phân tích chương động lượng, định luật bảo toàn động lượng

TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG MỤC LỤC A MỞ ĐẦU .2 B NỘI DUNG Giới thiệu chung Vị trí, nhiệm vụ muc tiêu chuẩn kiến thức kĩ .3 2.1 Vị trí chương định luật bảo toàn 2.2 Nhiệm vụ .4 2.3.Muc tiêu chuẩn kiến thức kĩ Từ mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ tóm tắt nội dung chương sơ đồ cấu trúc sau .6 Phân tích mặt nội dung kiến thức chương định luật bảo toàn SGK.6 3.1 Định luật bảo toàn động lượng 3.1.1.Khái niệm hệ kín .6 3.2 Ứng dụng định luật bảo toàn động lượng: chuyển động phản lực 11 3.3 Công công suất 12 3.4 Động Định lý biến thiên động 16 3.5 Khái niệm 18 3.7.Va chạm đàn hồi va chạm không đàn hồi .26 3.8 Các định luật Kê-ple 27 3.9 Vệ tinh nhân tạo Vận tốc vũ trụ .28 Phân tích mặt thực rèn luyện kỹ 29 C KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO .32 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG A MỞ ĐẦU Đổi phương pháp dạy học theo tinh thần phát huy tính tích cực, chủ động học sinh vấn đề cấp, ngành quan tâm Chương trình, nội dung sách giáo đưa vào sử dụng tất khối lớp nhằm mục đích nâng cao chất lượng giáo dục cho phù hợp với phát triển kinh tế, xã hội đất nước phát kiển khoa học kĩ thuật giới Vì để đáp ứng mục tiêu chung, người giáo viên phải tự bồi dưỡng phương pháp hình thức tổ chức dạy học Muốn làm điều đó, cần phải nghiên cứu kĩ cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức sách giáo khoa Do đó, việc nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông việc làm quan trọng, cần thiết giáo viên Các định luật bảo toàn phần quan trọng chương trình vật lí phổ thông Nó cung cấp phương pháp giải toán học hữu hiệu, bố sung cho phương pháp động lực học phương pháp rõ lực tác dụng lên vật Phần định luật bảo toàn góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp thông qua việc nghiên cứu ứng dụng định luật công thức kỹ thuật động phản lực, hộp số, hiệu suất máy, chế hoà khí… Nội dung tiểu luận chủ yếu tập trung làm rõ thêm nội dung kiến thức trình bày sách giáo khoa sở chuẩn kiến thức kĩ theo chương trinh Bộ Giáo dục Đào tạo TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG B NỘI DUNG Giới thiệu chung Các định luật bảo toàn(CĐLBT) đóng vai trò quan trọng, tảng lý thuyết vật lý, chúng sở tính toán quan trọng vật lý thực nghiệm kỹ thuật Trong học cổ điển, ĐLBT áp dụng cho giới vĩ mô mà cho phép khám phá định luật đặc thù giới vi mô: ĐLBT điện tích, bảo toàn tính lạ,… Các ĐLBT thực cung cấp thêm phương pháp giải toán học hữu hiệu, bổ sung cho phương pháp động lực học, cho kết nhanh sử dụng phương pháp động lực học để giải Khi áp dụng ĐLBT, học sinh cần phải nắm vững định luật Niu-tơn, cách tính công lực khác nhau, định lý động năng,…mới đem lại hiệu cao trình giải tập, vậy, nói tập ĐLBT hệ thống hoá cách đầy đủ kiến thức học Các ĐLBT có tính tổng quát cao định luật Niu-tơn chúng gắn với tính chất không gian thời gian Từ tính chất dẫn tới ĐLBT, cụ thể ĐLBT động lượng phản ánh tính chất đồng tính không gian, ĐLBT mômen động lượng phản ánh tính chất đẳng hướng không gian, ĐLBT lượng phản ánh tính chất đồng thời gian Vị trí, nhiệm vụ muc tiêu chuẩn kiến thức kĩ 2.1 Vị trí chương định luật bảo toàn Các định luật bảo toàn nằm chương IV sau chương tĩnh học vật rắn sàu trước chương học chất lưu, sở để nghiên cứu kiến thức chương co học chất lưu nói riêng kiến thức chương trình vật lí 11 12 sau Các định luật bảo toàn thuộc chương trình học kì II năm học, chương quan trọng chương trình học kì II năm học học lớp 10 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG 2.2 Nhiệm vụ -Trình bày đại lượng học là: động lượng , công- công suất, động năng, năng - Thiết lập định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn - Khảo sát số chuyển động sở định luật bảo toàn động lượng định luật bảo toàn 2.3.Muc tiêu chuẩn kiến thức kĩ Nhìn chung, mục tiêu chung kiến thức kỹ sách giáo khoa ( SGK) tập trung chủ yếu vào vấn đề sau: - Phát biểu viết biểu thức (nếu có) khái niệm động lượng, công, công suất, lượng, động năng, năng, - Nêu mối quan hệ công, động năng, - Phát biểu nội dung, viết biểu thức ĐLBT động lượng, bảo toàn năng, định luật Kê-ple vận dụng ĐLBT để giải thích số tượng giải số toán liên quan Mục tiêu cụ thể cho Mục tiêu Chủ đề Nội dung Động lượng, +Nêu khái niệm lấy ví dụ hệ kín? ĐLBT động +Viết công thức tính nêu đơn vị động lượng, lượng chuyển động +Phát biểu viết biểu thức ĐLBT hệ phản kín gồm hai vật lực +Nêu nguyên tắc CĐ phản lực Công, công +Phát biểu định nghĩa viết công thức tính suất Động công, công suất +Phát biểu định nghĩa, viết công thức nêu đơn vị động TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Thế +Phát biểu viết biểu thức định lý ĐN +Phát biểu định nghĩa, viết công thức nêu trọng trường đơn vị vật trọng trường TN đàn +Viết công thức tính đàn hồi hồi Cơ +Phát biểu định nghĩa, viết biểu thức ĐLBT Va +Phát biểu viết biểu thức ĐLBT chạm +Có khái niệm chung va chạm phân biệt va đàn hồi chạm đàn hồi va chạm mềm (va chạm hoàn toàn không không đàn đàn hồi) hồi Ba định luật +Có khái niệm hệ nhật tâm: Mặt Trời trung Kê-ple tâm hành tinh quay xung quanh +Phát biểu viết hệ thức ba định luật Kê-ple Nắm hệ suy từ định luật +Vận dụng ĐLBT động lượng (xét hệ kín gồm hai nhiều vật), bảo toàn lượng (cơ năng) để giải Về tập hai vật va chạm mềm, va chạm đàn kỹ hồi +Vận dụng CT A = F s cos α P = A t +Vận dụng ĐLBT để giải toán CĐ vật, hệ có hai vật +Tính vận tốc vật sau va chạm đàn hồi phần động hệ bị giảm sau va chạm mềm TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Từ mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ tóm tắt nội dung chương sơ đồ cấu trúc sau Hình 1: Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” Phân tích mặt nội dung kiến thức chương định luật bảo toàn SGK 3.1 Định luật bảo toàn động lượng 3.1.1.Khái niệm hệ kín TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Hệ kín khái niệm quan trọng gắn liền với ĐLBT Nó điều kiện cần để áp dụng vài ĐLBT cho hệ học (ví dụ: ĐLBT động lượng, ĐLBT năng( để áp dụng ĐLBT cần có thêm điều kiện hệ không chịu tác dụng lực ma sát nữa)) Theo SGK hệ gọi kín có lực vật bên hệ tác dụng lẫn nhau( gọi nội lực) mà tác dụng lực bên hệ(gọi ngoại lực, có lực triệt tiêu Thực tế, hệ kín tuyệt đối cả, hệ “vật – Trái Đất” Tuy nhiên, số trường hợp sau ta xem hệ hệ kín Các trường hợp là: +Hệ có ngoại lực tác dụng ngoại lực nhỏ, bỏ qua được, +Hệ có ngoại lực tác dụng ngoại lực cân với nhau, +Hệ có ngoại lực tác dụng ngoại lực nhỏ so với nội lực (xét khoảng thời gian ngắn, chẳng hạn tượng nổ, hay va chạm) 3.1.2 Khái niệm động lượng định luật bảo toàn động lượng 3.1.2.1 Khái niệm động lượng Động lượng coi khái niệm thứ hai vật lí học, sau khối lượng Niu-tơn người đưa định nghĩa khái niệm Theo ông, động lượng số đo chuyển động, tỉ lệ với khối lượng vận tốc Đê-cac định nghĩa động lượng tương tự vậy, không hiểu vận tốc đại lượng véc tơ Vì ông mắc sai lầm vận dụng khái niệm vào lý thuyết va chạm Đê-cac đo chuyển động động lượng coi ĐLBT động lượng định luật bảo toàn chuyển động Năm 1686, năm trước tác phẩm Niu-tơn đời, Lepnich công bố báo công kích quan điểm Đêcac đề nghị số đo khác chuyển động Đại lượng tỉ lệ với tích khối lượng với bình phương vận tốc vật mv ông gọi “hoạt lực” TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG (lực sống) “Hoạt lực” Lepnich ngày gọi động năng, có giá trị mv2 dạng lượng đặc trưng cho chuyển động vật Niu-tơn coi động lượng đại lượng đặc cho chuyển động phương diện động lực đo r tích m v , ông biết tốc độ biến thiên động lượng giữ vai trò quan trọng việc xác định đặc trưng tương tác r Động lượng kí hiệu p xác định r r p = mv Động lượng đại lượng véc tơ phương chiều với vận tốc Động lượng có đơn vị kgm/s Vì vận tốc có tính tương đối nên động lượng có tính tương đối 3.1.2.2 Khái niệm xung lượng lực Khái niệm xung lượng lực từ định luật II Niu- tơn sau: r Xét vật có khối lượng m chịu tác dụng lực F Theo định luật II Niu-tơn ta có: r r ∆v r F = ma = m Vì khối lượng vật không đổi nên viết ∆t r ∆(mvr) ∆pr F= = từ biểu thức ta viết ∆t ∆t r r F ∆t = ∆p (1) F∆t định nghĩa xung lượng lực tác dụng khoảng thời gian ∆t Đơn vị xung lượng lực N.s 3.1.2.3 Định lý biến thiên động lượng TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Định lí phát biểu sau : Độ biến thiên động lượng vật khoảng thời gian xung lượng tổng lực tác dụng lên vật khoảng thời gian ur r r F ∆t = ∆p = ∆ (mv ) (2) r r ∆p = ∆ (m.v ) độ biến thiên động lượng vật khoảng thời gian ∆t Trong khuôn khổ học cổ điển Niu-tơn khối lượng vật không thay đổi nên ta có: r ur ∆v r r r ur F ∆t = ∆p = ∆ (mv ) = m∆v ⇒ F = m ∆t Hay: ur r F =ma (3) Biểu thức (3) biểu thức định luật II Niutơn dạng tường minh Biểu thức tách riêng khối lượng vật cho thấy lực nguyên nhân gây biến đổi vận tốc (tức gây gia tốc vật) Trong trường hợp này, khối lượng xem thuộc tính vật chất, số đo mức quán tính vật không thay đổi vật chuyển động Tuy nhiên, thực tế vật chuyển động tách rời khối lượng vận tốc 3.1.2.4 Định luật bảo toàn động lượng ur ∆pr ∆ (mvr) ur = Từ F =  F ∆t = ∆ p = p − p1 ta nhận thấy F = ∆t ∆t ur r r r ∆p = ∆(mv ) = hay p = const Như : để F = ta xét hệ hệ kín, trường hợp xem hệ kín trên, động lượng bảo toàn Vậy: Véc tơ tổng động lượng hệ kín bảo toàn ur uur' p= p (4) Trong ur uur uur p = p1 + p2 + tổng động lượng hệ trước tương tác TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG uur uur uur p ' = p1' + p2' + tổng động lượng hệ sau tương tác Cần ý ĐLBT động lượng áp dụng cho hệ cô lập (hệ kín), tức hợp lực tất lực tác dụng lên hệ Tuy nhiên với hệ không cô lập hợp lực tất ngoại lực tác Hình 2: Thí nghiệm kiểm dụng lên hệ có hình chiếu trục cố định chứng ĐLBT động lượng không thời điểm, động lượng hệ bảo toàn trục ( súng giật lùi) Động lượng hệ cô lập có giá trị khác hệ quy chiếu khác Định luật bảo toàn động lượng với hệ cô lập gồm nhiều chất điểm Mặc dù định luật bảo toàn động lượng xem hệ định luật Niutơn thứ ba, thực nghiệm chứng tỏ định luật học cổ điển mà với hệ vi mô (với hệ áp dụng định luật Niutơn) Vì định luật bảo toàn động lượng định luật tự nhiên Nếu vận tốc vật lớn khối lượng vật thay đổi đáng kể theo thuyết tương đối Anhxtanh Khi phương trình định luật II Niutơn dạng (3) không nghiệm nữa, định lý biến thiên động lượng ĐLBT động lượng cho hệ kín luôn m= m0 ( m0 : khối lượng nghỉ ) v2 1− c   r  ÷ ur m0 v ÷ ur r  ∆ p = ∆ ( mv ) = ∆ = F ∆t  v2 ÷  1− ÷ c   10 ur ( giả thuyết F không đổi) (6) TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Ta có v22 − v12 = 2as ⇒ s = v22 − v12 2a ur Công lực F thực v22 − v12 A12 = Fs = ma 2a = mv22 mv12 − = Wđ2 – Wđ1 2 Vậy A12 = Wđ2 – Wđ1 3.5 Khái niệm Thế năng lượng mà hệ vật (hay vật) có tương tác vật hệ (hay phần vật) thông qua lực Các lực tương tác phải lực tạo Thế có tính tương đối phụ thuộc vào gốc (điểm 0), để tính ta cần phải chọn vị trí làm gốc Khi đó, vật vị trí tính theo gốc Thông thường, ta chọn gốc mặt đất Đơn vị hệ SI Jun (J) Chương trình Vật lí lớp 10 phân ban hành nghiên cứu loại năng, trọng trường đàn hồi 3.5.1 Thế trọng trường Thế trọng trường vật dạng lượng mà vật có tương tác với Trái đất thông qua trọng lực (nói chung lực hấp dẫn), phụ thuộc vào vị trí vật trọng trường Nói cách xác, hệ ‘vật- Trái đất’ 18 Hình 9: Người cử tạ TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Công thức tính trọng trường vật: Wt = mgz (10) Với z độ cao vật tính từ gốc độ cao Qui ước chiều dương z hướng lên z m z O Gốc tính Hình 10: Vật Từ biểu thức Wt = mgz ta thấy giá tri phụ thuộc vào vị trí chọn gốc toạ độ O coi vị trí gọi mức không Mức không chọn khác tuỳ trường hợp cụ thể cho việc giải toán đơn giản Vật trọng trường, tức chịu tác dụng lực hấp dẫn Trái Đất, Wt = mgz Trái đất chịu lực hấp dẫn vật có độ lớn mg khối lượng Trái Đất lớn so với khối lượng m nên vật bị hút gần trái đất coi Trái Đất đứng yên Thế trái đất coi không đổi 0, hệ vật – Trái đất Wt = mgz Ngoài Trái Đất thiên thể vũ trụ hút lẫn với lực vạn vật hấp dẫn tồn lượng dạng gọi chung 19 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG hấp dẫn Thế trọng trường trường hợp riêng hấp dẫn Biểu thức liên hệ độ biến thiên trọng trường công trọng lực A12 = Wt1 − Wt2 Biểu thức phát biểu sau : Công trọng lực hiệu vật vị trí đầu vị trí cuối, tức độ giảm vật Khi vật giảm độ cao, vật giảm trọng lực sinh công dương; ngược lại vật tăng độ cao, vật tăng trọng lực sinh công âm 3.5.2.Thế đàn hồi Thế đàn hồi dạng lượng có vật bị biến dạng đàn hồi Trong chương trình vật lý phổ thông, vật đàn hồi mà HS thường khảo sát, lò xo Đối với lò xo, công thức tính đàn hồi là: Wdh = kx 2 (11) Hình 11: Vận động viên nhảy sào Trong đó: k hệ số đàn hồi (độ cứng) lò xo Giá trị k phụ thuộc vào kích thước vật liệu dùng làm lò xo k có đơn vị N/m Nếu lò xo cứng, k lớn Thế đàn hồi có tính tương đối xác định sai khác số cộng phụ thuộc vào gốc (tức tuỳ thuộc vào cách chọn gốc toạ độ ứng với vị trí cân bằng) Thông thường, ta chọn gốc vị trí vật lò xo không biến dạng vị trí cân vật Biểu thức liên hệ đàn hồi công lực đàn hồi 20 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Xét trường hợp lò xo trạng thái cân sau bị biến dạng đoạn x m ur F dh m O x x Hình 12: Con lắc lò xo Khi lò xo bị biến dạng, lực đàn hồi xuất ngược chiều với độ biến dạng, có độ lớn tỷ lệ thuận với độ biến dạng: F = - kx Ta tinh công lực đàn hồi lò xo bị biến dạng đầu lò xo có gắn cầu di chuyển từ vị trí x1 đến vị trí x2 Do lực đàn hồi thay đổi theo độ biến dạng nên chia nhỏ độ biến dạng toàn phần thành đoạn biến dạng vô nhỏ ∆x cho tương ứng với độ biến dạng lực đàn hồi coi không đổi │F│ ││ C kx B x1 O x2 ∆x E D x Hình 14: Đồ thị tính công lực Chúng ta tính công nguyên đàn hồi tố lực đàn hồi thực hiện: ∆A = F∆x = - kx∆x Công toàn phần tổng công nguyên tố, có giá trị diện tích hình thang BCDE, hiệu diện tích tam giác OCD OBE: 21 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG A12 = ∑∆A = - (kx2x2/2 – kx1x1/2) hay A12 = kx12/2 – kx22/2 Sau đưa công thức định nghĩa đàn hồi W đh = kx2/2 có công thức A12 = Wđh1 – Wđh2 A12 = Wdh1 − Wdh2 kx12 kx2 = − 2 Biểu thức phát biểu sau: Công lực đàn hồi độ giảm đàn hồi Biểu thức liên hệ độ biến thiên đàn hồi công lực đàn hồi A12 = Wdh1 − Wdh2 kx12 kx2 = − 2 (12) Biểu thức phát biểu : Công lực đàn hồi độ giảm đàn hồi Khác với việc đưa khái niệm động năng, việc đưa khái niệm trọng trường đàn hồi xuất phát từ việc tính công trọng lực lực đàn hồi vật chuyển động từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) trọng trường vật chịu tác dụng lực đàn hồi, kết thu kx12 kx2 A12 =mgz1 –mgz2 A12 = − 2 Khi trọng trường xác định bằng: W t = mgz đàn hồi xác định Wđh = kx 3.6 Cơ Định luật bảo toàn 3.6.1 Khái niệm 22 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Cơ vật trường lực định nghĩa tổng động vật trường lực Biểu thức tính vật - Tổng quát: W = Wd + Wt (13) - Trong trường trọng lực: W = mv + mgz (14) - Trong trường lực đàn hồi: 1 W = mv + kx 2 (15) Đơn vị hệ SI Jun (J) Để đưa khái niệm tác giả SGK xuất phát từ toán vật chuyển động không ma sát trọng trường chịu tác dụng lực đàn hồi Kết cho thấy trình vật chuyển động ma sát chịu tác dụng trọng lực lực đàn hồi đại lượng xác định băng tổng động không đổi gọi đại lượng 3.6.2 Định luật bảo toàn 3.6.2.1 Định luật bảo toàn trường hợp trọng lực Khi chất điểm khối lượng m chuyển động từ vị trí (1) đến vị trí (2) trường lực công lực cho bởi: z z1 m r v1 m A12 = Wt(1) - Wt(2) z2 23 O r v2 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Theo định lý động trường lực ta lại có: A12 = Wđ(2) - Wđ(1) Vậy : Wt(1) - Wt(2) = Wđ(2) - Wđ(1) Hay Hình 15: Vật chuyển động trọng trường Wđ(1)+Wt(1) = Wđ(2)+ Wt(2) Nghĩa : W = Wđ + Wt = const mgz1 + 1 mv1 = mv 22 + mgz 2 (16) Trong trình chuyển động, vật chịu tác dụng trọng lực, động chuyển thành ngược lại, tổng chúng tức vật bảo toàn( không đổi theo thời gian) 3.6.2.2 Định luật bảo toàn trường lực đàn hồi Xét co lắc lò xo hình bên, tác dụng lực đàn hồi, vật gắn đầu lò xo thực dao động quanh vị trí cân Lực đàn hồi lực ta áp dụng cách lập luận tương tự trường hợp trọng lực để suy định luật bảo toàn Trong trình chuyển động, động vật tăng đàn hồi giảm ngược lại, tổng động năng, tức vật bao toàn ta có : W = Wd + Wt = 2 mv + kx = const 2 (17) Áp dụng cách lập luận với vật chuyển động trường lực ta đến kết luận tổng quát : Cơ vật chịu tác dụng lực bảo toàn 3.6.2.3 Biến thiên năng, công lực lực Cơ vật bảo toàn vật chịu tác dụng lực Nếu lực thế, vật chịu tác dụng lực lực lực cản, 24 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG lực ma sát, …(tạm gọi lực không thế) vật không bảo toàn Khi đó, công lực không độ biến thiên vật : A12 = W2 – W1 = ∆W (18) Trong A12 công lực không Kết phát biểu tổng quát sau : Khi lực vật chịu tác dụng lực lực thế, vật không bảo toàn công lực độ biến thiên vật 3.6.2.4 Định luật bảo toàn lượng Đối với hệ cô lập (tức không tương tác với bên ngoài, không trao đổi lượng với bên ngoài) A12 = Do đó, từ biểu thức W2 - W1 = A12 suy : W2 = W1 = const , tức lượng hệ cô lập bảo toàn Đó nội dung ĐLBT chuyển hoá lượng ĐLBT chuyển hoá lượng phát biểu tổng quát sau: Trong hệ cô lập lượng chuyển đổi từ dạng sang dạng khác, lượng toàn phần hệ không đổi ĐLBT chuyển hoá lượng phản ánh mặt khoa học tự nhiên tính tiêu diệt vận động vật chất Ănghen gọi định luật “quy luật vĩ đại vận động” Từ ĐLBT chuyển hoá lượng ta rút kết luận có tính thực tiễn : hệ sinh công thực (một động chẳng hạn) lượng hệ giảm Vì lượng hệ hữu hạn nên thân hệ tự sinh công mãi Muốn cho hệ tiếp tục sinh công, thiết phải cung cấp thêm lượng cho hệ để bù vào phần lượng bị giảm trình làm việc Như có hệ sinh công mãi mà không nhận thêm lượng từ nguồn bên Mặt khác, hệ sinh công mãi mà không nhận 25 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG lượng từ nguồn bên gọi động vĩnh cửu Vì ĐLBT chuyển hoá lượng khẳng định không tồn động vĩnh cửu 3.7.Va chạm đàn hồi va chạm không đàn hồi Đây mới, coi va chạm tượng thống khảo sát nhờ áp dụng định luật bảo toàn Trong SGK cũ, va chạm nói đến hai khác (va chạm đàn hồi nhắc tới ví dụ định luật bảo toàn động lượng, va chạm mềm xét ứng dụng ĐLBT năng) nên chưa thấy rõ tính hệ thống Nội dung trình bày đầy đủ SGK Khi trình bày nội dung này, cần rõ cho HS: -Đối với va chạm đàn hồi, thường ta xét va chạm đàn hồi xuyên tâm (trực diện) Đối với loại va chạm này, ta cần phải áp dụng ĐLBT động lượng lẫn ĐLBT động (chính ĐLBT năng) để khảo sát Khi giải, cần ý đến dấu vận tốc theo chiều dương quy ước chọn trước Đối với van chạm đàn hồi thời gian diễn va chạm ngắn nên nội lực xuất lúc va chạm lớn nhiều so với ngoại lực xem hệ hệ kín, đồng thời va chạm đàn hồi trình va chạm vật biến dạng đàn hồi(nếu có) nên mát lượng trình va chạm nên động bảo toàn - Đối với va chạm không đàn hồi (va chạm mềm) trình va chạm có biến dạng không phục hồi nên động hệ có thay đổi ( phần động biến thành nội hệ) Do va chạm không đàn hồi áp dụng ĐLBT mà áp dụng ĐLBT động lượng Đối với va chạm không đàn hồi chương trình vật lí phổ thông xét sau va chạm hai vật dính vào chuyển động với vận tốc, đay trường hợp riêng va chạm không đàn hồi hay va chạm mềm 26 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG 3.8 Các định luật Kê-ple Mục tiêu nhằm giúp học sinh có khái niệm hệ nhật tâm: Mặt trời trung tâm với hành tinh quay xung quanh, đồng thời nắm nội dung ba định luật Kê-ple hệ suy từ chúng Định luật I quỹ đạo: Mọi hành tinh chuyển động theo quỹ Hình 16: Các hành tinh chuyển động xung quanh mặt trời đạo elip mà Mặt Trời tiêu điểm Định luật II diện tích : Đoạn thẳng nối mặt trời hành tinh quét diện tích khoảng thời gian Định luật gọi định luật tốc độ diện tích nội dung định luật cho biết hành tinh, diện tích mà vectơ tia quét đơn vị thời gian không đổi Từ định luật suy hệ quan trọng là: Khi gần Mặt Trời, hành tinh có vận tốc lớn xa Mặt Trời, hành tinh có vận tốc nhỏ Định luật III chu kỳ : Tỉ số Hình 17: "Tốc độ" diện tích hành tinh số lập phương bán trục lớn bình phương chu kì quay giống cho hành tinh quay quanh mặt Trời ai3 a13 a23 = = = = (19) T12 T22 Ti 27 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Con đường hình thành định luật Kê-ple tìm nhờ trình đúc kết số liệu thiên văn chuyển động hành tinh hệ Mặt Trời, mà nhà thiên văn học quan sát hàng chục năm trời Chỉ sau định luật Newton đời, định luật Kê-ple chứng minh lí thuyết người ta thấy định luật hệ suy từ định luật học Một ứng dụng coi quan trọng rút sau học xong ba định luật Kê-ple, cách tìm khối lượng thiên thể biết bán kính quỹ đạo chu kì quay vệ tinh quanh thiên thể theo công thức: M TT 4π RVT = , RVT , TVT bán kính quỹ đạo chu kì quay GTVT2 vệ tinh quanh thiên thể cần tính khối lượng 3.9 Vệ tinh nhân tạo Vận tốc vũ trụ Các vệ tinh người chế tạo nên phóng lên vũ trụ gọi vệ tinh nhân tạo Tùy theo vận tốc cung cấp ban đầu vệ tinh mà chúng vệ tinh Trái Đất, Mặt Trời thoát khỏi hệ Mặt Trời Nếu từ điểm mặt đất, Vệ tinh phóng lên với vận tốc v xảy trường hợp sau đây: - Khi v < v1 = 7,9km/s ≈ 8km/s : vệ tinh rơi mặt đất - Khi v = v1 = 7,9km/s ≈ 8km/s : Vật chuyển động tròn quanh Trái Đất trở thành vệ tinh nhân tạo Trái Đất - Khi v = v2 = 11,2km/s : Vật khỏi Trái Đất theo quỹ đạo parabol trở thành hành tinh nhân tạo Mặt Trời Hình 18: Các vệ tinh nhân tạo chuyển động xung quang Trái Đất 28 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG - Khi v = v3 = 16,7km/s : Vật thoát khỏi hệ Mặt Trời theo quỹ đạo parabol Các vận tốc v1 , v2 , v3 gọi vận tốc vũ trụ cấp 1, cấp 2, cấp Phân tích mặt thực rèn luyện kỹ Trong chương "Các định luật bảo toàn", thông qua việc giải tập giải thích tương ĐLBT động lượng, công, công suất, động năng, năng, ĐLBT năng, va chạm, định luật Kê-ple giúp HS củng cố kiến thức, vận dụng kiến thức mà giúp cho HS rèn luyện kỹ học tập Trong trình tở chức cho HS giải tập, GV cần ý cho HS vấn đề sau: - Đối với dạng tập ĐLBT động lượng cần ý cho HS điều kiện áp dụng định luật hệ phải kín, đồng thời biểu thức định luật biểu thức véc tơ Nếu trường hợp vận tốc trước sau tương tác phương thay biểu thức véc tơ biểu thức đại số Nếu trường hợp vận tốc trước sau tương tác không phương để xác định đại lượng cần tìm cần áp dụng phương pháp hình học - Đối với dạng tập công cần ý công công học gắng liền với lực Công công lực xác định trình - Đối với dạng tập định luật bảo toàn cần lưu ý cho HS điều kiện áp dụng vật chịu tác dụng lực ( trọng lực lực đàn hồi) Vì gồm động nên tính cần ý đến việc chon gốc tính năng( trọng trường thường chọn mặt đất, đàn hồi thường chọn vị trí lò xo không biến dạng) Để xác định đại lượng cần tìm cần xác định đại lượng liên quan đến trạng thái đầu đại lượng liên quan đến trạng thái sau - Đối với toán va chạm, giải cần xác định toán va chạm gì, va chạm đàn hồi hay va chạm mềm Lưu ý toán va chạm 29 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG ĐLBT động lượng áp dụng cho hai loại va chạm, bảo toàn động áp dụng cho va chạm đàn hồi 30 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG C KẾT LUẬN Qua việc tìm hiểu kiến thức chương "Các định luật bảo toàn" cho thấy rằng: tác giả viết SGK cố gắng cung cấp cho HS kiến thức cần thiết phù hợp với trình độ khả nhận thức HS Đối với HS học theo chương trình NC yêu cầu em cao so với HS học theo SGK chuẩn, mà có phần SGS nâng cao tác giả đưa vào kiến thức khó kiến thức như: công lực biến đổi, va chạm đàn hồi, định lý biến thiên năng, định luật Kê- ple, vệ tinh nhân tạo, vận tốc vũ trụ… Quá trình tìm hiểu phần giúp hiểu rõ sâu sắc có nhìn toàn diện nội dung chương trình vật lý lớp 10 phần “Các định luật bảo toàn” Đây tiền đề hữu ích góp phần giúp “tạo ra” dạy ngày có hiệu tốt tương lai Đồng thời tiểu luận góp phần làm rõ sâu sắc thêm số nội dung kiến thức làm rõ đường hình thành định luật trình bày SGK Trong trình làm tiểu luận, cố gắng tìm hiểu, học hỏi nghiên cứu nhiều tài liệu liên quan đến đề tài, vốn kiến thức hạn hẹp nên tiểu luận không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy anh chị học viên để tiểu luận hoàn thiện 31 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Duyên Bình (chủ biên) 2006, Tài liệu bồi dưỡng giáo viên thực chương trình, sách giáo khoa lớp 10 Trung học phổ thông Vật lý Nguyễn Thế Khôi ( tổng chủ biên) (2006), Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao, NXBGD Nguyễn Thế Khôi ( tổng chủ biên) (2006), Sách giáo viên vật lý 10 nâng cao, NXBGD Lê Công Triêm (2004), Tập giảng nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker (2003), Cơ sở vật lý tập1 tập 2, NXBGD 32 [...]... biểu thành định luật Thứ hai, xuất phát từ định luật II Niu-tơn người ta xây dựng định luật bảo toàn động lượng Tuy nhiên định luật bảo toàn động lượng là định luật vật lí độc lập không phải là hệ quả của định luật II Niu-tơn Đối với SGK thì việc hình thành định luật bảo toàn động lượng, và động lượng được xây dựng từ định luật II Niu-tơn 3.2 Ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng: chuyển động bằng... các ứng dụng định luật bảo toàn động lượng, SGK trình bày về chuyển động bằng phản lực và một số bài tập áp dụng ĐLBT động lượng Dưới đây chỉ phân tích chuyển động bằng phản lực Trong một hệ kín đứng yên, nếu có một Hình 3: Tên lửa nhiều tầng phần của hệ chuyển động theo một hướng, thì theo định luật bảo toàn động lượng, phần còn lại của hệ phải chuyển động theo hướng ngược lại Chuyển động theo nguyên... chuyển động về phía trước Nguyên tắc chung của động cơ phản lực là có một bộ phận đốt nhiên liệu để tạo ra một luồng khí phóng ra phía sau với vận Hình 5: Tên lửa chuyển động bằng tốc lớn, phần còn lại của động cơ sẽ chuyển phản lực động ngược chiều theo định luật bảo toàn động lượng, vận tốc của chuyển động phụ thuộc vào vận tốc và khối lượng khí phụt ra Súng bị giật lùi khi bắn là chuyển động bằng... chuyển động không ma sát trong trọng trường và chịu tác dụng của lực đàn hồi Kết quả cho thấy trong quá trình vật chuyển động không có ma sát và chỉ chịu tác dụng của trọng lực hoặc lực đàn hồi thì đại lượng được xác định băng tổng động năng và thế năng không đổi và gọi đại lượng đó là cơ năng 3.6.2 Định luật bảo toàn cơ năng 3.6.2.1 Định luật bảo toàn cơ năng trường hợp trọng lực Khi chất điểm khối lượng. .. đều chuyển động theo các quỹ Hình 16: Các hành tinh chuyển động xung quanh mặt trời đạo elip mà Mặt Trời là một tiêu điểm Định luật II về diện tích : Đoạn thẳng nối mặt trời và một hành tinh bất kì quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau Định luật này còn được gọi là định luật về tốc độ diện tích vì nội dung của định luật cho biết đối với mỗi hành tinh, diện tích mà vectơ...TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG ur Nếu F = 0 thì ur p= r m0v 1− v 2 = const c2 Từ biểu thức (2) có thể phát biểu như sau: Độ biến thiên động lượng của vật trong thời gian ∆t bằng xung lượng của lực tác dụng lên vật trong thời gian ∆t đó( có thể xem là định lý biến thiên động lượng) Để hình thành định luật bảo toàn động lượng thường thì có hai con đường: Thứ nhất,... năng lượng trong hệ SI là Jun (J) 3.4 Động năng Định lý biến thiên động năng 3.4.1 Khái niệm động năng Ở SGKNC(cả SGKCB) khi xét động năng của vật, người ta chỉ xét chuyển động tịnh tiến của vật mà không xét đến chuyển động quay Khi chỉ xét chuyển động tịnh tiến của vật thì: Động năng được hiểu là một phần của Hình 8: Cần cẩu văng quả nặng để năng lượng cơ học, được định nghĩa là năng phá bức tường lượng. .. đạo parabol Các vận tốc v1 , v2 , v3 được gọi là vận tốc vũ trụ cấp 1, cấp 2, cấp 3 4 Phân tích về mặt thực hiện rèn luyện kỹ năng Trong chương "Các định luật bảo toàn" , thông qua việc giải bài tập và giải thích các hiện tương về ĐLBT động lượng, công, công suất, động năng, thế năng, ĐLBT cơ năng, va chạm, các định luật Kê-ple không những giúp HS củng cố kiến thức, vận dụng kiến thức mà còn giúp cho... của vật không bảo toàn và công của lực này bằng độ biến thiên cơ năng của vật 3.6.2.4 Định luật bảo toàn năng lượng Đối với một hệ cô lập (tức không tương tác với bên ngoài, không trao đổi năng lượng với bên ngoài) thì A12 = 0 Do đó, từ biểu thức W2 - W1 = A12 suy ra : W2 = W1 = const , tức là năng lượng của một hệ cô lập được bảo toàn Đó chính là nội dung của ĐLBT và chuyển hoá năng lượng ĐLBT và... hoá năng lượng có thể phát biểu tổng quát như sau: Trong một hệ cô lập năng lượng có thể chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác, nhưng năng lượng toàn phần của hệ thì không đổi ĐLBT và chuyển hoá năng lượng là sự phản ánh về mặt khoa học tự nhiên tính không thể tiêu diệt được sự vận động của vật chất Ănghen gọi định luật đó là “quy luật cơ bản vĩ đại của sự vận động Từ ĐLBT và chuyển hoá năng lượng ta ... kiến thức kĩ 2.1 Vị trí chương định luật bảo toàn Các định luật bảo toàn nằm chương IV sau chương tĩnh học vật rắn sàu trước chương học chất lưu, sở để nghiên cứu kiến thức chương co học chất lưu... kiến thức chương trình vật lí 11 12 sau Các định luật bảo toàn thuộc chương trình học kì II năm học, chương quan trọng chương trình học kì II năm học học lớp 10 TIỂU LUẬN MÔN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH... NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Từ mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ tóm tắt nội dung chương sơ đồ cấu trúc sau Hình 1: Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” Phân tích mặt