Sáng kiến kinh nghiệm Ứng dụng định luật bảo toàn động lượng

 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC 
 ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
 VẬT LÝ 10 
ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
 ĐỘNG LƯỢNG 
 Tác giả: Nguyễn Văn Toàn 
 Giáo viên Tổ: Toán – Lý - KCN 
 Trường THPT Xuân Khanh – Hà Tây 
 Năm học 2005 – 2006 
 I/ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 
Động lượng là một khái niệm Vật lý trừu tượng đối với học sinh. Trong các bài toán Vật lý, 
động lượng chỉ một đại lượng trung gian để xác định vận tốc hoặc khối lượng của vật. 
Động lượng có ý nghĩa rất quan trọng đối với học sinh khi giải bài tập Vật lý có áp dụng 
Định luật bảo toàn (ĐLBT) động lượng trong va chạm đàn hồi, va chạm mềm ở lớp 10 và 
bài toán phản ứng hạt nhân ở lớp 12. 
Việc kết hợp các ĐLBT để giải một bài toán Vật lý có ý nghĩa rất quan trọng trong việc 
phát triển tư duy của học sinh, phát huy được khả năng tư duy sáng tạo của học sinh. 
II/ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 
Giúp học sinh hiểu ý nghĩa của ĐLBT động lượng và biết vận dụng linh hoạt trong các bài 
toán cơ học ở lớp 10. 
Rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức toán học và sử dụng MTĐT vào việc giải bài toán 
Vật lý. 
Giáo dục kỹ thuật tổng hợp: học sinh giải thích được các hiện tượng va chạm thường gặp 
trong đời sống. 
III/ THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 
Thực hiện trong 2 tiết bài tập 61 và 64 (theo phân phối chương trình). 
IV/ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 
Hệ thống bài tập có liên quan đến động lượng trong Sách giáo khoa và sách Bài tập vật lý 
lớp 10 khá đầy đủ, tuy nhiên học sinh thường gặp khó khăn do kiến thức toán học có nhiều 
hạn chế. 
Để học sinh nắm được phương pháp giải bài toán động lượng, trước hết giáo viên cần kiểm 
tra và trang bị lại cho học sinh một số kiến thức toán học cơ bản, đặc biệt là công thức 
lượng giác. 
  Định lí hàm số cosin, tính chất của tam giác vuông. 
  Giá trị của các hàm số lượng giác với các góc đặc biệt. 
  Kỹ năng sử dụng máy tính điện tử bỏ túi. 
 B – KIẾN THỨC CƠ BẢN 
I/ Kiến thức Toán học 
 1. Định lý hàm số cosin: a2 = b2 + c2 – 2bccosA 
 2. Giá trị của các hàm số lượng giác cơ bản ứng với các góc đặc biệt: 
 Hàm\Góc 300 450 600 900 1200 
 1 2 3 3
 sin 1 
 2 2 2 2
 3 2 1 1
 cos 0 
 2 2 2 2
 1
 tan 1 3 || 3 
 3
II/ Kiến thức Vật lý 
 1. Kiến thức động học 
 V13 V12 V23 vt v0 a.t 
 v v 1
 a t 0 S at 2 v t v2 v2 2aS 
 v.t 2 0 t 0
 Chuyển động ném xiên 
 2. Kiến thức về Động lượng 
 Động lượng của một vật: P m.v 
 Động lượng của hệ vật: P P1 P2 ... Pn 
 3. Kiến thức về ĐLBT Động lượng 
 Nội dung: SGK 
 Biểu thức áp dụng cho hệ 2 vật: m1.v1 m2.v2 m1.v'1 m2.v'2 
 + Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: 
 ' '
 m1v1 m2 v2 m1v1 m2 v2 (*) 
 + Giả sử sau va chạm 2 xe cùng chuyển 
 động theo chiều dương của v ( v  v ). 
 Yêu cầu: 1 2 1
 + Chiếu PT (*) lên chiều dương ta có: 
 + Nêu được điều kiện hệ kín. 
 m v + 0 = m v ’ + m v ’ 
 + Nêu được kiến thức ĐLBT động lượng 1 1 1 1 2 2
 m v m v' 3.4 5.3
 cho hệ 2 vật. v' 1 1 2 2 1 
 1 m 3
 + Giả sử chiều chuyển động của 2 xe sau va 1
 v ’ < 0 chứng tỏ sau va chạm 1 chuyển 
 chạm. 1
 động theo chiều ngược lại. 
 + Chiếu biểu thức động lượng xác định vận 
 ,
 tốc v1 
Nhận xét: Học sinh gặp khó khăn khi chuyển biểu thức động lượng dạng vectơ sang biểu 
thức đại số để tính toán. 
 Bài tập 4: (4.6 SBT) 
Một thuyền chiều dài l = 2m, khối lượng M = 140kg, chở một người có khối lượng m = 
60kg; ban đầu tất cả đứng yên. Thuyền đậu theo phương vuông góc với bờ sông. Nếu người 
đi từ đầu này đến đầu kia của thuyền thì thuyền tiến lại gần bờ, và dịch chuyển bao nhiêu? 
Bỏ qua sức cản của nước. 
 Tóm tắt: Lời giải: 
 l = 2m M = 140kg Dễ thấy, để BTĐL của hệ và thuyền ban 
 m = 60kg l’ = ? đầu đứng yên thì khi người chuyển động 
 thuyền sẽ chuyển động ngược lại. 
 Yêu cầu: - Xét khi người đi trên thuyền theo hướng 
 + Mô tả chuyển động của người, thuyền so ra xa bờ. 
 với bờ. + Gọi vận tốc của người so với thuyền là: 
 + Chọn HQC chung là bở cho 2 vật chuyển 
 v (v12 ) 
 động. 
 + Vận tốc của thuyền so với bờ là: V (v23 ) 
 + Áp dụng CT cộng vận tốc, ĐLBT động 
 + Vận tốc của người so với bờ là: v' (v ) 
 lượng. 13
 + Áp dụng công thức vận tốc ta có: 
 '
 v13 v12 v23 v v V (*) 
 (1)
 v12 
 + Chọn chiều dương trùng với v12 . Do 
 V 
 (2) (3) người và thuyền luôn chuyển động ngược 
 chiều nhau nên: 
 (*) v’ = v – V v = v’ + V 
 + Khi người đi hết chiều dài của thuyền 
 Nhận xét: 
 l l
 + Học sinh quên cách chọn gốc quy chiếu là với vận tốc v thì: l = v.t t ' 
 v v V
 mặt đất đứng yên. Trong thời gian này, thuyền đi được 
 + Không xác định được vận tốc của vật quãng đường so với bờ: 
 chuyển động so với gốc quy chiếu bằng cách l l
 l V.t V. (1) 
 áp dụng công thức vận tốc. v' V v'
 1 
 V
 - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: 
 v' M
 mv' MV 0 mv' MV 0 (2) 
 V m
 Bài tập 6: (3/134/ SGK) Bài toán chuyển động của tên lửa 
Một tên lửa có khối lượng tổng cộng 100T đang bay với vật tốc 200m/s đối với Trái đất thì 
phụt ra (tức thời) 20T khí với tốc độ 500m/s đối với tên lửa. Tính vận tốc của tên lửa sau 
khi phụt khí trong hai trường hợp. 
 a) Phụt ra phía sau (ngược chiều bay). 
 b) Phụt ra phía trước (bỏ qua sức cản của trái đất). 
 Tóm tắt: Lời giải: 
 M = 100T V = 200m/s - Hệ tên lửa và khí phụt ra ngay trước và 
 m = 20T v = 500m/s ngay sau khi phụt là hệ kín. 
 a) v  V - Gọi M, M’ là khối lượng tên lửa ngay 
 V’ = b) v  V trước và ngay sau khi phụt khí. 
 ? - Gọi V , V ' là vận tốc của tên lửa so với 
 trái đất ngay trước và ngay sau khi phụt 
 Yêu cầu: khí có khối lượng m. 
  V v là vận tốc lượng khí phụt ra so với tên 
 + Nêu được nguyên tắc lửa. 
 chuyển động của tên lửa. Vận tốc của lượng khí phụt ra so với 
 + Chọn gốc quy chiếu và Trái đất là: 
 chiều dương. 
 V v 
 + Biết vận dụng công thức 
 M - Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: 
 vận tốc để xác định vận tốc 
 MV (M m)V ' m V v (*) 
 của tên lửa ngay sau khi phụt 
 khí. Chọn chiều dương theo chiều chuyển động 
 + Biết trường hợp nào tên của tên lửa. 
 lửa tăng tốc, giảm tốc. a) Trường hợp khí phụt ra phía sau: tên 
 lửa tăng tốc. 
 m v  V (*): MV = (M – m).V’ + m(V – 
 Nhận xét: v) 
 Học sinh không tưởng tượng được ra quá MV m(V v) m
 V ' V .v 
 trình tăng tốc và giảm tốc của tên lửa nhờ M m M m
 20
 khí phụt ra. 200 .500 325(m/s) > V 
 100 20
 b) Trường hợp khí phụt ra phía sau: tên 
 lửa giảm tốc. 
 v  V (*): MV = (M – m).V’ + m(V + 
 v) 
 MV m(V v) m
 V ' V .v 
 M m M m
 20
 200 .500 75(m/s) < V 
 100 20
 * Xét tại vị trí cao nhất ngay sau khi nổ: 
- Hệ viên đạn ngay trước và ngay sau khi nổ là hệ kín vì: 
+ Nội lực lớn hơn rất nhiều ngoại lực. 
+ Thời gian xảy ra tương tác ngắn. 
- Áp dụng ĐLBT động lượng ta có: Px P1 P2 
Do mảnh I rơi thẳng đứng, lựu đạn tại O’ có vận tốc trùng phương ngang 
 2 2 2 2 2 2
 P1  Px P2 P1 P (m2v2 ) (m1v1) (mvx ) 
 2 2 2 2 2 2 2
 v2 v1 4vx v2 v1 4vx 20 4.10 .3 40(m/s) 
Gọi β là góc lệch của v2 với phương ngang, ta có: 
 P1 m1v1 v1 20 1 0
tan   30 
 Px mvx 2vx 2.10. 3 3
Vậy mảnh II bay lên với vận tốc 40m/s tạo với phương ngang một góc β = 300. 
b) Mảnh II lại tham gia chuyển động ném xiên dưới góc ném β = 300. Tương tự phần (a), ta 
có: 
 3
 v'0x v2.cos  40. 20 3(m / s)
 2
 1
 v' v .sin  40. 20(m / s)
 0 y 2 2
Sau thời gian t’ lựu đạn nổ, ta có: 
 v'x v'Ox .t' 20 3t'
 v'y v'Oy gt' 20 10t'
 20
Khi mảnh II lên tới độ cao cực đại: v' 0 t' 2(s) 
 y 10
Độ cao cực đại của mảnh II lên tới kể từ vị trí lựu đạn nổ: 
 1
y' v' t' gt'2 20.2 5.22 20(m) 
 max Oy 2
Vậy độ cao cực đại của mảnh II lên tới là: 
hmax ymax y'max 5 20 25 (m) 
Nhận xét: Học sinh thường gặp khó khăn khi: 
+ Xét chuyển động của một vật bị ném xiên, xác định độ cao cực đại. 
+ Xác định phương bảo toàn động lượng và biểu diễn vectơ động lượng của các mảnh đạn 
ngay trước và ngay sau khi nổ.