SKKN phương pháp giải bài tập động lượng, định luật bảo toàn động lượng

Trong các bài toán Vật lý, động lượng chỉ một đại lượng trung gian để xác định vận tốc hoặc khối lượng của vật.. Động lượng có ý nghĩa rất quan trọng đối với học sinh khi giải bài tập Vậ

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC

TRƯỜNG THPT SÁNG SƠN

=====***=====

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

Tên sáng kiến: Phương pháp giải bài tập động lượng, định

luật bảo toàn động lượng

Tác giả sáng kiến:Nguyễn Hải Cường

Mã sáng kiến: 18.54.03

Sông Lô, Năm 2019

SỞ GD &ĐT VĨNH PHÚC

TRƯỜNG THPT SÁNG SƠN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU ĐĂNG KÝ VIẾT SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

CẤP: NGÀNH: ; TỈNH:

I Thông tin về tác giả đăng ký SKKN

1 Họ và tên: Nguyễn Hải Cường

2 Ngày sinh: 9/6/1981

3 Đơn vị công tác: Trường THPT Sáng Sơn

4 Chuyên môn: Vật Lí

5 Nhiệm vụ được phân công trong năm học:

Giảng dạy Vật lí lớp 10A1, 10A5,10A6,11A2, 11A3, 12A3,12A4.

II Thông tin về sáng kiến kinh nghiệm

1 Tên sáng kiến kinh nghiệm: PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐỘNG LƯỢNG- ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG

2 Cấp học: THPT

3 Mã lĩnh vực: 54

4 Thời gian nghiên cứu: từ tháng 09/2018 đến tháng 01/2019

5 Địa điểm nghiên cứu: Trường THPT Sáng Sơn

6 Đối tượng nghiên cứu: Học sinh

Ngày tháng năm 2019 Ngày tháng năm 2019 Ngày 20 tháng 01 năm 2019

THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ TỔ TRƯỞNG/NHÓM

TRƯỞNG CHUYÊN MÔN

NGƯỜI ĐĂNG KÝ

Mục lục

1 Lời giới thiệu : 4

2 Tên sáng kiến: 4

3 Tác giả sáng kiến: 4

4 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: 5

5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: 5

6 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử 5

7 Mô tả bản chất của sáng kiến: 5

NỘI DUNG CÁC BIỆN PHÁP THỰC HIỆN 5

A KIẾN THỨC CƠ BẢN 5

I/ Kiến thức Toán học 5

II/ Kiến thức Vật lý 5

1.Động lượng: 5

2 Hệ cô lập: (Hệ kín) 6

3 Định luật bảo toàn động lượng: 6

4.Định lí biến thiên động lượng(cách phát biểu khác của định luật II NIUTON) 6

5 Va chạm mềm: 6

6.Chuyển động bằng phản lực: 6

B Các dạng bài tập và phương pháp giải 7

Dạng 1: Tính động lượng của một vật, một hệ vật 7

Dạng 2: Bài tập về định luật bảo toàn động lượng 7

*Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng: 7

C – BÀI TOÁN CƠ BẢN 8

*HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬN DỤNG 15

Bài tập trắc nghiệm 18

8 Những thông tin cần được bảo mật: 21

9 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: 21

10 Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả và theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu, kể cả áp dụng thử 21

10.1 Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả: 21

10.2 Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tổ chức, cá nhân: 22

11 Danh sách những tổ chức/cá nhân đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng sáng kiến lần đầu: 22

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

1 Lời giới thiệu :

Động lượng là một khái niệm Vật lý trừu tượng đối với học sinh Trong các bài toán Vật lý, động lượng chỉ một đại lượng trung gian để xác định vận tốc hoặc khối lượng của vật

Động lượng có ý nghĩa rất quan trọng đối với học sinh khi giải bài tập Vật lý

có áp dụng Định luật bảo toàn (ĐLBT) động lượng trong va chạm đàn hồi, va chạmmềm ở lớp 10 và bài toán phản ứng hạt nhân ở lớp 12

Việc kết hợp các ĐLBT để giải một bài toán Vật lý có ý nghĩa rất quan trọngtrong việc phát triển tư duy của học sinh, phát huy được khả năng tư duy sáng tạo của học sinh

Nhằm phần nào đó tháo gỡ những khó khăn cho các em học sinh, cung cấp kiến thức, chỉ ra phương pháp và sự kết hợp có tính khoa học trong quá trình làm những bài tập phần này cũng như giúp các em có sự hứng thú, yêu thích và sáng tạo

đối với môn học vật lý hơn Vì vậy tôi chọn đề tài “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐỘNG LƯỢNG- ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG”

Để cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, có hệ thống, một số kiến thức toàn diện hơn

Rèn luyện cho các em học sinh những kỹ năng như: kỹ năng vận dụng các kiến thức Vật lý để giải thích những hiện tượng Vật lý đơn giản, những ứng dụng trong đời sống, kỹ năng quan sát và vận dụng phương pháp vào giải các bài tập vật lí cơ học, phát huy tính tích cực sáng tạo nâng cao tầm nhìn của các em về bộ môn vật lí

có tầm quan trọng trong kĩ thuật và đời sống

2 Tên sáng kiến:

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP ĐỘNG LƯỢNG- ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

ĐỘNG LƯỢNG

3 Tác giả sáng kiến:

- Họ và tên: Nguyễn Hải Cường

- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Sáng Sơn – Sông Lô – Vĩnh Phúc

- Số điện thoại:0982922435 E_mail: nguyenhaicuong.gvsangson@vinhphuc.edu.vn

4 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Không

5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến:

Giải các bài tập liên quan đến động lượng của chương trình vật lí THPT

6 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 16/1/2019

7 Mô tả bản chất của sáng kiến:

- Về nội dung của sáng kiến:

NỘI DUNG CÁC BIỆN PHÁP THỰC HIỆN

1 2

3 Định luật bảo toàn động lượng:

Động lượng của hệ cô lập là đại lượng không đổi

4.Định lí biến thiên động lượng(cách phát biểu khác của định luật II NIUTON)

Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó

trong khoảng thời gian t ấy.)

Nếu ban đầu vật đứng yên: 0 M V m u 

Dạng 2: Bài tập về định luật bảo toàn động lượng

Bước 1: Chọn hệ vật cô lập khảo sát

Bước 2: Viết biểu thức động lượng của hệ trước và sau hiện tượng.

Bước 3: áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ:                             

Trong trường hợp này ta cần quy ước chiều dương của chuyển động

- Nếu vật chuyển động theo chiều dương đã chọn thì v > 0;

- Nếu vật chuyển động ngược với chiều dương đã chọn thì v < 0

b Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốcthành phần) không cùng phương, thì ta cần sử dụng hệ thức vector: p s

= p t

và biểudiễn trên hình vẽ Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của bài toán

c Điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lượng:

- Tổng ngoại lực tác dụng lên hệ bằng không

- Ngoại lực rất nhỏ so với nội lực

- Thời gian tương tác ngắn

- Nếu F ngoai luc  0

nhưng hình chiếu của F ngoai luc

trên một phương nào đó bằngkhông thì động lượng bảo toàn trên phương đó

C – BÀI TOÁN CƠ BẢN

Bài tập 1:

Tìm tổng động lượng (hướng và độ lớn) của hệ hai vật có khối lượng bằng nhau m1

= m2 = 1kg Vận tốc của vật 1 có độ lớn v1 = 1m/s và có hướng không đổi Vận tốc của vật 2 có độ lớn v2 = 2m/s và:

a) Cùng hướng với vật 1

b) Cùng phương, ngược chiều

c) Có hướng nghiêng góc 600 so với v1

+ Học sinh thường gặp khó khăn khi xác

định vectơ tổng động lượng của hệ các vectơ

 

 P2  P1

 

 P = P1 + P2 = 3 (kgms-1)b) Khi v2   v1

1 2 ( ; ) 60P P   

 

Áp dụng ĐLHS cosin:

 cos

2 1 2

2 2

2 1

2 P P P P

P   

) cos(

2 1 2

2 2

2

1     

7 120 cos 2 1 2 2

Bài tập 2: Sau va chạm 2 vật chuyển động cùng phương.

Một toa xe khối lượng m1 = 3T chạy với tốc độ v1 = 4m/s đến va chạm vào 1 toa xe đứng yên khối lượng m2 = 5T Toa này chuyển động với vận tốc v2’ = 3m/s Toa 1 chuyển động thế nào sau va chạm?

+ Nêu được điều kiện hệ kín

+ Nêu được kiến thức ĐLBT động

 

).+ Chiếu PT (*) lên chiều dương ta có:

m1v1 + 0 = m1v1’ + m2v2’

1 3

3 5 4 3

1

' 2 2 1 1 '

1      



m

v m v m v

v1’ < 0 chứng tỏ sau va chạm 1 chuyển động theo chiều ngược lại

vận tốc v1

Nhận xét: Học sinh gặp khó khăn khi chuyển biểu thức động lượng dạng vectơ

sang biểu thức đại số để tính toán

Bài tập 3: Sau va chạm 2 vật chuyển động khác phương.

Một viên đạn khối lượng 2kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì

nổ thành 2 mảnh khối lượng bằng nhau Mảnh thứ nhất bay lên với vận tốc 250m/s theo phương lệch góc 600 so với đường thẳng đứng

+ Thời gian xảy ra tương tác rất ngắn

- Động lượng của hệ trước va chạm:

2 1 2

2 2

2 1 2

P P P P

P   

) cos 1 (

1 1 2 500 ) cos 1 ( 2

 ∆OAB đều  = 600.Vậy sau khi đạn nổ mảnh thứ hai bay lênvới vận tốc v2 = 500m/s tạo với phương thẳng đứng một góc = 600

Một thuyền chiều dài l = 2m, khối lượng M = 140kg, chở một người có khối lượng

m = 60kg; ban đầu tất cả đứng yên Thuyền đậu theo phương vuông góc với bờ sông Nếu người đi từ đầu này đến đầu kia của thuyền thì thuyền tiến lại gần bờ, và dịch chuyển bao nhiêu? Bỏ qua sức cản của nước

+ Không xác định được vận tốc của vật

chuyển động so với gốc quy chiếu bằng

cách áp dụng công thức vận tốc

Lời giải:

Dễ thấy, để BTĐL của hệ và thuyền ban đầu đứng yên thì khi người chuyểnđộng thuyền sẽ chuyển động ngược lại

- Xét khi người đi trên thuyền theo hướng ra xa bờ

+ Gọi vận tốc của người so với thuyền là: v v  ( ) 12

+ Vận tốc của thuyền so với bờ là:

23 ( )

V v 

+ Vận tốc của người so với bờ là:

' 13 ( )

(*)  v’ = v – V  v = v’ + V+ Khi người đi hết chiều dài của

Bài tập 5: Bài toán đạn nổ

Một súng đại bác tự hành có khối lượng M = 800kg và đặt trên mặt đất nằm ngang bắn một viên đạn khối lượng m = 20kg theo phương làm với đường nằm ngang mộtgóc α = 600 Vận tốc của đạn là v = 400m/s Tính vận tốc giật lùi của súng

2 ( )1

+ Thời gian xảy ra tương tác ngắn.

+ Nội lực lớn hơn rất nhiều ngoại lực

- Trước khi đạn nổ: động lượng của hệ bằng 0

- Ngay sau khi đạn nổ:

Áp dụng ĐLBT động lượng ta có:

0

1 400 800

20 cos

(m/s)

Nhận xét: Nhiều học sinh không xác định được phương động lượng được bảo toàn.

Bài tập 6: Bài toán chuyển động của tên lửa

Một tên lửa có khối lượng tổng cộng 100T đang bay với vật tốc 200m/s đối với Trái đất thì phụt ra (tức thời) 20T khí với tốc độ 500m/s đối với tên lửa Tính vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí trong hai trường hợp

a) Phụt ra phía sau (ngược chiều bay)

b) Phụt ra phía trước (bỏ qua sức cản của trái đất)

- Gọi V V  , '

là vận tốc của tên lửa so vớitrái đất ngay trước và ngay sau khi phụt khí có khối lượng m

v là vận tốc lượng khí phụt ra so với tên lửa

 Vận tốc của lượng khí phụt ra so với Trái đất là:

a) Trường hợp khí phụt ra phía sau: tên lửa tăng tốc

v                             V 

(*): MV = (M – m).V’ + m(V – v)

v m M

m V

m M

v V m MV

+ Nêu được nguyên tắc

chuyển động của tên lửa

+ Biết trường hợp nào tên

lửa tăng tốc, giảm tốc

Nhận xét:

Học sinh không tưởng tượng được ra

quá trình tăng tốc và giảm tốc của tên

lửa nhờ khí phụt ra

Bài toán 7:

Một lựu đạn được ném từ mặt đất với vận tốc v0 = 20m/s theo hướng lệch với

phương ngang góc α = 300 Lên tới đỉnh cao nhất nó nổ thành mảnh có khối lượng

bằng nhau Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc v1 = 20m/s

a) Tìm hướng và độ lớn vận tốc của mảnh II

b) Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu?

a) v2  ? b) hMax = ?

Lời giải:

Chọn hệ trục toạ độ Oxy: Ox nằm ngang

Oy thẳng đứngGốc O là vị trí ném lựu đạn

Tại thời điểm ban đầu t0 = 0, vận tốc lựu đạn theo mỗi phương:

.

) / ( 3 10 30 cos 20 cos

.

0 0

0

0 0

0

s m v

v

s m v

v

y x

2 2

2

1

t t gt t v

(2)

Chuyển động

a) Khi lựu đạn lên tới độ cao cực đại

max y 0 Oy 0

yy  v   v  gt

10

1 10

* Xét tại vị trí cao nhất ngay sau khi nổ:

- Hệ viên đạn ngay trước và ngay sau khi nổ là hệ kín vì:

+ Nội lực lớn hơn rất nhiều ngoại lực

+ Thời gian xảy ra tương tác ngắn

0 2

0 2

3 ' cos 40 20 3( / )

2 1 ' sin 40 20( / )

2

Oy

y v t  gt    (m)Vậy độ cao cực đại của mảnh II lên tới là:

max max ' max 5 20 25

h y y    (m)

Nhận xét: Học sinh thường gặp khó khăn khi:

+ Xét chuyển động của một vật bị ném xiên, xác định độ cao cực đại

+ Xác định phương bảo toàn động lượng và biểu diễn vectơ động lượng của các

mảnh đạn ngay trước và ngay sau khi nổ

Bài 8 Một viên đạn có khối lượng 2 kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc

250m/s thì nổ thành 2 mảnh có khối lượng bằng nhau Biết mảnh thứ nhất bay theo phương nằm ngang với vận tốc 500m/s, hỏi mảnh kia bay theo phương nào với vận tốc bao nhiêu?

Giải

- Xét hệ gồm hai mảnh đạn trong thời gian nổ là hệ kín

- Động lượng trước khi đạn nổ: p t mv

- Động lượng sau khi đạn nổ:              p s m v              1 1 m v              2 2

-Áp dụng định luật bảo toàn động lượng

2

sin 0 sin

m v m v

m v v

2.500

os 1 45

m v m tg

*HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài tập tự luận

Bài 1 Một người khối lượng m1 = 60kg đang chạy với tốc độ v1 = 4m/s thì

nhảy lên một chiếc xe khối lượng m2 = 90kg chạy song song ngang qua ngườinày với tốc độ v2 = 3m/s Sau đó, xe và người vẫn tiếp tục chuyển động trênphương cũ Tính vận tốc của xe sau khi người nhảy lên nếu ban đầu xe vàngười chuyển động:

a.Cùng chiều (ĐS: 3,4m/s)

b.Ngược chiều (ĐS: 0,2m/s)

Bài 2 Xe chở cát khối lượng m1 = 390kg chuyển động theo phương ngang

với vận tốc v1 = 8m/s Hòn đá khối lượng m2 = 10kg bay đến cắm vào cát.Tìm vận tốc của xe sau khi hòn đá rơi vào trong cát trong hai trường hợp:

a.Hòn đá bay ngang, ngược chiều xe với vận tốc v2 = 12m/s (ĐS: 7,5m/s)

b.Hòn đá rơi thẳng đứng (ĐS: 7,8m/s)

Bài 3 Một người khối lượng m1 = 60kg đứng trên một xe goòng khối

lượng m2 = 240kg đang chuyển động trên đường ray với vận tốc 2m/s Tínhvận tốc của xe nếu người:

a nhảy ra sau xe với vận tốc 4m/s đối với xe sau khi nhảy (ĐS: 2,8m/s)

b nhảy ra phía trước xe với vận tốc 4m/s đối với xe sau khi nhảy (ĐS: 1,2m/s)

c nhảy ra khỏi xe với vận tốc v1’ đối với xe, v1’ v u ô n g góc với thành xe (ĐS: 2m/s)

Bài 4 Một viên đạn đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ

thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau Tìm hướng và độ lớn vận tốc của mảnh thứ nhất biết mảnh thứ hai bay với vận tốc 500m/s theo phương lệch một góc 600 với đường thẳng đứng, hướng:

a.lên phía trên (ĐS: 500m/s; lệch 600 so với phương thẳng đứng)

b.xuống phía dưới mặt đất (ĐS: 866m/s; lệch 300 )

Bài 5 Một viên đạn khối lượng m  0, 8kg đang bay ngang với vận tốc v0 

12, 5m / s ở độ cao H  20m thì vỡ thành hai mảnh Mảnh I có khối lượng m1

 0, 5kg , ngay sau khi nổ bay thẳng đứng xuống và khi sắp chạm đất có vận tốc v'  40m / s Tìm độ lớn và hướng vận tốc mảnh đạn II ngay sau khi vỡ

Bỏ qua sức cản của không khí (ĐS: 66,7m/s; hướng lên, hợp với phương ngang góc 600 )

Bài 6 Một hạt nhân phóng xạ ban đầu đứng yên phân rã thành ba hạt:

electron, notrino và hạt nhân con Động lượng của electron là 9.10-23kgm/s,động lượng của notrino vuông góc với động lượng của electron và có độlớn 12.10-23kgm/s Tìm hướng và độ lớn động lượng của hạt nhân con

(ĐS:15.1023 N s )

Bài 7 Một khẩu súng có khối lượng 2000kg, được lắp một viên đạn có khối

lượng m Ban đầu hệ đứng yên, sau khi bắn đạn rời nòng với tốc độ 1250m/s,còn súng giật lùi với tốc độ 5m/s Tìm khối lượng của viên đạn (ĐS: 8kg)

Bài 8 Xác định lực tác dụng của súng trường lên vai người bắn biết lúc bắn,

vai người giật lùi

2cm, còn viên đạn bay tức thời khỏi nòng súng với vận tốc 500m/s Khối lượng của súng là 5kg, khối lượng đạn là 20g

Bài 9 Hai quả bóng khối lượng m1  50 g , m2  75g ép sát vào nhau trên

mặt phẳng ngang Khi buông tay, quả bóng I lăn được 3,6m thì dừng lại Hỏi quả bóng II lăn được quãng đường bao nhiêu? Biết hệ số ma sát lăn giữa bóng

và mặt sàn là như nhau cho cả hai bóng

Bài 10 Có một bệ pháo khối lượng 10 tấn có thể chuyển động trên đường

ray nằm ngang không ma sát Trên bệ có gắn một khẩu pháo khối lượng 5 tấn Giả sử khẩu pháo chứa một viên đạn khối lượng

100kg và nhả đạn theo phương ngang với vận tốc đầu nòng 500m/s đối với khẩu pháo Xác định vận tốc giật lùi của bệ pháo ngay sau khi bắn trong các trường hợp:

a.Lúc đầu hệ đứng yên (ĐS: 3,11m/s)

b.Trước khi bắn bệ pháo chuyển động với vận tốc 18km/h:

-Theo chiều bắn (ĐS: 1,69m/s)

-Ngược chiều bắn (ĐS: 8,31m/s)

Bài 11 Khẩu đại bác đặt trên một xe lăn, khối lượng tổng cộng m1 = 7,5 tấn,

nòng súng hợp thành góc   600 với mặt đường nằm ngang Khi bắn một viên đạn khối lượng m2 = 20kg, súng giật lùi theo phương ngang với vận tốc v1 = 1m/s Tính vận tốc viên đạn lúc rời nòng súng Bỏ qua ma sát (ĐS:750m/s)

Bài 12 Một người khối lượng m1 = 50kg đang đứng trên một chiếc thuyền

khối lượng m2 = 200kg nằm yên trên mặt nước yên lặng Sau đó, người ấy đi

từ mũi đến lái thuyền với vận tốc v1 = 0,5m/s đối với thuyền Biết thuyền dài3m, bỏ qua lực cản của nước

a.Tính vận tốc của thuyền đối dòng với nước (ĐS: 0,1m/s)

b.Trong khi người chuyển động, thuyền đi được một quãng đường bao nhiêu? (ĐS: 0,6m)

c.Khi người dừng lại, thuyền còn chuyển động không? (ĐS: không chuyển động)

Bài 13 Thuyền dài l  4m , khối lượng M = 160kg, đậu trên mặt nước hai

người khối lượng m1 =

50kg, m2 = 40kg đứng ở hai đầu thuyền Hỏi khi họ đổi chỗ cho nhau thuyềndịch chuyển một đoạn bao nhiêu? (ĐS: 0,16m)

Bài 14 Hai thuyền, mỗi thuyền có khối lượng M chứa một kiện hàng khối

lượng m, chuyển động song song ngược chiều với cùng vận tốc v0 Khi haithuyền ngang nhau, người ta đổi hai kiện hàng cho nhau theo một trong haicách:

-Hai kiện hàng được chuyển theo thứ tự trước sau,