SKKN Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao

44 trang vanhoa 7603

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "SKKN Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

skkn_phuong_phap_giai_bai_tap_ve_cac_dinh_luat_bao_toan_vat.doc

Nội dung tóm tắt: SKKN Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao

Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao SSỞỞ GIÁOGIÁO DỤCDỤC VÀVÀ ĐÀOĐÀO TẠOTẠO HÀHÀ NỘINỘI TRƯỜNGTRƯỜNG THPTTHPT CAOCAO BÁBÁ QUÁTQUÁT –– GIAGIA LÂMLÂM  SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Ph¬ng ph¸p gi¶I bµi tËp vÒ C¸c ®Þnh luËt b¶o toµn – vËt lÝ 10 n©ng cao Môn : Vật lí Tác giả : Vũ Quang Duy Giáo viên môn : Vật lí Năm học : 2011 - 2012 Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 1
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Môn vật lí là môn khoa học nghiên cứu những sự vật, hiện tượng xảy ra hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn cao.Nó được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản và toàn diện về vật lí. Là một trong những môn rất được chú trọng hiện nay. Trong quá trình học tập học sinh không chỉ dừng lại ở mức độ lĩnh hội và tiếp thu tri thức mới thông qua bài giảng của giáo viên và việc nghiên cứu tài liệu mà còn phải biết vận dụng những kiến thức đó vào thực tế và việc giải bài tập. Thông qua việc giải bài tập giúp cho các em củng cố, khắc sâu kiến thức, rèn luyện các kĩ năng: so sánh, phân tích, tổng hợp, góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy của các em. Giải bài tập vật lí cũng là một phương tiện tốt để kiểm tra và đánh giá kiến thức của người học. Trong thực tế có rất nhiều học sinh muốn học vật lí nhưng không biết học như thế nào? Để giải một bài tập thì phải bắt đầu từ đâu? Vận dụng những kiến thức nào? Đặc biệt với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay, đòi hỏi các em không chỉ có kiến thức chắc mà cần có kĩ năng, kĩ xảo tốt và được rèn luyện giải nhanh các bài tập ngắn theo từng dạng cụ thể. Chương các định luật bảo toàn là một phần rất hay và quan trọng của môn vật lí lớp 10. Phương pháp các định luật bảo toàn còn giúp học sinh những kiến thức nền tảng để học tốt môn vật lí, chuẩn bị cho kì thi tốt nghiệp và đại học cao đẳng. Với lí do đó, tôi chọn đề tài ‘Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn- vật lí 10 nâng cao’ 2. Mục đích nghiên cứu Tìm cho mình một phương pháp để tạo ra không khí hứng thú và lôi cuốn nhiều học sinh tham ra giải các bài tập vật lí, đồng thời giúp các em đạt kết quả cao trong các kì thi. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 2
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Học sinh thấy được vai trò và ứng dụng rộng rãi của các định luật bảo toàn trong vật lí. 3. Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu 3.1. Nhiệm vụ Trong đề tài này tôi giải quyết các nhiệm vụ sau : + Nghiên cứu lí thuyết về các định luật bảo toàn. + Nghiên cứu phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn. + Tìm hiểu khó khăn học sinh gặp phải và phương pháp hướng dẫn học sinh ở mỗi dạng bài tập cụ thể. +Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của đề tài. 3.2. Phương pháp nghiên cứu. + Nghiên cứu lí thuyết. + Khảo sát thực tế. + Vận dụng giải các bài tập + Thực nghiệm sư phạm 4. Phạm vi nghiên cứu và đối tượng Phạm vi nghiên cứu : Đề tài đi từ các vấn đề lý thuyết cơ bản, bài tập cơ bản đến các bài tập nâng cao có hiện tượng vật lí điển hình, trong chương các định luật bảo toàn vật lí 10 nâng cao. Đối tượng nghiên cứu : Học sinh lớp 10 trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội và đội tuyển học sinh giỏi vật lý 10. 5. Tính ứng dụng thực tiễn và hiệu quả của đề tài Tính ứng dụng thực tiễn: Đề tài có ứng dụng tốt trong việc dạy chuyên đề cho học sinh lớp 10 và hỗ trợ bồi dưỡng học sinh giỏi trong các buổi học chuyên đề. Hiệu quả của đề tài: Đề tài đã giúp học sinh nắm vững kiến thức về các định luật bảo toàn, giải nhanh được các bài tập trắc nghiệm. Học sinh giỏi có thể phát huy được khả năng nhận biết và suy luận những hiện tượng vật lí điển hình liên quan đến các định luật bảo toàn. Qua đề tài này, học sinh thấy yêu thích vật lý hơn vì những hiện tượng trong đề tài rất quen thuộc với các em Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 3
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao NỘI DUNG 1. Cơ sở lí thuyết 1.1. Định luật bảo toàn động lượng 1.1.1. Hệ kín Một hệ vật gọi là hệ kín nếu chỉ có các vật trong hệ tương tác lẫn nhau (gọi là nội lực)mà không có tác dụng của những lực từ bên ngoài (gọi là ngoại lực), hoặc nếu có thì phải triệt tiêu lẫn nhau. 1.1.2. Động lượng Động lượng của một vật chuyển động là đại lượng được đo bằng tích của khối lượng và vận tốc của vật. p mv Trong đó v là vận tốc của vật. Đơn vị của động lượng trong hệ SI: kg.m/s. 1.1.3. Định luật bảo toàn động lượng Vectơ tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn p p' , , , Hay : p1 p2 pn p1 p2 pn 1.2. Công, công suất, động năng và thế năng 1.2.1. Công Công thực hiện bởi một lực không đổi là đại lượng đo bằng tích độ lớn của lực và hình chiếu của độ dời điểm đặt trên phương của lực : A F.s.cos Đơn vị của công : Trong hệ SI, công được tính bằng Joule (J). 1.2.2. Công suất Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của một động cơ, có gía trị bằng thương số giữa công A và thời gian t cần để thực hiện công ấy: A P t Đơn vị: Trong hệ SI, công suất được đo bằng Oát, kí hiệu W. Biểu thức khác của công suất: Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 4
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao A F.s P F.v t t 1.2.3. Động năng Động năng của một vật là năng lượng mà vật có được do chuyển động. Động năng có giá trị bằng một nửa tích khối lượng và bình phương vận tốc của vật: mv2 Wđ 2 Đơn vị của động năng: J. 1.2.4. Định lí động năng Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng vào vật: 1 1 A W W mv2 mv2 12 đ2 đ1 2 2 2 1 1.2.5. Thế năng 1.2.5.1.Thế năng trọng trường: Wt = mgz z là độ cao của vật so với mức không thế năng. Công của trọng lực: Bằng hiệu thế năng của vật tại vị trí đầu và vị trí cuối, tức bằng độ giảm thế năng của vật: A W W mgz mgz P t2 t1 2 1 Lực thế và thế năng: Thế năng là năng lượng của một hệ có được do tương tác giữa các phần của hệ thông qua lực thế. 1.2.5.2.Thế năng đàn hồi 1 Thế năng đàn hồi của một vật gắn vào đầu lò xo : W kx2 đh 2 k: là độ cứng của lò xo; x: là độ biến dạng của lò xo. Đơn vị của thế năng: J kx2 kx2 Công của lực đàn hồi: A 1 2 12 2 2 Định lí thế năng: Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi A W W 12 đh1 đh2 Thế năng đàn hồi cũng được xác định sai kém bằng một hằng số cộng tuỳ theo cách chọn gốc thế năng. 1.3. Định luật bảo toàn cơ năng. 1.3.1.Trường hợp trọng lực Trong quá trình chuyển động, nếu vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, động năng có thể chuyển thành thế năng và ngược lại, và tổng của chúng tức cơ năng của vật được bảo toàn (không đổi theo thời gian) 2 2 mv1 mv2 mgz1 mgz2 2 2 1.3.2. Trường hợp lực đàn hồi Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 5
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Trong quá trình chuyển động của vật gắn vào lò xo, khi động năng của vật tăng thì thế năng đàn hồi giảm và ngược lại, nhưng tổng động năng và thế năng tức là cơ năng của vật, thì luôn được bảo toàn. mv2 kx2 W W W = hằng số. đ đh 2 2 1.3.3. Định luật bảo toàn cơ năng tổng quát Cơ năng của một vật chỉ chịu tác dụng của những lực thế luôn được bảo toàn. 1.4. Biến thiên cơ năng. Khi ngoài lực thế vật còn chịu tác dụng của lực không phải là lực thế, cơ năng của vật không được bảo toàn và công của lực này bằng độ biến thiên cơ năng của vật. A W W W 12 2 1 1.5. Va chạm đàn hồi và không đàn hồi 1.5.1.Va chạm đàn hồi Va chạm đàn hồi: Sau va chạm hai vật trở lại hình dạng ban đầu và động năng toàn phần không thay đổi, hai vật tiếp tục chuyển động tách rời nhau với vận tốc riêng biệt. Va chạm đàn hồi trực diện: + Các vận tốc trước và sau va chạm cùng giá. + Động lượng của hệ bảo toàn. + Động năng toàn phần của hệ bảo toàn. 1.5.2. Va chạm mềm - Va chạm mềm: Sau va chạm hai vật dính vào nhau và chuyển động với cùng một vận tốc => một phần năng lượng của hệ chuyển thành nội năng (toả nhiệt) và tổng động năng không được bảo toàn - Định luật bảo toàn động lượng: mv M m V . M - Độ biến thiên động năng của hệ: W W d M m d1 Wđ 0 chứng tỏ động năng giảm đi một lượng trong va chạm. Lượng này chuyển hoá thành dạng năng lượng khác, như toả nhiệt, 2. Tổ chức hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập về các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nâng cao. 2.1. Bài tập về bảo toàn động lượng 2.1.1. Phương phápgiải một số dạng toán hay gặp : Dạng 1: : Tính động lượng của một vật, một hệ vật. - Động lượng p của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là một đại lượng được xác định bởi biểu thức: p = m v Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 6
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao -1 - Đơn vị động lượng: kgm/s  hay kgms . - Động lượng hệ 2 vật: p p p   1 2   +Nếu: p1  p2 p p1 p2 +Nếu: p1  p2 p p1 p2   2 2 +Nếu: p1  p2 p p1 p2 2 2 2 +Nếu: p1, p2 p p1 p2 2 p1.p2.cos Dạng 2.Định lí biến thiên động lượng(cách phát biểu khác của định luật II Niutơn) Ta có : hoặc mv2 mv1 F t Về độ lớn : P2 P1 F t hay mv2 mv1 F t Trong đó : m là khối lượng(kg) ; v1,v2 là vận tốc(m/s) ; F là lực tác dụng(N) ; t là thời gian(s) Dạng 3: Bài tập về định luật bảo toàn động lượng Bước 1: Chọn hệ vật cô lập khảo sát Bước 2: Viết biểu thức động lượng của hệ trước và sau hiện tượng. Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ: pt ps (1) Bước 4: Chuyển phương trình (1) thành dạng vô hướng (bỏ véctơ) bằng 2 cách: + Phương pháp chiếu + Phương pháp hình học. 2.1.2 Các bài toán áp dụng định luật bảo toàn động lượng - Bài toán súng giật khi bắn. - Bài toán chuyển động bằng phản lực. - Bài toán va chạm. - Bài toán đạn nổ - Bài toán người di chuyển trên thuyền - Bài toán chuyển động của khối tâm 2.1.3. Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng: a. Trường hợp các véctơ động lượng thành phần (hay các véctơ vận tốc thành phần) cùng phương, thì biểu thức của ĐLBTĐL được viết lại: ' ' m1v1 + m2v2 + +mnvn = m1 v1 + m2 v 2 + mnv’n Trong trường hợp này ta cần quy ước chiều dương của chuyển động. - Nếu vật chuyển động theo chiều dương đã chọn thì v > 0; - Nếu vật chuyển động ngược với chiều dương đã chọn thì v < 0. b. Trường hợp va chạm mềm :    ĐLBTĐL m1v1 m2 v2 mnvn (m1 m2 mn )v Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 7
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao c. Trường hợp các véctơ động lượng thành phần (hay các véctơ vận tốc thành phần) không cùng phương, thì ta cần sử dụng hệ thức véctơ: ps = p t và biểu diễn trên hình vẽ. Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của bài toán. d. Điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lượng: - Tổng ngoại lực tác dụng lên hệ bằng không. - Ngoại lực rất nhỏ so với nội lực - Thời gian tương tác ngắn.   - Nếu F ngoai luc 0 nhưng hình chiếu của F ngoai luc trên một phương nào đó bằng không thì động lượng bảo toàn trên phương đó. 2.1.4 Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về định luật bảo toàn động lượng và cách khắc phục. - Trong các bài toán liên quan đến áp dụng định luật bảo toàn động lượng học sinh thường không biết khi nào viết dưới dạng véctơ, khi nào viết dưới dạng đại số, chuyển từ phương trình véctơ về phương trình đại số như thế nào? - Nhiều học sinh còn yếu về các phép tính véc tơ, đặc biệt là phép chiếu, nên khi viết được biểu thức của định luật bảo toàn dưới dạng véctơ rồi nhưng khi chiếu thì lại sai dấu của các vận tốc. - Một số học sinh thì gặp khó khăn trong việc biểu diễn các véctơ động lượng và rất hạn chế trong việc sử dụng toán học để tính toán. - Mặt khác, động lượng cũng là một đại lượng có tính tương đối nên phụ thuộc vào hệ quy chiếu, học sinh thường quên đặc điểm này nên hay nhầm lẫn khi giải bài toán. - Để khắc phục những khó khăn trên ngoài việc giảng giải rất cặn kẽ, chi tiết lý thuyết và phương pháp giải cùng với những lưu ý, đồng thời chỉ ra các lỗi học sinh hay mắc phải, tôi còn lấy rất nhiều bài tập minh họa tương ứng để sửa lỗi cho các em. 2.1.5. Các bài tập tự luận minh họa Bài 1 : Một vật khối lượng m = 1kg được ném theo phương ngang với vận tốc 4 m/s từ độ cao h = 1m. Tìm độ biến thiên động lượng khi chạm đất. Hướng dẫn giải: Độ biến thiên động lượng , p p p m(vx vy ) mvx mvy Độ lớn p mvy m 2gh 20 (kg.m/s) Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 8
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Bài 2 : Xe chở cát khối lượng 390 kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v1 = 8 m/s. Hòn đá khối lượng 10 kg bay đến cắm vào xe cát. Tìm vận tốc của xe sau khi hòn đá rơi vào. Biết rằng hòn đá bay ngược chiều với xe với vận tốc 12 m/s . Hướng dẫn giải : Xét hệ ‘Xe +Hòn đá’ Ngoại lực tác dụng lên hệ là trong lực P và phản lực N của mặt đường. Vì các vật trong hệ chuyển động theo phương ngang nên các ngoại lực (đều có phương thẳng đứng) cân bằng nhau.Hệ khảo sát là một hệ kín (theo phương ngang). Áp dụng định luật bảo toàn động lượng m1.v1 m2 v2 (m1 m2 )v m1.v1 m2.v2 (m1 m2 ).v m v m .v v 1 1 2 2 7,5m / s m1 m2 Bài 3 : Một người khối lượng m1 = 60 kg đứng trên xe goòng khối lượng m2 = 240 kg đang chuyển động trên đường ray với vận tốc 2 m/s. Tính vận tốc của xe nếu người ấy nhảy ra phía sau với vận tốc 4 m/s đối với xe lúc sau ? Hướng dẫn giải : HQC gắn mặt đất. Lập luận tương tự bài 2 ta có Hệ ‘Người + xe’ là hệ kín theo phương ngang Áp dụng định luật bảo toàn động lượng : Gọi v 1, v2 là vận tốc của người và xe lúc sau so với đất. Ta có v1 = v12 + v2 (m1 m2 ).v m1.( v12 v2 ) m2.v2 (m1 m2 )v m1v12 600 240 Suy ra v2 2,8(m / s) m1 m2 300 Bài 4 : Một người khối lượng m1= 50 kg đứng ở đầu một xà lan khối lượng 200 kg ban đầu đứng yên trên mặt sông. Người này đi đều từ đầu này đến đầu kia của xà lan mất 2 phút. Xà lan dài 60m. Tính quãng đường xà lan đi được ? Hướng dẫn giải : ‘Hệ người + xà lan ’ là hệ kín s 60 Vận tốc của người đối với xà lan : v 0,5m / s 12 t 120 Áp dụng định luật bảo toàn động lượng : Gọi v 1, v2 là vận tốc của người và xe lúc sau so với đất. Ta có v1 = v12 + v2 Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 9
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao m1v12 0,5 0 m1.(v12 v2 ) m2.v2 v2 0,1m / s m1 m2 5 Vậy quãng đường xà lan đi được s2 0,1.120 12m Bài 5 : Một viên đạn có khối lượng 2 kg khi bay đến điểm cao nhất của quỹ đạo parabol với vận tốc 200 m/s theo phương ngang thì nổ thành 2 mảnh. Một mảnh có khối lượng 1,5 kg văng thẳng đứng xuống dưới với vận tốc v 1 cũng bằng 200 m/s. Hỏi mảnh kia bay theo hướng nào và với vận tốc bằng bao nhiêu ? Hướng dẫn giải : Hệ viên đạn là hệ kín vì khi nổ nội lực rất lớn so với ngoại lực Áp dụng định luật bảo toàn động lượng p p1 p2 p2 Trước khi nổ, động lượng p p m.v 2.200 400(kg.m / s) Sau khi nổ, động lượng của mảnh khối lượng m 1= p1 1,5kg p1 m1.v1 1,5.200 300(kg.m / s) 2 2 2 2 Ta có v  v1 p  p1 suy ra p2 p p1 400 300 500(kg.m / s) Khối lượng của mảnh thứ hai m2 m m1 2 1,5 0,5(kg) p2 500 Vận tốc của mảnh thứ hai v2 1000(m / s) m2 0,5 p1 3 0 Gọi  (v2 ,v) (p ,p) tan  37 2 p 4 2.1.6. Các bài tập trắc nghiệm tự luyện Câu 1:Thả rơi một vật có khối lượng 1kg trong khoảng thời gian 0,2s. Độ biến thiên động lượng của vật là ( Lấy g = 10m/s2) : A. 2 kg.m/s B. 1 kg.m/s C. 20 kg.m/s D. 10 kg.m/s Câu 2: Chất điểm M chuyển động không vận tốc đầu dưới tác dụng của lực F . Động lượng chất điểm ở thời điểm t là: Ft A. P Fmt B. P Ft C. P D. P Fm m Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 10
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Câu 3: Một vật khối lượng m đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc v thì va chạm vào vật khối lượng 2m đang đứng yên. Sau va chạm, hai vật dính vào nhau và chuyển động với cùng vận tốc. Bỏ qua ma sát, vận tốc của hệ sau va chạm là : A. v/3 B. v C. 3v D. v/2. Câu 4: Phát biểu nào sau đây SAI: A. Động lượng là một đại lượng vectơB. Xung của lực là một đại lượng vectơ C.Động lượng tỉ lệ với khối lượng vật D. Động lượng của vật trong chuyển động tròn đều không đổi Câu 5:Quả cầu A khối lượng m1 chuyển động với vận tốc v1 va chạm vào quả cầu B khối lượng m2 đứng yên. Sau va chạm, cả hai quả cầu có cùng vận tốc v2 . Ta có: 1 m v (m m )v m v m v m v m v m v (m m )v A.1 1 1 2 2 B. 1 1 2 2 C.1 1 2 2 D.1 1 1 2 2 2 Câu 6: Gọi M và m là khối lượng súng và đạn, V vận tốc đạn lúc thoát khỏi nòng súng. Giả sử động lượng được bảo toàn. Vận tốc giật lùi của súng là: m m M M A.v V B.v V C.v V D. v V M M m m Câu 7: Chiếc xe chạy trên đường ngang với vận tốc 10m/s va chạm vào một chiếc xe khác đang đứng yên và có cùng khối lượng. Biết va chạm là va chạm mềm, sau va chạm vận tốc hai xe là: A.v’1 = 0 ; v’2 = 10m/s B. v’1 = v’2 = 5m/s C.v’1 = v’2 = 10m/s D.v’1 = v’2 = 20m/s Câu 8: Khối lượng súng là 4kg và của đạn là 50g. Lúc thoát khỏi nòng súng, đạn có vận tốc 800m/s. Vận tốc giật lùi của súng có độ lớn là: A.6m/s B.7m/s C.10m/s D.12m/s Câu 9:Viên bi A có khối lượng m1= 60g chuyển động với vận tốc v1 = 5m/s va chạm vào viên bi B có khối lượng m = 40g chuyển động ngược chiều với vận tốc 2 v2 . Sau va chạm, hai viên bi đứng yên. Vận tốc viên bi B là: 10 25 A.v m / s B.v 7,5m / s C.v m / s D. v 12,5m / s 2 3 2 2 3 2 Câu 10:Một chất điểm chuyển động không vận tốc đầu dưới tác dụng của lực F = 10-2N. Động lượng chất điểm ở thời điểm t = 3s kể từ lúc bắt đầu chuyển động là: A.2.10-2 kgm/s B.10-2 kgm/s C.4.10-2 kgm/s D.3.10-2 kgm/s Câu 11:Một tên lửa vũ trụ khi bắt đầu rời bệ phóng trong giây đầu tiên đã phụt ra một lượng khí đốt 1300 kg với vận tốc 2500m/s. Lực đẩy tên lửa tại thời điểm đó là : A. 3,5.106 N. B. 3,25.106 N C. 3,15.106 N D. 32,5.106 N Câu 12:Hai xe lăn nhỏ có khối lượng m1 = 300g và m2 = 2kg chuyển động trên mặt phẳng ngang ngược chiều nhau với các vận tốc tương ứng v1 = 2m/s và v2 = 0,8m/s. Sau khi va chạm hai xe dính vào nhau và chuyển động cùng vận tốc. Bỏ qua sức cản . Sau va chạm 2 xe chuyển động với vận tốc bằng bao nhiêu? Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 11
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao A. -0,63 m/s. B. 1,24 m/s. C. -0,43 m/s. D. 1,4 m/s. Câu 13 :Hai viên bi có khối lượng m1 = 50g và m2 = 80g đang chuyển động ngược chiều nhau và va chạm nhau. Muốn sau va chạm m2 đứng yên còn m1 chuyển động theo chiều ngược lại với vận tốc như cũ thì vận tốc của m2 trước va chạm có độ lớn bằng bao nhiêu ? Cho biết v1 = 2m/s. A. 1 m/s B. 2,5 m/s. C. 3 m/s. D. 2 m/s. Câu 14:Một quả bóng có khối lượng m = 300g bay đến đập vuông góc với bức tường và nảy trở lại với cùng vận tốc. Vận tốc của bóng trước va chạm là 5m/s. Độ biến thiên động lượng của quả bóng là: A. 1,5kg.m/s; B. -3kg.m/s; C. -1,5kg.m/s; D. 3kg.m/s; Câu 15: Véc tơ động lượng là véc tơ: A. Cùng phương, ngược chiều với véc tơ vận tốc B. Có phương hợp với véc tơ vận tốc một góc bất kỳ. C. Có phương vuông góc với véc tơ vận tốc. D. Cùng phương, cùng chiều với véc tơ vận tốc. Câu 16: Va chạm nào sau đây là va chạm mềm? A.Quả bóng đang bay đập vào tường và nảy ra. B.Viên đạn đang bay xuyên vào và nằm gọn trong bao cát. C.Viên đạn xuyên qua một tấm bia trên đường bay của nó. D.Quả bóng tennis đập xuống sân thi đấu. Câu 17 : Một vật khối lượng 0,7 kg đang chuyển động theo phương ngang với tốc độ 5 m/s thì va vào bức tường thẳng đứng. Nó nảy ngược trở lại với tốc độ 2 m/s. Chọn chiều dương là chiều bóng nảy ra. Độ thay đổi động lượng của nó là : A. 3,5 kg.m/s B. 2,45 kg.m/s C. 4,9 kg.m/s D. 1,1 kg.m/s. Câu 18:Một tên lửa có khối lượng tổng cộng m = 500 kg đang chuyển động với vận tốc v = 200m/s thì khai hỏa động cơ. Một lượng nhiên liệu, khối lượng m1 = 50 kg cháy và phụt tức thời ra phía sau với vận tốc v1 = 700m/s. Vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí có giá trị là : A. 300 m/s. B. 180 m/s. C. 225 m/s. D. 250 m/s Câu 19: Một chất điểm m bắt đầu trượt không ma sát từ trên mặt phẳng nghiêng xuống. Gọi là góc của mặt phẳng nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang. Động lượng chất điểm ở thời điểm t là A. p = mgsin t B.p = mgt C.p = mgcos t D.p = gsin t 2.2. Bài tập về công, công suất, động năng, thế năng. 2.2.1. Phương phápgiải một số dạng toán hay gặp : -Dạng 1: Tính công và công suất + Công: A Fscos Trong đó : F là lực tác dung (N) S là quãng đường vât đi được (m) là góc hợp giữa lực tác dụng với phương chuyển động. + Công suất: A P hayP F .v t Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 12
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Trong đó : P là công suất (Jun/giây(J/s) hoặc Oát (W)) A là công thực hiện (N.m hoặc J) t là thời gian thực hiện công (s) v là vận tốc tức thời tại một thời điểm đang xét (m/s). Công suất tính theo v tức thời gọi là công suất tức thời -Dạng 2: Tính công và công suất khi biết các đại lượng liên quan đến lực( pp động lực học) và động học. Phương pháp: - Xác định lực F tác dụng lên vật theo phương pháp động lực học - Xác định quãng đường s bằng các công thức động học. Nhớ: vật chuyển động thẳng đều: s = v.t 1 s v t a.t 2 Vật chuyển động biến đổi đều: 0 2 2 2 v v0 2as *Chú ý: Nếu vật chịu nhiều lực tác dụng thì công của hợp lực F bằng tổng công các lực tác dụng lên vật AF = AF1+ AF2+ +AFn -Dạng 3.Các bài toán liên quan đến động năng và định lí biến thiên động năng: 1 2 Wđ = mv 2 Trong đó : m là khối lượng (kg) v là vận tốc (m/s) wđ là động năng (N.m hoặc J); 1 2 1 2 Định lí biến thiên động năng : Wđ2 – Wđ1 = A hay mv mv Fs cos 2 2 2 1 Trong đó: m là khối lượng của vật (kg), v1 là vận tốc lúc đầu (m/s) v2 là vận tốc lúc sau (m/s) , F là lực tác dụng (N) s là quãng đường vật đi được(m), là góc hợp bởi lực tác dụng với phương chuyển động -Dạng 4.Các bài toán liên quan đến thế năng và định lí biến thiên thế năng: + Thế năng trọng trường:W t = mgz Trong đó : m là khối lượng (kg); g là gia tốc trọng trường (m/s2 ); z là độ cao (m) * chú ý : Thế năng trọng trường còn phụ thuộc vào việc chọn gốc thế năng. + Thế năng đàn hồi: 1 W k( l)2 với F k l t 2 đh Trong đó :Wt là thế năng đàn hồi (J);k là độ cứng của lò xo (N/m); l là độ biến dạng của lò xo (m) 2.2.2. Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về công, công suất, động năng, thế năng và cách khắc phục. - Trong bài toán liên quan đến tính công, công suất: Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 13
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao + Nhiều học sinh còn yếu trong kĩ năng phân tích các lực tác dụng lên vật, xác định phương, chiều của các lực; rồi xác định phương, chiều của độ dời s . + Học sinh hay xác định nhầm góc ( là góc hợp bởi phương của lực tác dụng F và phương của độ dời s ), thậm chí có học sinh còn không thuộc giá trị của những góc đặc biệt khi tính cos . + Học sinh còn rất hay mắc phải lỗi đơn vị và đổi đơn vị của các đại lượng trong công thức tính công, công suất. -Trong bài toán liên quan đến tính động năng, thế năng: + Học sinh thường không quan tâm đến hệ quy chiếu lên có thể tính nhầm vận tốc chuyển động của vật dẫn đến tính sai động năng của vật chuyển động. + Học sinh có thể không nhớ đúng biểu thức định lí biến thiên động năng và định lí biến thiên thế năng nên có thể dẫn đến nhầm dấu hay sai kết quả. + Học sinh có thể chưa biết cách chọn mốc thế năng sao cho bài toán được giải đơn giản nhất. - Để khắc phục những khó khăn trên ngoài việc giảng giải rất cặn kẽ, chi tiết lý thuyết và phương pháp giải cùng với những lưu ý, đồng thời chỉ ra các lỗi học sinh hay mắc phải, tôi còn lấy rất nhiều bài tập minh họa tương ứng để các em luyện tập và sửa lỗi cho các em trong mỗi dạng toán và bài tập cụ thể. 2.2.3. Các bài tập tự luận minh họa Bài 1 : Một vật khối lượng 100 kg trượt đều từ đỉnh xuống chân dốc dài 2m cao 0,4 m. Tính công của lực ma sát ? Lấy g = 10 m/s2. Hướng dẫn giải : Vật trượt đều Fms Psin 100.10.0,2 200N Công lực ma sát A Fms.s 200.2 400(J) Bài 2 : Người ta kéo một vật khối lượng m = 20 kg lên một dốc dài 20 m cao 5m. Tính công do người đó thực hiện ? Biết lực ma sát bằng 0,05 trọng lượng. 5 Hướng dẫn giải : Lực kéo F Psin F 20.10 0,05.200 60N. ms 20 Công của lực kéo : A = F.s= 60.20=1200 J. Bài 3: Một cần cẩu nâng một kiện hàng có khối lượng m = 3 tấn đi lên thẳng đứng với gia tốc a = 2 m/s2. Tính công suất trung bình trong 2 s đầu của cần cẩu ? Lấy g = 10 m/s2. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 14
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Hướng dẫn giải : Lực kéo F P ma m(g a) 3000.12 36000N Công của lực kéo A = F.s= 3600. 2= 72000J. A 72000 Công suất trung bình của cần cẩu P 36000(W) t 2 Bài 4 : Một vật khối lượng 200g được ném ngang với vận tốc ban đầu 10 m/s. Tính động năng của vật sau 2 s ? Lấy g =10 m/s2. mv2 0,2(102 202 ) Hướng dẫn giải : Áp dụng công thức W 50(J) ® 2 2 Bài 5 : Một quả tạ khối lượng 5 kg rơi tự do từ độ cao h =1,8 m xuống mặt đất. 2 Quả tạ ngập vào trong đất 4cm. Tính lực cản trung bình của đất ? Lấy g =10 m/s . Hướng dẫn giải : Vận tốc của tạ khi chạm đất v 2gh 2.10.1,8 6m / s Áp dụng định lí động năng W P.s 90 2 W A (P F ).s F d 2300(N) d C C s 0,04 Bài 6 : Một hòn đá khối lượng 200 g được ném từ mặt đất, xiên góc so với phương ngang và rơi chạm đất ở khoảng cách s = 5 (m) so với phương ngang sau thời gian 1s. Tính công của lực ném ? Hướng dẫn giải : Vận tốc của vật v vx vy s Ta có v 5m / s ; v gt 5m / s x t y 0,2 Áp dụng định lí động năng A W (52 52 ) 5(J) d 2 Bài 7 : Một viên gạch dài 20 cm, rộng 10 cm, nặng 2 kg. Ban đầu viên gạch được đặt nằm ngang. Tính công tối thiểu để dựng đứng viên gạch ? Hướng dẫn giải : Công của trọng lực khi dựng viên gạch A mg(z1 z2 ) 2.10(0,05 0,1) 1J Công cần thiết để dựng viên gạch là : A' A 1(J) Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 15
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Bài 8 : Một vật khối lượng 200 g có thế năng trọng trường 12 J đối với mức không ở mặt đất. Mức không thế năng ở đâu để vật có thế năng là -8 (J). W 12 Hướng dẫn giải : Độ cao của vật so với đất z t 6m 1 mg 10.0,2 Khi vật có Wt 2 8J Độ cao so với mức không W z t 2 4m 2 m.g Mức không thế năng ở độ cao 10 m so với đất. Chú ý : Thế năng = công của lực thế làm vật di chuyển từ vị trí tính thế năng đến mốc Bài 9 : Một lò xo có độ cứng k = 10 N/m và chiều dài và chiều dài ban đầu l 0= 10cm. Treo vào nó quả cân khối lượng m = 100g. Lấy vị trí cân bằng của quả cân làm mức không thế năng. Tính thế năng tổng cộng của hệ ‘lò xo + quả cân’ khi chiều dài lò xo là : 5 cm, 10 cm, 25cm, 30 cm ? Hướng dẫn giải : Độ dãn lò xo khi vật ở VTCB : m.g 10.0,1 x 0,1(m) 0 k 10 a) Khi lò xo dài l1= 5cm, độ nén của lò xo x1= 5 cm. Thế năng trọng trường : Wt mgz 10.0,1.0,15 0,15(J) x 2 x 2 0,052 0,12 Thế năng đàn hồi : W k 1 k 0 10( ) 0,0375(J) dh 2 2 2 2 Thế năng của hệ Wth1 Wt Wdh 0,15 0,0375 0,1125(J) b) Khi lò xo có chiều dài l2 = 10 cm, lò xo không biến dạng x2 =0 Thế năng của hệ là k 10 W W W m.g.z (x 2 x 2 ) 0,1.10.0,1 (0 0,12 ) 0,05(J) th 2 t dh 2 2 0 2 c)Khi lò xo có chiều dài l3= 25 cm, lò xo dãn x3= 15 cm. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 16
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Thế năng của hệ là : k 10 W W W m.g.z (x 2 x 2 ) 0,1.10.( 0,05) (0,152 0,12 ) 0,0125(J) th3 t dh 2 3 0 2 d) Khi lò xo có chiều dài l4 = 30 cm, lò xo dãn x4= 10 cm. Thế năng của hệ là : k 10 W W W m.g.z (x 2 x 2 ) 0,1.10.( 0,1) (0,22 0,12 ) 0,05(J) th 4 t dh 2 4 0 2 2.2.4. Các bài tập trắc nghiệm tự luyện Câu 1: Một người dùng tay đẩy một cuốn sách có với một lực 5N trượt một khoảng dài 0,5m trên mặt bàn nằm ngang không ma sát, lực đẩy có phương là phương chuyển động của cuốn sách. Người đó đã thực hiện một công là: A. 2,5J B. – 2,5J C. 0 D. 5J Câu 2: Một vật khối lượng 2kg bị hất đi với vận tốc ban đầu có độ lớn bằng 4m/s để trượt trên mặt phẳng nằm ngang. Sau khi trượt được 0,8m thì vật dừng lại. Công của lực ma sát đã thực hiện bằng: A. 16J B. – 16J C. -8J D. 8J Câu 3: Cần một công suất bằng bao nhiêu để nâng đều một hòn đá có trọng lượng 50N lên độ cao 10m trong thời gian 2s: A. 2,5W B. 25W C. 250W D. 2,5kW Câu 4: Một chiếc xe có khối lượng 1,1 tấn bắt đầu chạy với vận tốc bằng không với gia tốc là 4,6m/s2 trong thời gian 5s. Công suất trung bình của xe bằng: A. 5,82.104W B. 4 ,82.104W C. 2,53.104W D. 4,53.104W Câu 5: Một máy kéo có công suất 5kW kéo một khối gỗ có trọng lượng 800N chuyển động đều được 10m trên mặt phẳng nằm ngang, hệ số ma sát trượt giữa khối gỗ và mặt phẳng nằm ngang là 0,5. Tính thời gian máy kéo thực hiện: A. 0,2s B. 0,4s C. 0,6s D. 0,8s Câu 6: Một chiếc xe khối lượng 400kg. Động cơ của xe có công suất 25kW. Xe cần bao nhiêu thời gian để chạy quãng đường dài 2km kể từ lúc đứng yên trên đường ngang nếu bỏ qua ma sát, coi xe chuyển động thẳng nhanh dần đều: Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 17
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao A. 50s B. 100s C. 108s D. 216s Câu 7: Môt người cố gắng ôm một chồng sách có trọng lượng 50N cách mặt đất 1,2m trong suốt thời gian 2 phút. Công suất mà người đó đã thực hiện được là: A. 50W B. 60W C. 30W D. 0 Câu 8: Đáp án nào sau đây là đúng: A. Lực là đại lượng véc tơ nên công cũng là đại lượng véc tơ B. Đơn vị của công là N/m. C. Trong chuyển động tròn, lực hướng tâm thực hiện công vì có cả hai yếu tố: lực và độ dời của vật D. công của lực là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số Câu 9: Một tàu thủy chạy trên song theo đường thẳng kéo một sà lan chở hàng với lực không đổi 5.10 3N, thực hiện công là 15.10 6J. Sà lan đã dời chỗ theo phương của lực một quãng đường: A. 300m B. 3000m C. 1500m D. 2500m Câu 10: Một vật khối lượng m = 3kg được kéo lên trên mặt phẳng nghiêng một góc 300 so với phương ngang bởi một lực không đổi 50N, bỏ qua mọi ma sát, công của lực kéo thực hiện độ dời 1,5m là: A. 7,5J B. 50J C. 75J D. 45J Câu 11: Một vật khối lượng 2kg rơi tự do từ độ cao 10m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản không khí, lấy g = 9,8m/s 2. Sau khoảng thời gian 1,2s trọng lực đã thực hiện một công là: A. 138,3J B. 150J C. 180J D. 205,4J Câu 12: Một vật khối lượng 2kg rơi tự do từ độ cao 10m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản không khí, lấy g = 9,8m/s2.Công suất trung bình của trọng lực trong khoảng thời gian 1,2s là: A. 230,5W B. 250W C. 180,5W D. 115,25W Câu 13: Một vật khối lượng 2kg rơi tự do từ độ cao 10m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản không khí, lấy g = 9,8m/s 2.Công suất tức thời của trọng lực tại thời điểm 1,2s là: A. 250W B. 230,5W C. 160,5W D. 130,25W Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 18
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Câu 14: Công suất được xác định bằng: A. tích của công và thời gian thực hiện công B.công thực hiện trong một đơn vị thời gian C. công thực hiện đươc trên một đơn vị chiều dài D giá trị công thực hiện được . Câu 15: Một người nhấc một vật có khối lượng 6kg lên độ cao 1m rồi mang vật đi ngang được một độ dời 30m. Cho gia tốc rơi tự do là g = 10m/s 2. Công tổng cộng mà người đó thực hiện được là: A. 1860J B. 1800J C. 180J D. 60J Câu 16: Một cần cẩu nâng một vật khối lượng 5 tấn. Lấy g = 9,8m/s 2. Lực nâng của cần cẩu phải bằng bao nhiêu để vật có gia tốc không đổi là 0,5m/s2: A. 52600N B. 51500N C. 75000N D. 63400N Câu 17: Một ô tô chạy trên đường với vận tốc 72km/h với công suất của động cơ là 60kW. Lực phát động của động cơ là: A. 2500N B. 3000N C. 2800N D. 1550N Câu 18: Một ô tô chạy trên đường với vận tốc 72km/h với công suất của động cơ là 60kW. Công của lực phát động của động cơ khi ô tô chạy được quãng đường 6km là: A. 18.106J B. 12.106J C. 15.106J D. 17.106J Câu 19: Một vật khối lượng m = 3kg được kéo lên trên mặt phẳng nghiêng một góc 300 so với phương ngang bởi một lực không đổi 50N dọc theo đường dốc chính, bỏ qua mọi ma sát, công của trọng lực thực hiện độ dời 1,5m là: A. 25J B. - 25J C. -22,5J D. -15,5J Câu 20: Một đầu tàu khối lượng 200 tấn đang chạy với vận tốc 72km/h trên một đoạn đường thẳng nằm ngang thì có trướng ngại vật, tầu hãm phanh đột ngột và bị trượt trên đoạn đường dài 160m trong 2 phút trước khi dừng hẳn. Coi lực hãm không đổi, tính lực hãm và công suất trung bình của lực này trong khoảng thời gian trên: A. - 15.104N; 333kW B. - 20.104N; 500kW C. - 25104N; 250W D. - 25.104N; 333kW Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 19
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Câu 21: Một vật chịu tác dụng của lần lượt ba lực khác nhau F1>F2>F3 và cùng đi được quãng đường trên phương AB như hình vẽ. Có thể kết luận gì về quan hệ giữa các công của các lực này: F1 F2 F3 A. A1>A2>A3 B. A1<A2<A3 A B C. A1=A2=A3 D. còn phụ thuộc vào vật di chuyển đều hay không Câu 22: Một vật khối lượng 10kg được kéo đều trên sàn nằm ngang bằng một lực 20N hợp với phương ngang một góc 30 0. Khi vật di chuyển 2m trên sàn thì lực thực hiện một công : A. 20J B. 40J C. 20 J D. 40 J Câu 23: Một vật khối lượng 10kg được kéo đều trên sàn nằm ngang bằng một lực 20N hợp với phương ngang một góc 30 0. Khi vật di chuyển 2m trên sàn trong thời gian 4s thì công suất của lực là: A. 5W B. 10W C. 5 W D. 10 W Câu 24: Một ô tô có công suất của động cơ là 100kW đang chạy trên đường với vận tốc 36km/h. Lực kéo của động cơ lúc đó là: A. 1000N B. 104N C. 2778N D. 360N Câu 25:Một vật có khối lượng 2,0kg sẽ có thế năng 4,0J đối với mặt đất khi nó có độ cao là bao nhiêu? Lấy g = 9,8 m/s2. A. 3,2m. B. 0,204m. C. 0,206m. D. 9,8m. Câu 26:Khi bị nén 3cm một lò xo có thế năng đàn hồi bằng 0,18J. Độ cứng của lò xo bằng : A. 200N/m. B. 400N/m. C. 500N/m. D. 300N/m Câu 27:Cho một lò xo đàn hồi nằm ngang ở trạng thái ban đầu không bị biến dạng. Khi tác dụng một lực F = 3N kéo lò xo theo phương ngang ta thấy nó dãn được 2cm. Tính giá trị thế năng đàn hồi của lò xo. A. 0,08J. B. 0,04J. C. 0,03J. D. 0,05J Câu 28:Một lò xo có độ dài ban đầu l0 = 10cm. Người ta kéo dãn với độ dài l1 = 14cm. Hỏi thế năng lò xo là bao nhiêu ? Cho biết k = 150N/m. A. 0,13J. B. 0,2J. C. 1,2J. D. 0,12J. Câu 29: Đại lượng vật lí nào sau đây phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường A. Động năng. B. Thế năng. C. Trọng lượng. D. Động lượng. Câu 30: Xét một vật chuyển động thẳng biến đổi đều theo phương nằm ngang. Đại lượng nào sau đây không đổi? A. Động năng. B. Động lượng. C. Thế năng. D. Vận tốc. Câu 31: Một vật được ném thẳng đứng từ dưới lên cao. Trong quá trình chuyển động của vật thì: A. Thế năng của vật giảm, trọng lực sinh công dương. B. Thế năng của vật giảm, trọng lực sinh công âm. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 20
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao C. Thế năng của vật tăng, trọng lực sinh công dương D. Thế năng của vật tăng, trọng lực sinh công âm. Câu 32: Thế năng trọng trường là đại lượng: A. Vô hướng, có thể dương hoặc bằng không. B. Vô hướng, có thể âm, dương hoặc bằng không. C. Véc tơ cùng hướng với véc tơ trọng lực. D. Véc tơ có độ lớn luôn dương hoặc bằng không. Câu 33: Dưới tác dụng của lực bằng 5N lò xo bị dãn ra 2 cm. Công của ngoại lực tác dụng để lò xo dãn ra 5 cm là: A. 0,31 J. B. 0,25 J. C. 15 J. D. 25 J Câu 34: Một lò xo bị nén 5 cm. Biết độ cứng của lò xo k = 100N/m, thế năng đàn hồi của lò xo là: A. – 0,125 J. B. 1250 J. C. 0,25 J. D. 0,125 J. Câu 35: Một lò xo bị dãn 4cm, có thế năng đàn hồi 0,2 J. Độ cứng của lò xo là: A. 0,025 N/cm. B. 250 N/m. C. 125 N/m. D. 10N/m. Câu 36: Một hòn bi khối lượng 20g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 4m/s từ độ cao 1,6m so với mặt đất. Cho g = 9,8m/s2. Trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất tính giá trị độ cao cực đại mà hòn bi lên được. A. 2,42m. B. 2,88m. C. 3,36m. D. 3,2m. Câu 37:Từ mặt đất, một vật được ném lên thẳng đứng với vận tốc ban đầu v0 = 10m/s. Bỏ qua sức cản của không khí . Cho g = 10m/s2. Vị trí cao nhất mà vật lên được cách mặt đất một khoảng bằng : A. 10m. B. 20m. C. 15m. D. 5m. Câu 38:Động năng là đại lượng: A. Vô hướng, luôn dương. B. Vô hướng, có thể dương hoặc bằng không. C. Véc tơ, luôn dương. D. Véc tơ, luôn dương hoặc bằng không. Câu 39: Vật nào sau đây không có khả năng sinh công? A. Dòng nước lũ đang chảy mạnh. B. Viên đạn đang bay. C. Búa máy đang rơi. D. Hòn đá đang nằm trên mặt đất. Câu 40: Một vật có khối lượng m = 400 g và động năng 20 J. Khi đó vận tốc của vật là: A. 0,32 m/s. B. 36 km/h C. 36 m/s D. 10 km/h. Câu 41:Một người có khối lượng 50 kg, ngồi trên ô tô đang chuyển động với vận tốc 52 km/h. Động năng của người đó với ô tô là: A. 129,6 kJ. B.10 kJ. C. 0 J. D. 1 kJ. Câu 42: Nếu khối lượng của vật giảm 4 lần và vận tốc tăng lên 2 lần, thì động năng của vật sẽ: A. Tăng 2 lần. B. Không đổi. C. Giảm 2 lần. D. Giảm 4 lần. 2.3. Bài tập về bảo toàn cơ năng Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 21
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao 2.3.1. Phương pháp giải bài toán áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ( cho vật chịu tác dụng của lực thế): - Bước 1: Chọn gốc thế năng thích hợp sao cho tính thế năng dễ dàng ( thường chọn tại mặt đất và tại chân mặt phẳng nghiêng). 1 1 - Bước 2: Tính cơ năng lúc đầu ( W mv 2 mgh ), lúc sau (W mv 2 mgh ) 1 2 1 1 2 2 2 2 - Bước 3: Áp dụng bảo toàn cơ năng để lập phương trình: W1 = W2 - Giải phương trình trên để tìm nghiệm của bài toán. Chú ý: chỉ áp dụng định luật bảo toàn cơ năng khi hệ không có ma sát ( lực cản) 2.3.2 Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về định luật bảo toàn cơ năng và cách khắc phục. - Ngoài các lỗi học sinh hay mắc giống như phần động năng và thế năng, học sinh có thể nhớ không chính xác các biểu thức của định luật bảo toàn cơ năng trọng trường, cơ năng đàn hồi, hay biểu thức cơ năng vừa có chứa cả thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi. - Việc rút ra các đại lượng như vận tốc, lực căng dây T, độ cao z, tọa độ từ định luật bảo toàn cơ năng thường khá là cồng kềnh, dễ nhầm lẫn. - Để khắc phục những khó khăn trên ngoài việc giảng giải rất cặn kẽ, chi tiết, tôi cho học sinh làm thật nhiều bài tập để nhớ các công thức và vận dụng linh hoạt. 2.3.3. Các bài tập tự luận minh họa Ví dụ 1: Một vật rơi không vận tốc đầu từ độ cao 120 m. Xác định độ cao mà tại 1 đó vật có động năng bằng cơ năng. Lấy g =10 m/s2. Bỏ qua mọi ma sát 4 Hướng dẫn giải : Do vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, cơ năng được bảo toàn. Cơ năng ban đầu của vật W1 = m.g.z1 1 3 Khi động năng bằng cơ năng, thì thế năng bằng cơ năng : 4 4 3mgz 3z W' m.g.z 1 z 1 90(m) t 2 4 2 4 Ví dụ 2 : Một quả cầu m = 50g gắn ở đầu lò xo thẳng đứng, đầu trên của lò xo cố định, độ cứng k= 0,2 N/cm. Ban đầu m được giữ ở vị trí lò xo thẳng đứng và có chiều dài tự nhiên. Buông vật m không vận tốc đầu. Lấy g =10 m/s 2.Bỏ qua mọi ma sát. a) Tính vận tốc của quả cầu tại vị trí cân bằng. b) Tính độ dãn cực đại của lò xo trong quá trình chuyển động. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 22
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Hướng dẫn giải : mg 0,05.10 Độ dãn của lò xo khi vật ở vị trí cân bằng: x 0,025m 0 k 20 Chọn mức không thế năng trọng trường và thế năng đàn hồi ở vị trí lò xo không biến dạng. mv2 x2 a) Do bỏ qua ma sát, áp dụng định luật bảo toàn cơ năng : 0 k 0 mgx 2 2 0 mv2 kx2 k 20 Do mg k.x 0 0 v x .0,025 0,5m / s 0 2 2 m 0 0,05 b) Lò xo dãn cực đại khi vận tốc của vật v1 = 0 x2 Do bỏ qua ma sát, áp dụng định luật bảo toàn cơ năng 0 k m mgx 2 m 2mg x 0,05m m k Độ dãn cực đại của lò xo là 5 cm. Ví dụ 3: Một lò xo có độ cứng k = 100 N/m được đặt nằm ngang. Một đầu cố định, một đầu gắn vật khối lượng 0,2 kg có thể chuyển động không ma sát trên mặt phẳng ngang. Kéo vật lệch khỏi ví trí cân bằng đoạn x 0 = 10cm và truyền cho cho vật vận tốc 1,5 m/s dọc theo trục lò xo. Tìm a) Độ dãn cực đại của lò xo? b) Vận tốc của vật khi lò xo dãn 6cm. Hướng dẫn giải : Chọn mốc thế năng ở vị trí lò xo không biến dạng a) Độ dãn cực đại xm Khi vật có vật tốc bằng không. Do bỏ qua ma sát, áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: mv2 kx2 kx2 mv2 0,2.1,52 0 0 m x x2 0 0,12 12cm 2 2 2 m 0 k 100 b) Vận tốc của vật khi lò xo dãn x1 6cm . mv2 kx2 kx2 mv2 Do bỏ qua ma sát, áp dụng định luật bảo toàn cơ năng 0 0 1 1 2 2 2 2 k 100 v (x2 x2) v2 (0,12 0,062) 1,52 2,33m / s 1 m 0 1 0 0,2 Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 23
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Ví dụ 4: Con lắc đơn có chiều dài 1m. Kéo cho dây làm với đường thẳng đứng góc 450 rồi thả nhẹ. Tính vận tốc của con lắc khi nó qua vị trí mà dây làm với đường thẳng đứng góc 300. Lấy g =10 m/s2. Bỏ qua mọi ma sát. Hướng dẫn giải : Chọn mức không thế năng ở vị trí cân bằng của vật. 0 Cơ năng của vật khi dây treo ở góc 0 45 : W1 m.g.z1 m.gl(1 cos 0 ) Cơ năng của vật khi dây treo ở góc 300 : mv2 mv2 W m.g.z 2 mgl(1 cos ) 2 2 2 2 2 Do bỏ qua ma sát, áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: mv2 W W mgl(1 cos ) mgl(1 cos ) 2 1 2 0 2 v2 gl(cos cos 0 ) 10.1( 3 2 2 2) 1,8(m / s) Ví dụ 5: Con lắc đơn gồm vật khối lượng m = 400g, dây mảnh không dãn dài 0 l 1m . Kéo dây lệch góc 0 60 so với phương thẳng đứng rồi thả nhẹ. Lấy g =10 m/s2. Bỏ qua mọi ma sát a) Tính lực căng dây khi vật qua ví trí thấp nhất. b) Tính lực căng dây khi dây lệch góc 300 Hướng dẫn giải : Chọn mốc thế năng ở ví trí thấp nhất của vật. o Lực căng dây ở ví trí dây hợp với phương thẳng đứng góc  Cơ năng của vật ở vị trí góc 0 : W0 mgl(1 cos 0) T mv2 Cơ năng của vật ở ví trí góc : W mgl(1 cos ) 1 2 Do bỏ qua ma sát, áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có: 2 Pt mv Pn mgl(1 cos 0) mgl(1 cos )  2 P mv2 2mg(cos cos ) (1) l 0 Áp dụng định luật II Niu tơn ở ví trí dây hợp với phương thẳng đứng góc mv2 T Pcos (2) l Thay (1) vào 2 ta có T mg(3cos 2cos 0) a) Lực căng dây ở ví trí thấp nhất ( 0 ): T 0,4.10(3 2cos60) 8N b) Lực căng dây ở vị trí góc : T 0,4.10(3.cos300 2.cos600) 6,4N 2.3.4. Các bài tập trắc nghiệm tự luyện Câu 1: Cơ năng là một đại lượng: A. luôn luôn dương hoặc bằng không. B. luôn luôn dương. C. luôn luôn khác không. D. có thể dương, âm hoặc bằng không. Câu 2: Cơ năng là đại lượng: A. Vô hướng, luôn dương. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 24
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao B. Vô hướng, có thể âm, dương hoặc bằng không. C. Véc tơ cùng hướng với véc tơ vận tốc. D. Véc tơ, có thể âm, dương hoặc bằng không Câu 3: Một vật có khối lượng 1 kg rơi tự do từ độ cao h = 50 cm xuống đất, lấy g = 10 m/s2. Động năng của vật ngay trước khi chạm đất là: A. 500 J. B. 5 J. C. 50 J D. 0,5 J. Câu 4: Một hòn bi khối lượng 20g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 4m/s từ độ cao 1,6m so với mặt đất. Cho g = 9,8m/s2. Trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất các giá trị động năng, thế năng và cơ năng của hòn bi tại lúc ném vật. A. 0,16J; 0,31J; 0,47J. B. 0,32J; 0,62J; 0,47J. C. 0,24J; 0,18J; 0,54J. D. 0,18J; 0,48J; 0,80J. Câu 5: Một vật có khối lượng 400g được thả rơi tự do từ độ cao 20m so với mặt đất. Cho g = 10m/s2 . Sau khi rơi được 12m động năng của vật bằng : A. 16 J. B. 24 J. C. 32 J. D. 48 J Câu 6: Một con lắc đơn có chiều dài l = 1m. Kéo cho dây làm với đường thẳng đứng một góc 450 rồi thả tự do. Cho g = 9,8m/s2 . Tính vận tốc con lắc khi nó đi qua vị trí cân bằng. A. 3,14m/s. B. 1,58m/s. C. 2,76m/s. D. 2,4m/s. Câu 7: Một vật nhỏ được ném lên từ điểm M phía trên mặt đất; vật lên tới điểm N thì dừng và rơi xuống. Bỏ qua sức cản của không khí. Trong quá trình MN? A. thế năng giảm B. cơ năng cực đại tại N C. cơ năng không đổi. D. động năng tăng Câu 8: Từ mặt đất, một vật được ném lên thẳng đứng với vận tốc ban đầu v 0 = 10m/s. Bỏ qua sức cản của không khí . Cho g = 10m/s2. Ở độ cao nào thế năng bằng động năng ?. Bằng 4 lần động năng ?. A. 2,5m ; 4m. B. 2m ; 4m. C. 10m ; 2m. D. 5m ; 3m. Câu 9: Một người nặng 650N thả mình rơi tự do từ cầu nhảy ở độ cao 10m xuống nước . Cho g = 10m/s2. Tính các vận tốc của người đó ở độ cao 5m và khi chạm nước. A. 8 m/s; 12,2 m/s. B. 5 m/s; 10m/s. C. 8 m/s; 11,6 m/s. D. 10 m/s; 14,14 m/s Câu 10: Từ điểm M (có độ cao so với mặt đất bằng 0,8 m) ném lên một vật với vận tốc đầu 2 m/s. Biết khối lượng của vật bằng 0,5 kg, lấy g = 10 m/s 2. Cơ năng của vật bằng bao nhiêu ? A. 4 J. B. 8 J. C. 5 J. D. 1 J. Câu 11: Từ mặt đất, một vật được ném lên thẳng đứng với vận tốc ban đầu v0 = 10m/s. Bỏ qua sức cản của không khí . Cho g = 10m/s2. Vị trí cao nhất mà vật lên được cách mặt đất một khoảng bằng : A. 15m. B. 5m. C. 20m. D. 10m. 2.4. Bài tập về biến thiên cơ năng - Bảo toàn năng lượng 2.4.1. Phương pháp giải bài toán áp dụng định lí biến thiên cơ năng ( cho vật chịu tác dụng của lực không phải là lực thế): Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 25
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Bước 1: Chỉ ra lực không phải là lực thế. Chọn mốc thế năng Bước 2: Viết biểu thức cơ năng ở hai vị trí liên quan Bước 3: Áp dụng bảo toàn năng lượng lập phương trình. Ac = W = W2 – W1. ( công của lực cản bằng độ biến thiên cơ năng). Bước 4: Giải phương trình tìm ẩn. 2.4.2 Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về áp dụng định lí biến thiên cơ năng và cách khắc phục. - Học sinh nhận thấy đây là một dạng bài tập khó vì liên quan đến rất nhiều đơn vị kiến thức như phải tính được công, tính được lực ma sát, áp dụng đúng định lí biến thiên cơ năng do đó khả năng học sinh giải bài toán thành công là không nhiều. Các em thường nhầm lẫn ở rất nhiều khâu trong quá trình giải: Như việc viết đúng biểu thức, rút ra đại lượng cần tìm, đổi đơn vị và thay số đúng là cả một vấn đề. - Để khắc phục những khó khăn trên ngoài việc giải mẫu rất cặn kẽ, chi tiết, tôi cho học sinh tự làm thật nhiều bài tập để ghi nhớ các biểu thức và vận dụng linh hoạt vào các bài toán tương tự. 2.4.3. Các bài tập tự luận minh họa Ví dụ 1: Một vật khối lượng m = 200 g được thả không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng dài s = 1,6m ,cao z = 0,4 m nối với một đoạn nằm ngang. Hệ số ma sát là 0,2. Vật đi được một đoạn là bao nhiêu trên đoạn nằm ngang ? Lấy g = 10 m/s2. Hướng dẫn giải : Chọn mức không thế năng ở mặt phẳng nằm ngang Áp dụng công thức W = A - mgz = A1 A2 Công của lực ma sát trên đoạn mặt phẳng nghiêng: 15 A mgcos .s 0,2.0,2.10. .1,6 0,62(J) 1 16 Ta có W = - m.g.z = - 0,8(J) A 0,18 A 0,18(J) s 2 0,45(m) 2 2 m.g 0,2.0,2.10 Ví dụ 2: Một lò xo có độ cứng k 40(N / m) được đặt nằm ngang một đầu cố định, đầu kia gắn vật khối lượng m = 200g có thể chuyển động trên mặt phẳng ngang. Kéo vật lệch khỏi vị trí cân bằng đoạn 4 cm rồi thả nhẹ. Quãng đường vật đi được đến khi dừng lại ? Biết hệ số ma sát là  0,2 . Hướng dẫn giải: Lực ma sát Fms .m.g 0,2.0,2.10 0,4(N) v 0 Fms 0,4 Vật dừng lại khi : x 2 0,01(m) Fdh Fms k 40 Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 26
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao kx 2 kx 2 Áp dụng W=A 2 1 F .s 2 2 ms k(x 2 x 2 ) 40(0,042 0,012 ) s 1 2 7,5cm. 2.Fms 2.0,4 Ví dụ 3: Một con lắc lò xo gồm vật nhỏ khối lượng 1kg và lò xo có độ cứng 20 N/m. Vật nhỏ được đặt trên giá đỡ cố định nằm ngang dọc theo trục lò xo. Hệ số ma sát trượt giữa giá đỡ và vật nhỏ là 0,2. Ban đầu giữ vật ở vị trí lò xo bị dãn 16 cm rồi buông nhẹ để vật chuyển động. Lấy g =10 m/s2. Tốc độ lớn nhất của vật nhỏ sau khi buông là bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Ngay sau khi thả vật chuyển động nhanh dần do lực đàn hồi lớn hơn lực ma sát. Khi đến vị trí lực đàn hồi cân bằng lực ma sát vật có vận tốc cực đại vì sau đó vật chuyển động chậm dần do lực ma sát lớn hơn lực đàn hồi. x0 Khi lực đàn hồi cân bằng lực ma sát độ dãn m lò xo là : x F mg 0,2.1.10 1 x ms 0,1(m) k k 20 Vật đi được quãng đường s x0 x 0,16 0,1 0,06m kx2 kx2 mv2 Áp dụng bảo toàn năng lượng : 0 m gs 2 2 2 mv2 kx2 kx2 k(x2 x2) m 0 mgs v 0 2gs 26,8cm / s 2 2 2 m Ví dụ 4: Một con lắc lò xo nằm ngang gồm lò xo có chiều dài 20 cm độ cứng k 100N / m, vật có khối lượng m 400g. Hệ số ma sát giữa vật và mặt ngang là  0,1. Từ vị trí vật đang nằm yên và lò xo không biến dạng, người ta truyền cho vật vận tốc v 100cm/ s theo chiều làm lò xo dãn. Tìm chiều dài lớn nhất của lò xo. Hướng dẫn giải: Lực ma sát không là lực thế. Lò xo dài nhất khi vật có vận tốc bằng không Gọi xm là độ dãn cực đại của lò xo mv2 kx2 Áp dụng bảo toàn năng lượng m mgx 2 2 m kx2 mv2 m mgx 0 50x2 0,4x 0,2 0 2 m 2 m m Giải phương trình ta có: xm 0,059m 5,9cm Chiều dài cực đại của lò xo là : lm l0 xm 25,9cm 2.4.4.Các bài tập trắc nghiệm tự luyện Câu 1: Nếu cơ năng toàn phần của hệ (gồm động năng và thế năng) giảm thì: Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 27
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao A. Các lực ma sát đã thực hiện một công âm lên hệ. B. Các lực ma sát đã thực hiện một công dương lên hệ. C. Tất cả lực ma sát đều không đổi. D. Tất cả các lực tác dụng lên hệ đều không đổi. Câu 2: Một ô tô bắt đầu chạy lên dốc với vận tốc 18m/s thì chết máy. Dốc nghiêng 200 đối với phương ngang và hệ số ma sát trượt giữa các bánh xe với mặt đường là 0,3. Sau khi chạy lên dốc, xe chạy giật lùi trở xuống đến cuối dốc với vận tốc bằng: A. 18m/s B. 15m/s C. 5,6m/s D. 3,2m/s Câu 3:Một vận động viên nặng 650 N nhảy với vận tốc ban đầu v 0 = 2m/s từ cầu nhảy ở độ cao 10m xuống nước theo hướng thẳng đứng xuống dưới. Lấy g = 10m/s2, sau khi chạm nước người đó chuyển động thêm một độ dời 3m trong nước theo phương thẳng đứng thì dừng. Độ biến thiên cơ năng của người đó là: A. – 8580J B. – 7850J C. – 5850J D. – 6850J Câu 4: Khi cung cấp cho vật khối lượng m 1 vận tốc ban đầu v 1 = 4m/s thì nó sẽ trượt được đoạn đường dài 2m trên mặt phẳng ngang rồi dừng lại do có ma sát. Nếu cung cấp cho vật khối lượng m 2 = 2m1 vận tốc ban đầu v 2 = 6m/s để m2 cũng trượt trên mặt phẳng ngang đó thì khi dừng lại m2 đã trượt được đoạn đường bằng: A. 3m B. 3,5m C. 4m D. 4,5m Câu 5: Một vật đang chuyển động với vận tốc ban đầu v 0 = 8m/s thì lên dốc cao 0,8m rồi tiếp tục chạy trên mặt phẳng ngang như hình vẽ, 0,8m mặt phẳng ngang có hệ số ma sát là 0,6. Lấy g = 10m/s2, v0 hỏi nó chuyển động được bao xa trên mặt phẳng ngang thì dừng, coi chiều dài dốc không đáng kể so với quãng đường nó chuyển động được ở mặt phẳng ngang: A. 2m B. 4m C. 6m D. 8m Câu 6: Một vật m gắn vào đầu một lò xo nhẹ để chuyển động trên mặt phẳng ngang có ma sát, đầu kia của lò xo gắn vào điểm cố định. Kéo m ra khỏi vị trí cân bằng để lò xo dãn 20cm rồi thả nhẹ thấy m chuyển động qua vị trí cân bằng lần thứ nhất và nén lò xo lại một đoạn 12cm. Nếu kéo lò xo dãn 10cm rồi thả nhẹ thì khi qua vị trí cân bằng lần thứ nhất lò xo nén lại một đoạn bằng: A. 2cm B. 4cm C. 6cm D. 8cm Câu 7: Một vật nhỏ được truyền vận tốc ban đầu v0 theo phương ngang chuyển động trên mặt phẳng ngang từ D tới C thì lên mặt phẳng nghiêng đến A thì dừng lại. Hệ số ma sát trên cả đoạn đường là µ và ở C không có hiện tượng va chạm, cho BD = l; AB = h. Vận tốc đầu v0 có biểu thức: A. B. C. D. Câu 8: Một vật nhỏ thả không vận tốc ban đầu tại A chuyển động xuống D thì A dừng lại. Hệ số ma sát trên cả đoạn đường là µ và ở C α h Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia LâmD HàC Nội 28 B
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao không có hiện tượng va chạm, cho BC = l; AB = h. CD tính theo l, µ và h có biểu thức: A.l – B. - l C. µ(h + l) D. µ(h - l) Câu 9: Vật nhỏ m trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh xuống chân của mặt phẳng nghiêng góc α so với phương ngang, do ma sát cơ năng của vật ở chân giảm so với ở đỉnh một lượng bao nhiêu? Biết hệ số ma sát là µ, gia tốc trọng trường là g, độ cao của đỉnh so với chân là h: A. B. C. D. 2.5. Bài tập về va chạm 2.5.1.Phương pháp giải bài toán về va chạm - Áp dụng các định luật bảo toàn để giải các bài toán về va chạm giữa các vật + Ngoại lực triệt tiêu hoặc rất nhỏ so với nội lực: động lượng của hệ được bảo toàn. + Va chạm hoàn toàn đàn hồi: động lượng và động năng của hệ được bảo toàn. - Các trường hợp va chạm: + Va chạm đàn hồi xuyên tâm hoặc không xuyên tâm: có sự bảo toàn về động lượng và động năng (với m 1, m2 là khối lượng của 2 vật, vận tốc trước va chạm là v1, v2; vận tốc sau va chạm là v’1, v’2): m1v1 m2v2 m1v '1 m2v '2 1 1 1 1 m v2 m v2 m v '2 m v '2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 2 - Nếu va chạm không đàn hồi xuyên tâm: vận tốc của hai vật sau va chạm là v’ m1v1 m2v2 (m1 m2 )v ' Nhiệt lượng tỏa ra trong sự va chạm: 1 2 1 2 1 2 Q Wđ – Wđ’ = m v m v (m m )v ' 2 1 1 2 2 2 2 1 2 - Khi vận dụng các định luật bảo toàn cần chú ý: Trường hợp ngoại lực triệt tiêu theo một phương nào đó thì theo phương đó động lượng của hệ được bảo toàn. 2.5.2 Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về va chạm và cách khắc phục. - Đây là một dạng bài tập khó vì nó thường kết hợp cả hai định luật bảo toàn là bảo toàn động lượng và động năng. Riêng với va chạm mềm thì chỉ định luật bảo toàn động lượng được thỏa mãn. Do đó thường học sinh sẽ thấy rất khó khăn trong việc lập và giải hệ phương trình để rút ra đại lượng cần tìm. - Để vượt qua được khó khăn này thì ngoài việc giải các bài mẫu rất cặn kẽ, chi tiết, tôi cho học sinh tự làm thật nhiều bài tập để vận dụng các định luật cho linh hoạt, chính xác. 2.5.3. Bài tập về va chạm mềm Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 29
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Ví dụ 1: Một viên đạn khối lượng m 1 = 2kg bay ngang với vận tốc v 1 = 100 m/s đến cắm vào xe chở cát khối lượng m2 = 198 kg đang chuyển động trên đường nằm ngang với vận tốc v2 = 10 m/s cùng chiều. a) Tính vận tốc của xe sau va chạm b) Tính nhiệt lượng toả ra? Hướng dẫn giải: Hệ ( đạn và xe) là hệ kín a) Vận tốc của xe sau va chạm Áp dụng bảo toàn động lượng (m1v1 m2v2) m1v1 m2v2 (m1 m2)v v 10,9m / s m1 m2 c) Nhiệt lượng toả ra: m v2 m v2 (m m )v2 2.1002 198.102 200.10,92 W= 1 1 2 2 1 2 8019(J ) 2 2 2 2 2 2 Ví dụ 2: Cho cơ hệ như hình vẽ: Vật M = 4 kg, m = 1kg, k = 200 (N/m). Vật m chuyển động theo m v M phương ngang với vận tốc v0 = 5 m/s đến va chạm vào M đứng yên. Tìm độ nén cực đại của lò xo? Bỏ qua mọi ma sát. Hướng dẫn giải: Hệ m và M là hệ kín ngay trước và sau va chạm mv 5 Áp dụng bảo toàn động lượng mv (M m)v v 0 1m / s 0 M m 4 1 Áp dụng bảo toàn cơ năng : 2 2 kxm (M m)v M m 5 xm v .1 15,8cm h 2 2 k 200 x1 Ví dụ 3: Đĩa cân của một cân lò xo có khối lượng m1 120g , lò xo có độ cứng k = 20 N/m. Vật khối lượng m2 = 120 g rơi xuống đĩa từ độ cao h = 8 cm (so với đĩa) không vận tốc đầu. Coi va chạm là mềm. Tính độ nén cực đại của lò xo? Hướng dẫn giải: Chọn mức không thế năng (hai loại thế năng) ở vị trí lò xo không biến dạng m1g Vật m1 làm lò xo nén đoạn x 0,06m 1 k Vận tốc m2 trước va chạm v2 2gh 2.10.0,08 1,6(m / s) m1v1 2 2 4.1,6 64 Vận tốc của m1+ m2 sau va chạm v v1 v (m / s) m1 m2 3 9 9 (m m )v2 kx2 kx2 Áp dụng bảo toàn cơ năng: 1 2 1 m gx m mgx 2 2 1 1 2 m Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 30
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao 2 10xm 1,8xm 0,08 0 Giải phương trình ta có xm 0,08m 8cm. (Loại nghiệm xm=10m) 2.5.4 Bài tập về va chạm đàn hồi: Ví dụ 1: Hai quả cầu khối lượng m 1 = 300 g chuyển động với vận tốc 1 m/s và chạm đàn hồi xuyên tâm với quả cầu m2 = 200g đang chuyển động ngược chiều với vận tốc 3 m/s. Tìm vận tốc của các quả cầu sau va chạm. Bài giải: Vì va chạm của hai vật là đàn hồi xuyên tâm nên có sự bảo toàn động lượng và động năng. Động lượng của hệ bảo toàn: / / / / m1v1 m2.v2 m1v1 m2.v2 m1(v1 v1 ) m2(v2 v2) (1) Động năng của hệ bảo toàn : m v2 m .v2 m v/2 m .v/2 1 1 2 2 1 1 2 2 m (v2 v/2) m (v/2 v2) (2) 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 / / / Giải thiết rằng v1 v1 , khi đó chia (2) cho (1) ta được v1 v1 v2 v2 (3) Thay (3) vào (1) , vận tốc của hai vật sau va chạm / m1 m2 v1 2m2v2 / (0,3 0,2) 2.0,2( 0,3) v1 v1 0,6m / s m1 m2 0,3 0,2 / m2 m1 v2 2m1v1 / (0,2 0,3)( 3) 2.0,3.1 v2 v2 1,8m / s m1 m2 0,3 0,2 Ví dụ 2: Một quả cầu khối lượng M =1kg treo ở đầu dây mảnh nhẹ dài l = 1,5m. Quả cầu nhỏ m = 20g bay ngang với vận tốc v0 50m / s đến đập vào M. Coi va chạm là đàn hồi trực diện. Tìm góc lệch cực đại của dây treo. Bài giải: Áp dụng kết quả ví dụ 1. 2mv 2.0,02.50 Vận tốc M sau va chạm v/ 1,96m / s M m 1 0,0 Áp dụng bảo toàn cơ năng. Mv/2 v/2 Mgl(1 cos ) cos 1 0,87 300 2 2gl Ví dụ 3: Cho cơ hệ như hình vẽ: Vật m 1 = 100g, vật m 2 = 200g, lò xo có độ cứng k = 80N/m. Ban đầu vật m1 v m2 m1 có vận tốc 3 m/s đến va chạm đàn hồi xuyên tâm với vật m2 đứng yên. Bỏ qua mọi ma sát. Tìm độ nén cực đại của lò xo. Bài giải: Tương tự ví dụ 2: Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 31
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao / 2m1v1 2.0,1.3 Vận tốc m2 sau va chạm: v2 2m / s m1 m2 0,1 0,2 m v/2 kx2 m 0,2 Áp dụng bảo toàn cơ năng: 2 2 m x 2 v/ .2 10cm . 2 2 m k 2 80 2.5.5. Bài tập trắc nghiệm tự luyện Câu 1: Hai quả cầu khối lượng m1 và m2 đang chuyển động đều với các vận tốc ; cùng phương thì va chạm với nhau. Nếu va chạm là xuyên tâm đàn hồi thì vận tốc sau va chạm của quả cầu m1 có biểu thức: A. B. C. D. Câu 2: Hai quả cầu khối lượng m1 và m2 đang chuyển động đều với các vận tốc ; cùng phương thì va chạm với nhau. Nếu va chạm mềm xuyên tâm thì vận tốc sau va chạm của 2 quả cầu có biểu thức: A. B. C. D. Câu 3: Quả cầu khối lượng m 1 đang chuyển động đều với vận tốc thì va chạm mềm xuyên tâm với m2 đang nằm yên. Động năng của hệ 2 quả cầu sau va chạm có biểu thức: A. B. C. D. Câu 4: Quả cầu khối lượng m 1 đang chuyển động đều với vận tốc thì va chạm mềm xuyên tâm với m2 đang nằm yên. Nhiệt tỏa ra trong va chạm có biểu thức: A. B. C. D. bằng không Câu 5: Một viên đạn khối lượng m bắn đi theo phương ngang với vận tốc v0 va chạm mềm với khối gỗ khối lượng M treo đầu sợi dây nhẹ cân bằng thẳng đứng. Sau va chạm độ biến thiên động năng của hệ (đạn + khối gỗ) m M có biểu thức: v0 2 2 2 2 A. v0 B. v0 C. v0 D. v0 Câu 6: Một viên đạn khối lượng m = 10g bắn đi theo phương ngang với vận tốc v 0 va chạm mềm với khối gỗ khối lượng M = 1kg treo đầu sợi dây nhẹ cân bằng thẳng đứng. Sau va chạm khối gỗ chứa đạn nâng lên độ cao cực đại h = 0,8m so với vị trí 2 cân bằng ban đầu, lấy g = 9,8m/s . Vận tốc v0 có giá trị: Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 32
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao A. 200m/s B. 300m/s C. 400m/s D. 500m/s Câu 7: Một viên đạn khối lượng m = 10g bắn đi theo phương ngang với vận tốc v 0 va chạm mềm với khối gỗ khối lượng M = 1kg treo đầu sợi dây nhẹ cân bằng thẳng đứng. Sau va chạm khối gỗ chứa đạn nâng lên độ cao cực đại h = 0,8m so với vị trí cân bằng ban đầu, lấy g = 9,8m/s 2. Tỉ lệ phần trăm động năng ban đầu đã chuyển thành nhiệt là:A. 99% B. 96% C. 95% D. 92% Câu 8: Bắn một viên đạn khối lượng m = 10g với vận tốc v vào một mẩu gỗ khối lượng M = 390g đặt trên mặt bàn ngang nhẵn. Đạn mắc vào gỗ và cùng chuyển động với vận tốc V = 10m/s. Vận tốc của đạn lúc bắn v là: A. 200m/s B. 300m/s C. 400m/s D. 500m/s Câu 9: Bắn một viên đạn khối lượng m = 10g với vận tốc v vào một mẩu gỗ khối lượng M = 390g đặt trên mặt bàn ngang nhẵn. Đạn mắc vào gỗ và cùng chuyển động với vận tốc V = 10m/s. Độ biến thiên động năng của đạn đã chuyển thành nhiệt là: A. 780J B. 650J C. 580J D. 900J Câu 10: Một búa máy khối lượng M = 400kg thả rơi tự do từ độ cao 5m so với mặt đất xuống đất đóng vào cọc có khối lượng m = 100kg M trên mặt đất làm cọc lún sâu vào trong đất 5cm. Coi va chạm giữa búa 5m và cọc là va chạm mềm,chiều cao của cọc không đáng kể, lấy g = 9,8m/s2, lực cản của đất coi như không đổi có giá trị: m 5cm A.318500N B. 628450N C. 154360N D. 250450N Câu 11: Một hòn bi khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v đến va chạm mềm vào hòn bi thứ 2 khối lượng 2m đang nằm yên. Vận tốc hai viên bi sau va chạm là: A. v/3 B. v/2 C. 2v/3 D. 3v/5 Câu 12: Một hòn bi khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v đến va chạm mềm vào hòn bi thứ 2 khối lượng 2m đang nằm yên. Phần năng lượng đã chuyển sang nội năng trong quá trình va chạm là: A. mv2/2 B. mv2/3 C. mv2/6 D. 2mv2/3 Câu 13: Một hòn bi khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v đến va chạm mềm vào hòn bi thứ 2 khối lượng 2m đang nằm yên. Tỉ số giữa động năng của hai vật trước và sau va chạm là: A. 2 B. 3 C. 4 D. 6 Câu 14: Vật m chuyển động đến va chạm mềm xuyên tâm với vật M đang nằm yên, 80% năng lượng chuyển thành nhiệt. Tỉ số hai khối lượng M/m là: Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 33
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 Câu 15: Hai vật m và 2m có động lượng lần lượt là p và p/2 chuyển động đến va chạm vào nhau. Sau va chạm, hai vật có động lượng lần lượt là p/2 và p. Phần năng lượng đã chuyển sang nhiệt là: A. 3p2/16m B. 9p2/16m C. 3p2/8m D. 15p2/16m Câu 16: Viên đạn khối lượng m = 100g đang bay với vận tốc v0 = 10m/s theo phương ngang đến cắm vào bao cát khối lượng M = 400g treo ở đầu sợi dây M dài l = 1m đang đứng yên ở vị trí cân bằng, đầu kia của sợi dây treo vào m v0 điểm cố định. Sau khi cắm vào bao cát hệ chuyển động với vận tốc: A. 2m/s B. 0,2m/s C. 5m/s D. 0,5m/s Câu 17: Viên đạn khối lượng m = 100g đang bay với vận tốc v0 = 10m/s theo phương ngang đến cắm vào bao cát khối lượng M = 400g treo ở đầu sợi dây dài l = 1m đang đứng yên ở vị trí cân bằng, đầu kia của sợi dây treo vào điểm cố định. Sau khi cắm vào bao cát hệ chuyển động lên đến vị trí dây treo lệch với phương thẳng đứng một góc xấp xỉ: A. 300 B. 370 C. 450 D. 480 Câu 18: Viên đạn khối lượng m = 100g đang bay với vận tốc v0 = 10m/s theo phương ngang đến cắm vào bao cát khối lượng M = 400g treo ở đầu sợi dây dài l = 1m đang đứng yên ở vị trí cân bằng, đầu kia của sợi dây treo vào điểm cố định. Sau khi cắm vào bao cát bao nhiêu phần trăm năng lượng ban đầu đã chuyển thành nhiệt: A. 90% B. 80% C. 75% D. 50% Câu 19: Một vật khối lượng m thả không vận tốc ban đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng cao h so với chân mặt phẳng nghiêng. Do có ma sát nên vận tốc ở chân dốc chỉ bằng 2/3 vận tốc ở chân dốc khi không có ma sát. Nhiệt tỏa ra do ma sát là: A. 2mgh/3 B. 4mgh/9 C. 5mgh/9 D. không xác định được vì chưa biết góc nghiêng α 3. Bài tập chọn lọc tự luyện Bài 1: Một toa xe có khối lượng M=280 kg ban đầu đứng yên trên đường ray và chở hai người, mỗi người có khối lượng m=70kg. Tính vận tốc của toa xe sau khi hai người nhảy ra khỏi xe theo phương song song với đường ray, với vận tốc u= 6m/s đối với xe. Xét các trường hợp sau đây: a) Đồng thời nhảy cùng chiều. b) Đồng thời nhảy trái chiều. c) Lần lượt và cùng chiều d) Lần lượt nhưng trái triều. 2mu Đ/s :a)v 2m / s b)v=0. M 2m Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 34
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao 1 1 c)v mu( ) 2,2m / s .d)v' 0,2m / s 2 M 2m M m 2 Bài 2. Một toa xe có khối lượng M đang chuyển động trên đường ray nằm ngang M với vận tốc v=2 m/s thì một vật nhỏ có khối lượng m 10 rời nhẹ xuống mép trước của sàn xe (hình vẽ). Sàn có chiều dài l=5m. Hệ số ma sát giữa vật và sàn là k=0,1. Vật có thể sau khi trượt nằm yên trên sàn hay không, nếu được thì ở đâu? Tính vận tốc cuối của xe và vật. Đ/s :Vật nằm yên trên mép sàn cách mép trước l=1,8m;vc=1,8m/s Bài 3. Một lò xo có độ cứng c=300N/m có một đầu buộc vào một vật có khối lượng m=12kg nằm trên mặt phẳng nằm ngang. Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng là k= 0,4. Lúc đầu lò xo chưa biến dạng. Ta đặt vào đầu tự do một lực F nghiêng góc 300 so với phương nằm ngang thì vật dịch chuyển chậm một khoảng s=0,4m (hình vẽ). Tính công thực hiện bởi lực F. Đ/s :A=19J Bài 4. Trên đường nằm ngang dài s=2km, vận tốc của đoàn tàu tăng từ v 1= 54km/h lên v2= 72km/h (Chuyển động nhanh dần đều). Tính công và công suất trung bình của động cơ biết khối lượng của đoàn tàu là m=8.10 5 kg và có lực cản do ma sát với hệ số ma sát k=0,005. Lấy g=10m/s2. Đ/s : A 15.107 J, P 1,31MW Bài 5. Giữ nguyên công suất của động cơ thì một ôtô đi lên dốc nghiêng một góc so với đường nằm ngang với vận tốc v 1, và xuống cũng cái dốc đó với vận tốc v2. Hỏi nó chạy trên đường nằm ngang với vận tốc v bằng bao nhiêu? Hệ số ma sát như nhau trong cả ba trường hợp. Đ/s: 2v v cos v 1 2 v1 v2 Bài 6. Một người trượt băng có khối lượng M=60 kg ném ra phía trước một quả tạ có khối lượng m=5kg với vận tốc v=12m/s đối với sân băng. Tính công mà người ấy thực hiện (công trong hệ quy chiếu gắn với người ấy), bỏ qua ma sát giữa giày và sàn băng. Tính vận tốc của quả tạ nếu người cũng tốn công như trên nhưng đứng trên sàn đất và không bị trượt. Đ/s: A=422,5J. v=13m/s. Bài 7. Một hạt có khối lượng m và vận tốc v va chạm đàn hồi vào một hạt đứng yên có khối lượng 2m, rồi bật đi theo phương vuông góc với phương ban đầu. Tính vận tốc v1 và v2 của hia hạt sau va chạm, và góc của v2 (của hạt 2m) làm vơi v. v 1 Đ/s: v v ;tan 300 1 2 3 3 Bài 8. Hai vật khối lượng m và 2m, có động lượng theo thứ tự là p và p/2, chuyển động theo hai phương vuông góc với nhau đến va chạm vào nhau. Sau va chạm hai vật trao đổi động lượng cho nhau. Tính nhiệt lượng toả ra khi va chạm. Đ/s: 3p2 Q 16m Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 35
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Bài 9. Máy bay khi đỗ xuống tàu sân bay thì vướng vào cáp hãm, tương đương với lò xo. Máy bay đi được l=30m thì dừng (coi l như độ dãn của lò xo). Vận tốc của máy bay lúc đầu vướng cáp là v=108 km/h. Trọng lượng của phi công (lực đè lên ghế) biến đổi thế nào trong quá trình máy bay hãm. Tính giá trị cực đại của trọng lượng ấy nếu phi công có khối lượng m=70 kg. Giả thuyết máy bay chuyển động theo phương ngang. Lấy g=10 m/s2. 2 2 Đ/s:Qmax P fmax 2214N 3,14P Bài 10. Búa máy có khối lượng m=500kg rơi từ độ cao h=1,2m, so với đầu cọc, làm cọc gập sâu vào đất s=2cm. Biết khối lượng của búa rất lớn so với khối lượng của cọc và không lẩy lên khi va chạm vào cọc. Tính lực đóng cọc và thời gian nó tác dụng. Lấy g=10 m/s2. mg(h s) Đ/s: F 305kN,t 8ms s Bài 11. Hai hòn bi bằng thép có khối lượng m 1 và m2 được treo bằng hai dây có chiều dài l và một điểm. Kéo lệch hòn bi m 1 cho dây treo nằm ngang rồi thả ra không có vận tốc ban đầu. Nó va chạm vào bi m 2 (va chạm hoàn toàn đàn hồi). Sau va chạm hai hòn bi lên tới độ cao nào? Đ/s: 8v2 16l v2 l h 0 , h 0 1 9g 9 2 18g 9 Bài 12. Một quả tạ khối lượng m=0,5 kg rơi từ độ cao h =1,25m vào một miếng sắt có khối lượng M=1kg đỡ bởi lò xo có độ cứng k=1000 N/m. Va chạm là hoàn toàn đàn hồi (Hình vẽ.). Tính độ cao cực đại của lò xo. Lấy g=10 m/s2. Đ/s: x=0,12m. Bài 13. Một quả tạ khối lượng m=0,5 kg rơi từ độ cao h =1,25m vào một miếng chì có khối lượng M=1kg đỡ bởi lò xo có độ cứng k=1000 N/m. Va chạm là hoàn toàn mềm (Hình vẽ.). Tính độ cao cực đại của lò xo. Lấy g=10 m/s2 Đ/s: x=0,08m. 4. Kiểm tra khảo sát thực tiễn Bằng cách đưa ra câu hỏi dưới hình thức trắc nghiệm và tự luận rồi tổng kết ĐỀ 1 Sở GD-ĐT Hà Nội Kiểm tra một tiết - HKII Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Môn: Vật Lý 10 Ban TN Thời gian: 45 phút I. Trắc nghiệm Câu 1. Công suất được xác định bằng : A. Tích công thực hiện và thời gian thực hiện công. B. Công thực hiện trên một đơn vị diện tích C. Công thực hiện trong một đơn vị thời gian. D. Công thực hiện trên một đơn vị độ dài. Câu 2. Đơn vị của động lượng là : A. Kg.m.s. B. Kg/m.s. C. Kg.m/s. D. Kg.m.s 2. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 36
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Câu 3. Một người nhấc 1 vật có khối lượng 4 kg lên cao 0,5m. Sau đó xách vật di chuyển theo phương ngang 1 đoạn 1m. Lấy g =10m/s2. Công của trọng lực bằng: A.-20 J B. -140 J C. 140 J D. 20J Câu 4. Động năng của vật tăng khi : A. Vận tốc của vật v > 0 B. Gia tốc của vật tăng. C. Các lực tác dụng lên vật sinh công dương D. Gia tốc của vật a > 0 Câu 5. Biểu thức của thế năng trọng trường là : 2 kx 2 A. W . B. .W C. mg z .D. W m .g z Wt mgz t 2 t t Câu 6. Một hòn đá được ném xiên một góc 30 o so với phương ngang với động lượng ban đầu có độ lớn bằng 2 kgm/s từ mặt đất. Độ biến thiên động lượng Pkhi hòn đá rơi tới mặt đất có giá trị là (Bỏ qua sức cản) : A. 4 kgm/s B. 3 kgm/s C. 2 kgm/s D. 1 kgm/s Câu 7. Một vật có khối lượng 0,2 kg được phóng thẳng đứng từ mặt đất với vận tốc 10m/s. Lấy g=10m/s2. Bỏ qua sức cản. Hỏi khi vật đi được quãng đường 8m thì động năng của vật có giá trị bằng bao nhiêu? A. 6J B. 8J C. 7J D. 9J Câu 8. Câu nào sau đây là đúng ? A. Trong chuyển động tròn, lực hướng tâm thực hiện công, vì có cả hai yếu tố: lực tác dụng và độ dời của điểm đặt của lực. B. Khi một vật chuyển động thẳng đều, công của tổng hợp lực khác không. C. Lực là đại lượng véc tơ do đó công của lực cũng là đại lượng vectơ. D. Công của một lực là đại lượng vô hướng và có giá trị đại số. Câu 9. Một gàu nước khối lượng 10 Kg được kéo đều lên cao 5m trong khoảng thời gian 1 phút 40 giây. Lấy g=10m/s2. Công suất trung bình của lực kéo bằng: A. 4W B. 6W C. 7W D. 5W Câu 10. Một động cơ điện cung cấp công suất 15KW cho 1 cần cẩu nâng vật 1000Kg chuyển động đều lên cao 30m. Lấy g=10m/s2. Thời gian để thực hiện công việc đó là: A. 5s B. 10s C. 20s D. 15s Câu 11. Điều nào sau đây là SAI khi nó về công cơ học? A. Công là đại lượng véc tơ. B. Công là đai lượng vô hướng có thể âm hoặc dương. C. A Fs cos . D. Đơn vị của công là Nm. Câu 12. Khi một chiếc xe chạy lên và xuống dốc, lực nào sau đây có thể khi thì tạo ra công phát động khi thì tạo ra công cản? A. Lực kéo của động cơ B. Lực phanh xe C. Thành phần pháp tuyến của trọng lực D. Thành phần tiếp tuyến của trọng lực Câu 13. Một quả bóng khối lượng m đang bay với vận tốc v thì đập vào một bức tường và bật trở lại với cùng vận tốc. Chọn chiều dương là chiều của v . Độ biến thiên động lượng của quả bóng là:? A. -2mv. B. 2mv. C. mv. D. mv. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 37
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Câu 14. Một xe nặng 1,2 tấn chuyển động tịnh tiến trên đường thẳng nằm ngang có vận tốc thay đổi từ 10m/s đến 20m/s trong quãng đường 300m. Hợp lực của các lực làm xe chuyển động có giá trị nào sau đây A. 200N. B. 100NC. 300ND. 600N Câu 15. Một tên lửa có khối lượng tổng cộng là M=500 kg bay với vận tốc V= 200 m/s đối với Trái đất thì phụt ra phía sau khối lượng khí m=50 kg với vận tốc v= 700m/s đối với đất. Vận tốc tức thời của tên lửa sai khi phụt khí với giả thiết toàn bộ lượng khí được phụt ra cùng một lúc là : A. 250 m/s. B. 325 m/s. C. 300 m/s. D. 280 m/s. II. Tự luận Một người khối lượng m 1 = 50kg đang chạy với vận tốc v 1 = 4m/s thì nhảy lên một chiếc xe khối lượng m 2 = 80kg chạy song song ngang với người này với vận tốc v2 = 3m/s. Sau đó, xe và người vẫn tiếp tục chuyển động theo phương cũ. Tính vận tốc xe sau khi người này nhảy lên nếu ban đầu xe và người chuyển động: a/ Cùng chiều. b/ Ngược chiều ĐỀ 2 Sở GD và ĐT Hà Nội Kiểm tra 1 tiết - HKII Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Môn: Vật Lý 10 Ban TN Thời gian: 45 phút I. Trắc nghiệm Câu 1. Một quả bóng được ném với vận tốc đầu xác định. Đại lượng nào không đổi trong quá trình bóng chuyển động ? A. Cơ năng. B. Động lượng. C. Thế năng; D. Đông năng; Câu 2. Khi một lò xo bị nén 3cm, thế năng đàn hồi của nó bằng 0,18J. Độ cứng của lò xo là:? A. 300 N/m; B. 400 N/m; C. 200 N/m; D. 500 N/m; Câu 3. Một ôtô chạy trên đường nằm ngang với vận tốc 72 km/h. Công suất của động cơ là 60 kW. Lực phát động của động cơ là: A. 3000 N.B. 6000 N.C. 4000 N.D. 2000 N. Câu 4. Bắn trực diện hòn bi khối lượng 30g, với vận tốc 6 m/s vào hòn bi khối lượng 20g đang đứng yên . Vận tốc của hòn bi khối lượng 20g sau va chạm là: A. 4,8 m/s.B. 1,2 m/s.C. 7,2 m/s.D. 3,6 m/s. Câu 5. Chuyển động nào dưới đây là chuyển động bằng phản lực: A. Chuyển động của vận động viên nhảy cầu khi giậm nhảy B. Vận động viên bơi lội đang bơi C. Chuyển động của súng sau khi bắn đạn D. Chuyển động của con Sứa. Câu 6. Lực nào sau đây không phải là lực thế.? A. Lực hấp dẫn. B. Lực đàn hồi . C. Trọng lực. D. Lực ma sát. Câu 7. Một ôtô A có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc vđuổi1 theo 1 một ôtô B có khối lượng m2 chuyển động với vận tốc v2 . Động lượng của xe A đối với hệ quy chiếu gắn với xe B là: Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 38
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao A. p AB m1 v1 v2 B. p AB m1 v2 v1 C. p AB m1 v1 v2 D. p AB m1 v2 v1 Câu 8. Một lò xo có độ cứng k = 250 N/m được đặt nằm ngang. Một đầu gắn cố định, một đầu gắn một vật khối lượng M = 0,1 kg có thể chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang. Kéo vật lệch khỏi vị trí cân bằng một đoạn l 5cm rồi thả nhẹ. Vận tốc lớn nhất mà vật có thể đạt được là: A. 1,25 m/sB. 7,5 m/s C. 5 m/s D. 2,5 m/s Câu 9. Một vật khối lượng 2 kg chuyển động với vận tốc 14,4 km/h đến va chạm mền với một vật khối lượng 6 kg đang đứng yên. Phần động năng chuyển thành nhiệt là: A. 6J.B. 12J.C. 8J.D. 16J. Câu 10. Một con lắc đơn có chiều dài dây l=1,6m. Kéo dây lệch so với phương thẳng đứng một góc 60 0 rồi thả nhẹ, lấy g=10m/s 2. Vận tốc lớn nhất của vật đạt được trong quá trình chuyển động là. A. 1,6m/s.B. 3,2m/s.C. 4,6m/s. D. 4m/s Câu 11. Một vật được thả rơi từ độ cao h=30m so với mặt đất. Khi động năng bằng nửa thế năng, thì độ cao của vật ở vị trí ấy bằng: A. 25 m; B. 20 m; C. 10 m;D. 15m; Câu 12. Trong va chạm đàn hôi các đại lượng của hệ bảo toàn là: A. Động lượng và vận tốc.B. Động lượng và động năng. C. Động năng và vận tốc.D. Thế năng và động năng. Câu 13. Một viên đạn có khối lượng M = 5kg đang bay theo phương ngang với vận tốc v = 2003 m/s thì nổ thành 2 mảnh. Mảnh thứ nhất có khối lượng m1 = 2kg bay thẳng đứng xuống với vận tốc v 1 = 500m/s, còn mảnh thứ hai bay theo hướng nào so với phương ngang? A. 37o B. 45o C. 60o D. 30o Câu 14. Công thức nào sau đây thể hiện mối liên hệ giữa động lượng và động năng? 2 P 2 2m P A. Wd .B. C. W D.d 2mP . Wd W 2m P d 2m Câu 15. Một vật khối lượng 300g ban đầu đứng yên, sau đó vỡ thành hai mảnh, một mảnh có khối lượng 100g. Động năng tổng cộng của hai mảnh là 300J. Động năng của mảnh nhỏ là: A.225J. B.100J. C.150J. D. 200 J. II. Tự luận Một hòn bi có khối lượng 20g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 4m/s từ độ cao 1,6m so với mặt đất. a) Tính trong hệ quy chiếu mặt đất các giá trị động năng, thế năng và cơ năng của hòn bi tại lúc ném vật. b) Tìm độ cao cực đại mà bi đạt được. c) Tìm vị trí hòn bi có thế năng bằng động năng? Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 39
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao d) Nếu có lực cản 5N tác dụng thì độ cao cực đại mà vật lên được là bao nhiêu? 5. Kết quả thực nghiệm Tôi đã thực hiện nghiên cứu đề tài này trong hai năm học vừa qua. Thời gian thực hiện vào các buổi dạy chuyên đề tự chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi. Tôi đã tiến hành dạy thực nghiệm trong năm học 2009-2010 tại hai lớp 10A9, 10A10. Có kết quả thi khảo sát lần một là tương đương nhau, đều học ban khoa học tự nhiên của trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội. Sau khi học hết phần các định luật bảo toàn, trong giờ học, lớp thực nghiệm giảng dạy theo những nghiên cứu của đề tài, còn lớp đối chứng tiến hành dạy thông thường không lưu ý đến những ứng dụng nghiên cứu của đề tài. Sau khi tiến hành kiểm tra bằng 2 đề kiểm tra đã nêu ở trên, cho kết quả như sau: Đề 1: Lớp Sĩ Điểm số Điểm Trung 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 bình Thực 45 7,76 0 0 0 0 0 3 5 10 13 10 4 nghiệm10A9 Đối chứng 44 7,07 0 0 0 0 0 4 15 8 9 7 1 10A10 Đề 2: Lớp Sĩ Điểm số Điểm Trung 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 bình Thực 45 7,95 0 0 0 0 0 2 4 9 14 11 5 nghiệm10A9 Đối chứng 44 7,14 0 0 0 0 0 3 15 9 8 8 1 10A10 Kết quả bài kiểm tra cho thấy lớp thực nghiệm có điểm trung bình cao hơn và có nhiều điểm cao hơn so với lớp đối chứng. Mặt khác, tôi thấy nhiều em trong lớp thực nghiệm làm bài với thời gian ngắn hơn so với lớp đối chứng. Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 40
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao KẾT LUẬN Đối với người học Vật lí, các định luật bảo toàn cho một phương pháp giải các bài toán vật lí hữu hiệu, nhất là khi phương pháp dùng các định luật Niutơn tỏ ra quá phức tạp. Trong các trường hợp va chạm, nổ thì không dùng được định luật II Niutơn vì lực xuất hiện khi đó rất lớn nhưng lại không xác định được. Chỉ có thể dùng các định luật bảo toàn, ta sẽ được các kết quả không tuyệt đối chính xác ( vì hệ nghiên cứu không tuyệt đối cô lập) nhưng cũng đủ chính xác cho các mục đích thực tiễn. Định luật bảo toàn minh họa cho tư tưởng triết học biện chứng: Trong cái biến đổi có cái không đổi. Các định luật ấy cũng giúp ta thấy cái thống nhất trong các hiện tượng muôn hình vạn trạng. Cái gọi là sự tương tự điện – cơ (sẽ học ở lớp 12 chính là nhìn các hiện tượng điện và cơ theo cùng một quan điểm: Sự biến đổi năng lượng. Rất nhiều định lí, quy tắc của Vật lí học xây dựng bằng lập luận hoặc thực nghiệm riêng có thể rút về sự áp dụng các định luật bảo toàn. Phương trình Metsecxki về chuyển động của tên lửa là sự áp dụng định luật bảo toàn động lượng. Phương trình Becnuli là sự áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho một khối chất lưu chảy ổn định. Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng, quy tắc Lenxơ về chiều của dòng điện này có thể giải thích bằng định luật bảo toàn năng lượng (sẽ học ở lớp 11). Định luật II Kêple là ứng dụng của định luật bảo toàn mômen động lượng. Tất cả các phản ứng của các hạt nhân, hạt cơ bản đều tuân theo định luật bảo toàn năng lượng tổng quát (tương đối tính). Trong đề tài này, tôi mới chỉ dừng lại nghiên cứu vận dụng các định luật bảo toàn trong phạm vi lớp 10 để giải quyết các bài toán cơ học, nhưng tôi cũng đã chỉ ra cho học sinh thấy được sự quan trọng của các định luật này đối với lớp 11,12 để các em nhận thức rõ vai trò, vị trí của nó trong suốt quá trình học. Đồng thời tôi cũng trình bày một số phương pháp giải một số dạng bài tập, những khó khăn mà học sinh mắc phải và cách khắc phục những khó khăn đó. Đề tài này giúp học sinh nắm vững một số phương pháp giải các bài toán cơ học. Từ đó có thể học tốt những nội dung tương tự về các định luật bảo toàn khác ở lớp 11, 12. Cuối cùng tôi thấy, đây là một vấn đề hay ở chương trình vật lí 10, nhưng không phải một vấn đề dễ nên trong việc lựa chọn bài tập còn có thể chưa mang tính điển hình cao. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp để có thể bổ sung thêm vào tài liệu giảng dạy của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn ! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2012 Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 41
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao Vũ Quang Duy TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. SGK vật lí 10 nâng cao, NXB GD năm 2009 2. 500 bài tập vật lí 10, Nguyễn Thanh Hải, NXB ĐHSP năm 2006 3. Bài tập cơ học , Tô Giang NXB GD năm 2000. 4. Hướng dẫn chuẩn kiến thức kĩ năng vật lý 10, NXB GD năm 2010. 5. Giải toán Vật lí, Bùi Quang Hân, NXB GD năm 2010 6. Bài tập và lời giải Vật lí do GS Yung Kuo Lim chủ biên. NXB GD năm 2010. 7. Cơ sở vật lý, David Haliday làm chủ biên, NXB GD năm 2002. 8. Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí 10, tập II, Nguyễn Phú Đồng - Nguyễn Thành Tương, NXB Tổng hợp Thành Phố Hồ Chí Minh năm 2011. 9. Tài liệu vật lí 10,11,12 , các định luật bảo toàn trong vật lí THPT, Dương Trọng Bái, NXB GD năm 2007 10.Phương pháp giải bài tập và trắc nghiệm Vật lí 10 tập II, Đỗ Xuân Hội, NXB GD năm 2007 Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 42
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 3. Nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu 1 3.1. Nhiệm vụ 1 3.2. Phương pháp nghiên cứu. 2 4. Phạm vi nghiên cứu và đối tượng 2 5. Tính ứng dụng thực tiễn và hiệu quả của đề tài 2 NỘI DUNG 3 1. Cơ sở lí thuyết 3 1.1. Định luật bảo toàn động lượng 3 1.1.1. Hệ kín 3 1.1.2. Động lượng 3 1.1.3. Định luật bảo toàn động lượng 3 1.2. Công, công suất, động năng và thế năng 3 1.2.1. Công 3 1.2.2. Công suất 3 1.2.3. Động năng 3 1.2.4. Định lí động năng 3 1.2.5. Thế năng 4 1.2.5.1.Thế năng trọng trường: 4 1.2.5.2.Thế năng đàn hồi 4 1.3. Định luật bảo toàn cơ năng 4 1.3.1.Trường hợp trọng lực 4 1.3.2. Trường hợp lực đàn hồi 4 1.3.3. Định luật bảo toàn cơ năng tổng quát 4 1.4. Biến thiên cơ năng. 5 1.5. Va chạm đàn hồi và không đàn hồi 5 1.5.1.Va chạm đàn hồi 5 1.5.2. Va chạm mềm 5 2. Tổ chức hướng dẫn học sinh giải các dạng bài tập về các định luật bảo toàn - Vật lí 10 nâng cao 5 2.1. Bài tập về bảo toàn động lượng 5 2.1.1. Phương phápgiải một số dạng toán hay gặp : 5 2.1.2 Các bài toán áp dụng định luật bảo toàn động lượng 6 2.1.3. Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng: 6 2.1.4 Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về định luật bảo toàn động lượng và cách khắc phục. 7 Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 43
Sáng kiến kinh nghiệm: Phương pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn – Vật lí 10 nâng cao 2.1.5. Các bài tập tự luận minh họa 7 2.1.6. Các bài tập trắc nghiệm tự luyện 9 2.2. Bài tập về công, công suất, động năng, thế năng 11 2.2.1. Phương phápgiải một số dạng toán hay gặp : 11 2.2.2. Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về công, công suất, động năng, thế năng và cách khắc phục. 12 2.2.3. Các bài tập tự luận minh họa 13 2.2.4. Các bài tập trắc nghiệm tự luyện 16 2.3. Bài tập về bảo toàn cơ năng 20 2.3.1. Phương pháp giải bài toán áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ( cho vật chịu tác dụng của lực thế): 20 2.3.2 Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về định luật bảo toàn cơ năng và cách khắc phục. 21 2.3.3. Các bài tập tự luận minh họa 21 2.3.4. Các bài tập trắc nghiệm tự luyện 23 2.4. Bài tập về biến thiên cơ năng - Bảo toàn năng lượng 24 2.4.1. Phương pháp giải bài toán áp dụng định lí biến thiên cơ năng ( cho vật chịu tác dụng của lực không phải là lực thế): 24 2.4.2 Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về áp dụng định lí biến thiên cơ năng và cách khắc phục. 25 2.4.3. Các bài tập tự luận minh họa 25 2.4.4.Các bài tập trắc nghiệm tự luyện 26 2.5. Bài tập về va chạm 28 2.5.1.Phương pháp giải bài toán về va chạm 28 2.5.2 Những khó khăn học sinh thường gặp trong quá trình giải bài tập về va chạm và cách khắc phục 28 2.5.3. Bài tập về va chạm mềm 28 2.5.4 Bài tập về va chạm đàn hồi: 30 2.5.5. Bài tập trắc nghiệm tự luyện 31 3. Bài tập chọn lọc tự luyện 33 4. Kiểm tra khảo sát thực tiễn 35 5. Kết quả thực nghiệm 38 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 Ths: Vũ Quang Duy Trường THPT Cao Bá Quát Gia Lâm Hà Nội 44