Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn”
Giải thích sơ đồ: Dựa vào chuẩn kiến thức kĩ năng và phần kiến thức được giảm tải đối với học sinh ở TT GDTX, tôi chia kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” thành bốn phần: các khái niệm, các định lí, các định luật và phần ứng dụng các định luật bảo toàn để giải các bài toán hoặc giải thích hiện tượng.
- Các khái niệm gồm có các khái niệm mới như hệ cô lập, xung lượng của lực, động lượng và các khái niệm học sinh đã được học năm lớp 8 như công, công suất, động năng, thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi, cơ năng.
- Các định lí biến thiên về động lượng, động năng và thế năng.
Công suất
Định luật bảo toàn cơ năng
Hệ cô lập Xung lượng của lực Động lượng Chuyển động bằng phản lực Hiện tượng va chạm mềm Định luật bảo toàn động lượng ỨNG DỤNG KHÁI NIỆM
CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN
CÁC ĐỊNH LUẬT CÁC ĐỊNH LÍ Định lí biến thiên động lượng Định lí biến thiên động năng Định lí biến thiên thế năng Công Thế năng trọng trường Thế năng đàn hồi Động năng Cơ năng
- Các định luật bảo toàn về động lượng và cơ năng.
- Ứng dụng của chương là giúp học sinh giải thích hiện tượng hoặc các loại bài tập có liên quan đến chuyển động bằng phản lực và va chạm mềm.
2.2.2. Nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn”
2.2.2.1. Các khái niệm:
- Hệ cô lập:
+ Hệ không có ngoại lực tác dụng.
+ Hệ có ngoại lực tác dụng nhưng các ngoại lực cân bằng nhau.
+ Một hệ lúc bình thường không là hệ cô lập nhưng trong một khoảng thời gian ngắn ∆t, nội lực tương tác giữa các bộ phận trong hệ có cường độ rất lớn so với ngoại lực thì trong thời gian ∆t đó hệ được xem là hệ cô lập.
- Động lượng: Động lượng p của một vật là một vector cùng hướng với vector vận tốc của vật, được đo bằng tích của khối lượng và vận tốc của vật p =mv.
- Xung lượng của lực: Khi một lực F
(không đổi) tác dụng lên vật trong khoảng thời gian ∆t thì tích F t.∆
gọi là xung lượng của lực trong khoảng thời gian ∆t. - Công của lực tác dụng: Nếu lực không đổi F
tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực một góc α thì công thực hiện bởi lực đó được tính bằng công thức A=Fscosα.
- Công suất: Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công nhanh hay chậm của vật và có giá trị bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.
Biểu thức: P A t
=
- Động năng: Động năng của một vật là dạng năng lượng vật có được do chuyển động, và có giá trị bằng một nửa tích khối lượng với bình phương vận tốc của vật.
Biểu thức: Wđ 1 2
2mv
=
- Thế năng:
+ Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật, thế năng trọng trường phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
+ Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. Biểu thức: 1 2 ( ) 2 t W = k ∆l
- Cơ năng của vật: bằng tổng động năng và thế năng của vật. W = Wđ + Wt
2.2.2.2. Các định lí
- Định lí biến thiên động lượng: 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. Biểu thức: ∆ = ∆p F t.
- Định lí biến thiên động năng: Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật. Biểu thức: A12 =Wd2−Wd1
- Định lí biến thiên thế năng:
+ Thế năng trọng trường: Công của trọng lực bằng hiệu thế năng của của vật tại vị trí đầu và vị trí cuối, tức bằng độ giảm thế năng của vật. A12 =Wt1 −Wt2
+ Thế năng đàn hồi: Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi.
1 2
12 dh dh
A =W −W 2.2.2.3. Các định luật bảo toàn
- Bảo toàn toàn động lượng: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. Biểu thức: '
p= p
- Bảo toàn cơ năng: Cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng của lực thế luôn được bảo toàn. (Lực thế trong chương trình lớp 10 là trọng lực và lực đàn hồi)
Biểu thức: W = Wđ + Wt = hằng số
+ Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường: Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn. Biểu thức: 1 2
2mv +mgz= hằng số
+ Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi: Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây ra bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn. Biểu thức: 1 2 1 2
( )
2.2.2.4. Ứng dụng của các định luật bảo toàn
- Va chạm mềm là loại va chạm mà sau khi va chạm, hai vật dính vào nhau thành một khối chung và chuyển động cùng vận tốc m v1 1 +m v2 2 =(m1+m v2)
.
- Chuyển động bằng phản lực: Trong một hệ kín đứng yên, nếu có một 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 tắc như thế gọi là chuyển động bằng phản lực V m v
M
= −