ĐL bảo toàn động lượng cực hay

Mục đích thí nghiệm: Kiểm nghiệm nội dung định luật bảo toàn động lượng trong trường hợp va chạm mềm của 2 vật, sử dụng bộ thí nghiệm bộ thí nghiệm băng đệm khí và đồng hồ đo thời gian

THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM VẬT LÝ PHỔ THÔNG

Sinh viên: Nguyễn Chí Hiến

Lớp: TN-K58, Khoa Vật Lý.

Câu 09: Thuyết trình nội dung dạy học Đ31 SGKVL 10 nâng cao: “Định luật bảo toàn động

lượng”, trong đó có sử dụng thí nghiệm với bộ thí nghiệm băng đệm khí và đồng hồ đo thời gian hiển thị số

* * * TÊN THÍ NGHIỆM: Định luật bảo toàn động lượng.

1 Mục đích thí nghiệm:

Kiểm nghiệm nội dung định luật bảo toàn động lượng trong trường hợp va chạm mềm của 2 vật, sử dụng bộ thí nghiệm bộ thí nghiệm băng đệm khí và đồng hồ đo thời gian hiển thị

số

2 Bố trí thí nghiệm:

+ Điều chỉnh cho băng đệm khí nằm ngang và lắp ống dẫn khí từ bơm nén vào băng + Đặt hai cổng quang điện ở hai vị trí tùy ý trên băng đệm khí và nối chúng vào đồng

hồ đo thời gian làm việc ở chế độ Timing I

+ Đặt xe trượt 1 có tấm dính ở đầu xe và đã được lắp thanh cản quang lên một đầu của băng đệm khí, còn xe trượt 2 cũng có tấm dính ở đầu xe được đặt ở khoảng giữa của 2 cổng quang điện

3 Tiến hành thí nghiệm:

+ Cho bơm nén khí và đồng hồ đo thời gian hoạt động Đẩy nhẹ xe 1 để nó chuyển động, quan sát hiện tượng diễn ra và lần lượt đọc trên đồng hồ hiện số các thông số khoảng thời gian t và t’ đẻ kiểm nghiệm các hệ quả đã rút ra

+ Lặp lại thí nghiệm để kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng trong trường hợp

xe 1 có khối lượng gấp đôi hoặc bằng nửa khối lượng xe 2

6 Tiến trình sử dụng thí nghiệm trong dạy học kiến thức: Định luật bảo toàn động lượng

a Mục tiêu dạy học:

1 Kiến thức:

- Nắm được khái niệm hệ kín

- Nắm vững định nghĩa động lượng và nội dung cuả định luật bảo toàn động lượng áp dụng cho hệ kín

2 Kỹ năng:

- Nhận biết hệ vật, hệ kín, khái niệm động lượng, điều kiện áp dụng được định luật bảo toàn động lượng

- Bíêt vận dụng định luật để giải một số bài toán tìm động lượng và áp dụng định luật bảo toàn động lượng

- Đề xuất được phương án thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng

b Vấn đề cần giải quyết:

Động lượng của một hệ kín trước và sau khi va chạm có mối quan hệ với nhau như thế nào?

c Đề cương tiến trình:

* Hoạt động 1: Tìm hiểu khái niệm hệ kín:

Hoạt động của giáo viên Hoạt dộng của học sinh

- Thông báo khái niệm hệ kín: Một hệ vật gọi là

hệ kín nếu chỉ có các vật trong hệ tương tác lẫn

nhau (gọi là nội lực) mà không có tác dụng của

những lực từ bên ngoài (gọi là ngoại lực), hoặc

nếu có thì phải triệt tiêu lẫn nhau

- Hệ gồm một vật và Trái đất có phải là hệ kín

không?

- Thông báo: Thực tế không có hệ kín tuyệt đối.

Một hệ có thể coi là kín khi mà nội lực rất lớn so

với ngoại lực

- Suy nghĩ và trả lời câu hỏi

* Hoạt động 2: Tìm hiểu các định luật bảo toàn.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Bài toán: Một viên bi khối lượng m lăn không

ma sát từ đỉnh một máng nghiêng cao h với vận

tốc ban đầu bằng không Xác định vận tốc của

viên bi tại chân máng

- Thông báo: Ngoài phương pháp động lực học,

chúng ta còn có thể giải các bài toán cơ học bằng

một phương pháp khác, là phương pháp sử dụng

các định luật bảo toàn

- Thông báo: Đại lượng bảo toàn là đại lượng không thay đổi theo thời gian

- Thông báo: Định luật bảo toàn là định luật cho

biết đại lượng vật lý nào bảo toàn Các định luật

bảo toàn là các định luật tổng quát trong tự

nhiên, có vai trò rất quan trọng trong đời sống

- Không giải được theo phương pháp động lực học: Vì máng không phẳng, lực tác dụng vào viên bi luôn thay đổi trong quá trình viên bi lăn trên máng

- Tiếp thu các thông báo

* Hoạt động 3: Xây dựng khái niệm động lượng.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Bài toán: Xét một viên bi lăn từ mặt phẳng

nghiêng với các độ cao khác nhau và va chạm

vào một miếng gỗ Khúc gỗ sẽ chuyển động như

thế nào?

- Như vậy dưới tác dụng của lực F (do viên tác

dụng) trong thời gian ∆t, vận tốc của khúc gỗ

thay đổi thế nào?

- Theo định luật II Niu-tơn ta được điều gì?

- Tức là ta có: F ∆t =m.v' −m v

- Thông báo: Vế trái F tr∆ gọi là xung của lực,

vế phải là độ biến thiên của đại lượng m v gọi

là động lượng p của vật

- Yêu cầu học sinh phát biểu định nghĩa động

Quan sát và trả lời: Khúc gỗ chuyện động nhanh chậm khác nhau trong mỗi trường hợp

- Vận tốc của khúc gỗ thay đổi từ v

thành v 'r

và thu được gia tốc: a v ' v

t

−

=

∆

r r r

t v v m F

∆

−

= '

- Tiếp thu các thông báo

h

lượng, viết biểu thức và nêu đơn vị.

Từ biểu thức của động lượng ta thấy hướng của

vec-tơ động lượng như thế nào?

- Thông báo: Động lượng là đại lượng đặc

trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật

tương tác Khi một vật chịu tương tác thì động

lượng của nó thay đổi

Động lượng của một vật là đại lượng đo bằng tích số giữa khối lượng và vận tốc của vật

Biểu thức: p = m v

Đơn vị: kg.m/s Động lượng cùng hướng vec-tơ vận tốc của vật

- Tiếp thu thông báo

* Hoạt động 4: Xây dựng định luật bảo toàn động lượng bằng con đường lý thuyết.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

- Động lượng của một hệ kín trước và sau khi va

chạm có mối quan hệ với nhau như thế nào?

Bài toán: Cho hệ kín gồm 2 vật tương tác với

nhau Vận tốc ban đầu của 2 vật làvr1

và v r2

Sau thời gian tương tác là ∆t, vận tốc biến đổi

thành '

1

vr và '

2

v

r

• Xác định độ biến thiên động lượng

của 2 vật

• So sánh độ biến thiên động lượng của

2 vật

• So sánh tổng động lượng của hệ

trước và sau khi va chạm

Có thể gợi ý cho học sinh: Sử dụng định luật

II và định luật III Niu-tơn

Kết luận: Tổng động lượng của hệ trước và

sau khi va chạm không thay đổi

* ∆p1 =m1(v1' −v1)

) ' ( 2 2 2

2 m v v

∆

* Theo định luật II Newton có:

t

v v m t

v m a m F

∆

−

=

∆

∆

=

1

1 1 1 1 1

t

v v m t

v m a m F

∆

−

=

∆

∆

=

' 2 2 2 2 2 2 2

Theo định luật III Newton:

2

1 F

F = −

Do vậy:

) ' ( )

' ( 1 1 2 2 2

1 v v m v v

Hay: ∆p1 = ∆p2

* Biến đổi (1) ta có:

' 2 2 ' 1 1 2 2 1

1v m v m v m v

Suy ra: p1 +p2 =p1 ' +p2 '

Hay: p=p'

* Hoạt động 5: Kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng bằng thực nghiệm.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

- Như vậy là từ lý thuyết chúng ta đã chứng

minh được tổng động lượng của hệ trước và sau

khi va chạm không thay đổi Tuy nhiên để nó

trở thành một kiến thức khoa học thì ta cần

phải kiểm nhiệm lại bằng thực nghiệm Các em

hãy đề xuất một phương án thí nghiệm để kiểm

nghiệm nội dung của định luật này

- Phân tích các phương án mà học sinh đưa ra:

Trong phương án này, việc dùng thước kẻ và

đồng hồ bấm giờ để xác định vận tốc của 2

viên bi là đúng vì muốn đo vận tốc ta phai đo

quáng đường và thời gian Nhưng trong trường

hợp này đo vận tốc của 2 viên bi trong 2 giai

đoạn là rất khó và kém chính xác Các em có

phương án khác không?

- Như vậy là chúng ta sẽ kiểm nghiệm định luật

trong trường hợp va chạm mềm Sau đó giới

thiệu bộ thí nghiệm đệm khí và đồng hồ đo thời

gian hiển thị số (Nói qua vì học sinh đã biết bộ

thí nghiệm này ở các bài học trước)

- Theo các em thì chúng ta phải bố trí và làm

thí nghiệm như thế nào?

- Bây giờ chúng ta cùng tiến hành thí nghiệm:

- Suy nghĩ và đưa ra phương án: Cho 2 viên bi lăn đến và va chạm với nhau, dùng thước kẻ và đồng hồ bấm giờ để xác định vận tốc của các biên bi trước và sau va chạm Từ đó ta tính động lượng của hệ trước và sau va chạm

- Cho một viên bi lăn tới va chạm vào một viên bi đang đứng yên, và làm thế nào đó để sau khi va chạm 2 viên bi lăn cùng vận tốc

- Đặt hai cổng quang điện ở hai vị trí tùy

ý trên băng đệm khí và nối chúng vào đồng hồ đo thời gian làm việc ở chế độ Timing I

- Đặt xe trượt 1 có tấm dính ở đầu xe và

đã được lắp thanh cản quang lên một đầu của băng đệm khí, còn xe trượt 2 cũng có tấm dính ở đầu xe được đặt ở khoảng giữa của 2 cổng quang điện

- Cho bơm nén khí và đồng hồ đo thời gian hoạt động Đẩy nhẹ xe 1 để nó chuyển động, lần lượt đọc trên đồng hồ hiện số các thông số khoảng thời gian t và t’ Dùng cân để đo khối lượng 2 xe, dùng đước đo bề rộng thanh cản quang để kiểm nghiệm định luật trong trường hợp này

(Để tiết kiệm thời gian, giáo viên làm thí

nghiệm và yêu cầu học sinh đọc số liệu Có thể

lặp lại thí nghiệm để kiểm nghiệm định luật bảo

toàn động lượng trong trường hợp xe 1 có khối

lượng gấp đôi hoặc bằng nửa khối lượng xe 2)

- Khi đã có số liệu, yêu cầu học sinh tính toán

động năng của hệ trước va chạm và sau va

chạm So sánh 2 giá trị này

- Nhận xét: Trong phạm vi sai số, kết quả thí

nghiệm cho thấy tổng động lượng của hệ trước

va chạm và sau va chạm là không đổi Như vậy

định luật đã được kiểm nghiệm là đúng

- Yêu cầu học sinh phát biểu định luật

- Đọc và ghi lại các số liệu

- Tính toán và nhận xét

- Vec tơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn

* Hoạt động 6: Củng cố bài học và ra yêu cầu nhiệm vụ học tập tiếp theo.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

- Nhắc lại khái niệm hệ kín, khi nào một hệ có

thể coi là hệ kín

- Nhắc lại khái niệm động lượng

- Nhắc lại nội dung định luật bảo toàn động

lượng

- Yêu cầu học sịnh về nhà làm các bài tập 1, 2,

3, 4 và 5 trong SGK