnh hưởng đến chuyển động tròn lên vật Thành phần r có tác dụng kéo v 2n dãn dây treo vật làm phần động vật biến thành nhiệt + Thành phần tiếp tuyến với quỹ đạo r r có tác dụng nâng vật lên cao đến C v 2t v2 v2t = v2cos2 = v1cos2 (2) α α - Áp dụng định luật bảo toàn cho giai đoạn BC với gốc trọng lực tại B: W B = WC ⇔ m = mgh/ ⇒ h/ = (3) v22t - Thay (1) (2) vào (3) ta được: h/ = v22t 2g ( v cos2α ) = 2g ⇒ h/ = cos cos22 l α * Nhận xét: Vì h = cos l α α = cos300.cos2600 = l l 1,2 = cos300 = 2gl cosα.cos2 2α 2g = 0,26m  1  ÷  2 > h/ nên sau va chạm vật l giảm lượng Ở đây, (động năng) mát khơng phải vật va chạm (đàn hồi) với sắt mà dây treo bị dãn đột ngột sau va chạm 49 49 O m1 l l m2 Bài Hai hịn bi A B, có khối lượng m1 = 150 g m2 = 300 g treo hai sợi dây (khối lượng không đáng kể) có chiều dài l = 1m vào điểm O Kéo lệch bi A cho dây treo nằm ngang (hình vẽ) thả nhẹ ra, đến va chạm vào bi B Sau va chạm, hai bi chuyển động ? Lên đến độ cao so với vị trí cân ? Tính phần động biến thành nhiệt va cham Xét hai trường hợp : a) Hai bi chì, va chạm va chạm mềm b)Hai hịn bi thép, va chạm va chạm đàn hồi trực diện Trong trường hợp kiển tra lại định luật bảo toàn lượng Giải : Chọn mốc tính tại vị trí cân hịn bi B trước va chạm Áp dụng định luật bảo tồn cho hệ gồm ( hịn bi A trái đất) m1v12 + m1 gl = + ( 1) ⇔ v = gl a) Hai hịn bi chì, va chạm va chạm mềm : Khi hai bi va chạm mềm, chúng khơng bảo tồn phần động biến thành nhiệt Ngay sau va chạm hai bi chuyển động vận tốc u Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có : m1v v m1v = ( m1 + m2 ) u ⇒ u = = ( m1 + m2 ) ( 2) Động hệ hai bi sau va chạm : m1u m2u 3m1u 3m2 m1gl + = = = ( 3) 2 Wđ’ = Sau va chạm hai hịn bi dính vào tiếp nối chuyển động tròn bi A Khi hệ gồm hai hịn bi lên đến độ cao tối đa h toàn động Wđ’ chuyển thành W ’ = ( m1 + m2 ) gh = 3m1 gh t Áp dụng định luật bảo toàn : m gl l ⇔ = 3m1 gh ⇒ h = ≈ 11cm Wt’ = Wđ’ Phần động bi A biến thành nhiệt : m gl 2m gl m1 gl − = = 1J 3 Q = Wđ - Wđ’ = 50 ( 4) ( 5) 50 Kiểm tra lại định luật bảo toàn lượng : Ban đầu lượng hệ hai bi m1 gl bi A độ cao l Sau va m1 gl chạm, hệ , khơng bảo tồn mà phần động bi A chuyển thành nhiệt, trình va chạm mềm Nhưng m1 gl =Q ( 6) m1 gl + lượng bảo toàn : b) Va chạm đàn hồi trực diện : Gọi v1; v2 vận tốc honf bi A B sau va chạm Áp dụng định luật bảo toàn động lượng định luật bảo tồn cho hệ gồm hai hịn bi A B ta có : ( 7) m1v = m1v1 + m2v2 ⇒ v = v1 + 2v2 m1v m1v12 m2v22 = + ⇒ v = v12 + 2v22 ( 8) 2 v 2v v1 = − ; v2 = ( 9) 3 Từ (7) (8), ta suy : Như : Bi A chuyển động ngược chiều với chuyển động ban đầu Hịn bi B chuyển động tiếp phía trước Ngay sau va chạm, động bi A B m1v12 m1v m1gl = = ( 10 ) 18 : Wđ1 = m2v22 4m1v 8m1 gl + = 9 Wđ2 = ( 11) Gọi h1 ; h2 độ cao cực đại mà bi A, bi B lên sau va chạm Áp dụng định luật bảo tồn , ta có : m gl l ⇒ m1 gh1 = ⇒ h1 = ≈ 11cm ( 12 ) 9 Wđ1 =Wt1 8m gl 8l ⇒ m2 gh2 = ⇒ h2 = ≈ 44cm 13 ( ) 9 Wđ2=Wt2 Kiểm tra lại định luật bảo toàn lượng : m1 gl 8m1gl + = m1 gl = Năng lượng lúc sau hệ : Wt1= Wt2 = lượng ban đầu BÀI TẬP ÔN TẬP Bài 1: Một ếch khối lượng m ngồi đầu ván khối lượng M chiều dài M nằm nơi yên mặt hồ Con ếch nhảy lên tạo với phương ngang góc α Hãy 51 51 xác định vận tốc ban đầu ếch cho rơi xuống ếch rơi vào đầu gL m   + 1÷sin 2α M  ván? Bỏ qua lực cản nước Đáp số : Bài 2: Một viên đạn pháo bay ngang với vận tốc v = 300m/s nổ, vỡ thành hai mảnh có khối lượng m1 = 5kg, m2 = 15kg Mảnh nhỏ bay lên theo phương thẳng đứng với vận tốc v1 = 400 m/s Hỏi mảnh to bay theo phương với vận tốc bao nhiêu? Bỏ qua sức cản khơng khí Đáp số: v2 ≈ 462m / s Hợp với phương ngang góc α = 30 Bài 3: Một tên lửa khối lượng 12 phóng thẳng đứng nhờ lượng khí phía sau với vận tốc v = km/s thời gian tương đối dài Tính khối lượng khí mà tên lửa 1s tên lửa đó: a) Bay lên chậm Đáp số: a) 120 kg 2 b) Bay lên với gia tốc a = 10 m/s ( Lấy g = 10 m/s ) b) 240 kg Bài Người khối lượng m1 = 50kg nhảy từ bờ lên thuyền khối lượng m2 = 200kg theo phương vng góc với chuyển động thuyền, vận tốc người 6m/s, thuyền v2 = 1,5m/s Tính độ lớn hướng vận tốc thuyền sau người nhảy lên Bỏ qua sức cản nước ĐS: v=1,7 m/s; góc 450 Bài Một lựu đạn ném từ mặt đất với vận tốc v = 20m/s theo phương lệch với m1 m2 h phương ngang góc α = 300 Lên tới điểm cao nổ thành hai mảnh Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc đầu v1 = 20m/s a) Tìm hướng độ lớn vận tốc mảnh II ĐS: β =300, v2 = 40 m/s b) Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất ? 25m Bài Một hạt nhân phóng xạ ban đầu đứng yên phân rã thành ba hạt: electron, nơtrinô hạt nhân Động lượng electron 10−23 kgm/s, động lượng nơtrinô vng góc với động lượng electron có độ lớn 12 10−23 kgm/s Tìm −23 hướng độ lớn động lượng hạt nhân ĐS: 1270, 15.10 kg.m/s Bài Vật khối lượng m1 = 5kg, trượt không ma sát theo mặt phẳng nghiêng, góc nghiêng α = 600, từ độ cao h = 1,8m rơi vào xe cát khối lượng m = 45kg đứng n (hình vẽ) Tìm vận tốc xe sau Bỏ qua ma sát xe mặt đường Biết mặt cát gần chân mặt phẳng nghiêng 0,3m/s 52 52 Bài Thuyền dài l = 4m, khối lượng M = 160kg, đậu mặt nước Hai người khối lượng m1 = 50kg, m2 = 40kg đứng hai đầu thuyền Hỏi họ đổi chỗ cho thuyền dịch chuyển đoạn bao nhiêu? 0,16m Bàibm1 Thuyền chiều dài l, khối lượng m1, đứng yên mặt nước Người khối lượng m2 đứng đầu thuyền nhảy lên với vận tốc v xiên góc α mặt nước rơi vào m1 gl 2(m1 + m2 )sin 2α m2 thuyền Tính v0 ĐS : Bài 10 Từ xuồng nhỏ khối lượng m chuyển động với vận tốc v0, người ta ném vậta khối lượng m2 tới phía trước với vận tốc v 2, nghiêng góc α xuồng Tính vận tốc xuồng sau ném khoảng cách từ xuồng đến chỗ vật rơi Bỏ qua sức cản nước coi nước đứng yên (m1 + m2 ).v − m2 v2 cos α v2 sin 2α v= m1 + m2 ,s = g ĐS Bài 11 Hai lăng trụ đồng chất A, B có khối lượng m 1, m2 hình vẽ Khi B trượt từ đỉnh đến chân lăng trụ A A dời chỗ khoảng ? m2(a − b) m +m Biết a, b Bỏ qua ma sát ĐS s1 = Bài 12: Một ống thủy tinh khối lượng M có đựng vài giột ête đậy nút khối lượng m Ống thủy tinh gắn đầu cứng dài L (trọng lượng khơng đáng kể) Khi hơ nóng ống thủy tinh ête bốc hơi, nút bị bật áp suất ête Hỏi vận tốc bé nút phải để ống thủy tinh có 5MgL m thể quay vịng quanh điểm treo Đáp số: Bài 13: Một tơ khối lượng chuyển động với vận tốc 36 km/h tắt máy xuống dốc, hết dốc thời gian 10 s Góc nghiêng dốc 20 , hệ số ma sát dốc xe 0,01 Dùng định luật bảo tồn, tính: a) Gia tốc xe dốc suy chiều dài dốc b) Vận tốc xe chân dốc Đáp số:a/ 3,33 (m/s2) b/ 43,3 (m/s) Bài 14: Một vật khối lượng m trượt không ma sát từ đỉnh mặt cầu xuống Hỏi từ khảng cách ∆h vật bắt đầu rơi khỏi mặt cầu Cho bán kính mặt cầu R = 90 cm Đáp số : ∆h = 30cm Bài 15: Một cầu khối lượng kg, chuyển động với vận tốc m/s, va chạm xuyên tâm với cầu thứ hai khối lượng kg chuyển động chiều với cầu thứ với vận tốc m/s Tìm vận tốc cầu sau va chạm nếu: 53 53 a) Va chạm hoàn toàn đàn hồi b) Va chạm không đàn hồi( va chạm mềm) Đáp số : a) v1 = 0, 6m / s ; v2 = 2, 6m / s b) v1 = v2 = 1,8m / s Bài 16: Cho hệ hình vẽ, m1 = m2 = 200 g, k = 0,5 N/cm Bỏ qua độ giãn dây, ma sát, khối lượng dây ròng rọc ; g = 10 m/s2 m2 a) Tìm dộ giãn lị xo vị trí cân b) Từ vị trí cân bằng, kéo m1 xuống theo phương thẳng đứng ' ' ' ' m1 m1 m2 m3 bng tay Tính vận tốc vật chúng qua vị trí cân lị xo có chiều dài tự nhiên Đáp số : a) x0 = cm b) v2 = 0,67 m/s ; v3 = 0,5 m/s Bài 17: Một nhà máy thủy điện có cơng suất phát điện 200000 kW có hiệu suất 80% Mức nước hồ chứa có độ cao 1000 m so với tua pin máy phát điện Tính lưu lượng nước đường ống dẫn nước từ hồ chứa đến tua pin máy phát điện (m3/s) Lấy g = 10 m/s2 Đáp số : 25 m3/s Bài 18: Cho hệ gồm vật m1, m2, m có khối lượng tương ứng kg, kg, kg, nối với sợi dây hình Các sợi dây rịng rọc có khối lượng khơng đáng kể bỏ qua ma sát a Áp dụng định lý động tính gia tốc vật b Tính lực căng dây nối hai vật m1, m2 Lấy g = 10 m/s2 Đáp số : a) m/s2; b) N 54 54 PHẦN KHẢ NĂNG ÁP DỤNG SÁNG KIẾN - Sáng kiến áp dụng tốt cho đối tượng học sinh THPT đặc biệt đối tượng học sinh lớp 10, học sinh đội tuyển HSG môn vật lý cấp tỉnh, hay em học sinh ôn thi THPTQG Sau thời gian nghiên cứu áp dụng trình giảng dạy thực dạy học phần định luật bảo toàn vật lý 10 học kì 2, tơi nhận thấy đề tài có tác dụng tích cực đến em học sinh lớp trực tiếp giảng dạy thử nghiệm + 100% em hiểu vận dụng giải toán áp dụng định lu ật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn thơng thường: tốn xác định động lượng vật hệ vật, toán nổ đạn, toán chuyển động phản lực + Đa số em phân tích lực tác dụng vào vật, phân biệt lực lực không thế, xác định phương bảo toàn động lượng, viết phương trình định luật phương trình chiếu giải tập cụ thể + Một số em tỏ hứng thú giải tập phương pháp áp dụng định luật bảo toàn So sánh kết áp dụng sáng kiến không áp dụng sáng kiến vào thực tiễn giảng dạy Đối với em học sinh chưa tiếp cận phương pháp giải dạng tập tổng quát đưa đề tài nhận thấy em giải tập gặp nhiều khó khăn Các em thường hay nhớ máy móc cơng thức mà không hiểu chất vấn đề dẫn đến không làm tập tương tự tập làm trước Kết kiểm tra nhanh đới với học sinh lớp có trình độ tương đương sau Các lớp áp dụng thử nghiệm đề tài: Điểm Sĩ Lớp 8% 6,5- % 5% 3,5- % < % 5% số 10 7,9 6,5 3,5 10 10A2 40 18 45 17 43 12 0 0 40 100 Các lớp chưa áp dụng thử nghiệm đề tài Lớp 10A4 55 Sĩ số 810 % 32 13 6,5- % 7,9 25 56,5 10 Điểm % 3,5- % 31 19 < 3, % 12 510 20 % 69 55 PHẦN KẾT LUẬN Qua nội dung đề tài : “Ứng dụng định luật bảo toàn để giải tập vật lý 10” Tôi muốn đem đến cho em học sinh phương pháp đánh giá, nhận xét chung để vận dụng vào việc giải toán liên quan đến định luật bảo tồn nói riêng tốn học nói chung * Đề tài đưa dạng tập nhằm giải vấn đề: + Xác định động lượng vật hệ vật + Dựa vào mối quan hệ xung lượng độ biến thiên động lượng để giải số tập động lực học mà không sử dụng định luật NiuTơn + Xác định hệ kín áp dụng định luật bảo tồn động lượng toán + Dạng toán chuyển động phản lực + Dạng toán nổ đạn + Dựa vào mối quan hệ công ngoại lực độ biến thiên động để giải số tập động lực học mà không cần sử dụng định luật NiuTơn + Mối quan hệ công lực độ giảm + Dạng toán áp dụng định luật bảo tồn + Bài tốn va chạm Thơng qua cơng cụ tốn học, học sinh tiếp cận kiến thức vật lý cách logic không bị áp đặt Từ giúp em hiểu vấn đề cách sâu sắc, hình thành em tư vật lý khả tự học Đề tài nghiên cứu đưa xuất phát từ thực tiễn giảng dạy hình thành trình tự học, tự bồi dưỡng thân Chính tơi mong nhận quan tâm, góp ý thầy giáo, bạn đồng nghiệp đặc biệt em học sinh để đề tài ngày hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Những thông tin cần bảo mật: không Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: - Để áp dụng sáng kiến đạt hiệu tốt em học sinh cần trang bị thêm số kiến thức công, lực thế, trường thế; đồng thời em cần phải biết vận dụng linh hoạt số kiến thức toán học để giải các tập vật lý khó Đặc biệt mơn vật lý nói chung phần định luật bảo tồn nói riêng nói riêng kiến thức tốn học thường sử dụng như: kiến thức véc tơ, định lý tam giác, công thức lượng giác…cần phải em trọng, áp dụng thành thạo 10 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả theo ý kiến tổ chức, cá nhân tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu, kể áp dụng thử nghiệm: 56 56 10.1 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: - Đề tài tác giả áp dụng thử nghiệm dạy phần định luật bảo tồn (chương trình vật lý lớp 10 học kì II) cho học sinh lớp lớp 10 ban A, cho đội tuyển HSG lớp 10,11,12 Kết đạt theo đánh giá cá nhân khả quan Đa số em tiếp thu tốt, khơng tích cực việc nghiên cứu lý thuyết mà hứng thú giải tập Đặc biệt em có say mê, sáng tạo gặp tập khó - Qua đề tài học sinh cịn ơn tập, củng cố lại số kiến thức toán học quan trọng thường sử dụng giải tập vật lý Rèn luyện cho em kĩ phân tích, tổng hợp, kĩ tính tốn nhanh điều có lợi em làm tập trắc nghiệm phục vụ cho kì thi THPTQG sau 10.2 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức, cá nhân: - Khi áp dụng đề tài công tác bồi dưỡng HSG thu kết tích cực Kết học sinh giỏi văn hóa cấp tỉnh môn vật lý ba năm gần minh chứng cho điều (tổng số giải gồm giải nhất, 11 giải nhì, 14 giải ba, 11 giải KK) 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu : Số Tên tổ Địa Phạm vi/Lĩnh vực TT chức/cá nhân áp dụng sáng kiến Lớp 10a2 Trường THPT Ngô Gia Tự Chương IV: định - Lập Thạch -Vĩnh phúc luật bảo toàn/ giáo dục Lớp 10a4 Trường THPT Ngô Gia Tự Chương IV: định - Lập Thạch -Vĩnh phúc luật bảo toàn/ giáo dục Đội tuyển Trường THPT Ngô Gia Tự Chương IV: định HSG lý - Lập Thạch -Vĩnh phúc luật bảo toàn/ giáo dục 10,11,12 ., ngày tháng năm Thủ trưởng đơn vị/ Chính quyền địa phương (Ký tên, đóng dấu) Lập Thạch, ngày tháng năm 2020 Tác giả sáng kiến (Ký, ghi rõ họ tên) Trần Thị Thảo 57 57 Nguyễn Nhật Tuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quang Hân (Chủ biên); Trần Văn Bồi; Phạm Ngọc Tiến; Nguyễn Thành Tương 2003 “Giải tốn Vật Lí 10 (tập 2)” NXB giáo dục [2] Vũ Thanh Khiết (Chủ biên); Phan Dương Cẩn 2009 “Luyện giải toán Vật Lí Trung học phổ thơng (tập 1)” NXB giáo dục Việt Nam [3] Phan Hoàng Văn 2006.“450 tập Vật Lí” NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] Lương Duyên Bình (Chủ biên); Nguyễn Hữu hồ; Lê Văn Nghĩa; Nguyễn Tụng 2002 “Bài tập Vật Lí đại cương” NXB giáo dục [5] Thanh Long; Lâm Thu Hà 2007.“Phân loại phương pháp giải tập Vật Lí” NXB Tổng hợp Đồng Nai [6].Trang mạng dành cho giáo viên BGD : violet.vn; trang “thuvienvatly”… 58 58 ... định luật NiuTơn; Định luật bảo toàn lượng, định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn sợi xuyên suốt chìa khóa để giải tập học nói riêng tập vật lý nói chung chương trình phổ thơng Các. .. ? ?Ứng dụng định luật bảo toàn để giải tập vật lý 10? ?? Qua đề tài này, mong muốn giải khúc mắc học sinh, đem lại cho em phương pháp giải ngắn gọn số dạng tập cụ thể mà không làm mờ chất vật lý. .. số (các cơng thành phần có giá trị dương âm) CHƯƠNG II: VẬN DỤNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TẬP Chủ đề ĐỘNG LƯỢNG –ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG Dạng1: Xác định động lượng vật, hệ vật