Skkn bài tập định luật bảo toàn động lượng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT YÊN LẠC - - BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: BÀI TẬP ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG Tác giả sáng kiến: Đỗ Anh Toản Mã sáng kiến: 28.54.03 Vĩnh Phúc, năm 2020 skkn BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 1.Lời giới thiệu Đổi phương pháp dạy học khắc phục phương pháp truyền thụ chiều, rèn luyện thói quen, nếp sống tư sáng tạo người học Để thực nhiệm vụ cần phải bồi dưỡng cho học sinh phương pháp học tập để phát triển tư nhận thức kỹ vận dụng kiến thức vào thực tế Muốn nâng cao chất lượng học tập mơn vật lý phải có nhiều yếu tố song hành việc áp dụng phương pháp hướng dẫn giải tập vật lý đóng vai trị quan trọng Trong trình giải tập vật lý lớp 10 phần định luật bảo toàn động lượng học sinh cịn nhiều lúng túng, nhiều em chưa có phương pháp giải phù hợp, linh hoạt, chưa biết vận dụng phương pháp phân tích - tổng hợp để giải tập cách có hiệu Bài tập vật lí cơng cụ khơng thể thiếu q trình dạy học Với tính chất phương tiện dạy học, tập vật lí giữ vị trí đặc biệt quan trọng việc hồn thành dạy học vật lí: - Bài tập vật lí giúp học sinh hiểu sâu quy luật vật lí, biết phân tích chúng ứng dụng chúng vào vấn đề thực tiễn - Thông qua tập vật lí, với vận dụng linh hoạt kiến thức học để tự lực giải tốt tình có vấn đề kiến thức trở nên sâu sắc, hoàn thiện - Bài tập vật lí phương tiện tốt để phát triển óc tưởng tượng, tính độc lập suy luận, tính kiên trì việc khắc phục khó khăn - Bài tập vật lí hình thức củng cố, ơn tập, hệ thống hóa kiến thức chương hay phần Động lượng khái niệm Vật lý trừu tượng học sinh Động lượng có ý nghĩa quan trọng học sinh giải tập Vật lý có áp dụng Định luật bảo tồn động lượng va chạm đàn hồi, va chạm mềm lớp 10 toán dao động điều hoà ,phản ứng hạt nhân lớp 12 Việc kết hợp ĐLBT để giải toán Vật lý có ý nghĩa quan skkn trọng việc phát triển tư học sinh, phát huy khả tư sáng tạo học sinh Vì chọn đề tài “ Bài tập định luật bảo toàn động lượng” Tên sáng kiến Bài tập định luật bảo toàn động lượng Tác giả sáng kiến - Họ tên: Đỗ Anh Toản - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Yên Lạc – huyện Yên Lạc – tỉnh Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0965142054; địa Email; lcmuadong@gmail.com Chủ đầu tư sáng kiến - Đỗ Anh Toản - Trường THPT Yên Lạc – huyện Yên Lạc – tỉnh Vĩnh Phúc Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Sáng kiến áp dụng giảng dạy phần định luật bảo toàn động lượng, chương 4, Vật lý 10, ban Sáng kiến giúp phân loại tập nhằm giúp học sinh dễ nhận biết phân loại nhanh tìm hướng giải toán Ngày sáng kiến áp dụng Ngày 15/01/2020 Mô tả chất sáng kiến Hệ thống tập có liên quan đến lý thuyết động lượng vận dụng làm số tập, kiến thức vật lý SGK học sinh lại thường gặp khó khăn kiến thức tốn học có nhiều hạn chế Để học sinh nắm phương pháp giải toán động lượng, trước hết giáo viên cần kiểm tra trang bị lại cho học sinh số kiến thức toán học bản, đặc biệt cơng thức lượng giác  Định lí hàm số cosin, tính chất tam giác vng  Giá trị hàm số lượng giác với góc đặc biệt  Kỹ sử dụng máy tính điện tử bỏ túi skkn 7.1 Thực trạng học sinh trước thực đề tài - Phần lớn học sinh khơng nhớ biểu thức Định lí hàm số cosin, Định lí Pitago, khơng xác định giá trị hàm số lượng giác ứng với góc đặc biệt (300, 450, 600, 900, 1200,…) - Khoảng 50% học sinh chưa có động học tập đắn 7.2 Biện pháp thực  Trang bị cho học sinh kiến thức toán học cần thiết: lượng giác, giá trị hàm số lượng giác, định lí hàm số cosin  Hướng dẫn học sinh sử dụng thành thạo máy tính bỏ túi  Yêu cầu học sinh kẻ sẵn số bảng giá trị hàm số lượng giác để tìm kết nhanh chóng  Giáo viên khai thác triệt để toán SGK SBT cách giao tập nhà cho học sinh tự nghiên cứu tìm phương pháp giải  Trong tập, giáo viên hướng dẫn học sinh trình bày lời giải nhiều học sinh cùg tham gia giải 7.3 Mô tả nội dung sáng kiến 7.3.1 Cơ sở lý thuyết 7.3.1.1 Kiến thức Toán học: a2 = b2 + c2 – 2bccosA Định lý hàm số cosin: Công thức tam giác vuông : a2 = b2 + c2 Yêu cầu học sinh nhớ lại hàm số lượng giác ứng với góc đặc biệt: 7.3.1.2 Kiến thức Vật lý: 7.3.1.3 Kiến thức động học    Chuyển động ném xiên 7.3.1.4 Kiến thức Động lượng 7.3.1.4.1 Khái niệm hệ kín: Một hệ vật gọi hệ kín (hay lập) vật hệ tưng tác với mà không tương tác với vật ngồi hệ (gọi tắt mơi trường ngồi) skkn Ví dụ: Hệ hai vật chuyển động khơng có ma sát mặt phẳng nhẵn nằm ngang Trong tượng nổ, va chạm, hệ vật coi gần hệ kín thời gian ngắn xảy tượng 7.3.1.4.2 Khái niệm Động lượng động với vận tốc vật: vật khối lượng m chuyển đại lượng vectơ tích khối lượng m với vận tốc =m - Động lượng có hướng vân tốc - Động lượng hệ tổng vectơ động lượng vật hệ - Đơn vị: kg.m/s 7.3.1.4.3 Định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng hệ kín bảo tồn hay a) Đối với hệ hai vật: b) Nếu hệ khơng kín ngoại lực có cung phương Oy chẳng hạn hình chiếu tổng ngoại lực xuống phương Ox khơng Do đó, hình chiếu tổng động lượng phương Ox bảo toàn : 7.3.1.4.4 Liên hệ lực động lượng: Độ biến thiên động lượng vật khoảng thời gian xung lượng tổng lực tác dụng lên vật khoảng thời gian : = t 7.3.2 CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN: 7.3.2.1 Bài tập tự luận Bài tập ví dụ 1: Tìm tổng động lượng (hướng độ lớn) hệ hai vật có khối lượng m1 = m2 = 1kg Vận tốc vật có độ lớn v = 1m/s có hướng khơng đổi Vận tốc vật có độ lớn v2 = 2m/s và: a) Cùng hướng với vật b) Cùng phương, ngược chiều c) Có hướng nghiêng góc 600 so với v1 Tóm tắt: a) Yêu cầu: m1 = m = b) + Học sinh biểu diễn vectơ skkn 1kg động học v1 = 1m/s + Xác định vectơ tổng c) v2 = 2m/s trường hợp + Biết áp dụng Định lí hàm số cosin Nhận xét: Lời giải: + Học sinh thường gặp khó khăn xác Động lượng hệ: định vectơ tổng động lượng hệ vectơ Trong đó: P1 = m1v1 = 1.1 = (kgms-1) P2 = m2v2 = 1.2 = (kgms-1) + Không nhớ ĐLHS cosin, xác định góc tạo vectơ a) Khi P1 P   P = P1 + P2 = (kgms-1) b) Khi P = P2 – P1 = (kgms-1) c) Khi  P2 Áp dụng ĐLHS cosin: (kgms-1) Bài tập ví dụ 2: Sau va chạm vật chuyển động phương Một toa xe khối lượng m1 = 3T chạy với tốc độ v1 = 4m/s đến va chạm vào toa xe đứng yên khối lượng m2 = 5T Toa chuyển động với vận tốc v2’ = 3m/s Toa chuyển động sau va chạm? Tóm tắt: Lời giải: m1 = 3T v1 = 4m/s + Xét va chạm xảy thời gian m2 = 5T v2 = ngắn v2’ = 3m/s + m1 v1 m2 + Chọn chiều dương theo chiều chuyển động xe ( ) + Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: (*) + Giả sử sau va chạm xe chuyển động theo chiều dương skkn ( Yêu cầu: ) + Nêu điều kiện hệ kín + Chiếu PT (*) lên chiều dương ta có: + Nêu kiến thức ĐLBT động m1v1 + = m1v1’ + m2v2’ lượng cho hệ vật + Giả sử chiều chuyển động xe v1’ < chứng tỏ sau va chạm chuyển sau va chạm + Chiếu biểu thức động lượng xác động theo chiều ngược lại định vận tốc Nhận xét: Học sinh gặp khó khăn chuyển biểu thức động lượng dạng vectơ sang biểu thức đại số để tính tốn Bài tập ví dụ 3: Sau va chạm vật chuyển động khác phương Một viên đạn khối lượng 2kg bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s nổ thành mảnh khối lượng Mảnh thứ bay lên với vận tốc 250m/s theo phương lệch góc 600 so với đường thẳng đứng Tóm tắt: Lời giải: m = 2kg v = - Hệ viên đạn trước sau nổ 250m/s hệ kín do: m1 = m2 = 1kg v = + Nội lực lớn nhiều so với ngoại 500m/s lực + Thời gian xảy tương tác ngắn P A P2 B β α - Động lượng hệ trước va chạm: P = m.v = 2.250 = 500 (kgms-1) P1 - Động lượng mảnh thứ nhất: O P = m.v = 1.500 = 500 (kgms1 )=P - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Yêu cầu: Theo định lý hàm số cosin cho tam giác + Vẽ hình biểu diễn vectơ động OAB ta có: lượng skkn + Vận dụng ĐLHS cosin xác định P2 + Xác định góc (kgms-1) (m/s) ∆OAB = 600 Vậy sau đạn nổ mảnh thứ hai bay lên với vận tốc v2 = 500m/s tạo với phương thẳng đứng góc = 600 Nhận xét:  Học sinh khó khăn biểu diễn vectơ động lượng xác định vectơ tổng  Không xác định phương chuyển động mảnh thứ Bài tập ví dụ 4: Một thuyền chiều dài l = 2m, khối lượng M = 140kg, chở người có khối lượng m = 60kg; ban đầu tất đứng yên Thuyền đậu theo phương vuông góc với bờ sơng Nếu người từ đầu đến đầu thuyền thuyền tiến lại gần bờ, dịch chuyển bao nhiêu? Bỏ qua sức cản nước Tóm tắt: Lời giải: l = 2m M = 140kg Dễ thấy, để BTĐL hệ thuyền m = 60kg l’ = ? ban đầu đứng yên người chuyển động thuyền chuyển động Yêu cầu: ngược lại + Mô tả chuyển động người, thuyền - Xét người thuyền theo so với bờ hướng xa bờ + Chọn HQC chung bở cho vật + Gọi vận tốc người so với chuyển động thuyền là: + Áp dụng CT cộng vận tốc, ĐLBT động + Vận tốc thuyền so với bờ là: lượng + Vận tốc người so với bờ là: skkn (1) v12 ( 2) + Áp dụng cơng thức vận tốc ta có: V (3) (*) + Chọn chiều dương trùng với Do người thuyền chuyển Nhận xét: động ngược chiều nên: + Học sinh quên cách chọn gốc quy (*) v’ = v – V v = v’ + V chiếu mặt đất đứng yên + Khi người hết chiều dài + Không xác định vận tốc vật thuyền với vận tốc v thì: l = v.t chuyển động so với gốc quy chiếu cách áp dụng công thức vận tốc Trong thời gian này, thuyền quãng đường so với bờ: (1) - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: (2) Bài tập ví dụ 5: Bài tốn đạn nổ Một súng đại bác tự hành có khối lượng M = 800kg đặt mặt đất nằm ngang bắn viên đạn khối lượng m = 20kg theo phương làm với đường nằm ngang góc α = 600 Vận tốc đạn v = 400m/s Tính vận tốc giật lùi súng Tóm tắt: Lời giải: M = 800kg m = 20kg - Hệ đạn súng trước sau α = 600 v = 400m/s v bắn hệ kín vì: V=? m  V M  + Thời gian xảy tương tác ngắn + Nội lực lớn nhiều ngoại lực - Trước đạn nổ: động lượng hệ skkn - Ngay sau đạn nổ: + Đạn bay theo phương tạo góc 600 với phương ngang + Súng giật lùi theo phương ngang - Hệ súng đạn hệ kín có động lượng u cầu: bảo toàn theo phương ngang + Xác định ĐK hệ đạn sóng hệ Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: kín + Áp dụng ĐLBT động lượng Chọn chiều dương ngược chiều chuyển + Xác định phương động lượng bảo động súng toàn Chiếu xuống phương nằm ngang ta có: m.v.cosα – MV = (m/s) Nhận xét: Nhiều học sinh không xác định phương động lượng bảo tồn Bài tập ví dụ 6: Bài toán chuyển động tên lửa Một tên lửa có khối lượng tổng cộng 100T bay với vật tốc 200m/s Trái đất (tức thời) 20T khí với tốc độ 500m/s tên lửa Tính vận tốc tên lửa sau khí hai trường hợp a) Phụt phía sau (ngược chiều bay) b) Phụt phía trước (bỏ qua sức cản trái đất) Tóm tắt: Lời giải: M = 100T V = 200m/s - Hệ tên lửa khí trước m = 20T v = 500m/s sau hệ kín V’ =? a) - Gọi M, M’ khối lượng tên lửa b) trước sau khí skkn - Gọi Yêu cầu: vận tốc tên lửa so với trái đất trước sau V  + Nêu nguyên tắc chuyển động tên khí có khối lượng m vận tốc lượng khí so với tên lửa lửa + Chọn gốc quy chiếu chiều dương Vận tốc lượng khí so với Trái đất là: M + Biết vận dụng công - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: thức vận tốc để xác định (*) vận tốc tên lửa sau khí + Biết trường hợp Chọn chiều dương theo chiều chuyển m tên lửa tăng tốc, giảm động tên lửa a) Trường hợp khí phía sau: tên tốc lửa tăng tốc (*): MV = (M – m).V’ + m(V Nhận xét: – v) Học sinh khơng tưởng tượng q trình tăng tốc giảm tốc tên (m/s) > V lửa nhờ khí b) Trường hợp khí phía sau: tên lửa giảm tốc (*): MV = (M – m).V’ + m(V + v) (m/s) < V Bài tốn ví dụ 7: Một lựu đạn ném từ mặt đất với vận tốc v0 = 20m/s theo hướng lệch với phương ngang góc α = 300 Lên tới đỉnh cao nổ thành mảnh có khối lượng Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc v1 = 20m/s a) Tìm hướng độ lớn vận tốc mảnh II 10 skkn b) Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu? Tóm tắt: y v0 = 20m/s v1 = 20m/s α = 300 m1 = m = a) P2 y’Ma x O Lời giải: Chọn hệ trục toạ độ Oxy: Px v0 b) hMax = ? β O’ yMax hMax P1 x α Ox nằm ngang Oy thẳng đứng Gốc O vị trí ném lựu đạn Tại thời điểm ban đầu t0 = 0, vận tốc lựu đạn theo phương: Tại thời điểm t xét chuyển động lựu đạn theo phương: Đai lượng Ox Oy Vận tốc (1) (2) Toạ độ Chuyển động biến đổi a) Khi lựu đạn lên tới độ cao cực đại (s) (2) (m) * Xét vị trí cao sau nổ: - Hệ viên đạn trước sau nổ hệ kín vì: + Nội lực lớn nhiều ngoại lực + Thời gian xảy tương tác ngắn 11 skkn - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Do mảnh I rơi thẳng đứng, lựu đạn O’ có vận tốc trùng phương ngang (m/s) Gọi β góc lệch với phương ngang, ta có: Vậy mảnh II bay lên với vận tốc 40m/s tạo với phương ngang góc β = 300 b) Mảnh II lại tham gia chuyển động ném xiên góc ném β = 30 Tương tự phần (a), ta có: Sau thời gian t’ lựu đạn nổ, ta có: Khi mảnh II lên tới độ cao cực đại: (s) Độ cao cực đại mảnh II lên tới kể từ vị trí lựu đạn nổ: (m) Vậy độ cao cực đại mảnh II lên tới là: (m) Nhận xét: Học sinh thường gặp khó khăn khi: + Xét chuyển động vật bị ném xiên, xác định độ cao cực đại + Xác định phương bảo toàn động lượng biểu diễn vectơ động lượng mảnh đạn trước sau nổ 7.3.2.2 Bài tập trắc nghiệm Câu 1: Một vật có khối lượng 0,5 kg trượt khơng ma sát mặt phẳng ngang với vận tốc m/s đến va chạm vào tường thẳng đứng theo phương vng góc với tường Sau va chạm vật ngược trở lại theo phương cũ với vận tốc m/s Thời gian tương tác 0,2 s Lực tường tác dụng vào vật có đợ lớn bao nhiêu? 12 skkn A 1750N B.17,5N C.175N D.1,75N Câu 2: Bắn bi thép với vận tốc v vào bi thủy tinh nằm yên Sau va chạm hai hịn bi chuyển động phía trước, bi thủy tinh có vận tốc gấp lần vận tốc bi thép, khối lượng bi thép gấp lần khối lượng bi thủy tinh Vận tốc bi sau va chạm là: A ; C B ; Câu 3: khí cầu ; D ; có thang dây mang người khối lượng đứng yên khơng người leo lên thang với vận tốc Khí cầu người thang Vận tốc đất khí cầu bao nhiêu? A B C D Câu 4: Một đá ném xiên góc 30 so với phương ngang với động lượng ban đầu có độ lớn kg.m/s từ mặt đất Độ biến thiên động lượng đá rơi tới mặt đất có giá trị là: A kg.m/s B kg.m/s C kg.m/s D kg.m/s Câu 5: Một prơtơn có khối lượng m p = 1,67.10 -27 kg chuyển động với vận tốc v p = 1.10 m/s tới va chạm vào hạt nhân Heli (thường gọi hạt ) nằm yên Sau va cham, prôtôn giật lùi với vân tốc v ’ p = 6.10 m/s hạt trước với vận tốc = 4.10 m/s Khối lượng hạt bay phía là: A 6,68.10-27 kg B 66,8.10-27kg C 48,3.10-27 kg D 4,83.10-27kg Câu 6: Một đại bác khối lượng 6000 kg bắn theo phương ngang đạn khối lượng 37,5 kg Khi đạn nổ, súng giật lùi phía sau với vận tốc v = 2,5 m/s Khi đầu đạn vận tốc bao nhiêu? A 358m/s B 400m/s C.350m/s D 385m/s  Một xe chở cát khối lượng chuyển động với vận tốc lượng cắm vào cát (Dùng thông tin để trả lời bay đến với vận tốc câu hỏi 7, 8, 9) 13 skkn Một viên đạn khối Câu 7:Sau viên đạn cắm vào, xe cát chuyển động với vận tốc u có độ lớn hướng là: A u < chiều ban đầu B u < ngược chiều ban đầu C u = 0, xe cát dừng lại D Xảy khả tùy thuộc vào thời gian đạn găm vào Câu 8: Với giá trị A xe cát dừng lại? B C D Câu 9: Trong thời gian đạn cắm vào cát, áp lực xe cát lên mặt đường sẽ: A Tăng lên B Giảm xuống C Không đổi D Tùy thuộc vào thời gian găm xảy khả Câu 10: Một tên lửa vũ trụ bắt đầu rời bệ phóng giây lượng khí đốt 1300 kg với vận tốc v = 2500 m/s Khối lượng ban đầu tên lửa 3.105 kg Lực tổng hợp tác dụng lên tên lửa có: A Phương thẳng đứng lên, độ lớn 3,23.104N B Phương thẳng đứng lên, độ lớn 32,3.104N C Phương thẳng đứng xuống, độ lớn 32,3.104N D Phương thẳng đứng xuống, độ lớn 3,23.104N Những thông tin cần bảo mật: Không Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến Sáng kiến áp dụng dạy học cho học sinh lớp 10 – THPT Sáng kiến áp dụng trường THPT tỉnh 10 Đánh giá lợi ích thu được(kết thực hiện) Với thời lượng tiết tập giáo viên minh hoạ bước giải toán qua tập cho học sinh nghiên cứu nhà Kết quả, học sinh tích cực tham gia giải tập, nhiều em tiến nhanh, nắm vững kiến thức Việc giao tập nhà cho học sinh nghiên cứu giúp học sinh có thái độ tích cực, tự giác tìm lời giải cho toán 14 skkn Đến tiết tập, giáo viên tổ chức hướng dẫn học sinh trình bày giải chi tiết, nhiều em tham gia giải tập, kích thích khả độc lập, sáng tạo học sinh Giúp em có nhìn tổng quan phương pháp giải tập Vật lý nói chung tập liên quan đến ĐLBT động lượng nói riêng Tạo hứng thú say mê học tập môn Vật lý Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em tự tin vào thân gặp tốn mang tính tổng qt TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 skkn SKG Vật lí 10 - NXB Giáo dục - 2006 SBT Vật lí 10 - NXB Giáo dục - 2006 Tuyển tập toán nâng cao Vật lí 10 – NXB Đại học QGHN Phân loại phương pháp giải nhanh Vật lí 10 – NXB Đại học QGHN Nguồn Intenet Ngày… tháng…năm…… ngày….tháng…năm… 16 skkn ngày… tháng….năm…… Thủ trưởng đơn vị/ CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Chính quyền địa phương SÁNG KIẾN CẤP CƠ SỞ Tác giả sáng kiến Đỗ Anh Toản 17 skkn ... phát huy khả tư sáng tạo học sinh Vì tơi chọn đề tài “ Bài tập định luật bảo toàn động lượng” Tên sáng kiến Bài tập định luật bảo toàn động lượng Tác giả sáng kiến - Họ tên: Đỗ Anh Toản - Địa tác... vận tốc =m - Động lượng có hướng vân tốc - Động lượng hệ tổng vectơ động lượng vật hệ - Đơn vị: kg.m/s 7.3.1.4.3 Định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng hệ kín bảo toàn hay a) Đối... khăn khi: + Xét chuyển động vật bị ném xiên, xác định độ cao cực đại + Xác định phương bảo toàn động lượng biểu diễn vectơ động lượng mảnh đạn trước sau nổ 7.3.2.2 Bài tập trắc nghiệm Câu 1: