Sáng kiến kinh nghiệm Ứng dụng các định luật bảo toàn để giải quyết các bài tập Vật lý 10

 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC
 TRƯỜNG THPT NGÔ GIA TỰ
 =====***=====
 BÁO CÁO KẾT QUẢ
 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
 Tên sáng kiến:
ỨNG DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TẬP VẬT LÝ 10
 Tác giả: TRẦN THỊ THẢO
 Mã sáng kiến:
 Vĩnh Phúc, năm 2020
 - 1 - MỤC LỤC
 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
1. Lời giới thiệu4
2. Tên sáng kiến........................5
3.Tác giả.........................................................................................................................5
4. Chủ đầu tư..................................................................................................................5
5. Lĩnh vực áp dụng...........................5
6. Ngày áp dụng.....................................5
7. Mô tả bản chất...............................5
Phần 1. Nội dung
 Chương I. Cơ sở lý luận 
 I. Định luật bảo toàn động lượng......................................................................5
 II. Định luật bảo toàn cơ năng..........................................................................7
 Chương II. Vận dụng cơ sở lý thuyết
Chủ đề 1: Định luật bảo toàn động lượng
Dạng1: Xác định động lượng của vật, hệ vật...............9
Dạng 2: Mối quan hệ giữa xung lượng và độ biến thiên động lượng..................10
Dạng 3. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ kín...............................12
Dạng 4: chuyển động bằng phản lực...........................................................16
Dạng 5: Bài toán nổ đạn..............................19
Chủ đề 2. Định luật bảo toàn cơ năng
Dạng 1. Định lý động năng20
Dạng 2: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng24
Dạng 3: Bài toán va chạm..27
Bài tập tự ôn............................35
Phần 2. Khả năng áp dụng sáng kiến..........38
Phần 3. Kết luận..........39
8. Những thông tin cần bảo mật..........39
9. Các điều kiện cần thiết........39
10. Đánh giá lợi ích thu được..........39
11. Danh sách những tổ chức/cá nhân.........40
 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........41
 - 3 - cao và phát huy tinh thần tự học và sáng tạo của các em học sinh.
2. Tên sáng kiến: Ứng dụng các định luật bảo toàn để giải quyết các bài tập vật lý 10.
3. Tác giả sáng kiến:
- Họ và tên: Trần Thị Thảo.
- Địa chỉ: Trường THPT Ngô Gia Tự
- Số điện thoại: 0382696080 Email: thaolyngt86@gmail.com
4. Chủ đầu tư sáng kiến:
- Là tác giả sáng kiến.
5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giáo dục (dạy học môn vật lý THPT phần cơ học 
lớp 10)
6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 27/2/2017
7. Mô tả bản chất của sáng kiến
 PHẦN 1. NỘI DUNG
 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN 
I. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
1. Hệ kín
– Hệ kín là hệ vật chỉ tương tác với nhau chứ không tương tác với các vật bên ngoài 
 hệ (chỉ có nội lực chứ không có ngoại lực).
– Các trường hợp thường gặp:
 + Hệ không có ngoại lực tác dụng.
 + Hệ có ngoại lực tác dụng nhưng cân bằng nhau.
 + Hệ có ngoại lực tác dụng nhưng rất nhỏ so với nội lực (đạn nổ...)
 + Hệ kín theo một phương nào đó. 
2. Động lượng 
- Động lượng p là đại lượng đo bằng tích giữa khối lượng m và vận tốc v của vật: 
   
 p m.v (động lượng p là đại lượng vectơ, luôn cùng chiều với vectơ vận tốc v .
    
- Động lượng p của hệ bằng tổng động lượng p , p của các vật trong hệ: 
    1 2
 p p1 p2 ... 
- Đơn vị của động lượng là kg.m/s.
 3. Xung lực
- Xung lực (xung lượng của lực trong thời gian t ) bằng độ biến thiên động lượng 
 của vật trong thời gian đó: F. t p 
- Đơn vị của xung lực là N.s.
4. Định luật bảo toàn động lượng
- Định luật: vectơ tổng động lượng của một hệ kín được bảo 
 m2 p2
 p
toàn    1
  p =const hay p p 
 t s m1 p3
- Với hệ kín 2 vật: m3
         
 ' ' ' '
 p1 p2 p1 p2 m1.v1 m2.v2 m1.v1 m2.v2
 - 5 -    
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: m.v0 m1.v1 m2.v2 với m = m1 + m2.
(m, v0 là khối lượng và vận tốc tên lửa trước khi nhiên liệu cháy; m 1, v1 là khối lượng 
và vận tốc phụt ra của nhiên liệu; m2, v2 là khối lượng và vận tốc tên lửa sau khi nhiên 
liệu cháy).
 + Lượng nhiên liệu cháy và phụt ra liên tục: 
 Áp dụng các công thức về tên lửa: 
  
 m M0 
 F m.u , a .u và v = u.ln .
 M M 
(M0 là khối lượng ban đầu của tên lửa, M là khối lượng tên lửa ở thời điểm t, m là khí 
phụt ra trong thời gian t, u và v là vận tốc phụt của khí đối với tên lửa và vận tốc tức 
thời của tên lửa).
II. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG
1. Năng lượng
- Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của một vật hoặc 
một hệ vật.
- Năng lượng của một vật (hoặc hệ vật) ở một trạng thái xác định có giá trị bằng công 
lớn nhất mà vật (hoặc hệ vật) thực hiện được.
- Nói đến năng lượng là nói đến một trạng thái của vật, nói đến công là nói đến một 
quá trình từ trạng thái này đến trạng thái khác của vật.
- Đơn vị: Trong hệ SI, đơn vị của năng lượng là J, ngoài ra năng lượng cũng có các 
đơn vị khác là Wh hoặc kWh.
 2. Động năng
a) Định nghĩa: động năng là dạng năng lượng của một vật có được do nó đang chuyển 
 1
động: W m.v2 * Đơn vị của động năng: Jun
 đ 2
b) Định lí động năng: Độ biến thiên động năng của một vật trong một quá trình bằng 
tổng công thực hiện bởi các ngoại lực tác dụng lên vật trong quá trình đó:
 1 2 1 2
 Wd mv2 mv1 Angoailuc
 2 2
c) Động năng có tính tương đối, phụ thuộc hệ quy chiếu. Thông thường được hiểu là 
động năng được xét trong hệ quy chiếu gắn với Trái đất
 3. Thế năng
* Định nghĩa: thế năng là năng lượng của một hệ có được do tương tác giữa các phần 
của hệ thông qua lực thế. Đơn vị của thế năng là Jun
+ Thế năng trọng trường: (thế năng hấp dẫn) của một vật là dạng năng lượng tương 
tác của Trái đất và vật, ứng với một vị trí xác định của vật trong trọng trường
 Biểu thức thế năng trọng trường tại một vị trí có độ cao h: Wt = mgh 
 (g là gia tốc trọng trường, h là độ cao của vật).
+ Thế năng đàn hồi: là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. 
 1 2
Biểu thức thế năng đàn hồi của lò xo: Wt = kx 
 2
 (x là độ biến dạng của vật đàn hồi).
 - 7 - ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC BÀI TẬP
 Chủ đề 1. ĐỘNG LƯỢNG –ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
Dạng1: Xác định động lượng của vật, hệ vật
Phương pháp giải  
+ Động lượng của vật: p m.v 
    
+ Động lượng của hệ: p p1 p2 ... 
Bài 1: Tìm tổng động lượng (hướng và độ lớn) của hệ hai vật m1 = 1kg, m2 = 2kg, 
v1 = v2 = 2m/s. Biết hai vật chuyển động theo các hướng:
a) ngược nhau.
b) vuông góc nhau.
c) hợp với nhau góc 600.
Giải: Chọn hệ khảo sát: Hai vật.   
– Tổng động lượng của hệ: p p p
   1 2
 với:+ p cùng hướng với v , độ lớn: p = m v = 1.2 = 2 kg.m/s.
  1 1 1 1 1
 + p2 cùng hướng với v2 , độ lớn: p2 = m2v2 = 2.2 = 4 kg.m/s.
 p < p 
 1 2 p p p
a) Hai vật chuyển động theo hướng ngược nhau1 2
 Vì v ngược hướng với v nên p ngược hướng với p và p < p nên: 
 1 2 1   2 1 2  
 p = p2 – p1 = 4 – 2 = 2 kg.m/s và p cùng hướng p2 , tức là cùng hướngv2 .
b) Hai vật chuyển động theo hướng vuông góc nhau 
 Vì v1 vuông góc với v2 nên p1 vuông góc với p2 
 p
 2 2 p1
 ta có: p = p1 p2 = 4,5 kg.m/s
 p β
 1 0 α 
 và tan =0,5 = 26 33’. p2
 p2
  = 900 – = 27027’.
    
 0 0
 Vậy: p có độ lớn p = 4,5 kg.m/s và hợp với v2 và v1 các góc 26 33’ và 27 27’.
c) Hai vật chuyển động theo hướng hợp với nhau góc 600
 2 2 0
 Áp dụng định lí cosin ta có: p = p p 2.p .p .cos60 
 1 2 1 2 p p
 p= 5,3 kg.m/s 1
 và cos = 0,9455 = 190. β
 α
  = 600 – = 410 
    p2
 0 0
 Vậy: p có độ lớn p = 5,3 kg.m/s và hợp với v2 và v1 các góc 19 và 41 .
 Bài 2. Một vật khối lượng m = 1kg chuyển động tròn đều với vận tốc v = 10m/s. 
 Tính độ biến thiên động lượng của vật sau
a) 1/4 chu kì.
b) 1/2 chu kì.
c) cả chu kì
 - 9 - a) 300
 b) 900
Giải:
     
Độ biến thiên động lượng của quả bóng là: p p' p m v, v 
Trong đó: v v' 20m / s
   
Ta biểu diễn các vector v,v, ,v v, như hình vẽ. Ta thấy rằng, 
  
vì v' v và đều hợp với tường một góc nên vectơ v v' sẽ vương góc với mặt 
  
tường và hướng từ trong ra ngoài, có độ lớn: v v' 2vsin 
Và p 2msin (1)
   
Áp dụng công thức p F t ta tìm được lực F do tường tác dụng lên quả bóng 
  P 2mvsin 
cùng hướng với p và có độ lớn: F 2 
 t  t
Theo định luật III Newton, lực trung bình Ftb do bóng tác dụng lên tường sẽ có 
phương vuông góc với mặt tường và hướng vào phía tường, có độ lớn:
 2mvsin 
 F F 3 
 tb t
a) Trường hợp 300 : Thay số vào các công thức (1), (2), (3) ta tìm được: 
 p 4kgm / s , Ftb 8N
 0
b) Trường hợp 90 : p 8kgm / s , Ftb 16N
Bài 3. Một người đứng trên thanh trượt của xe trượt tuyết chuyển động ngang, cứ mỗi 
3s người đó lại đẩy xuống tuyết một cái với xung lượng (xung của lực) 60 kgm/s. Biết 
khối lượng người và xe trượt là m = 80 kg, hệ số ma sát nghỉ bằng hệ số ma sát trượt 
(bằng hệ số ma sát nghỉ)  = 0,01. Tìm vận tốc xe sau khi bắt đầu chuyển động 15 s
Giải:
Cách 1: Chọn hệ khảo sát: Xe và người, chọn chiều dương theo chiều chuyển động 
của xe và người.
Lực phát động trung bình do mặt tuyết tác dụng lên xe và người:
 p
 F 20(N) 
 t
Lực ma sát do mặt tuyết tác dụng lên xe và người
 Fms mg = 0,01.80.10 = 8(N)
 F F
Gia tốc trung bình của xe: a ms 0,15 (m/s2)
 m 
Vận tốc của xe sau khi chuyển động được 15s: v = at = 0,15.15 = 2,25 m/s.
Vậy: Vận tốc của xe sau khi chuyển động được 15s là 2,25 m/s.
Cách 2:
Lực ma sát do mặt tuyết tác dụng lên xe và người
 - 11 -