Tit 59 BÀI 39 BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN I MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Nắm vững các định luật bảo toàn và điều kiện vận dụng các định luật bảo toàn. 2. Kỹ năng - Vận dụng được các định luật bảo toàn để giải bài tập. II CHUẨN BỊ 1.Giáo viên Phiu học tập 2. Học sinh - Các định luật bảo tòan, va chạm giữa các vật. - Xem phương pháp giải các bài tóan. III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Ôn lại kiến thức đã học. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung GV: - Trong chương IV các em đã học về các định luật bảo toàn và hôm nay chúng ta sẽ làm bài tập về các định luật bảo toàn. - Hãy nêu các định luật bảo toàn mà ta đã học? Trước tiên chúng ta sẽ ôn lại kin thức định luật bảo toàn động lượng. GV yêu cầu HS phát biểu định luật bảo toàn động lượng?, GV: Ta bỏ dấu vecto có được không? Vì sao? Muốn bỏ dấu vecto thì ta phải bit cái gì? HS: - Lắng nghe. - ĐLBT động lượng, ĐLBT cơ năng. HS: Vecto tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn: st pp = HS: Không được bỏ dấu vecto vì động lượng là 1 đại lượng vecto có hướng cùng với vecto vận tốc. 1. Định luật bảo toàn động lượng. - Vecto tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn: st pp = . - Định luật bảo toàn động lượng áp dụng trong các bài toán va chạm, bài toán chuyển động bằng phản lực, bài toán đạn nổ, bài toán con lắc thử đạn. - Áp dụng khi hệ là hệ cô lập. GV: định luật bảo toàn động lượng được áp dụng cho bài toán nào? - Nêu điều kiện để áp dụng định luật bảo toàn? GV yêu cầu HS nêu biểu thức định luật bảo toàn cơ năng? - Có phải cơ năng lúc nào cũng được bảo toàn không? Vì sao? - Vậy lực th là những lực nào? Lực không th là những lực nào? GV: Vậy vật chịu tác dụng của lực th thì cơ năng được bảo toàn. GV yêu cầu HS nu biểu thức tính định luật bảo toàn cơ năng trong TH trọng trường và TH đàn hồi. GV yêu cầu HS: Khi có lực cản, lực ma sát thì cơ năng có còn được bảo toàn không? Vậy vật chịu tác dụng của lực không th có công được tính như th nào? GV yêu cầu HS trả lời: ta đã học mấy loại va chạm? Trình bày sự giống và khác nhau của hai va chạm này? - Muốn bỏ dấu vecto thì ta phải bit chiều chuyển động của nó. HS: Định luật bảo toàn động lượng áp dụng trong các bài toán va chạm, bài toán chuyển động bằng phản lực, bài toán đạn nổ, bài toán con lắc thử đạn. - Áp dụng khi hệ là hệ cô lập. HS:W 1 = W 2 Hay W đ1 + W t1 = W đ2 + W t2 - Không? Vì cơ năng được bảo toàn khi vật chịu tác dụng của lực th? - Lực th: trọng lực, lực đàn hồi, lực vạn vật hấp dẫn, lực tĩnh điện. Lực không th: lực ma sát , lực cản , lực kéo … HS lắng nghe. HS:+Trong trường trọng lực : 2 2 21 2 1 2 1 2 1 mgzmvmgzmv +=+ + Trong trường đàn hồi: 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 kxmvkxmv +=+ Kh i có lực cản, lực ma sát thì cơ năng không còn được bảo toàn nữa. HS: A = W2 – W1 2. Định luật bảo toàn cơ năng. W 1 = W 2 Hay W đ1 + W t1 = W đ2 + W t2 + Trong trường trọng lực : 2 2 21 2 1 2 1 2 1 mgzmvmgzmv +=+ + Trong trường đàn hồi: 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 kxmvkxmv +=+ Chú ý : * Định luật bảo toàn cơ năng chỉ nghiệm đúng khi vật chịu tác dụng của trọng lực, lực đàn hồi, lực vạn vật hấp dẫn, lực tĩnh điện ( gọi là lựcth ) * Nu vật còn chịu tác dụng của lực ma sát , lực cản , lực kéo …( gọi là lực không th ) thì ta có công của lực không th: A = W 2 – W 1 3. Va chạm đàn hồi và va chạm mềm. Công thức tính vận tốc: a) Va cham đàn hồi. GV yêu cầu HS nêu công thức tính vận tốc của 2 va chạm trên. HS: va chạm mềm và va chạm đàn hồi. Giống nhau: trước và sau va chạm động lượng được bảo toàn. Khác nhau: + Va chạm đàn hồi: khi hai vật va chạm đàn hồi bin dạng trong khoảng thời gian rất ngắn sau đó trở về hình dạng ban đầu chuyển động với vận tốc khác nhau, động năng được bào toàn. + Va chạm mềm: sau va chạm 2 vật dính vào nhau và chuyển động cùng vận tốc, động năng không được bảo toàn. HS: a) Va cham đàn hồi. 21 22121 ' 1 2)( mm vmvmm v + +− = 21 22121 ' 1 2)( mm vmvmm v + +− = 21 11212 ' 2 2)( mm vmvmm v + +− = b) Va chạm mềm. mv = ( M + m)V 21 11212 ' 2 2)( mm vmvmm v + +− = b) Va chạm mềm. mv = ( M + m)V Hoạt động 2: Giải bài tập. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh GV đưa ra phiu học tập, yêu cầu HS đọc đề . GV yêu cầu HS lên bảng tóm tắt đề. GV yêu cầu HS lên bảng giải. Trường hợp HS làm không được thì GV dẫn dăt học sinh: Câu 1: Một viên bi thép khối lượng m = 0,1kg rơi tự do từ độ cao h = 5m xuống mặt phẳng nằm ngang. Tính độ bin thiên động lượng của viên bi trong 2 trường hợp: a) Sau khi chạm sàn viên bi bay ngược trở lại với cùng vận tốc. b) Sau khi chạm sàn viên bi nằm yên trên sàn. Lấy g = 10m/s 2 . HS đọc đề bài trong phiu học tập. HS lên bảng tóm tắt đề. HS lên bảng giải. Câu 1: Tóm tắt m = 0,1kg h = 5m a) ∆p? b) ∆p ’ ? Giải Chọn chiều dương là chiều chuyển động hướng xuống. Vân tốc của viên bi = = 10 (m/s) a) Động lượng của viên bi trước va chạm: mv= 1 p Sau va chạm, vận tốc của viên bi: vv −= 2 Động lượng của viên bi sau va chạm: Câu 2: Từ độ cao 5 m so với mặt đất, người ta ném một vật khối lượng 200g thẳng đứng lên với vận tốc đầu là 2m/s. Bỏ qua sức cản của không khí. Lấy g=10m/s 2 . Tính cơ năng của vật nu: a) Chọn mốc th năng tại mặt đất. b) Chọn mốc th năng tại vị trí ném. Câu 3: Quả cầu A khối lượng m 1 = 2kg chuyển động với vận tốc 3 m/s tới va chạm với quả cầu B có m 2 = 3 mvmvp −== 22 Độ bin thiên động lượng của viên bi: mvmvmvppp 2 12 −=−−=−=∆ = -2.0,1.10 = -2 (kg.m/s) b) Sau khi va chạm viên bi nằm yên trên sàn nên v 2 = 0 ⇒ p 2 = 0 Độ bin thiên động lượng của viên bi: ∆p ’ = p 2 – p 1 = -mv = - 0,1.10 = -1(kg.m/s) Câu 2: Tóm tắt h = 5m m = 200g = 0,2kg v = 2m/s a) Mốc th năng tại mặt đất .W? b) Mốc th năng tại vị trí ném .W’? Giải a) Chọn gốc th năng tại mặt đất. Cơ năng của vật W = W đ + W t = 2 2 1 mv + mgh = )(4,105.10.2,02.2,0. 2 1 2 J=+ b) Chọn gốc th năng tại vị trí ném. Cơ năng của vật: kg đang chuyển động với vận tốc 1 m/s cùng chiều với quả cầu A trên cùng một máng ngang không ma sát. Tìm vận tốc các quả cầu sau va chạm. Cho bit sự va chạm giữa hai quả cầu là hoàn toàn đàn hồi. Câu 4: Một viên đạn khối lượng 50g đang bay ngang với vận tốc không đổi 200 m/s tới đâm xuyên vào một tấm gỗ. Xét hai trường hợp: a ) Viên đạn chui sâu 4cm vào tấm gỗ dày và nằm yên trong đó. Xác định lực cản trung bình của gỗ. b) Nu tấm gỗ trên chỉ dày 2cm. Xác định vận tốc của viên đạn khi nó vừa W’ = W đ + W t = 2 ' 2 1 mv + mgh = 2 2.2,0. 2 1 + 0 = 0,4 (J) Câu 3: Tóm tắt m 1 = 2kg v 1 = 3m/s m 2 = 3kg v 2 = 1m/s ?' 1 v ?' 2 v Giải Hệ gồm 2 quả cầu A và B. Chọn chiều dương chiều chuyển động ban đầu của quả cầu A. Gọi v 1 , v 2 : là vận tốc của hai quả cầu trước va chạm và 1 2 ,v v ′ ′ : là vận tốc của hai quả cầu sau va chạm. Vì bỏ qua ma sát, ngoài lực tác dụng lên hệ (trọng lực và phản lực) đều bằng nhau nên động lượng của hệ được bảo toàn: 1 2 1 2 p p p p ′ ′ + = + r r r r (*): chiu (*) lên chiều dương: 1 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 p p p p m v m v m v m v ′ ′ ′ ′ ⇒ + = + ⇔ + = + 1 2 2 1 2 2.3 3.1 2. 3. 3 3 v v v v ′ ′ ′ ′ ⇔ + = + ⇒ = − (1) Va chạm hoàn toàn đàn hồi nên động năng của hệ được bảo toàn: 2 ' 22 2 ' 11 2 22 2 11 2 1 2 1 2 1 2 1 vmvmvmvm +=+ bay ra khỏi tấm gỗ. GV yêu cầu các bạn dưới lớp nhận xét bài làm của bạn. GV nhận xét và sửa bài. 2 ' 1 2 ' 2 2 ' 2 2 ' 1 22 3 2 73. 2 1 .2. 2 1 1.3. 2 1 3.2. 2 1 vvvv −=⇒+=+ (2) Giải hệ (1) và (2), loại nghiệm không phù hợp: 1 2 0,6 / ; 2,6 /v m s v m s ′ ′ ⇒ = = Câu 4: Tóm tắt m = 50g = 50.10 -3 kg v 0 = 200m/s s = 4cm = 4.10 -2 m a) F c ? b) v? Giải a) Áp dụng định l„ bin thiên động năng 2 2 0 1 1 . 2 2 C mv mv A F s− = = − Trong đó F c là lực cản trung bình, s là độ xuyên sâu của đạn vào gỗ. Khi đạn nằm trong gỗ thì v = 0 Lực cản trung bình của gỗ. 2 3 2 0 2 50.10 .200 25.000 2 2.4.10 C mv F N s − − ⇒ = = = . b) Khi s’ = 2cm, lực cản của gỗ F C xem như không đổi khi đó vận tốc của viên đạn khi nó vừa bay ra khỏi tấm gỗ là: ( ) 2 0 0 2 2 1 200 1 141 / 2 4 C mv s v F s v m s m s ′ ′ = − = − = − ≈ ÷ .