Mục tiêu dạy học:

5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

2.2.2. Mục tiêu dạy học:

a) Mục tiêu trong khi học:

- HS biết được định nghĩa và ý nghĩa xung lượng của lực. - HS biết được định nghĩa động lượng, khái niệm hệ cô lập.

- HS xây dựng được biểu thức dạng khác của định luật II Newton.

- HS xử lí số liệu thí nghiệm kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng.

b) Mục tiêu sau khi học:

- Phát biểu được khái niệm động lượng, định luật bảo toàn động lượng. - Viết được biểu thức dạng khác của định luật II Newton.

- Vận dụng định luật bảo toàn động lượng giải thích một số hiện tượng và giải bài tập.

2.2.3. Đề kiểm tra kết quả học tập :

Câu 1: Định nghĩa động lượng, phát biểu định luật bảo toàn động lượng. Định luật này được áp dụng trong những điều kiện nào?

Câu 2. Một vật có khối lượng m1 = 1kg chuyển động với vận tốc v1= 3m/s đến va chạm vào vật hai có khối lượng m2= m1 đang chuyển động với vận tốc v2 = 2m/s. Sau va chạm hai vật dính vào nhau cùng chuyển động với vận tốc

Vr . Tính Vr trong các trường hợp sau: a) vr1, vr2 cùng hướng.

b) vr1, vr2 cùng phương, ngược chiều. c) vr1vr2.

Đáp án :

Câu 1 : - Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc vs là đại lượng được xác định bằng công thức :

pr mvr

- Định luật bảo toàn động lượng : Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn.

- Điều kiện áp dụng định luật : hệ vật xét phải là hệ cô lập (hệ gồm nhiều vật mà hệ không chịu tác dụng của ngoại lực hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau).

Câu 2 : Chọn hệ vật gồm hai vật có khối lượng lấn lượt là m1 và m2. Do bỏ qua ma sát giữa các vật và mặt đường nên hệ vật là hệ cô lập. Theo định luật bảo toàn động lượng ta có :

m v1 1r m v2 2r (m1m V2)r

Chọn trục tọa độ là quỹ đạo chuyển động của hai vật, chiều dương là chiều chuyển động của vật 1 lúc đầu.

Áp dụng trong từng trường hợp : vr1 vr2 Vr

a) v vr r1, 2 cùng hướng.

Chiếu phương trình (2) lên trục tọa độ :

1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 2 ( ) 1.3 1.2 2,5 / 1 1 m v m v m m V m v m v V m s m m           

b) v vr r1, 2 cùng phương, ngược chiều. vr1 Vr vr2

Chiếu phương trình (2) lên trục tọa độ :

1 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 2 ( ) 1.3 1.2 0,5 / 1 1 m v m v m m V m v m v V m s m m            c) vr1vr2 Đặt pr1mv pr r1; 2 mv pr2;r mVr Từ hình vẽ ta có : pr2 pr 2 2 2 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 1 2 1 .3 1 .2 1,8 / 1 1 p p p p p p m v m v V m s m m             pr1

2.2.4. Phương tiện dạy học:

1. Giáo viên:

Bộ thí nghiệm cần rung điện kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng.

2.Học sinh:

Ôn tập các kiến thức về gia tốc, định luật II Newton, định luật III Newton.

2.2.5. Tiến trình hoạt động dạy học:

Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát, đặt vấn đề:

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Trong thực tế, các em gặp rất nhiều hiện tượng va chạm như va chạm giữa các quả bi-a, bóng rơi xuống bàn rồi nảy lên …

Nhìn chung,sau va chạm các vật thu được gia tốc và vận tốc biến đổi đều theo thời gian.

Vận tốc của các vật biến đổi tuân theo quy luật nào?

Trong quá trình va chạm, lực tương tác giữa các vật tuân theo quy luật nào?

Thực tế, các vật tương tác với nhau trong thời gian rất ngắn, lực tác dụng rất lớn, việc đo lực gặp rất nhiều khó khăn, ta không thể sử dụng phương pháp động lực học. Vậy giải bài toán trên bằng phương pháp nào?

Người ta nghiên cứu và thấy rằng:

HS : vrvr0  a tr .

HS : Các lực tương tác giữa các vật là những lực trực đối (tuân theo định luật III Newton) và độ lớn tính theo định luật II Newton:

Vấn đề 1: Khái niệm xung lượng của lực.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

GV đưa ra các ví dụ: - Cầu thủ sút quả bóng.

- Hai quả bi-a va chạm vào nhau. O Hãy cho biết:

-Thời gian tác dụng lực? - Độ lớn của lực tác dụng?

- Kết quả của lực tác dụng đối với từng vật?

Khái quát: Lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn có thể gây biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật.

Thông báo khái niệm xung lượng.

- * HS suy nghĩ, thảo luận, trả lời của GV.

- Thời gian tác dụng lực rất ngắn. - Độ lớn của lực rất lớn.

- Lực tác dụng làm vật bị biến dạng, đổi hướng chuyển động.

* Ghi định nghĩa và đơn vị xung lượng của lực.

Vấn đề 2: Xây dựng khái niệm động lượng.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

có một số đại lượng không thay đổi theo thời gian. Đó là những đại lượng bảo toàn .

Giới thiệu những định luật bảo toàn cơ bản của cơ học:

+ Định luật bảo toàn động lượng + Định luật bảo toàn cơ năng. ( Ghi tên chương và tên bài).

Đề xuất vấn đề:

Dưới tác dụng của lực, vật thu được gia tốc nên vận tốc của nó biến đổi. Dưới tác dụng của xung lượng của lực, trạng thái chuyển động của vật cũng biến đổi.

O Làm thế nào để tạo ra xung lượng? Để biết tác dụng cụ thể của xung lượng, ta xét bài toán sau:

Phát phiếu học tập :

Một vật có khối lượng m, đang chuyển động với vận tốc vr1. Tác dụng lên vật lựcFr không đổi trong thời giantthì vận tốc của vật đạt tới vr2. 1.Tìm gia tốc vật thu được.

2.Tìm xung lượng của lực Fr theo vr1,

2

vr và m.

Nếu HS không làm được có thể gợi ý :

- Viết công thức tính ar ? - ar liên hệ với Fr như thế nào?

Tổ chức cho HS thảo luận và thông báo:

Vế trái chính là xung lượng của lực trong khoảng thời giant, vế phải xuất hiện sự biến thiên của tích mvr. Người ta đặt pr mvr.

Gọi pr là động lượng của vật.

O Động lượng của một vật là một đại lượng như thế nào?

- Tác dụng lực lên vật trong khoảng thời gian ngắn.

* Làm việc cá nhân trên phiếu học tập.

Trình bày kết quả trước lớp và thảo luận. 2 1 v v a t    r r r 2 1 F tr ma tr mvr mvr (1) HS có thể trả lời:

Thể chế hóa kiến thức, nhận xét câu trả lời của HS, rút ra kết luận.

Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc vr là đại lượng được xác định bởi công thức: pr mvr

Động lượng là một vécto cùng hướng với vận tốc của vật.

Đơn vị của động lượng là kg.m/s. O Xung lượng của lực làm biến đổi động lượng của vật, độ biến thiên động lượng được xác định như thế nào?

Thể chế hóa kiến thức:

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

  pr F tr

- Phát biểu trên là cách diễn đạt khác của định luật II Newton.

- Ý nghĩa của biểu thức: Xung lượng của lực càng lớn thì biến thiên động lượng càng lớn.

+ Động lượng bằng khối lượng nhân véctơ vận tốc.

+ Động lượng là đại lượng vécto.

* Ghi kết luận. HS: Từ biểu thức (1): 2 1 2 1 mv mv F t p p F t hay p F t           r r r r r r r r

HS: Ghi cách diễn đạt khác của định luật II Newton.

Vấn đề 3: Xây dựng định luật bảo toàn động lượng.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Thông báo: Khái niệm hệ cô lập.

Một hệ gồm nhiều vật khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực cân bằng nhau được gọi là hệ cô lập.

O Hãy kể tên một số hệ cô lập?

Đề xuất vấn đề:

Ở trên ta đã biết, động lượng của một vật thay đổi khi chịu tác dụng của xung lượng của lực.

O Trong một hệ cô lập gồm các vật tương tác với nhau, động lượng của hệ có bị thay đổi không?

Nêu bài toán:

Trên mặt bàn nằm ngang ma sát không đáng kể, có hai viên bi chuyển động đến va chạm vào nhau.

1. Tìm độ biến thiên động lượng của từng vật trong khoảng thời gian t và so sánh chúng.

2. So sánh tổng động lượng của hệ trước và sau va chạm.

GV hướng dẫn HS thảo luận, nhận xét câu trả lời của HS.

* HS ghi nhớ.

- Hệ gồm vật và Trái Đất.

- Hệ gồm hai hòn bi va chạm vào nhau trên mặt bàn nằm ngang không ma sát.

O Các vật tác dụng lên nhau những lực như thế nào?

O Độ biến thiên động lượng của các vật bằng bao nhiêu, có đặc điểm gì?

O Tổng độ biến thiên động lượng của cả hệ ?

Gọi : pr  pr1 pr2 là tổng động lượng của hệ.

O Có thể suy luận gì về tổng động lượng của cả hệ trước và sau tương tác?

Mở rộng vấn đề, thể chế hóa kiến thức:

Người ta đã nghiên cứu hệ cô lập gồm nhiều vật và cho kết quả tương tự và được phát biểu như sau:

Động lượng của một hệ cô lập được bảo toàn.

pr1pr2 ... prn const

Với n là số vật trong hệ cô lập.

O Có thể kiểm tra kết quả trên như thế nào?

HS: Các vật tương tác với nhau những lực trực đối 1 2 Fr  Fr 1 1 2 2 1 2 p F t p F t p p           r r r r r r HS:    pr1 pr2 0

HS: Biến thiên động lượng của hệ bằng không, suy ra động lượng của cả hệ không đổi.

1 2 onst

pr pr c .

Tổng động lượng của hệ cô lập không thay đổi.

* Phát biểu định luật.

HS: Có thể làm thí nghiệm xác định động lượng của các vật trong hệ trước và sau va chạm

GV giới thiệu dụng cụ:

- Hai vật tương tác với nhau là hai xe có khối lượng m1, m 2.

- Dụng cụ đo vận tốc là bộ cần rung điện ghi lại những đoạn đường vật đi được sau những khoảng thời gian bằng nhau là 0,02s.

O Chọn hai vật tương tác như thế nào để có hệ hai vật là cô lập?

O Đo các đại lượng đó như thế nào? Phương án nào khả thi nhất?

Đồng ý với phương án thiết kế, nhận xét:

Tính tối ưu thể hiện ở: + Số lần đo vận tốc ít nhất.

+ Va chạm theo một phương dễ thực

tốc của các vật. So sánh tổng động lượng của các vật trước và sau va chạm.

- Khử ma sát giữa bánh xe và thanh ray trượt.

* HS làm việc theo nhóm, sau đó cử đại diện báo cáo kết quả làm được.

Phương án khả thi:

Vật 1 đến va chạm với vật 2 đứng yên, sau đó hai xe cùng chuyển động trên máng nằm ngang.

Nhờ băng giấy nối với vật 1 xác định được vận tốc của vật 1 trước va chạm và cũng nhờ băng giấy xác định được vận tốc của hệ vật (1+2) sau va chạm.

hiện, chỉ cần một đồng hồ xác định được cả quá trình.

Bố trí và tiến hành thí nghiệm.

O Dựa trên định luật bảo toàn động lượng ở trên, thiết lập tỉ số giữa vận tốc của hai xe sau khi dính vào nhau cùng chuyển động (V) và vận tốc của xe 1 lúc đầu (v) ? O Từ bảng số liệu, hãy tính tỉ số V/v trong trường hợp m1=m2, m1=2m2,… ? m1(kg) 0,16 0,16 0,16 2 m (kg) 0,16 0,32 0,48 v(m/s) 0,50 0,75 0,60 V 0,245 0,24 0,16 O So sánh kết quả thực nghiệm và kết quả tính toán từ lí thuyết?

GV xác nhận, thể chế hóa kiến thức. Trong thí nghiệm trên, ta đã đơn giản hóa bằng cách cho các vật chuyển động cùng phương, cùng chiều. Thực tế, nếu các vật chuyển theo các phương khác nhau định luật bảo toàn vẫn nghiệm đúng.

Vậy, vécto động lượng của một hệ cô lập

* HS thảo luận theo nhóm:

Nhóm 1: Từ định luật bảo toàn động lượng:

1 ( 1 2)

m vr  m m Vr

Do các chuyển động cùng hướng nên có thể bỏ dấu vécto:

1 ( 1 2) m v m m V 1 1 2 m V v m m    Nhóm 2: Xử lí số liệu kết quả thí nghiệm: Nhận xét: 1 1 2 m V v m m 

HS: Trong phạm vi sai số cho phép, kết quả thực nghiệm phù hợp với lí thuyết xây dựng được.

Vận dụng định luật, củng cố bài học.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

a) Vận dụng định luật

Nêu vấn đề: Định luật bảo toàn động lượng có rất nhiều ứng dụng trong thực tế. Các ứng dụng quan trọng là giải các bài toán va chạm , làm cơ sở cho nguyên tắc chuyển động bằng phản lực.

Bài toán hai vật xét trong phần thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng ở trên chính là một ví dụ về va chạm mềm:

“Một vật có khối lượng m1 chuyển động với vận tốc vr1 trên mặt phẳng ngang nhẵn, đến va chạm với vật có khối lượng m2 đứng yên. Sau va chạm, hai vật dính vào và cùng chuyển động với vận tốc vr.Xác định vận tốc vr”.

Giới thiệu : Chuyển động của tên lửa là chuyển động của vật có khối lượng thay đổi (giảm đi trong quá trình chuyển động).

O Giải thích nguyên tắc hoạt động của tên lửa? Nguyên tắc chuyển động của tên lửa có khác với nguyên tắc

HS : Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ cô lập gồm hai vật (m1,m2): 1 1 1 2 1 1 2 ( ) m v m m V m v V m m      r r r r

HS: Nguyên tắc hoạt động của diều là nhờ lực nâng của không khí tác dụng lên diều, còn tên lửa bay lên

chuyển động của diều không ?

Giả sử ban đầu tên lửa đứng yên. Sau khi lượng khí khối lượng m phụt ra phía sau với vận tốc vr, thì tên lửa khối lượng M chuyển động với vận tốc Vr .

O Hệ tên lửa có phải là hệ cô lập không?

O Tìm vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí ?

O Sau khi phụt khí tên lửa chuyển động theo hướng nào ?

Yêu cầu hoàn thành câu hỏi C3. Nêu và giải thích chuyển động của súng sau khi bắn.

b) Củng cố bài học:

GV nhấn mạnh:

- Ý nghĩa của xung lượng của lực tác dụng lên vật: làm thay đổi động lượng,

được là bằng phản lực của nó.

HS: Có, do trong khoảng không gian vũ trụ, lực hút bởi các thiên thể tác dụng lên tên lửa rất nhỏ (không đáng kể) .

HS: Tên lửa là một hệ cô lập nên động lượng của hệ được bảo toàn:

0 mv MV m V v M      r r r r r

HS: Từ công thức trên, Vrngược hướng với vr, nghĩa là tên lửa bay lên phía trước ngược hướng với khí phụt ra.

HS: Sau khi bắn súng bị giật lại phía sau. Coi súng và đạn là một hệ cô lập. Động lượng ban đầu của hệ bằng không. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, khi bắn đạn bay về phía trước và súng bị giật lại phía sau.

Nội dung ghi bảng I. Động lượng :

1. Xung lượng của lực:

- Định nghĩa: Xung lượng của lực Fr trong khoảng thời gian t bằng tích của lựcFr tác dụng lên một vật và khoảng thời gian tấy.

- Đơn vị xung lượng của lực là N.s.