(SKKN 2022) ứng dụng các định luật bảo toàn trong giải bài tập vật lý 10

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT HOẰNG HÓA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 10 Người thực hiện: Nguyễn Tiến Nam Chức vụ: Giáo viên SKKN mơn: Vật lý THANH HĨA, NĂM 2022 MỤC LỤC Mục NỘI DUNG Trang A MỞ ĐẦU I Lý chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Đối tượng phạm vi thực đề tài IV Phương pháp B PHẦN NỘI DUNG I Cơ sở lý luận II Cơ sở thực tiễn III Các biện pháp giải vấn đề Vai trò phương pháp dùng định luật luật bảo toàn 2 Nội dung định luật luật bảo toàn 3 Phương pháp giải toán ứng dụng định luật bảo toàn 3.1 10 3.3 Phương pháp giải tốn ứng dụng định luật bảo tồn động lượng Phương pháp giải tốn ứng dụng định luật bảo tồn Bài tập tự giải C KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 18 D KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 18 E TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 3.2 15 A MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện đổi phương pháp dạy học yêu cầu tất yếu, đòi hỏi giáo viên phải chủ động sáng tạo, linh hoạt nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức biết vận dụng kiến thức Vật lí học liên quan nhiều đến đời sống thực tế người, môn học nghiên cứu tượng vật xung quanh Tuy nhiên để hiểu chất vật khơng phải đơn giản, chuyển động vật mà hàng ngày quan sát việc tìm hiểu chất phức tạp Qua thời gian giảng dạy thấy học phần học tương đối khó học sinh , em làm quen lớp THCS đến lớp 10 học em bỡ ngỡ, số phần : chuyển động ném vật, áp dụng định luật bảo tồn số tốn tĩnh học Đặc biệt toán áp dụng định luật bảo toàn, phần gần hoàn em, nội dung liên quan đến nhiều kiến thức công thức cộng vận tốc, phương pháp véc tơ tốn học… Vì vậy, việc tập hợp toán, đưa phương pháp giải toán cách áp dụng định luật bảo tồn để em giải nhanh toán trắc nghiệm khách quan trắc nghiệm tự luận cần thiết học sinh đại trà nói chung học sinh giỏi nói riêng Hy vọng đề tài giúp em hiểu sâu kiến thức, thành thạo kỹ giải tốn, u thích mơn học tự tin để tiếp thu kiến thức II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Giúp học sinh nắm vững kiến thức lý thuyết, nhận dạng tập, từ chọn phương pháp giải phù hợp để mang lại kết nhanh, xác - Vận dụng tiết tập, tiết tự chọn áp dụng cho việc ôn luyện học sinh giỏi III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - Đối tượng: Học sinh phổ thông trung học, cụ thể áp dụng cho học sinh lớp 10 - Phạm vi: Kiến thức phần định luật bảo toàn lớp 10 IV PHƯƠNG PHÁP - Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu tài liệu chương ‘‘Các định luật bảo tồn’’ chương trình sách giáo khoa, sách giáo viên, tài liệu sách tham khảo khác có liên quan - Phương pháp thực nghiệm: + Đối với giáo viên: Đúc kết kinh nghiệm thân, dự trao đổi với đồng nghiệp có kinh nghiệm giảng dạy để đưa phương pháp giảng dạy cho phù hợp nhất, hệ thống cô đọng lại kiến thức bản, đưa cơng thức tính có liên quan kỹ giải toán thường gặp nâng cao để phát huy tư cho em học sinh giỏi + Đối với học sinh: Rèn luyện cho em có kỹ phân tích, tổng hợp vận dụng kiến thức học cách nhuần nhuyển để giải tập, nhận dạng toán lựa chọn phương pháp giải thích hợp, từ rút kết luận chung cho dạng cụ thể B PHẦN NỘI DUNG I Cơ sở lý luận: Trong chương trình Vật Lý lớp 10 có định luật bảo tồn sau: Định luật bảo toàn động lượng, định luật bảo toàn năng, định luật bảo toàn lượng Tuy nhiên chương trình vật lý lớp 10, định luật bảo tồn lượng khơng nhắc lại văn bản, hữu nguyên lý biến đổi dạng lượng vật Nét đặc trưng định luật bảo tồn có tính tổng qt cao Việc giải toán ứng dụng định luật bảo tồn thường ngắn gọn, xác đủ nghiệm Thực tế, nhờ định luật bảo toàn, nhà vật lý phát số hạt tia, giải thích nhiều tượng vật lý khác II Cơ sở thực tiễn: Ở THCS em học sinh học vật lý, chương trình cịn sơ lược Do nhiều năm khơng thi tốt nghiệp THCS, tạo tâm lý ỷ lại, nên em chưa có ý thức cao việc học môn vật lý Khi em bước chân vào trường THPT, thầy mới, bạn mới, chương trình mới, cịn nặng Chương trình chuẩn ngắn, thực chất cắt bỏ phần thẩm định kết quả, thay vào phần cơng nhận kết quả, làm cho học sinh gặp nhiều lúng túng Lý thuyết ngắn, vận dụng phức tạp Mặt khác, để vào Đại học, học sinh phải nắm đươc sâu sắc tượng vật lý, phải có kỹ năng, kỹ xảo làm tập trắc nghiệm Do yêu cầu học tập rèn luyện toàn diện, khối lượng kiến thức học sinh phải tiếp nhận đồ sộ, thời gian lại thách thức Vì vậy, phần, thầy,cơ giáo phải hướng cho học sinh cách học, cách vận dụng cho hết thời gian mà nắm nội dung chương trình kỹ cần thiết mà Bộ Giáo dục Đào tạo quy định Trong giới hạn viết này, xin trao đổi thầy, cô giáo vấn đề nhỏ phần “các định luật bảo toàn” Vậy làm để học sinh nắm vững nội dung định luật bảo toàn, biết cách vận dụng linh hoạt định luật bảo toàn vào việc giải tập vật lý? Từ thực tế đó, tơi chọn đề tài: ỨNG DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG GIẢI BÀI TÂP VẬT LÝ 10 III CÁC BIỆN PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: Vai trò phương pháp dùng định luật bảo toàn: - Để giải tốn học dùng nhiều phương pháp giải như: phương pháp động lực học; phương pháp dùng định luật bảo tồn Phương pháp động lực học coi “phương pháp vạn năng” để giải toán học Song gắn với phương pháp động lực học gắn với đại lượng véc tơ định luật Niutơn Đối với em học sinh đơi cịn nhầm lẫn phương trình véc tơ với phương trình chiếu trục toạ độ Vì vậy, giải toán cơ, đặc biệt toán va chạm phương pháp động lực học, nhiều em học sinh cịn lúng túng Giải tốn cách dùng định luật bảo toàn, học sinh tránh rắc rối Khi xét tốn chuyển động vật có ma sát, vật thay đổi, có phần biến đổi thành nội vật, làm cho chúng nóng lên Việc đo nhiệt lượng trình thay đổi nội vật vấn đề khó thực Song dùng định luật bảo tồn ta xác định phần lượng biến đổi - Việc nắm vững định luật bảo tồn cịn tạo hội thuận lợi nghiên cứu số vấn đề vật lý lớp 11và lớp 12 Định luật bảo toàn lượng cho dạng lượng Lớp 10 học sinh tiếp cận với dạng lượng năng, cuối chương trình có tiếp cận với nội nhiệt lượng, không sâu Đến lớp 11 12, học sinh tiếp xúc với lượng điện, lượng từ, lượng hạt nhân… Nắm vững phương pháp dùng định luật bảo tồn, học sinh có nhìn tổng quát khái niệm lượng, việc giải tập dễ dàng Nội dung định luật bảo toàn: 2.1 Định luật bảo toàn động lượng: -Nội dung định luật: Tổng động lượng hệ cô lập đại lượng bảo toàn -Biểu thức định luật viết cho hệ uhai vật: ur u r ur uu r , , m1 v1 + m2 v2 = m1 v1 + m2 v2 -Điều kiện áp dụng: Định luật bảo toàn động lượng áp dụng cho lập (hệ kín): hệ chịu tác dụng nội lực 2.2 Định luật ảo toàn năng: -Cơ (gồm động năng) Khi vật chuyển động trọng trường chịu tác dụng trọng lực vật đại lượng bảo toàn Khi vật chịu tác dụng lực đàn hồi gây biến dạng lị xo đàn hồi q trình chuyển động vật, tính tổng động đàn hồi vật đại lượng bảo toàn -Biểu thức định luật: 1  mv + mgz = hs W = Wd + Wt = hs ↔   mv + k (∆l ) = hs  2 Trong trọng trường hệ biến dạng đàn hồi, với vị trí bất kỳ, thì: 1 1  mv + mgz = hs  mv1 + mgz1 = mv + mgz = hs ↔   mv + k (∆l ) = hs  mv + k (∆l ) = mv + k (∆l ) = hs 2   2 2 -Điều kiện áp dụng: Định luật bảo toàn áp dụng cho lập (hệ kín): hệ chịu tác dụng nội lực 2.3 Định luật bảo toàn lượng: Ở sách giáo khoa không xây dựng định luật bảo toàn lượng Nhưng ta hiểu rằng: vật khơng bảo tồn nghĩa phần biến thành dạng lượng khác Phần làm xuất dạng lượng mới: nội năng… Phương pháp giải toán ứng dụng định luật bảo toàn: Mỗi định luật bảo tồn, ứng dụng làm tập có phương pháp riêng đặc trưng Nhiệm vụ thầy, cô giáo phải giúp học sinh xây dựng phương pháp chung cho loại Để hình thành phương pháp, nên tránh áp đặt Phải từ sở lời giải toán cụ thể, học sinh tiếp thu tự nhiên không thụ động Sau số thí dụ minh hoạ cho việc xây dựng phương pháp chung cho loại 3.1 Phương pháp giải tốn ứng dụng định luật bảo tồn động lượng: 3.1.1 Phân loại: Bài tập ứng dụng Định luật bảo toàn động lượng chia thành bốn dạng sau: -Va chạm hoàn toàn đàn hồi xuyên tâm -Va chạm hồn tồn đàn hồi khơng xun tâm -Va chạm mềm (hai vật nhập thành một) -Một vật chuyển động vỡ thành mảnh(một vật tách thành hai) Sau chữa số thí dụ, hình thành phương pháp chung cho học sinh Dưới cách: 3.1.2 Nội dung phương pháp: Bước 1: Xác định vật hệ thống Bước 2: Chứng minh hệ vật hệ lập Bước 3: Tìm biểu thức hệ trước sau va chạm Bước 4: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: “Tổng động lượng trước va chạm = tổng động lượng sau va chạm.” 3.1.3 Một số tập minh hoạ: Bài 1: Va chạm hồn tồn đàn hồi khơng xun tâm: Một vật khối lượng m1 = 1,0 kg chuyển động với vận tốc v1= 12 m/s tới va chạm với vật khối lượng m2= 2,0 kg trạng thái đứng yên v 2=0 Sau va chạm, vật m1= 1,0 kg bị lệch khỏi phương ban đầu góc α = 300 có vận tốc v1' = 11,2 m/s Tìm: a Góc lệch θ vận tốc vật m2 so với vận tốc ban đầu vật m1? b Giá trị vận tốc v2' vật m2 sau va chạm? ' P2 y  v1 θ α O m1 ur P1 m2 x uu r P1' Hình Hướng dẫn Bước 1: Hệ vật gồm vật : m1=1kg; m2=2kg Bước 2: Hệ m1 m2, thời gian va chạm ngắn, hệ cô lập P1 = m1v1 = 12 Kgm / s Bước 3: Ta có: P2 = m2 v = P1' = m1v1' = 11,2 Kgm / s P2' = m2 v 2' = 2v 2' uu r uu r ur Trong P1 động lượng hệ trước va chạm; P1' + P2' động lượng hệ sau va chạm r uu r ur uu ' Bước 4: Theo định luật bảo tồn động lượng, ta có: P1 = P1 + P2' (1) Chọn hệ quy chiếu xOy (như hình vẽ : hình1) ur Chiếu phương trình (1) lên Ox (phương véc tơ v1 ) ta được: P1 = P1'cos30o + P2'cosθ → 1.12 = 1.11, 2cos30o + 2v 'cosθ Chiếu phương trình (1) lên Oy ta được: = P1' sin 30o − P2 sin θ → 1.12 = 1.11, 2sin 30o + 2v ' sin θ (2) o '  12 − 11,2Cos30 o 12 − 11, 2cos30 = 2v2 cosθ → Co tan θ = Ta có hệ:  o ' 11,2 Sin30 o  11,2sin30 = 2v2 sin θ Giải ta θ = 67,5o , thay vào (2) ta v2' = 3, 03m / s Bài 2: Một viên đạn khối lượng m= 2kg bay thẳng lên cao với vận tốc v1 = 250m/s vỡ thành hai mảnh có khối lượng Một mảnh bay với vận tốc v1' = 250m/s theo phương lệch góc α = 60o với đường thẳng đứng Hỏi mảnh bay theo phương với vận tốc v2' bao nhiêu? Hướng dẫn Bước 1: Hệ vật viên đạn Bước 2: Trong khoảngurthời gian trước sau nổ hệ lập Bước 3: Trong P1 động lượng hệ trước va chạm; có P1 = mv1 = 500 Kgm / s uu r uu r ' ' P1' + P2' động lượng hệ sau va chạm, có P1 = m1v1 = 250 Kgm / s; P2' = m2 v 2' = 250 Kgm / s; Bước 4: r-Động lượng hệ bảo tồn, ta có phương trình: r uu ur uu P1 = P1' + P2' (*) Chọn hệ quy chiếu xOy (như hình vẽ): y  P1 ' P1 60o α O x Chiếu phương trình (*) lên Ox ta được: = − P1'cos600 + P2' sin α → 250.cos600 = v2' sin α Chiếu phương trình (*) lên Oy ta được: P = − P1'cos600 + P2'cosα → 500-250cos600 = 250cosα Ta có hệ phương trình: 250cos600 = v2' sin α (1) 250 sin 60 o → tan α = → α = 29,98 o ≈ 30 o  ' o 500 − 250 = v c os α (2) 500 − 250 cos 60  Thay vào (1) ta được: v2' = 433, 0m / s Bài 3: Nguyên tắc thử hoạt động súng máy tự động bắn cò súng bật lại sau ấn vào lò xo, lò xo bị nén lại, tác dụng lên viên đạn Hãy tính vận tốc viên đạn để cị súng bật lại phía sau đoạn a Biết khối lượng đạn m1 , cò súng m2 , độ cứng lò xo k Hướng dẫn Gọi v1 vận tốc đạn, v2 vận tốc cị súng: -Cơng lực đàn hồi để làm cò súng bật lại đoạn a động cị súng bật trở lại: ka m2 v 22 k = → v2 = a 2 m2 (1) Định luật bảo toàn động lượng: m2 v = m1v1 → v1 = m2 v m1 (2) Thay (1) vào (2) ta được: v1 = a km m1 Bài 4: Một thuyền dài AB=L, khối lượng M đứng yên mặt nước a Một người khối lương m đứng A đến B, hỏi thuyền dịch chuyển đoạn bao nhiêu? b Người đứng đầu thuyền nhảy lên với vận tốc v0 xiên góc α mặt nước rơi vào thuyền.Tính v0 ? c Thuyền chuyển động với vận tốc v2 người ta ném vật m tới phía trước với vận tốc v1 so với thuyền nghiêng góc α với mặt nước Tính vận tốc thuyền sau ném khoảng cách từ thuyền đến chỗ vật rơi Bỏ qua sức cản coi nước đứng yên Hướng dẫn a Tính quãng đường dịch chuyển thuyền: -Áp dụng định luật bảo toàn động lượng hệ theo phương ngang: m(v12 + v 23 ) + Mv 23 = → v 23 m =− v12 m+M (1)  L = v12 t L v → = 12  x v 23  x = v 23 t (2) Từ (1) (2) suy ra: x= v 23 m L=− L v12 m+M Dấu (-) cho biết thuyền chuyển động ngược chiều so với người b Tính vận tốc vo người: y Đặt Vật 1: Người Vật 2: Thuyền Vật 3: Bờ  v0  v0 sin α α A O B  v0 cos α x v1x = v0 cos α v1 y = v0 sin α − gt Thời gian chuyển động người: 2v o sin α g v sin 2α x13 = o g t= (1) -Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang: mvo cos α − Mv 23 = → v 23 = − mvo2 sin 2α x 23 = v 23 t = − Mg Theo đề : x13 − x12 = mvo cos α M (2) L (3) Từ (1),(2) (3) ta có : vo = mgL 2(m + M ) sin 2α c Vận tốc thuyền sau ném: -Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang: mv13 x + Mv2' = (m + M )v2 ⇒ m(v1cosα +v ) + Mv2' = (m + M )v2 → v 2' = ( m + M )v − m(v1 cos α + v ) Mv − mv1 cos α = M M Khoảng cách từ thuyền đến chỗ vật rơi: -Xét hệ quy chiếu gắn với thuyền: x12 = v1cosα t v12y = v1 sin α − gt Thời gian vật chuyển động: 2v1 sin α v12 sin 2α t= → x12 = g g Bài 5: Người ta bắn viên đạn theo phương ngang vào bảng hình vng treo tự Nếu vận tốc v viên đạn lớn giá trị v0 viên đạn xuyên qua bảng Hỏi bảng chuyển động với vận tốc vận tốc viên đạn 2v0 ; nv0 ? Với vận tốc viên đạn vận tốc bảng cực đại ? Cho biết khối lượng đạn làm, khối lượng bảng M Lực cản bảng đôi với đạn không phụ thuộc vận tốc đạn Hướng dẫn Gọi vận tốc bảng V Hệ bảo toàn động lượng theo phương ngang: mv = mv ' + MV (1) mv mv '2 MV = + +Q 2 Q = A = Fc d v (2) (3) Lực cản không phụ thuộc vận tốc ban đầu, nên với giá trị -Trường hợp vận tốc ban đầu v0 (giá trị nhỏ để đạn qua bảng), đạn bảng có vận tốc u: mv0 = (m + M )u (4) mvo2 (m + M )u = +Q 2 mMvo2 Suy ra: Q = 2(m + M ) (5) (6) Kết hợp (1), (2) (6) rút phương trình: mv 2mQ mv m 2v 2mQ V+ = →V = ± − n+M M (m + M ) m+M M (m + M ) (m + M ) m V = (v ± v − vo2 ) (7) m+M Ta có : ∆P = Fc ∆t v2 − Hiển nhiên vận tốc ban đầu đạn lớn đạn xuyên nhanh qua bảng, nghĩa ∆t nhỏ Vậy vận tốc bảng cực đại vận tốc đạn v0 Vận tốc v đạn tăng vận tốc V bảng giảm Vậy ta chọn: V = m (v − v − v o2 ) m+M Khi v = 2v0 thì: (8) Khi v = nv0 thì: Vmax = m ( − )v o m+M m V = ( n − n − 1)v o m+M V = m vo (Trở lại toán va chạm mềm) m+M Bài 6: Hai vật 1,2 khối lượng m gắn chặt vào lò xo dài l0 , độ cứng k nằm yên mặt phẳng ngang nhẵn Vật thứ có khối lượng m chuyển động với vận tốc V đến va chạm hoàn toàn đàn hồi với vật a Chứng tỏ vật chuyển động phía b Tìm vận tốc vật và khoảng cách chúng vào thời điểm lò xo biến dạng lớn Hướng dẫn a Chứng minh vật chuyển động phía: Gọi vân tốc vật sau va chạm v1 v2 , độ biến dạng lò xo x Định luật bảo toàn động lượng: mV = m(v1 + v2 ) → V = (v1 + v2 ) (1) Định luật bảo toàn lượng: 1 1 mV = mv12 + mv 22 + kx 2 2 2 kx = V − (v12 + v 22 ) m (2) Thế (1) vào (2) ta được: kx = (v1 + v ) − (v12 + v 22 ) = 2v1v m (3) kx > → v1 , v dấu m Vậy sau va chạm hai vật chuyển động phía b Tính vận tốc hai vật khoảng cách chúng: Khi lò xo biến dạng nhiều tức kx cực đại, từ (3) ta suy ra: v1 ; v2 cực m đại Ta có v1 + v2 =V = số, v1 + v2 =V /2 Thay vào (3) ta x max = V m 2k Vậy khoảng cách vật lò xo biến dạng nhiều là: l12 = l ± x max = l ± V m 2k (4) 3.2 Phương pháp giải toán ứng dụng định luật bảo toàn năng: 3.2.1 Lý thuyết: Cơ vật tổng động vật  Wd = → Wtmax = W W=Wt + Wd = hs ⇒  ⇒ Wtmax = Wdmax  Wt = → Wdmax = W Cơ vật phụ thuộc vào toạ độ vận tốc Vận tốc toạ độ phụ thuộc vào việc chọn mốc-tức phụ thuộc vào hệ quy chiếu Định luật bảo toàn áp dụng cho hệ lập, khơng có ma sát Nếu hệ vật chuyển động có ma sát, khơng bảo tồn Phần biến thành công lực ma sát 3.2.2 Phương pháp chung: +Chọn mốc (Wt = 0) Tuỳ tốn cụ thể mà chọn mốc (địi hỏi nhạy cảm) +Xác định biểu thức vị trí cần xét +Chứng minh hệ lập +Lập phương trình định luật nảo tồn năng, giải để tìm thơng số chưa biết 3.2.3 Một số tập minh hoạ: Bài 1: Một vật nặng có khối lượng m nằm ván có khối lượng M dài L Mặt sàn nhẵn, hệ số ma sát vật ván µ a Nếu truyền cho vật m vận tốc ban đầu v0 vật quãng đường ván? b Nếu truyền cho vật M vận tốc v0 giá trị v0 phải để vật m trượt hết chiều dài L ván? Áp dụng: m = 1kg ; M = 3kg ; µ = 0, 2; L = 1,5m; v0 = 2m / s Hướng dẫn a Quãng đường vật ván: 10 m  v0 s12 M  v -Do có lực ma sát vật ván nên: +Lực ma sát làm m chuyển động chậm dần +Phản lực ma sát làm cho ván M chuyển động nhanh dần -Tại thời điểm hai vật có vận tốc v : Theođịnh luật bảo toàn động lượng: m.v0 = ( M + m)v (1) Theo định lý động năng: 1 ( M + m)v − mv02 = Ams = − µmgs12 2 (2) Từ (1) (2) suy ra: s12 = Mv02 µg ( M + m) Thay số ta kết quả: s12 = 0, 75m b Tính v0 để vật trượt hết chiều dài ván: -Do ma sát vật m ván mà vật m chuyển động nhanh dần ván chuyển động chậm dần -Xét trường hợp hai vật có vận tốc v (v < v 0), nghĩa vật m không trượt ván M , đó: +Theo định luật bảo tồn động lượng: Mv0 = ( M + m)v (1) +Theo địng lý động năng: 1 ( M + m)v − Mv02 = Ams = − Fms s12 = − µmgs12 (2) 2 -Từ (1) (2) ta có: s12 = v 02 M ( M + m) µg -Điều kiện để vật m trượt hết ván: s12 > L Từ (3) (4) ta suy ra: (3) (4) M +m ) µgL M -Thay số ta được: v0 > 2 (m / s ) v > 2( Bài 2: Một ôtô chạy đường nằm ngang với vận tốc 90 km/h tới điểm A xe lên dốc Góc nghiêng mặt dốc so với mặt ngang α = 300 Hỏi ôtô lên dốc đoạn đường mét dừng? Xét hai trường hợp: 11 a Trên mặt dốc khơng có ma sát b Hệ số ma sát mặt dốc µ = 0, 433 ( ≈ Lấy g = 10m/s2 Hướng dẫn a Bỏ qua ma sát nên bảo toàn: ) l α h' h A v2 mv = mgh → h = 2g Mặt khác: h = l sin α nên: l= v2 g sin α b Có ma sát: l' ' ' mv = mgh + µmg (cos α )l = mg + µmgl ' = mg ( + µ cos α )l ' sin α sin α v sin α l' = g (sin α + µ cos α ) h = 62,5m Thay số:  h ' = 35, m Bài 3: Một nêm có khối lượng M nằm mặt phẳng ngang nhẵn Một cầu khối lượng m rơi từ độ cao h xuống, sau va chạm tuyệt đối đàn hồi với mặt nghiêng nêm bật theo phương ngang Tính vận tốc V nêm? Bây cầu bay theo phương ngang với vận tốc v đập vào mặt nghiêng nêm bật lên theo phương thẳng đứng, nêm chuyển động sang ngang với vận tốc V Tính độ cao cực đại mà cầu đạt tới, biết: a M , m v b M , m V 12 m  v  V α M Hướng dẫn Động lượng hệ bảo toàn theo phương ngang: mv ' = MV (1) Bảo toàn năng: '2 mv = mv + MV 2 2 mv = mgh (2) (3) Từ (1), (2) (3)suy ra: V = m gh M ( M + m) 2.a Tính độ cao cực đại mà cầu đạt tới biết M, m, v: mv = MV (4) '2 mv = mv + MV 2 2 mv V = M Thay vào (5) suy ra: v '2 = (5) (6) M −m v M (7) Định luật bảo toàn cho vật m : '2 v '2 M − m mv = mgh → h = = v 2g Mg b Tính độ cao cực đại mà cầu đạt tới biết M, m, V: Từ (5) : MV '2 M ( M − m) M ( M − m) ;v = V →h= V m m 2m g Bài 4: Một vật nhỏ khối lượng m = 160 g gắn vào đầu lị xo đàn hồi có độ cứng k = 100 N / m , khối lượng không đáng kể; đầu gắn cố định Tất nằm mặt phẳng ngang khơng ma sát Vật đưa đến vị trí lị xo dãn 5cm v= Sau vật thả nhẹ nhàng Dưới tác dụng lực đàn hồi, vật bắt đầu chuyển động Xác định vận tốc vật khi: a Vật tới vị trí lị xo khơng biến dạng 13 b Vật tới vị trí lò xo dãn 3cm Hướng dẫn Áp dụng định luật bảo toàn đàn hồi: W= mv + k (∆l ) 2 Tại vị trí ban đầu: vận tốc vật 0, độ biến dạng lò xo ∆l0 = 5cm ; W0 = k (∆l ) 2 Cơ bảo toàn: 1 mv + k (∆l ) = k (∆l ) 2 2 k Suy ra: v = (∆l0 ) − (∆l ) m a Với ∆l = (lị xo khơng biến dạng): [ ] k k ( ∆ l ) → v = ∆l = 1,25(m / s ) m m b Với ∆l = 3cm : k k  v =  (∆l ) − ( ∆l )  → v = 1(m / s ) m m  v 02 = Bài 5: Từ đỉnh tháp có chiều cao h = 20m , người ta ném lên cao đá khối lượng m = 50 g với vận tốc ban đầu v0 = 18m / s Khi rơi tới đất, vận tốc hịn đá v = 20m / s Tính cơng lực cản khơng khí? (Lấy g = 10m / s ) Hướng dẫn + Chọn gốc tai mặt đất + Cơ ban đầu vật: W0 = mgh + mv0 + Cơ vật lúc chạm đất: W = mv + Phần giảm sức cản môi trường : mv − (mgh + mv 02 ) 2 + Thay số ta được: Ac = −8,1( J ) ∆W = Ac = W − W0 = Bài 6: Một bao cát khối lượng M treo vao đầu sợi dây dài l (chiều dài sợi dây lớn so với kích thước bao cát) Một viên đạn khối lượng m bắn theo phương ngang với vận tốc v tới cắm vào bao cát nằm lại đó, làm dây lệch góc α so với phương thẳng đứng Xác định vận tốc viên đạn trước xuyên vào bao cát (Đây toán thử đạn) Hướng dẫn 14 + Chọn gốc ( Wt = ) vị trí thấp A viên đạn tiếp xúc với bao cát Gọi v vận tốc đạn trước va chạm Gọi V vận tốc hệ sau va chạm O α l B m M Wt=0 h A + Biểu thức năng: -Tại A: ( M + m)V 2 WB = Wt = ( M + m) gh = ( M + m) gl (1 − cosα ) W A = Wd = -Tại B: + Bỏ qua sức cản khơng khí, bảo tồn, WB = WA Ta có phương trình: ( M + m)V = ( M + m) gl (1 − cos α ) (1) mv (2) M +m M +m M +m α gl (1 − cos α ) → v = gl sin + Thế (2) vào (1) ta được: v = m m Định luật bảo toàn động lượng: mv = ( M + m)V → V = 3.3 Bài tập tự giải: 3.3.1 Bài tập tự luận: Bài 1: Một người khối lượng m1 = 50kg nhảy từ bờ lên thuyền khối lượng m2= 200kg theo hướng 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 bờ? Bỏ qua lực cản nước Bài 2: Một người khối lượng m1 = 60kg đứng xe goòng khối lượng m =240kg chuyển động đường rayvới vận tốc 2m/s Tính vận tốc xe trường hợp sau cách nhảy người: a) Nhảy sau xe với vận tốc 4m/s xe b) Nhảy phía trước xe với vận tốc 4m/s xe 15 , , c) Nhảy khỏi xe với vận tốc v xe, v vng góc với thành xe Bài 3: Một người khối lượng m1 = 50kg đứng thuyền khối lượng m2 = 200kg nằm yên mặt nước yên lặng Sau đó, người từ mũi đến lái thuyền với vận tốc v1 =0,5m/s thuyền Biết thuyền dài 3m, bỏ qua lực cản nước a) Tính vận tốc thuyền dịng nước b) Trong người chuyển động, thuyền quãng đường bao nhiêu? c) Khi người dừng lại, thuyền cịn chuyển A động khơng? h Bài 4: Một vật nhỏ thả không vận tốc ban đầu α A chuyển động xuống D dừng lại Hệ số ma sát D C B đoạn đường µ C khơng có tượng va chạm, cho BC = l; AB = h Lập biểu thức tính CD theo l, µ h? Bài 5: Vật nhỏ m trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh xuống chân mặt phẳng nghiêng góc α so với phương ngang, ma sát vật chân giảm so với đỉnh lượng bao nhiêu? Biết hệ số ma sát µ, gia tốc trọng trường g, độ cao đỉnh so với chân h Bài 6: Vật nhỏ m trượt không vận tốc ban đầu từ m đỉnh xuống chân mặt phẳng nghiêng góc α so với phương ngang, đến chân mặt phẳng nghiêng va chạm với vật chắn h α nẩy trượt lên lại trượt xuống nhiều lần, ma sát cuối dừng lại chân mặt phẳng nghiêng Biết hệ số ma sát µ, gia tốc trọng trường g, độ cao đỉnh so với chân h, tìm nhiệt tổng cộng tỏa trình chuyển động vật? 3.3.2 Bài tập trắc nghiệm : Câu 1: Một bóng có khối lượng m = 0,1kg chuyển động với vận tốc v = 4m/s đập vào tường bật trở lại với vận tốc 4m/s theo phương cũ Chọn chiều dương chiều chuyển động ban đầu bóng Độ biến thiên động lượng bóng va chạm A 0,8 kg.m/s B –0,8 kg.m/s C –0,4 kg.m/s D 0,4 kg.m/s Câu 2: Một vật có khối lượng 100g tăng tốc từ 2m/s lên 8m/s đoạn đường dài 3m Lực tác dụng lên vật thời gian tăng tốc A N B N C N D N 16 Câu 3: Một vật nhỏ ném thẳng đứng từ điểm M mặt đất với vận tốc ban đầu 20m/s Bỏ qua ma sát, lấy g = 10 m/s² Độ cao cực đại mà vật đạt A 80 m B 40 m C 60 m D 20 m Câu 4: Một tên lửa có khối lượng tổng cộng 10 bay với vận tốc V = 200 m/s Trái Đất phía sau tức thời khối lượng khí với vận tốc v = 500 m/s tên lửa Vận tốc tức thời tên lửa sau khí A 650 m/s B 325 m/s C 250 m/s D 575 m/s Câu 5: Một vật nhỏ m thả không vận tốc ban đầu từ H trượt khơng ma sát theo mặt uốn hình vẽ Để vật trượt tới điểm P vành trịn phải thỏa mãn điều kiện A Vận tốc vật P: vP ≠ B Phản lực vành tròn P: NP >0 C NP < mg D NP = Câu 5: Một viên bi khối lượng m chuyển động ngang không ma sát với vận tốc v0 lên mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng α so với phương ngang, bi đạt độ cao cực đại H sau quãng đường s Phương trình sau diễn tả định luật bảo toàn hệ: mv 02 A = mgH C mgs.cosα = mv 02 B – mgs = mv 02 D A, B, C Câu 6: Một lắc đơn, vật nặng m gắn vào đầu sợi dây nhẹ dài l, đầu sợi dây treo vào điểm cố định Kéo lắc lệch góc α so với phương thẳng đứng thả nhẹ, biểu thức tính vận tốc cực đại vật nặng trình dao động là: A mgl(1 – cosα0) B mg(3cosα – 2cosα0) C 2gl(cosα – cosα0) D 2gl(1 − cos α ) Câu 7: Một lắc đơn, vật nặng m gắn vào đầu sợi dây nhẹ dài l, đầu sợi dây treo vào điểm cố định Kéo lắc lệch góc α so với phương thẳng đứng thả nhẹ, biểu thức tính lực căng dây treo lắc đến vị trí có góc lệch α so với phương thẳng đứng là: A mgl(1 – cosα0) B mg(3cosα – 2cosα0) C 2gl(cosα – cosα0) D 2gl(1 − cos α ) 17 Câu 8: Một lò xo nhẹ độ cứng k treo vật nhỏ khối lượng m Giữ cho lị xo có phương thẳng đứng không biến dạng thả nhẹ, bỏ qua lực cản khơng khí Độ dãn tối đa lị xo có biểu thức: A mg/k B 2mg/k C 3mg/k D 4mg/k Câu 9: Một lò xo nhẹ độ cứng k treo vật nhỏ khối lượng m Giữ cho lị xo có phương thẳng đứng không biến dạng thả nhẹ, bỏ qua lực cản khơng khí Vận tốc lớn vật nặng chuyển động sau thả tay có biểu thức: A mg k B g m k C mg k D m g k Câu 10: Một bi m1 chuyển động với vận tốc v đến va chạm đàn hồi với bi m2 nằm yên Sau va chạm hai bi có vận tốc có độ lớn v/2 Tỉ số m1/ m2 là: A B 1/2 C D 1/3 C KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Trong trình dạy học sinh khối 10 phần kiến thức này, thử nghiệm với lớp 10C6, 10C8 Đây lớp đánh giá tương đương nhiều mặt ( sĩ số, kiến thức, tư duy, điều kiện học tập…) Cũng với lượng kiến thức trên, với lớp 10C6 tơi khơng phân dạng bài, khơng hệ thống hóa kiến thức Với lớp 10C8 dạy theo phương pháp nêu Sau áp dụng phương pháp vào giảng dạy lớp 10C 8, nhận thấy ý thức học tập am hiểu, kỹ làm bài, kết học tập em nâng lên rõ rệt Kết đánh giá thông qua kiểm tra chương lớp sau : Kết đối chứng * Lớp thực nghiệm: Lớp Sĩ số Giỏi Khá TB Yếu Kém SL % SL % SL % SL % SL % 10C8 42 32 76,2 21,4 2,4 0 0 * Lớp đối chứng: Lớp Sĩ số Giỏi Khá TB Yếu Kém SL % SL % SL % SL % SL % 10C6 42 14 33,3 19 45,2 19,1 2,4 0 Kết khẳng định qua kỳ thi học sinh giỏi cấp trường khối 10 năm học 2021-2022 vừa qua, em đạt giải cao thuộc lớp 10C8 D KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT I KẾT LUẬN: Hiện việc đổi phương pháp dạy học đẩy mạnh toàn ngành nhằm nâng cao hiệu dạy – học Nó khơng đáp ứng đầy đủ yêu cầu giáo dục giáo dưỡng cho học sinh mà cịn hình thành cho học sinh 18 hứng thú say mê học tập Qua giúp học sinh phát triển lực tự học, tự nghiên cứu Định luật bảo tồn có tính tổng quát Ứng dụng định luật bảo toàn làm tập vật lý ngắn gọn, tránh số vấn đề phức tạp Tuy nhiên, ứng dụng định luật bảo toàn để thay phương pháp động lực học Phương pháp ứng dụng định luật bảo tồn cịn hỗ trợ phương pháp động lực học tích cực Học sinh phải nắm bước để vận dụng sở thầy, giáo hướng dẫn Ngồi ra, việc ứng dụng định luật bảo tồn, cịn góp phần rèn luyện tư duy, khả phân tích tượng vật lý II ĐỀ XUẤT, KIẾN NGHỊ Đối với giáo viên: - Cung cấp hệ thống kiến thức, phương pháp giải, kỹ đúc kết qua trình giảng dạy giáo viên để vận dụng vào đối tượng cụ thể - Hướng dẫn học sinh lựa chọn phương pháp giải phù hợp để học sinh khắc sâu kiến thức Đối với Ban Giám Hiệu: - Tạo điều kiện cho giáo viên đầu tư chun mơn - Tiếp tục trì dạy bám sát, phụ đạo để học sinh có thời gian thực hành, rèn luyện thêm kỹ giải tập thật có hiệu Trên số kinh nghiệm nhỏ thân trình giảng dạy, khó tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! E TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao, Nhà xuất GD năm 2011 Sách tập vật lý 10 nâng cao, Nhà xuất GD năm 2011 Giải toán vật lý 10 Nhà xuất GD năm 2000 Bài tập trắc nghiệm vật lý 10, nhà xuất GD năm 2021 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Hoằng Hóa, ngày 15/05/2022 Tơi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Người viết: Nguyễn Tiến Nam 19 ... phương pháp dùng định luật luật bảo toàn 2 Nội dung định luật luật bảo toàn 3 Phương pháp giải tốn ứng dụng định luật bảo tồn 3.1 10 3.3 Phương pháp giải toán ứng dụng định luật bảo toàn động lượng... bảo toàn? ?? Vậy làm để học sinh nắm vững nội dung định luật bảo toàn, biết cách vận dụng linh hoạt định luật bảo toàn vào việc giải tập vật lý? Từ thực tế đó, tơi chọn đề tài: ỨNG DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT... tổng qt Ứng dụng định luật bảo toàn làm tập vật lý ngắn gọn, tránh số vấn đề phức tạp Tuy nhiên, ứng dụng định luật bảo toàn để thay phương pháp động lực học Phương pháp ứng dụng định luật bảo tồn