Phan tich chuong Cac dinh luat bao toan10NC

Đối với van chạm đàn hồi thời gian diễn ra va chạm ngắn nên nội lực xuất hiện trong lúc va chạm lớn hơn rất nhiều so với ngoại lực do đó có thể xem hệ là hệ kín, đồng thời va chạm đàn hồ[r]

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU

B NỘI DUNG

1 Giới thiệu chung

2 Vị trí, nhiệm vụ muc tiêu chuẩn kiến thức kĩ

2.1 Vị trí chương định luật bảo tồn

2.2 Nhiệm vụ

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

3 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

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

4 Phân tích mặt thực rèn luyện kỹ 29

C KẾT LUẬN 31

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 ln 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 thơng việc làm quan trọng, cần thiết giáo viên

Các định luật bảo toàn phần quan trọng chương trình vật lí phổ thơng 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 tồn 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 hồ khí…

B NỘI DUNG 1 Giới thiệu chung

Các định luật bảo toàn(CĐLBT) đóng vai trị quan trọng, tảng lý thuyết vật lý, chúng sở tính tốn quan trọng vật lý thực nghiệm kỹ thuật Trong học cổ điển, ĐLBT áp dụng cho giới vĩ mơ mà cịn cho phép khám phá định luật đặc thù giới vi mô: ĐLBT điện tích, bảo tồn tính lạ,…

Các ĐLBT thực cung cấp thêm phương pháp giải toán học hữu hiệu, bổ sung cho phương pháp động lực học, đơi cịn 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 cơng 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 qt cao định luật Niu-tơn chúng gắn với tính chất khơng gian thời gian Từ tính chất dẫn tới ĐLBT, cụ thể ĐLBT động lượng phản ánh tính chất đồng tính khơng gian, ĐLBT mơmen động lượng phản ánh tính chất đẳng hướng khơng gian, ĐLBT lượng phản ánh tính chất đồng thời gian

2 Vị trí, nhiệm vụ muc tiêu chuẩn kiến thức kĩ năng 2.1 Vị trí chương định luật bảo tồn

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

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 năng

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, ĐLBT động lượng,

chuyển động phản lực

+Nêu khái niệm lấy ví dụ hệ kín?

+Viết cơng thức tính nêu đơn vị động lượng

+Phát biểu viết biểu thức ĐLBT hệ kín gồm hai vật

+Nêu nguyên tắc CĐ phản lực Công, công

suất

+Phát biểu định nghĩa viết cơng thức tính cơng, cơng suất

Về kiến thức

+Phát biểu viết biểu thức định lý ĐN Thế

trọng trường TN đàn hồi

+Phát biểu định nghĩa, viết công thức nêu đơn vị vật trọng trường +Viết cơng thức tính đàn hồi

Cơ ĐLBT

+Phát biểu định nghĩa, viết biểu thức

+Phát biểu viết biểu thức ĐLBT Va chạm

đàn hồi không đàn hồi

+Có khái niệm chung va chạm phân biệt va chạm đàn hồi va chạm mềm (va chạm hồn tồn khơng đàn hồi)

Ba định luật Kê-ple

+Có khái niệm hệ nhật tâm: Mặt Trời trung tâm hành tinh quay xung quanh

+Phát biểu viết hệ thức ba định luật Kê-ple Nắm hệ suy từ định luật

Về kỹ năng

+Vận dụng ĐLBT động lượng (xét hệ kín gồm hai nhiều vật), bảo tồn lượng (cơ năng) để giải tập hai vật va chạm mềm, va chạm đàn hồi

+Vận dụng CT AF.s.cosvà t A

P 

+Vận dụng ĐLBT để giải tốn CĐ vật, hệ có hai vật

Từ mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ tóm tắt nội dung chương sơ đồ cấu trúc sau

3 Phân tích mặt nội dung kiến thức chương định luật bảo toàn trong SGK

3.1 Định luật bảo toàn động lượng 3.1.1.Khái niệm hệ kín

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 khơng 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 khơng có tác dụng lực bên hệ(gọi ngoại lực, có lực triệt tiêu

Thực tế, khơng có 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

(lực sống) “Hoạt lực” Lepnich ngày gọi động năng, có giá trị

2mv

2 dạng lượng đặc trưng cho chuyển động vật Niu-tơn coi

động lượng đại lượng đặc cho chuyển động phương diện động lực đo tích mv, ơng biết tốc độ biến thiên động lượng giữ vai trò quan trọng việc xác định đặc trưng tương tác

Động lượng kí hiệu p xác định bằng 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:

Xét vật có khối lượng m chịu tác dụng lực F Theo định luật II Niu-tơn ta có:

F ma m v t



 

 

 

Vì khối lượng vật khơng đổi nên viết (mv) p

F

t t

 

 

 

 



từ biểu thức ta viết

F t. p (1)

t

F định nghĩa xung lượng lực tác dụng khoảng thời

gian t

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

( )

F t  p mv   

(2)

( )

p m v

   độ biến thiên động lượng vật khoảng thời gian ∆t Trong khuôn khổ học cổ điển Niu-tơn khối lượng vật khơng thay đổi nên ta có:

( ) v

F t p mv m v F m t                                         

Hay: 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 khơng thể tách rời khối lượng vận tốc 3.1.2.4 Định luật bảo tồn động lượng

Từ F p (mv)

t t         

 Ft pp2  p1 ta nhận thấy F 0



( )

p mv

    hay p c onst Như : để F 0ta xét hệ hệ kín, những trường hợp xem hệ kín trên, động lượng bảo toàn

Vậy: Véc tơ tổng động lượng hệ kín bảo tồn

'

pp  

(4) Trong pp1p2

                                         

' ' '

1

p p p    

là 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

dụng lên hệ có hình chiếu trục cố định khơng 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 cịn với hệ vi mơ (với hệ khơng thể 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) khơng nghiệm nữa, định lý biến thiên động lượng ĐLBT động lượng cho hệ kín ln

2 c v m m  

( m0 : khối lượng nghỉ )

 

2

1 m v

p mv F t

v c                      

Nếu F 0

0 2

1 m v p

v c

 





= const

Từ biểu thức (2) phát biểu sau: Độ biến thiên động lượng vật thời gian t xung lượng lực tác dụng lên vật thời gian

t

 đó( xem định lý biến thiên động lượng)

Để hình thành định luật bảo tồn động lượng thường có hai đường: Thứ nhất, xuất phát từ thực nghiệm, xuất phát từ thí nghiệm va chạm hai vật, từ khái quát hóa cho trường hợp tổng qt đí đến phát 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 định luật vật lí độc lập khơng phải hệ định luật II Niu-tơn

Đối với SGK việc hình thành định luật bảo toàn động lượng, động lượng xây dựng từ định luật II Niu-tơn

3.2 Ứng dụng định luật bảo toàn động lượng: chuyển động phản lực

Khi trình bày ứng dụng định luật bảo tồn động lượng, SGK trình bày chuyển động phản lực số tập áp dụng ĐLBT động lượng Dưới phân tích chuyển động phản lực

Trong hệ kín đứng yên, có

phần hệ chuyển động theo hướng, theo định luật bảo tồn động lượng, phần lại hệ phải chuyển động theo hướng ngược lại Chuyển động theo nguyên tắc gọi chuyển động phản lực Cần phân biệt khác

giữa “Chuyển động phản lực” với chuyển động nhờ phản lực của mặt đất chất lỏng

Máy bay cánh quạt có ngun tắc chuyển động hồn tồn khác với máy bay phản lực Khi cánh quạt quay, cấu tạo xoắn mà luồng khơng khí bị đẩy phía sau với vận tốc lớn Theo định luật III Niu-tơn, phản lực luồng khơng khí tác dụng lên cánh quạt đẩy máy bay chuyển động phía trước

Nguyên tắc chung động phản lực có phận đốt nhiên liệu để tạo luồng khí phóng phía sau với vận tốc lớn, phần lại động chuyển động ngược chiều theo định luật bảo toàn động lượng, vận tốc chuyển động phụ thuộc vào vận tốc khối lượng khí

Súng bị giật lùi bắn chuyển động phản lực không liên tục Tên lửa, pháo thăng thiên phóng lên chuyển động phản lực liên tục nhờ có nhiên liệu đốt cháy phóng liên tục Cánh diều bay lên nhờ có khơng khí tạo lực nâng tác dụng lên cánh diều

3.3 Công công suất 3.3.1.Khái niệm cơng

Khái niêm cơng hình thành trước tiên kĩ thuật vào khoảng kỷ XVIII để nói khả hoạt động máy nước, lúc chưa có thuật ngữ “cơng” “công suất” Năm 1803 Lada Cacnô đưa khái niệm “mơ men hoạt động” định nghĩa tích lực với đường cơsin góc chúng Có thể nói định nghĩa cơng Sau (1886) Pơngxơlê Cơriơlit bắt đầu dùng thuật ngữ “cơng” Theo ơng, cơng tích lực tác dụng lên chất điểm theo phương chuyển dời độ chuyển dời

điểm đặt lực Theo định nghĩa đó, tích F.s dấu hiệu cho phép ta phân biệt cách nhanh chóng trường hợp có cơng thực tính cơng đó, song tích chưa thể chất cơng

Bản chất vật lí công thể rõ gắn khái niệm với định luật bảo tồn lượng Cơng xuất có chuyển hố lượng từ dạng sang dạng khác hay truyền từ vật sang vật khác Công dạng lượng mà hình thức vĩ mơ truyền lượng Từ suy độ lớn cơng xác định độ lớn phần lượng truyền từ vật sang vật khác hay chuyển từ dạng sang dạng khác q trình

Theo Bách khoa tồn thư Việt Nam, cơng lượng học lực sinh dịch chuyển, độ đo tác dụng lực theo quãng đường Nếu lực có phương, chiều, giá trị khơng đổi điểm đặt di chuyển đoạn thẳng s cơng lực A = FScosα, α góc vectơ lực vectơ di chuyển

Công dương α nhọn, âm α tù không α = 900.

Nếu A>0 gọi công phát động Nếu A<0 gọi cơng cản

Trong α góc vectơ lực vectơ di chuyển; F lực tác dụng lên vật làm vật dịch chuyển đoạn đường s

Cơng đại lượng vơ hướng dương, âm không Công phụ thuộc vào hệ quy chiếu nên có tính tương đối

Nếu lực lực (lực hấp dẫn, lực tĩnh điện ) cơng lực khơng phụ thuộc vào đường dịch chuyển mà phụ thuộc vào điểm đầu điểm cuối

F

S



dịch chuyển

Trong hệ đơn vị quốc tế SI Jun (kí hiệu J), J = N.m Trong kĩ thuật dùng kilơgam lực.mét (kí hiệu kgl.m), kgl.m = 9,81 J Ngồi ra, t đơn vị cơng Nó cơng nhà máy cơng suất 1W sinh

3.3.2 Khái niệm công suất

Công suất đại lượng biểu thị tốc độ biến đổi cơng theo thời gian, dA lượng công sinh khoảng thời gian dt Nếu công thực đều, tức độ biến đổi công khoảng thời gian nhau, đo cơng suất khơng đổi A/t (với A công sinh khoảng thời gian t)

Từ biểu thức công suất ta suy ra: Công suất đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công nhanh hay chậm máy (hay lực) đo công mà lực sinh đơn vị thời gian (1 giây)

Trong trường hợp tổng quát, lực thay đổi phương, chiều cường độ, điểm đặt lực di chuyển với vận tốc v hợp với hướng lực góc α P = F.v.cosα

Nếu lựcF có độ lớn khơng đổi hướng với vectơ vận tốc thì:

A F s

P F v

t t

  

   

(7) Trong đó: A công sinh khoảng thời gian t

Từ công thức P F v

 

ta suy P khơng đổi: Muốn tăng lực tác dụng F phải giảm vận

tốc v, ngược lại muốn giảm lực F phải tăng v Đây ngun tắc hoạt động hộp số 3.3.3 Khái niệm lượng

Năng lượng khái niệm phức tạp vật lý học Nó thước đo thống dạng chuyển động khác vật chất Mỗi dạng chuyển động vật lý học đặc trưng dạng lượng riêng, có cơng thức định lượng tương ứng: Cơ năng, nội năng, quang năng,…

Theo sách “Cơ sở vật lý” Đavid Halliday “năng lượng số đo gắn với trạng thái (hay điều kiện) hay nhiều vật”

Theo “Bách khoa toàn thư Việt Nam”: lượng độ đo định lượng chung cho dạng vận động khác vật chất

Theo SGK: Một vật có khả sinh cơng, ta nói, vật có mang lượng Cách định nghĩa cho thấy cơng lượng gắn bó mật thiết với Độ lớn công trình độ lớn phần lượng truyền từ vật sang vật khác chuyển từ dạng sang dạng khác

Tuy nhiên, cần phân biệt hai khái niệm công lượng Một trạng thái hệ tương ứng với giá trị lượng xác định hệ, tức giá trị lượng phụ thuộc vào trạng thái hệ Cịn cơng đặc trưng cho độ biến thiên lượng hệ q trình Ta nói cơng phụ thuộc vào q trình biến đổi hệ, công dạng lượng mà số đo phần lượng truyền từ vật sang vật khác chuyển từ dạng sang dạng khác

Mỗi hình thức vận động cụ thể tương ứng với dạng lượng cụ thể: vận động tương ứng với năng, vận động nhiệt tương ứng với nội năng, vận động điện từ tương ứng với lượng điện từ,

Có nhiều dạng lượng: Cơ năng, nhiệt năng, quang năng,… Trong phần học này, HS học (tức lượng học) Dạng lượng bao gồm động Động dạng mà vật có chuyển động, dạng lượng mà vật có tương tác với vật khác (Trái đất) tương tác phần vật

Đơn vị lượng hệ SI Jun (J) 3.4 Động Định lý biến thiên động năng 3.4.1 Khái niệm động năng

Ở SGKNC(cả SGKCB) xét động vật, người ta xét chuyển động tịnh tiến vật mà không xét đến chuyển động quay

Khi xét chuyển động tịnh tiến vật thì: Động hiểu phần lượng học, định nghĩa lượng chất điểm có chuyển

động có giá trị nửa tích khối lượng với bình phương vận tốc chất điểm

Cơng thức tính động d 1

2

W  mv (8) Đơn vị động hệ SI Jun(J)

Công thức (8) xác định động chất điểm chuyển động cho vật chuyển động tịnh tiến, điểm vật có vận tốc

Động đại lượng vô hướng ln dương Vì vận tốc có tính tương đối nên động có tính tương đối

( Nếu vật vừa tham gia chuyển động tịnh tiến chuyển động quay quanh trục ngồi động định nghĩa vật có thêm động gọi động quay vật xác định theo công thức

2 d

1 2

W  I Trong đó: I mơ men qn tính vật,  vận tốc góc vật Lúc động tồn phần vật xác định theo công thức

2

d

1 1

W

2mv 2I

  )

3.4.2.Định lí biến thiên động năng

Khi lực F không đổi tác dụng lên vật có khối lượng m làm dịch chuyển đoạn s lực F thực cơng làm biến đổi động chất điểm Khi độ biến thiên động vật quãng đường có giá trị cơng ngoại lực tác dụng lên chất điểm sinh quãng đường Nếu công ngoại lực dương (công lực phát động) vật nhận cơng từ bên ngồi động vật tăng, ngược lại công ngoại lực âm (cơng lực cản) vật thực cơng cho vật ngồi động vật giảm Đó nội dung định lý động

Biểu thức định lý động là:

Wđ2 - Wđ1 = A12 (9)

Có thể chứng minh định lý biến thiên động sau:

Khi lực F không đổi tác dụng lên vật có khối lượng m làm cho vật chuyển động biến đổi theo phương lực từ trạng thái có vận tốc v1

 đến trạng thái có vận tốc v2



Ta có 2 22 12

2

2 v v v v as s

a



   

Công lực F thực A12 = Fs = ma

2

2

2 v v

a



=

2

2

2

mv mv

 = Wđ2 – Wđ1

Vậy A12 = Wđ2 – Wđ1

3.5 Khái niệm năng

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 Thơng 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 thơng qua trọng lực (nói chung lực hấp dẫn), phụ thuộc vào vị trí vật trọng trường Nói cách xác, hệ ‘vật- Trái

Cơng thức tính trọng trường vật:

t

W mgz (10)

Với z độ cao vật tính từ gốc độ cao Qui ước chiều dương z hướng lên

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

O

z

m z

năng hấp dẫn Thế trọng trường trường hợp riêng hấp dẫn

Biểu thức liên hệ độ biến thiên trọng trường công trọng lực

12 Wt1 Wt2

A  

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 cơng dương; ngược lại vật tăng độ cao, vật tăng trọng lực sinh cơng 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 thơng, vật đàn hồi mà HS thường khảo sát, lị xo Đối với lị xo, cơng thức tính đàn hồi là:

2 W

2 kx

dh  (11)

Trong đó:

k hệ số đàn hồi (độ cứng) lò xo Giá trị k phụ thuộc vào kích thước vật liệu dùng làm lị 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) Thơng thường, ta chọn gốc vị trí vật lị xo khơng biến dạng vị trí cân vật

Biểu thức liên hệ đàn hồi công lực đàn hồi

Xét trường hợp lò xo trạng thái cân sau bị biến dạng đoạn x

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 khơng đổi

Chúng ta tính cơng ngun tố lực đàn hồi thực hiện: ∆A = F∆x = - kx∆x

Cơng tồn phần tổng cơng ngun tố, có giá trị diện tích hình thang BCDE, hiệu diện tích tam giác OCD OBE:

m

O x x

dh

F



m

Hình 12: Con lắc lò xo

│F│ ││ kx

O

B

C

E ∆x D x

x1 x2

A12 = ∑∆A = - (kx2x2/2 – kx1x1/2) hay A12 = kx12/2 – kx22/2

Sau đưa công thức định nghĩa đàn hồi Wđh = kx2/2

có công thức A12 = Wđh1 – Wđh2

2 2 12 Wdh1 Wdh2

2 2

kx kx

A    

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

2 2 12 Wdh1 Wdh2

2 2

kx kx

A     (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

A12 =mgz1 –mgz2

2 2 12

2 2

kx kx

A  

Khi trọng trường xác định bằng: Wt = mgz

đàn hồi xác định Wđh =1

2kx

Cơ vật trường lực định nghĩa tổng động vật trường lực

Biểu thức tính vật - Tổng quát:

d t

W W

W   (13) - Trong trường trọng lực:

1 2

W  mv mgz (14)

- Trong trường lực đàn hồi:

2

1

2

W mv  kx (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 q trình vật chuyển động khơng có 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 năng

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 cơng lực cho

bởi:

A12 = Wt(1) - Wt(2)

m

m

1

v

2

v

z1

Theo định lý động trường lực ta lại có: A12 = Wđ(2) - Wđ(1)

Vậy : Wt(1) - Wt(2) = Wđ(2) - Wđ(1)

Hay Wđ(1)+Wt(1) = Wđ(2)+ Wt(2)

Nghĩa : W = Wđ + Wt = const

2 2 1 2 mgz mv mv

mgz    (16)

Trong trình chuyển động, vật chịu tác dụng trọng lực, động chuyển thành ngược lại, tổng chúng tức vật bảo tồn( khơng 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 tồn

Trong q trình chuyển động, động vật tăng đàn hồi giảm ngược lại, tổng động năng, tức vật ln bao tồn ta có :

const kx

mv W

W

W  d  t   

2

1

(17)

Áp dụng cách lập luận với vật chuyển động trường lực ta đến kết luận tổng quát : Cơ vật chịu tác dụng lực ln bảo tồn

3.6.2.3 Biến thiên năng, công lực lực thế

Cơ vật bảo toàn vật chịu tác dụng lực Nếu ngồi lực thế, vật cịn chịu tác dụng lực lực lực cản,

lực ma sát, …(tạm gọi lực khơng thế) vật khơng bảo tồn Khi đó, cơng lực khơng độ biến thiên vật :

A12 = W2 – W1 = W (18)

Trong A12 cơng lực không

Kết phát biểu tổng qt sau : Khi ngồi lực vật cịn chịu tác dụng lực lực thế, vật khơng bảo tồn cơng 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 ngồi, khơng trao đổi lượng với bên ngồi) A12 = Do đó, từ biểu thức

W2 - W1 = A12 suy : W2 = W1 = const , tức lượng

hệ lập bảo tồn Đó nội dung ĐLBT chuyển hoá lượng

ĐLBT chuyển hố lượng phát biểu tổng quát sau: Trong hệ cô lập lượng chuyển đổi từ dạng sang dạng khác, lượng tồn phần hệ khơng đổi

ĐLBT chuyển hoá lượng phản ánh mặt khoa học tự nhiên tính khơng thể tiêu diệt vận động vật chất Ănghen gọi định luật “quy luật vĩ đại vận động”

năng lượng từ nguồn bên ngồi gọi động vĩnh cửu Vì ĐLBT chuyển hố lượng khẳng định khơng 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 tồn Trong SGK cũ, va chạm nói đến hai khác (va chạm đàn hồi nhắc tới ví dụ định luật bảo tồn động lượng, cịn 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 khơng có mát lượng trình va chạm nên động bảo toàn

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 đạo elip mà Mặt Trời tiêu điểm

Định luật II diện tích : Đoạn thẳng nối mặt trời hành tinh qt 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 khơng 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

giữa lập phương bán trục lớn bình phương chu kì quay giống cho hành tinh quay quanh mặt Trời

3 3

1

2 2

i

i

a

a a

T T  T  (19)

Hình 16: Các hành tinh chuyển động xung quanh mặt trời

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:

3

4

VT VT TT

GT R

M   , RVT,TVT bán kính quỹ đạo chu kì

quay 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

sẽ 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

- 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

4 Phân tích mặt thực rèn luyện kỹ

Trong chương "Các định luật bảo tồn", thơng 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 khơng phương để xác định đại lượng cần tìm cần áp dụng phương pháp hình học

- Đối với dạng tập cơng cần ý công công học gắng liền với lực Công công lực xác định q 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 lị xo khơng 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

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 tồn diện nội dung chương trình vật lý lớp 10 phần “Các định luật bảo toàn” Đây tiền đề hữu ích góp phần giúp chúng tơi “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

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 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

2 Nguyễn Thế Khôi ( tổng chủ biên) (2006), Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao, NXBGD

3 Nguyễn Thế Khôi ( tổng chủ biên) (2006), Sách giáo viên vật lý 10 nâng cao, NXBGD

4 Lê Công Triêm (2004), Tập giảng nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng.