SKKN vận dụng định luật bảo toàn động lượng trong một số bài tập vật lý 10

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT NGUYỄN VIẾT XUÂN BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG TRONG MỘT SỐ BÀI TẬP VẬT LÝ 10 Tác giả sáng kiến: Đỗ Thanh Hà Mã sáng kiến: 22.54.02 Vĩnh Phúc, năm 2019 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG TRONG MỘT SỐ BÀI TẬP VẬT LÝ 10 Lời giới thiệu: Động lượng khái niệm Vật lý trừu tượng học sinh Trong toán Vật lý, động lượng đại lượng trung gian để xác định vận tốc khối lượng vật Động lượng có vai trò quan trọng học sinh giải tập Vật lý, có áp dụng Định luật bảo tồn (ĐLBT) động lượng va chạm đàn hồi, va chạm mềm lớp 10 số toán phản ứng hạt nhân lớp 12 Việc kết hợp ĐLBT để giải tốn Vật lý có ý nghĩa quan trọng việc phát triển tư học sinh, phát huy khả tư sáng tạo học sinh Tên sáng kiến: Vận dụng định luật bảo toàn động lượng số tập vật lý 10 Tác giả sáng kiến: - Họ tên: Đỗ Thanh Hà - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Nguyễn Viết Xuân, xã Đại Đồng, Vĩnh Tường, Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0986816133 E_mail: Dothanhha.gvnguyenvietxuan@vinhphuc.edu.vn Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Đỗ Thanh Hà Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Phần Định luật bảo toàn động lượng (Vật lí lớp 10) Vật lí hạt nhân (Vật lí lớp 12) chương trình Vật lí phổ thơng, số tượng va chạm gặp đời sống hàng ngày Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử, (ghi ngày sớm hơn): 29/01/2019 Mô tả chất sáng kiến: I Cơ sở lý thuyết:  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 thuộc 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 tham gia giải II Giải pháp: II.1 Nhắc lại kiến thức Toán học Định lý hàm số cosin: a2 = b2 + c2 – 2bccosA Giá trị hàm số lượng giác ứng với góc đặc biệt: Hàm\Góc 300 450 600 900 1200 sin 2 2 2 − || cos tan II.2 Ôn lại kiến thức Vật lý Kiến thức động học r r r • v13 =v12 +v 23 • r r r v t -v0 a= Δt 3 − v t =v +a.t S= at +v0 t v 2t -v 20 =2aS • Chuyển động ném xiên Kiến thức Động lượng r r • Động lượng vật: p=m.v r r r r • Động lượng hệ vật: p=p1 +p + +p n Kiến thức ĐLBT Động lượng • Nội dung: Vector tổng động lượng hệ kín bảo tồn r r r r • Biểu thức áp dụng cho hệ vật: m1.v1 +m v =m1.v1' +m v '2 ' ' Trong m1, m2 khối lượng vật 1, vật 2; v1 ,v2 ,v1 ,v vận tốc vật trước sau tương tác Qui ước: ↑↑ vector song song chiều ↑↓ vector song song ngược chiều II.3 Phân loại dạng tập phương pháp giải Dạng 1: Tìm động lượng vật hay hệ vật Phương pháp: r r a) Với tập tìm động lượng vật cần áp dụng biểu thức: p=m.v từ suy độ lớn p = m.v r r r b) Với hệ vật: Áp dụng động lượng hệ vật: p=p1+p2 Tìm độ lớn vào yếu tố sau r r Nếu: p1 song song chiều p → p=p1 +p r r Nếu: p1 song song ngược chiều p → p= p1 -p r r p1 ⊥ p → p= p12 +p 2 r r Nếu: (·p1 ,p1 ) =α → p =p12 +p 2 +2p1.p cosα Nếu: Lưu ý: đổi đơn vị phù hợp Bài 1: Hai vật có khối lượng m1 = kg, m2 = kg chuyển động với vận tốc v1 = m/s v2 = m/s Tìm tổng động lượng ( phương, chiều độ lớn) hệ trường hợp :   a) v v hướng   b) v v phương, ngược chiều   c) v v vng góc Hướng dẫn: a) Động  lượng  hệ : p = p + p Độ lớn : p = p1 + p2 = m1v1 + m2v2 = 1.3 + 3.1 = kgm/s b)  lượng  hệ :  Động p= p1+ p2 Độ lớn : p = m1v1 - m2v2 = c) Động  lượng  hệ : p= p1+ p2 Độ lớn: p = p12 + p 22 = 4,242 kgm/s Dạng 2: Áp dụng định luật bảo tồn động lượng để tìm: vận tốc, góc bay, khối lượng Phương pháp: - Chọn hệ vật cô lập khảo sát, chiều dương trục tọa độ - Viết biểu thức động lượng hệ trước sau tương tác r r - Vận dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ: pt =ps (1) - Chiếu (1) lên chiều dương trục tọa độ để chuyển thành dạng vô hướng (hoặc phương pháp hình học) Lưu ý: Với tốn liên quan đến định luật bảo tồn động lượng hệ hai vật a Trường hợp vector động lượng thành phần (hay vector vận tốc thành phần) phương, biểu thức định luật bảo toàn động lượng viết lại: m1v1 + m2v2 = m1 v1' + m2 v '2 - Nếu vật chuyển động theo chiều dương chọn v > - Nếu vật chuyển động ngược với chiều dương chọn v < b Trường hợp vector động lượng thành phần (hay vector vận tốc r r thành phần) khơng phương, ta cần sử dụng hệ thức vector: pt =ps biểu diễn hình vẽ Dựa vào tính chất hình học để tìm u cầu tốn Thường ta chọn phép chiếu để tính Bài 2: Một viên đạn khối lượng 1kg bay theo phương thẳng đứng với vận tốc 500 m/s nổ thành hai mảnh có khối lượng Mảnh thứ bay theo phương ngang với vận tốc 500 m/s Hỏi mảnh thứ hai bay theo phương với vận tốc bao nhiêu? Hướng dẫn: - Xét hệ gồm hai mảnh đạn thời gian nổ, xem hệ kín u r - Động lượng trước đạn nổ: u r r r r pt =m.v=p p2 - Động lượng sau đạn nổ: r r r r r ps =m1.v1+m2.v2 =p1+p2 p α O u r p1 Theo hình vẽ, ta có: (Ta sử dụng phương pháp hình học) 2 m m   p =p +p →  v22 ÷ =( m.v) + v12 ÷ → v22 =4v2+v12=1225 2  2  2 2 - Góc hợp r v2 phương thẳng đứng là: p v 500 sinα = = = → α =350 p2 v2 1225 Bài 3: Một súng đại bác nằm ngang khối lượng m s = 1000 kg, bắn viên đạn khối lượng mđ = 2,5kg Vận tốc viên đạn khỏi nòng súng 600 m/s Tìm vận tốc súng sau bắn Hướng dẫn: r - Động lượng súng chưa bắn - Động lượng hệ sau bắn súng là: r r mS vSđ+mđ v - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng r r r mS vSđ+mđ v =0 - Vận tốc súng là: v=- m đ v đ =1,5 (m/s) mS Dạng 3: Áp dụng định luật bảo tồn động lượng tốn va chạm a/ Va chạm đàn hồi Người ta gọi va chạm hai vật đàn hồi trình va chạm khơng có tượng chuyển phần động vật trước va chạm thành nhiệt công làm biến dạng vật sau va chạm Nói cách khác, sau va chạm đàn hồi vật có hình dạng cũ khơng bị nóng lên Lưu ý va chạm xảy mặt phẳng nằm ngang tức độ cao so với mặt đất vật không thay đổi nên chúng không thay đổi va chạm, bảo tồn trường hợp bảo toàn động Phương pháp: r r r r m1v10 +m v 20 =m1v1 +m v bảo toàn động lượng (1) 1 1 2 m1v10 + m v 20 = m1v12 + m v 22 bảo toàn động (2) 2 2 Với v10, v1, v20, v2 vận tốc trước sau va chạm tương ứng vật vật Để giải hệ phương trình (1) (2) ta làm sau : r r r r Vì vectơ v10 , v20 , v1 , v2 có phương nên ta chuyển phương trình vectơ (1) thành phương trình vơ hướng : m1v10 +m v 20 =m1v1 +m v biến đổi phương trình thành : m1 (v10 -v1 )=m (v -v 20 ) Biến đổi (2) thành : m1 (v10 -v12 )=m (v 22 -v 220 ) Chia (2’) cho (1’) ta có : (1’) (2’) (v10 +v1 )=(v +v 20 ) Nhân hai vế phương trình với m1 ta có : m1 (v10 +v1 )=m1 (v +v 20 ) (3) Cộng (3) với (1’) ta tìm vận tốc vật thứ hai sau va chạm : (m -m )v +2m1v10 v = 20 (4) m1 +m Ta nhận thấy vai trò hai vật m1 m2 hồn tồn tương đương nên cơng thức ta việc tráo số cho ta tìm vận tốc vật thứ sau va chạm: (m -m )v +2m v 20 v1 = 10 (5) m1 +m Ta xét trường hợp riêng biểu thức (4) (5) : Giả sử hai vật hoàn toàn giống , tức m1 = m2 Từ (4) (5) ta có : v =v10 v1 =v 20 Nghĩa hai vật sau va chạm trao đổi vận tốc cho : vật thứ có vận tốc vật thứ hai trước có va chạm ngược lại b) Va chạm mềm Người ta gọi va chạm vật va chạm mềm sau va chạm hai vật dính liền với thành vật Trong va chạm mềm phần động cầu chuyển thành nhiệt công làm biến dạng vật sau va chạm Trong va chạm mềm ta khơng có bảo tồn vật Phương pháp: Định luật bảo toàn động lượng dẫn đến phương trình : r r r m1v10 +m v 20 =(m1 +m )v r v vận tốc vật sau va chạm Từ đó, ta tính vận tốc vật sau va chạm : r r r m1v10 +m v 20 v= m1 +m (6) Ta tính phần động chuyển hóa q trình va chạm : Động hai vật trước va chạm : 1 2 W0 = m1v10 + m v 20 2 Động chúng sau va chạm : r r (m1v10 +m v 20 ) 2 W1 = (m +m )v = 2(m +m ) Phần động chuyển hóa q trình va chạm : m1m ΔW=W0 -W1 = (v10 -v 20 ) >0 (7) m1 +m Biểu thức chứng tỏ động cầu ln bị chuyển hóa thành dạng lượng khác Bài 4: Hai viên bi hình cầu giống hệt có khối lượng m Viên thứ r nằm im bàn viên thứ trượt đến với vận tốc v0 đập vào viên thứ ( hình vẽ) Cho góc α = 450 Sau va chạm viên chuyển động theo hướng tạo với góc β = 600 Xác định hướng vận tốc viên bi sau va chạm Xác định kiểu va chạm va chạm loại gì? r v α Hướng dẫn: + Phân tích: trước hết ta khơng thể nói xem va chạm tuyệt đối đàn hồi va chạm mềm Phải qua bước tính tốn khẳng định điều Vì ta khơng thể áp dụng phương pháp bảo toàn Tuy nhiên thời gian xảy va chạm, thời gian va chạm nhỏ, nội lực tương đối lớn nên bỏ qua yếu tố ngoại lực, ta hồn tồn coi q trình hệ hệ kín ⇒ phép áp dụng định luật bảo toàn động lượng + Giải vấn đề Trong trình va chạm, viên bi tiếp xúc điểm tính chất hình cầu Vì nên tổng hợp lực tác dụng lên bi thứ có hướng trùng với đường thẳng nối điểm tiếp xúc với tâm O1 , tức tạo với phương vận tốc ban đầu v0 viên bi thứ góc α Vì vậy, vận tốc v1 viên bi thứ sau va chạm có hướng tạo với v0 góc α ⇒ v2 có hướng tạo với v0 góc ( β − α ) Trước va chạm viên bi thứ có động lượng r r p =mv r r r r Sau va chạm viên bi có động lượng tương ứng : p1 =mv1 p =mv r r r Theo nguyên tắc tam giác p0 , p1 , p biểu diễn hình vẽ : r p1 Theo định lý hàm số sin ta có p0 p p2 = = r β-α p0 sin(180 − β ) sin α sin( β − α ) v0 v v2 ⇔ = = sin(180 − β ) sin α sin( β − α ) v0 sin α  v1 = sin(180 − β )  ⇔ v = v0 sin( β − α )  sin(180 − β ) α r p2  v0 sin 45 = v0 v1 = sin(180 − 60)  ⇔ v = v0 sin(60 − 45) ≈ 0,3v  sin(180 − 60) Bây ta xét động - trước va chạm: Wd0 = mv 02 - sau va chạm Wd1 +Wd2 = m(v12 +v 22 ) 2 m( + 0, 09)v02 ≈ 0, 378mv02 Động trước sau va chạm khác ⇒ va chạm đàn hồi ≈ Bài 5: Một vật khối lượng m1 chuyển động với vận tốc V đến va chạm vào vật khác có khối lượng m2 đứng yên Sau va chạm vật dính vào chuyển động với vận tốc V' a Tính V' theo m1, m2 V1 b Chứng tỏ va chạm (va chạm mềm) động không bảo tồn c Tính phần trăm động chuyển thành nhiệt trường hợp sau nêu nhận xét: + m1 = m + m1 = 9m Hướng dẫn: ' a Tính vận tốc V : Định luật bảo toàn động lượng: m1V1 = ( m1 + m ) V ' m1.V1 m1 + m b Trong va chạm mềm động khơng bảo tồn: Động hệ hai vật trước va chạm: ⇒ V' = m1V12 Động hệ hai vật sau va chạm: Wđ = Wd' = ( m1 + m ) V '2 2  m1  = ( m1 + m )  V1 ÷  m1 + m  m12 = = V12 m1 + m = m1  2  m1V1 ÷ m1 + m   = m1 Wd < Wd m1 + m Động hệ giảm va chạm mềm tức động động khơng bảo tồn c Phần trăm động chuyển thành nhiệt: Theo định luật bảo toàn lượng, phần động giảm nội (nhiệt) tỏa ra: m2  m1  = Q = Wđ – W’đ =  − W Wđ ÷ đ m + m m + m   ⇒H= m2 Q = Wd m1 + m * Với m1 = m H1 = * Với m1 = 9m H = m2 m2 + m2 = 90% m2 = 10% 9m + m Nhận xét: - Để có nhiệt tỏa lớn khối lượng vật đứng yên (m 2) phải lớn so với m1 Đó trường hợp búa đập xuống đe - Để có nhiệt lượng tỏa khơng đáng kể khối lượng vật đứng yên (m 2) phải nhỏ m1 Đó trường hợp đóng đinh Dạng 4: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho vật chuyển động phản lực Xét chuyển động tên lửa có khối lượng M mang theo nhiên liệu có khối lượng m Ban đầu hệ vật (tên lửa + nhiên liệu) có vận tốc khơng Phương pháp: - Chọn chiều dương chiều chuyển động tên lửa - Nhiên liệu cháy phía sau với vận tốc v, vận tốc tên lửa chuyển động phía trước V - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ tên lửa + nhiên liệu r r r m.v+M.V=0 Chiếu lên phương chuyển động tên lửa m -m.v+M.V=0 → V= v M Nhận xét: vận tốc tên lửa tỷ lệ nghịch với khối lượng tên lửa M Bài 6: Một tên lửa mang nhiên liệu có khối lượng tổng cộng 10000 kg Khi bay theo phương ngang với vận tốc 100 m/s, tên lửa nhanh phía sau 1000 kg khí nhiên liệu với vận tốc 800 m/s so với tên lửa Bỏ qua lực cản khơng khí Xác định vận tốc tên lửa sau khối khí khỏi Hướng dẫn: Gọi M khối lượng ban đầu tên lửa: M=10000 kg; m1 khối lượng khí ra: m1 =1000 kg; Gọi v vận tốc ban đầu tên lửa: v=100 m/s; v1 vận tốc khí so với tên r r r lửa, vận tốc khí so với đất xác định từ công thức : v k/d =v1 +v V2 vận tốc phần lại tên lửa sau khí Định luật bảo tồn động lượng: r r r M.v=m1.v k/d +(M-m1 ).v Chọn chiều dương chiều chuyển động tên lửa Định luật bảo toàn động lượng: Mv=m1(v1+v2)+(M-m1)v2 v2 = M.v-m1.v1 10000.100-1000 (-800) = =180m/s M 10000 III Vận dụng vào số tập cụ thể: Bài 7: Tìm tổng động lượng (hướng độ lớn) hệ hai vật có khối lượng m1 = m2 = 1kg Vận tốc vật có độ lớn v1 = 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: m1 = m = 1kg v1 = 1m/s v2 = 2m/s a) v2 ↑↑ v1 ⇒ P = ? b) v2 ↑↓ v1 c) (v1; v2 ) = 600 = α Hướng dẫn: Động lượng hệ: P1 P P = P +P =m v +m v 1 2 π −α α P2 Trong đó: P1 = m1v1 = 1.1 = (kgms-1) P2 = m2v2 = 1.2 = -1 (kgms ) a) Khi v2 ↑↑ v1 ⇒ P2 ↑↑ P1 ⇒ P = P1 + P2 = (kgms-1) b) Khi v2 ↑↓ v1 ⇒ P2 ↑↓ P1 ⇒ P = P2 – P1 = (kgms-1) c) Khi (v1; v2 ) = 600 ⇒ ( P1; P2 ) = 600 = α Áp dụng ĐLHS cosin: P = P12 + P22 − P1 P2 cos β = P12 + P22 − P1 P2 cos(π − α ) = 12 + 2 − 2.1.2 cos1200 = (kgms-1) Nhận xét: + Học sinh thường gặp khó khăn xác định vectơ tổng động lượng hệ vectơ P1 , P2 + Khơng nhớ Định luật hàm số cosin, xác định góc tạo vectơ (P , P ) Bài 8: Một xe khối lượng m1 = kg chạy với tốc độ v1 = 4m/s đến va chạm vào xe đứng yên khối lượng m2 = kg Sau va chạm xe m2 chuyển động với vận tốc v2’ = 3m/s Xe có khối lượng m1 chuyển động sau va chạm? Tóm tắt: m1 = 3.103 kg v1 = 4m/s m2 = 5.10 kg v2 = v2’ = 3m/s v1' = ? + m1 v1 m2 Hướng dẫn: + Xét va chạm xảy thời gian ngắn + Chọn chiều dương theo chiều chuyển động xe ( v1 ) + Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: r r r r m1.v1 +m v =m1.v1' +m v '2 (*) v1, v1’, v2, v2’ vận tốc vật trước sau va chạm + Giả sử sau va chạm xe chuyển động theo chiều dương v1 ( v2 ↑↑ v1 ) + Chiếu PT (*) lên chiều dương tọa độ ta có: m1v1 + = m1v1’ + m2v2’ ⇒ v1' = m1v1 − m2 v2' 3.4 − 5.3 = = −1 m/s m1 v1’ < chứng tỏ sau va chạm chuyển động theo chiều ngược lại Nhận xét: Học sinh gặp khó khăn chuyển biểu thức động lượng dạng vectơ sang biểu thức đại số để tính tốn Bài 9: Một thuyền chiều dài l = m, khối lượng M = 140 kg, chở người có khối lượng m = 60 kg; ban đầu tất đứng yên Thuyền đậu theo phương vng 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: l = 2m m = 60kg Hướng dẫn: Dễ thấy, hệ thuyền ban đầu đứng yên người chuyển động thuyền chuyển động ngược lại - Xét người thuyền theo hướng xa bờ + Gọi vận tốc người so với thuyền là: M = 140kg l’ = ? v12 (1) ( 2) V (3) v (v12 ) + Vận tốc thuyền so với bờ là: V (v23 ) + Vận tốc người so với bờ là: v ' (v13 ) + Áp dụng cơng thức vận tốc ta có: v13 = v12 + v23 ⇔ v ' = v + V (*) + Chọn chiều dương trùng với v12 Do người thuyền chuyển động ngược chiều nên: (*) ⇔ v’ = v – V ⇔ v = v’ + V + Khi người hết chiều dài thuyền l v với vận tốc v thì: l = v.t ⇒ t = = l v +V ' Trong thời gian này, thuyền quãng đường so với bờ: l ' = V t = V l = v +V ' l 1+ (1) - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: v' V uur r v ' M 140 r mv ' + MV = ⇔ mv ' − MV = ⇔ = = V m 60 l l' = = = 0, ' v + 140 Thay vào (1) m 1+ 60 V Nhận xét: + Học sinh quên cách chọn gốc quy chiếu mặt đất đứng yên + Không xác định vận tốc vật chuyển động so với gốc quy chiếu cách áp dụng công thức vận tốc Bài 10: 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: M = 800kg α = 600 V=? m = 20kg v = 400m/s v m V α M + Hướng dẫn: - Hệ đạn súng trước sau bắn hệ kín vì: + Thời gian xảy tương tác ngắn + Nội lực lớn nhiều ngoại lực - Trước đạn nổ: động lượng hệ - Ngay sau đạn nổ: r r r r p d =mv ; ps =MV + Đạn bay theo phương tạo góc 600 với phương ngang + Súng giật lùi theo phương ngang - Hệ súng đạn hệ kín có động lượng bảo toàn theo phương ngang Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: uuu r uur r uu r uur r Pđ +Ps =0 → mv +MV =0 Chọn chiều dương ngược chiều chuyển động súng Chiếu xuống phương nằm ngang ta có: m.v.cosα – MV = ⇒V = m 20 v cos α = 400 = (m/s) M 800 Nhận xét: Nhiều học sinh không xác định phương động lượng bảo tồn Trong tốn này, động lượng hệ bảo toàn nhiên súng chuyển động theo phương ngang nên ta xét động lượng hệ theo phương ngang Bài 11: Một tên lửa có khối lượng tổng cộng 100 bay với vật tốc 200 m/s Trái đất (tức thời) 20 khí với tốc độ 500 m/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) Hướng dẫn: - Hệ tên lửa khí trước sau hệ kín - Gọi M, M’ khối lượng tên lửa trước sau khí Tóm tắt: M = 100T V = 200m/s m = 20T v = 500m/s a) v ↑↓ V V’ b) v ↑↑ V =? V ⊕ - Gọi V , V ' vận tốc tên lửa so với trái đất trước sau khí có khối lượng m v vận tốc lượng khí so với tên lửa ⇒ Vận tốc lượng khí so với Trái đất là: (V M +v ) - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: ( ) M V = ( M − m)V ' + m V + v (*) m Chọn chiều dương theo chiều chuyển động tên lửa a) Trường hợp khí phía sau: tên lửa tăng tốc v ↑↓ V ⇒ (*): MV = (M – m).V’ + m(V – v) MV − m(V − v) m =V + v M −m M −m 20 = 200 + 500 = 325 (m/s) > V 100 − 20 ⇔ V '= b) Trường hợp khí phía sau: tên lửa giảm tốc v ↑↑ V ⇒ (*): MV = (M – m).V’ + m(V + v) MV − m(V + v) m =V − v M −m M −m 20 = 200 − 500 = 75 (m/s) < V 100 − 20 ⇔ V '= Nhận xét: Học sinh khơng tưởng tượng q trình tăng tốc giảm tốc tên lửa nhờ khí xác định khơng xác vận tốc khí biểu thức động lượng hệ Cần lưu ý vận tốc khí vận tốc so với tên lửa, tên lửa chuyển động cần áp dụng công thức cộng vận tốc Bài 12: Một lựu đạn ném từ mặt đất với vận tốc v = 20m/s theo hướng lệch với phương ngang góc α = 300 Lên tới đỉnh cao nổ thành mảnh có khối lượng Mảnh rơi thẳng đứng với vận tốc v1 = 20m/s a) Tìm hướng độ lớn vận tốc mảnh b) Mảnh lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu? Tóm tắt: v0 = 20m/s v1 = 20m/s α = 300 m1 = m = a) v2 = ? b) hMax = ? y P2 m y’ Max yMax β O’ Px v0 O P1 x α Hướng dẫn: Chọn hệ trục toạ độ Oxy: 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: v0 x = v0 cos α = 20 cos 30 = 10 (m / s )  v0 y = v0 sin α = 20 sin 30 = 10(m / s ) Tại thời điểm t xét chuyển động lựu đạn theo phương: Ox Vận tốc v x = v0 x = 10 Oy v y = v0 y − gt (1) Toạ độ x = v x t = 10 3t y = v0 y t − Chuyển động biến đổi gt = 10t − 5t (2) a) Khi lựu đạn lên tới độ cao cực đại y = ymax ⇔ v y = ⇔ vOy − gt = ⇒t = vOy g = hMax 10 = (s) 10 (2) ⇒ ymax = (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 - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Px = P1 + P2 Do mảnh rơi thẳng đứng, lựu đạn O’ có vận tốc trùng phương ngang ⇒ P1 ⊥ Px ⇒ P22 = P12 + P ⇔ (m2 v2 ) = (m1v1 ) + (mvx ) ⇒ v22 = v12 + 4vx2 ⇔ v2 = v12 + 4vx2 = 20 + 4.10 2.3 = 40 (m/s) Gọi β góc lệch v2 với phương ngang, ta có: tan β = P1 m1v1 v 20 = = = = ⇒ β = 30 Px mv x 2v x 2.10 3 Vậy mảnh bay lên với vận tốc 40m/s tạo với phương ngang góc β = 300 b) Mảnh lại tham gia chuyển động ném xiên góc ném β = 300 Tương tự phần (a), ta có:  = 20 (m / s ) v'0 x = v2 cos β = 40  v' = v sin β = 40 = 20(m / s )  y 2 Sau thời gian t’ lựu đạn nổ, ta có: v' x = v'Ox t ' = 20 3t '  v' y = v'Oy − gt ' = 20 − 10t ' 20 = (s) 10 Độ cao cực đại mảnh lên tới kể từ vị trí lựu đạn nổ: y 'max = v'Oy t '− gt '2 = 20.2 − 5.2 = 20 (m) Vậy độ cao cực đại mảnh lên tới là: hmax = ymax + y 'max = + 20 = 25 (m) Khi mảnh lên tới độ cao cực đại: v' y = ⇔ t ' = 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 vector động lượng mảnh đạn trước sau nổ IV Một số tập luyện tập: Bài 1: Một xe ơtơ có khối lượng m1 = chuyển động thẳng với vận tốc v = 1,5m/s, đến tơng dính vào xe gắn máy đứng yên có khối lượng m = 100kg Tính vận tốc xe Bài 2: Một người khối lượng m1 = 50kg chạy với vận tốc v = 4m/s nhảy lên xe khối lượng m2 = 80kg chạy song song ngang với người với vận tốc v2 = 3m/s Sau đó, xe người tiếp tục chuyển động theo phương cũ Tính vận tốc xe sau người nhảy lên ban đầu xe người chuyển động: a/ Cùng chiều b/ Ngược chiều Bài 3: Hai vËt cã khèi lỵng m1=1 kg; m2=2 kg chuyển động với vận tốc lần lợt 3m/s m/s Tìm tổng động lợng (phơng chiều) hệ trờng hợp: a) v1 , v cïng híng b) v1 , v ngỵc híng → → → → c) v1 , v vu«ng gãc víi d) ( v1 , v )=600 Bài 4: Một bi thép khối lượng kg chuyển động với vận tốc 1m/s va chạm vào bi ve khối lượng kg, sau va chạm bi chuyển động phía trước với vận tốc bi thép gấp lần vận tốc bi ve Tìm vận tốc bi sau va chạm Bài 5: Một người có khối lượng m1 = 50kg chạy với vận tốc v = 4m/s nhảy lên xe gng khối lượng m2 = 150kg chạy đường ray nằm ngang song song ngang qua người với vận tốc v = 1m/s Tính vận tốc toa gng người chuyển động: a Cùng chiều b Ngược chiều Bài 6: Một người có khối lượng m = 60kg đứng toa gng có khối lượng m2 = 140kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v = 3m/s, nhảy xuống đất với vận tốc v0 = 2m/s toa Tính vận tốc toa gng sauuurkhi người nhảy xuống trường hợp sau: r a vo hướng với v ; uu r r b vo ngược hướng với v ; uu r r c vo ⊥ v : Bài 7: Một bè có khối lượng m1 = 150 kg trôi với vận tốc v1 = 2m/s dọc theo bờ sơng Một người có khối lượng m = 50kg nhảy lên bè với vận tốc v2 = 4m/s Xác định vận tốc bè sau người nhảy vào trường hợp sau: a Nhảy hướng với chuyển động bè b Nhảy ngược hướng với chuyển động bè c Nhảy vng góc với bờ sơng d Nhảy vng góc với bè trơi Bỏ qua sức cản nước Bài 8: Một vật khối lượng kg ném thẳng đứng lên cao với vận tốc v0 = 10m/s Tìm độ biến thiên động lượng vật sau ném 0,5s; 1s Lấy g = 10m/s2 Bài 9: Một viên bi khối lượng m1 = 500g chuyển động với vận tốc v1 = 4m/s đến chạm vào bi thứ hai có khối lượng m = 300g đứng yên Sau va chạm chúng dính lại Tìm vận tốc hai bi sau va chạm Bài 10: Một viên đạn khối lượng 10g đập vào lắc thử đạn khối lượng 2kg Khối tâm lắc lên cao khoảng cách thẳng đứng 12cm Giả sử viên đạn gắn chặt vào lắc, tính tốc độ đầu viên đạn Bài 11: Một lắc thử đạn dụng cụ dùng để đo tốc độ viên đạn, trước sáng chế loại dụng cụ điện tử để đo thời gian Dụng cụ gồm có khối lượng lớn, gỗ, khối lượng M = 5,4 kg, treo hai dây dài Một viên đạn, khối lượng m = 9,5g bắn vào khúc gỗ, nhanh chóng đứng yên Khúc gỗ + viên đạn sau đung đưa lên, khối tâm chúng lên cao, theo phương thẳng đứng, h = 6,5cm trước lắc tạm thời dừng lại đầu cung tròn quỹ đạo a) Tốc độ viên đạn trước va chạm bao nhiêu? b) Động ban đầu viên đạn bao nhiêu? Bao nhiêu lượng lại dạng lắc? Bài 12: Súng liên tì lên vai bắn với tốc độ 600 viên đạn/phút, viên đạn có khối lượng 20g vận tốc rời nòng 800 m/s Tính lực trung bình súng nén lên vai người bắn Bài 13: Xe chở cát khối lượng m1 = 390 kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v1 = m/s Hòn đá khối lượng m2 = 10kg bay đến cắm vào cát Tìm vận tốc xe đá rơi vào cát hai trường hợp: a) Hòn đá bay ngang, ngược chiều xe với vận tốc v2 = 12 m/s b) Hòn đá rơi thẳng đứng Bài 14: Một vật khối lượng m1 = 5kg, trượt không ma sát theo mặt phẳng nghiêng α = 600 , từ độ cao h = 1,8m rơi vào xe cát khối lượng m = 45kg đứng yên tìm vận tốc xe sau Bỏ qua ma sát xe mặt phẳng đường Biết mặt cát gần mặt phẳng nghiêng Bài 15: Một tên lửa khối lượng tổng cộng chuyển động theo phương ngang với vận tốc 200 m/s động hoạt động.Từ tên lửa lượng nhiên liệu,khối lượng 100 kg cháy tức thời sau với vận tốc 700 m/s a Tính vận tốc tên lửa sau b Sau phần tên lửa có khối lượng 100 kg tách khỏi tên lửa,vấn chuyển động theo hướng cũ vận tốc giảm 1/3 Tính vận tốc phần tên lửa lại Bài 16: Chọn đáp số Một vật có khối lượng m va chạm trực diện với vật m2 = m1/4 , m1 nằm yên Trước va chạm, vật có vận tốc la v Sau va chạm hồn tồn khơng đàn hồi, hai vật chuyển động với vận tốc v Tỉ số tổng động hai vật trước sau va chạm là: 2 v  A    v'  4 v  B    v'  1 v  C    v'  v D 16.   v'  Bài 17: Một đại bác có khối lượng , bắn viên đạn theo phương ngang có khối lượng 10Kg với vận tốc 400m/s Coi lúc đầu, hệ đại bác đạn đứng yên.Vận tốc giật lùi đại bác là: A 1m/s B 2m/s C 4m/s D 3m/s Bài 18: Một vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc 3m/s đến va chạm với vật có khối lượng 2m đứng yên Sau va chạm, vật dính vào chuyển động với vận tốc bao nhiêu? A 2m/s B 4m/s C 3m/s D 1m/s Bài 19: Bắn bi thủy tinh (1) có khối lượng m với vận tốc m/s vào bi thép (2) đứng n có khối lượng 3m Tính độ lớn vận tốc bi sau va chạm? Cho va chạm trực diện, đàn hồi A V1=1,5 m/s ;V2=1,5 m/s B V1=9 m/s;V2=9m/s C V1=6 m/s;V2=6m/s D V1=3 m/s;V2=3m/s Bài 20: Một viên đạn bay thẳng đứng lên phía với vận tốc 200 m/s nổ thành hai mảnh Hai mảnh chuyển động theo hai phương tạo với đường thẳng đứng góc 60o Hãy  xác định  vận tốc mảnh đạn A v1 = 200 m/s ; v2 = 100 m/s ; v2 hợp với v1 góc 60o B v1 = 400 m/s ; v2 = 400 m/s ; v2 hợp với v1 góc 120o C v1 = 100 m/s ; v2 = 200 m/s ; v2 hợp với v1 góc 60o D v1 = 100 m/s ; v2 = 100 m/s ; v hợp với v1 góc 120o Bài 21: Quả cầu A có khối lượng m chuyển động mặt bàn nhẵn nằm ngang, va chạm vào cầu B có khối lượng km nằm yên bàn Coi va chạm đàn hồi xuyên tâm Tỷ số vận tốc hai cầu sau va chạm A (1-k)/2 B k/2 C (1+k)/2 D k Bài 22: Viên bi A chuyển động với vận tốc v va chạm vào viên bi B khối lượng với viên bi A Bỏ qua mát lượng trình va chạm Sau va chạm A hai viên bi A B chuyển động với vận tốc v/2 B hai viên bi A B chuyển động với vận tốc v C viên bi A bật ngược trở lại với vận tốc v D viên bi A đứng yên, viên bi B chuyển động với vận tốc v Bài 23: Một vật có khối lượng 2kg chuyển động phía trước với tốc độ 4m/s va chạm vào vật thứ hai đứng yên Sau va chạm, vật thứ chuyển động ngược chiều với tốc độ 1m/s vật thứ hai chuyển động với tốc độ 2m/s Hỏi vật thứ hai có khối lượng bao nhiêu? A 0,5kg B 4,5kg C 5,5kg D 5kg Bài 24: Một đầu máy xe lửa có khối lượng 100 chuyển động thẳng theo phương ngang với vận tốc v1=1,5m/s để ghép vào đoàn tàu gồm 10 toa, toa 20 đứng yên đường ray Giả sử sau va chạm đầu tàu gắn với toa, bỏ qua ma sát Hỏi sau va chạm, vận tốc đồn tàu có giá trị bao nhiêu? A 0,2m/s B 0,75m/s C 1m/s D 0,5m/s Bài 25: Một người khối lượng m1=60kg đứng xe goòng khối lượng m2=240kg chuyển động đường ray với vận tốc 2m/s Tính vận tốc xe người nhảy phía trước xe với vận tốc 4m/s xe (lúc sau) A 1,7m/s B 1,2m/s C 2m/s D 1,5m/s Bài 26: Khí cầu M có thang dây mang người m Khí cầu người đứng n khơng người leo lên thang với vận tốc vo thang Tính vận tốc đất khí cầu A Mvo/(M+m) B mvo/(M+m) C mvo/M D (M+m)vo/(M+2m) Bài 27: Một viên đạn có khối lượng M = 5kg bay theo phương ngang với vận tốc v = 200 m/s nổ thành mảnh Mảnh thứ có khối lượng m1 = 2kg bay thẳng đứng xuống với vận tốc v1 = 500m/s, mảnh thứ hai bay theo hướng so với phương ngang? A 30o B 45o C 60o D 37o Những thông tin cần bảo mật (nếu có): Khơng Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: Áp dụng dạy khóa học chun đề 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 (nếu có) theo nội dung sau: 10.1 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: Sáng kiến giúp học sinh nắm ĐLBT động lượng biết vận dụng linh hoạt toán học lớp 10, phần Vật lý hạt nhân lớp 12 sau Rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức tốn học sử dụng máy tính điện tử nhanh xác vào việc giải tốn Vật lý 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 mơn Vật lý Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em tự tin vào thân gặp toán mang tính tổng quát 10.2 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức, cá nhân: Có thể áp dụng rộng rãi cho giáo viên học sinh tham khảo, áp dụng 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu (nếu có): Số Tên tổ chức/cáĐịa Phạm vi/Lĩnh vực TT nhân áp dụng sáng kiến Đỗ Thanh Hà Trường THPT Nguyễn ViếtChương Các định luật bảo Xuân, xã Đại Đồng, Vĩnhtoàn (Vật lý 10) Tường, Vĩnh Phúc Bùi Thị Thắm GV Trường THPT Nguyễn Viết Xuân Hs lớp 10A3 Trường THPT Nguyễn Viết Xuân Vĩnh Tường, ngày 31 tháng năm 2019 Thủ trưởng đơn vị/ Chính quyền địa phương (Ký tên, đóng dấu) Vĩnh Tường, ngày 31 tháng năm 2019 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN CẤP CƠ SỞ (Ký tên, đóng dấu) Vĩnh Tường, ngày 29 tháng năm 2019 Tác giả sáng kiến (Ký, ghi rõ họ tên) Đỗ Thanh Hà TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sách giáo khoa Vật lí 10 Nhà xuất giáo dục [2] Sách tập Vật lí 10 Nhà xuất giáo dục [3] Sách giáo viên Vật lí 10 Nhà xuất giáo dục [4] http://violet.vn [5] http://thuvienvatly.com [6] Kiến thức nâng cao Vật Lý THPT 10 Nhà xuất Hà Nội [7] Giải toán Vật Lý 10 Nhà xuất giáo dục  ... ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG TRONG MỘT SỐ BÀI TẬP VẬT LÝ 10 Lời giới thiệu: Động lượng khái niệm Vật lý trừu tượng học sinh Trong toán Vật lý, động lượng đại lượng. .. gian để xác định vận tốc khối lượng vật Động lượng có vai trò quan trọng học sinh giải tập Vật lý, có áp dụng Định luật bảo toàn (ĐLBT) động lượng va chạm đàn hồi, va chạm mềm lớp 10 số toán phản... chuyển động vật bị ném xiên, xác định độ cao cực đại + Xác định phương bảo toàn động lượng biểu diễn vector động lượng mảnh đạn trước sau nổ IV Một số tập luyện tập: Bài 1: Một xe ôtô có khối lượng