SKKN Hướng dẫn học sinh lớp 10 Trường THPT Quảng Xương 3 vận dụng định luật bảo toàn để giải bài toán va chạm
Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình giáo dục phổ thông, trong hệ thống giáo dục phổ thông của nước ta. Học tập tốt bộ môn vật lý giúp con người nói chung và học sinh nói riêng có kỹ năng tư duy sáng tạo, làm cho con người linh hoạt và năng động hơn trong cuộc sống cũng như trong công việc. Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc trung học phổ thông là thực hiện được những mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề ra: Làm cho học sinh đạt dược các yêu cầu sau:
- Nắm vững được kiến thức cơ bản của bộ môn.
- Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn.
- Có hứng thú học tập bộ môn.
- Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng hợp lý, đạt hiệu quả cao trong học tập bộ môn vật lý.
- Hình thành ở học sinh những kỹ năng tư duy đặc trưng của bộ môn.
Bộ môn vật lý được phân phối theo chương trình đồng tâm. Lớp 10 và 11 học để chuẩn bị cho lớp 12, nên nhiệm vụ chính của vật lý lớp 10 là tạo cho học sinh là tạo cho học sinh kỹ năng học tập vật lý theo đúng đặc trưng bộ môn. Vật lý lớp 10 có vai trò quan trọng nhất, có toàn bộ cách tiếp cận bộ môn vật lý, cách vận dụng kiến thức và phát triển tư duy vật lý cho học sinh. Trong nội dung môn Vật lý lớp 10, các định lật bài toàn có tác dụng rất tốt, giúp học sinh phát triển tư duy vật lý. Trong phần này thể hiện rất rõ các thao tác cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn khách quan, như:
Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để học sinh có những kỹ năng, hướng giải bài tập về các định luật bảo toàn một cách lôgíc, chặt chẽ, đặc biệt là làm thế nào để qua việc rèn luyện kỹ năng Hướng dẫn các bài tập các định luật bảo toàn là một nội dung cụ thể có thể phát triển tư duy Vật lý, và cung cấp cho học sinh cách tư duy cũng như cách học đặc trưng của bộ môn Vật lý ở cấp trung học phổ thông.
Trong những năm giảng dạy bộ môn Vật lý ở bậc trung học phổ thông, tôi nhận thấy: Ở mỗi phần kiến thức đều có yêu cầu cao về vận dụng kiến thức đã học được vào Hướng dẫn bài tập Vật lý. Vì vậy ở mỗi phần người giáo viên cũng cần đưa ra được những phương án hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức một cách tối ưu để học sinh có thể nhanh chóng tiếp thu và vận dụng dễ dàng vào Hướng dẫn các bài tập cụ thể:
Theo nhận thức của cá nhân tôi, trong việc hướng dẫn học sinh Hướng dẫn bài tập cần phải thực hiện được một số nội dung sau:
- Phân loại các bài tập của các phần theo hướng đơn giản nhất.
- Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức và thứ tự các thao tác cần thực hiện.
MỤC LỤC 1 I. MỞ ĐẦU 1.1. Lí do chọn đề tài. Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình giáo dục phổ thông, trong hệ thống giáo dục phổ thông của nước ta. Học tập tốt bộ môn vật lý giúp con người nói chung và học sinh nói riêng có kỹ năng tư duy sáng tạo, làm cho con người linh hoạt và năng động hơn trong cuộc sống cũng như trong công việc. Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc trung học phổ thông là thực hiện được những mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề ra: Làm cho học sinh đạt dược các yêu cầu sau: - Nắm vững được kiến thức cơ bản của bộ môn. - Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn. - Có hứng thú học tập bộ môn. - Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng hợp lý, đạt hiệu quả cao trong học tập bộ môn vật lý. - Hình thành ở học sinh những kỹ năng tư duy đặc trưng của bộ môn. Bộ môn vật lý được phân phối theo chương trình đồng tâm. Lớp 10 và 11 học để chuẩn bị cho lớp 12, nên nhiệm vụ chính của vật lý lớp 10 là tạo cho học sinh là tạo cho học sinh kỹ năng học tập vật lý theo đúng đặc trưng bộ môn. Vật lý lớp 10 có vai trò quan trọng nhất, có toàn bộ cách tiếp cận bộ môn vật lý, cách vận dụng kiến thức và phát triển tư duy vật lý cho học sinh. Trong nội dung môn Vật lý lớp 10, các định lật bài toàn có tác dụng rất tốt, giúp học sinh phát triển tư duy vật lý. Trong phần này thể hiện rất rõ các thao tác cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn khách quan, như: Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để học sinh có những kỹ năng, hướng giải bài tập về các định luật bảo toàn một cách lôgíc, chặt chẽ, đặc biệt là làm thế nào để qua việc rèn luyện kỹ năng Hướng dẫn các bài tập các định luật bảo toàn là một nội dung cụ thể có thể phát triển tư duy Vật lý, và cung cấp cho học sinh cách tư duy cũng như cách học đặc trưng của bộ môn Vật lý ở cấp trung học phổ thông. Trong những năm giảng dạy bộ môn Vật lý ở bậc trung học phổ thông, tôi nhận thấy: Ở mỗi phần kiến thức đều có yêu cầu cao về vận dụng kiến thức đã học được vào Hướng dẫn bài tập Vật lý. Vì vậy ở mỗi phần người giáo viên cũng cần đưa ra được những phương án hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức một cách tối ưu để học sinh có thể nhanh chóng tiếp thu và vận dụng dễ dàng vào Hướng dẫn các bài tập cụ thể: Theo nhận thức của cá nhân tôi, trong việc hướng dẫn học sinh Hướng dẫn bài tập cần phải thực hiện được một số nội dung sau: - Phân loại các bài tập của các phần theo hướng đơn giản nhất. - Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức và thứ tự các thao tác cần thực hiện. - Hình thành cho học sinh cách trình bày bài Hướng dẫn đặc trưng của phần kiến thức đó. Qua tình hình trên, dựa vào đặc điểm chung của cấp học và những năm công tác giảng dạy tại trường THPT Quảng Xương 3 tôi đã cố gắng để khắc phục những khó khăn và tìm tòi các bước đi khi vận dung lí thuyết vào giải các bài tập cụ thể. Với đối tượng học sinh học chương trình chuẩn kiến thức vật lí 10 [7] sách giáo khoa ban khoa học tự nhiên và sách cơ bản[8],[9] các em là những học sinh có tư chất tôt về các môn tự nhiên. Việc hướng dẫn các em khai thác sâu lý thuyết giúp sẽ giúp các em nắm được bản chất các hiện tượng vật lí từ đó vận dụng vào giải các bài tập một cách nhanh nhất. Do dó tôi chọn đề tài "Hướng dẫn học sinh lớp 10 Trường THPT Quảng Xương 3 vận dụng định luật bảo toàn để giải bài toán va chạm” Trong khuôn khổ của một sáng kiến kinh nghiệm Tôi đưa ra vấn đề va chạm trong phần các định luật bảo toàn – Vật lý 10 [7], thuộc chương trình THPT phù hợp với chương trình cải cách sách giáo khoa. Với một mong muốn làm cho các em có cách tiếp cận một cách dễ dàng hơn với bộ môn Vật lí, từ đó yêu thích bộ môn và tìm hiểu sâu hơn về Vật lí. 1.2. Mục đích nghiên cứu. Đề tài nêu và giải quyết một số vấn đề sau: 2-1. Cơ sở lí luận liên quan đến đề tài: 2-2. Cơ sở thực tế và hiện trạng của việc giảng dạy và hướng dẫn học sinh làm bài tập vật lí ở trường THPT. 2-3. Hướng dẫn học sinh lớp 10 vận dụng định luật bảo toàn giải bài toán va chạm. 2-4. Kết quả đạt được. 1.3. Đối tượng nghiên cứu 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Hướng dẫn học sinh lớp 10 THPT, vận dụng định luật bảo toàn (Định luật bảo toàn động lượng,Định luật bảo toàn cơ năng) để giải bài toán va chạm. 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp 10A2 ; 10A5 và 10A6 Trường THPT Quảng Xương 3 1.4. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau: - Phương pháp điều tra giáo dục. - Phương pháp quan sát sư phạm. - Phương pháp thông kê, tổng hợp, so sánh. - Phương pháp vật lí. II. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1. Cơ sở lý luận Trong quá trình giảng làm bài tập va chạm, giáo viên thường sử dụng phương pháp chia nhóm để học sinh thảo luận và tìm ra kết quả cho câu hỏi và giáo viên thường kết luận đúng, sai và thường là không giải thích gì thêm, việc giảng dạy vật lí nhất là bài tập vật lí như thế không đạt được kết quả cao, vì trong lớp có các đối tượng học sinh giỏi, khá, trung bình, yếu và kém nên khả năng tư duy của các em là rất khác nhau, đối với học sinh yếu kém hay trung bình không thể tư duy kịp và nhanh như những học sinh khá giỏi nên khi thảo luận một số em không thể kịp hiểu ra vấn đề và nhất là khi thảo luận nhóm, giáo viên lại hạn chế thời gian hoặc thi xem nhóm nào đã ra kết quả nhanh nhất thì thường các kết quả này là tư duy của các học sinh khá, giỏi trong nhóm. Vì thế giáo viến không chú trọng đến việc hướng dẫn học sinh phương pháp tư duy lôgíc để giải bài tập vật lí thì học sinh sẽ tiên đoán mò không nắm vững và biết khi nào sử dụng luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số.Khi nào thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng tổng quát.Các công thức giải nghiệm tổng quát bài toán va chạm có được áp dụng trong các bài toán trắc nghiệm, nếu được thì áp dụng trong trường hợp nào? 2.2. Thực trạng Trong quá trình hướng dẫn học sinh tiếp cận kiến thức chương các định luật bảo toàn, phần lớn các em đã nhận biết được hai định luật bảo toàn được vận dụng trong chương này là: Định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng . Khi vận dụng hai định luật này cho bài toán va chạm chuẩn kiến thức vật lí 10 [7] không chỉ rõ trong trường hợp nào thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số, trong trường hợp nào thì cần áp dụng dưới dạng tổng quát (dạng phương trình véc tơ), nên gây cho học sinh những thắc mắc khi học tập, cụ thể: + Khi nào thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số. + Khi nào thì áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng tổng quát. + Các công thức giải nghiệm tổng quát bài toán va chạm có được áp dụng trong các bài toán trắc nghiệm, nếu được thì áp dụng trong trường hợp nào? Những vấn đề nảy sinh ở trên khiến học sinh chưa có suy luận sâu sắc về bản chất bài toán va chạm. Vì vậy khi vận dụng các định luật bảo toàn cho bài toán va chạm các em còn gặp nhiều bỡ ngỡ, khó khăn nhất định. -Trước khi đưa vào vận dụng thì tôi đã vận dụng vào năm học 2015-2016 thì thấy có hiệu quả vì vậy để kiểm chứng, năm học 2016-2017 tôi tiến hành khảo sát ở 3 lớp theo bảng sau: Bảng số liệu khảo sát trước khi vận dụng Lớp Số lượng Giỏi Khá T.bình Yếu Kém SL % SL % SL % SL % SL % 10A2 42 5 11,9 10 23,8 24 57,1 3 7,2 0 0 10A3 42 6 14,3 11 26,2 23 54,8 2 4,7 0 0 10A5 43 4 9,3 9 20,9 27 62,8 3 6,9 0 0 - Đối với lớp 10A3 thì tôi dự định sử dụng phương pháp thảo luân nhóm và định hướng cho học sinh giải. - Đối với lớp 10A2 và 10A5 thi tôi đã "Hướng dẫn học sinh lớp 10Trường THPT Quảng Xương 3 vận dụng định luật bảo toàn để giải bài toán va chạm” để giảng dạy. 2.3. Các giải pháp - giải quyết vấn đề. 2.3.1.Các giải pháp. Để giúp các em giải đáp những thắc mắc trên, tôi đã giới thiệu và phân loại cho các em hai dạng bài toán va chạm xảy ra trong thực tế đó là va chạm trực diện xuyên tâm (vận tốc của các vật trước và sau va chạm luôn cùng phương) và va chạm không xuyên tâm trực diện (vận tốc của các vật trong hệ không cùng phương). Đề tài đã đưa ra được cơ sở lý thuyết hướng dẫn các em phương pháp áp dụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng trong bài toán va chạm, chỉ rõ trong trường hợp nào vận dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số, trường hợp nào áp dụng dưới dạng tổng quát (dạng véctơ), nêu một số công thức tổng quát tính vận tốc của hệ trong trường hợp đơn giản. Qua đó giúp các em vận dụng giải bài toán va chạm một cách dễ dàng hơn. Các bài toán ví dụ được đưa ra theo thứ tự phương pháp áp dụng để hướng dẫn học sinh làm quen với công thức tổng quát tính vận tốc của hệ trong trường hợp đơn giản từ đó vận dụng tính trong các trường hợp tổng quát. 2.3.2.Giải quyết vấn đề. A. KIẾN THỨC CƠ BẢN 1. Các khái niệm về động lượng. - Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là một đại lượng được xác định bởi biểu thức: = m Đặc điểm. • • Độ lớn: p = mv • Đơn vị: kg - Động lượng hệ; Nếu hệ gồm các vật có khối lượng m1, m2, , mn; vận tốc lần lượt là, , - Động lượng của hệ: Hay: - Quy tắc tổng hợp động lượng theo quy tắc hình bình hành Nếu vật chịu tác dụng của 2 lực thì + + + + 2 Định luật bảo toàn động lượng. 2.1 Hệ kín: Hệ không trao đổi vật chất đối với môi trường bên ngoài. 2.2. Hệ cô lập : Hệ không chịu tác dụng của ngoại lực, hoặc chịu tác dụng của ngoại lực cân bằng. 2.3. Định luật bảo toàn động lượng: Hệ kín, cô lập thì động lượng của hệ được bảo toàn. * Chú ý: • Động lượng của hệ bảo toàn nghĩa là cả độ lớn và hướng của động lượng đều không đổi. • Nếu động lượng của hệ được bảo toàn thì hình chiếu véc tơ động lượng của hệ lên mọi trục đều bảo toàn - không đổi. • Theo phương nào đó nếu không có ngoại lực tác dụng vào hệ hoặc ngoại lực cân bằng thì theo phương đó động lượng của hệ được bảo toàn. 3. Cơ năng - Định luật bảo toàn cơ năng. 3.1. Khái niệm cơ năng: Là tổng động năng và thế năng của vật. - Biểu thức: W = Wđ + Wt = mv2 + mgz (Cơ năng trong trường trọng lực) ( Z là độ cao của vật so với vị trí tính mốc thế năng) 3.2. Định luật bảo toàn cơ năng: Cơ năng của hệ trong trường lực thế được bảo toàn. - Biểu thức: W = Wđ + Wt = mv2 + mgz = hằng số 4. Các khái niệm về va chạm. 4.1 Va chạm đàn hồi: là va chạm trong đó động năng của hệ va chạm được bảo toàn. Như vậy trong va chạm đàn hồi cả động lượng và động năng được bảo toàn. 4.2. Va chạm không đàn hồi : là va chạm kèm theo sự biến đổi của tính chất và trạng thái bên trong của vật. Trong va chạm không đàn hồi, nội năng nhiệt độ, hình dạng... của vật bị thay đổi. - Trong va chạm không đàn hồi có sự chuyển hoá động năng thành các dạng năng lượng khác (ví dụ như nhiệt năng). Do đó đối với bài toán va chạm không đàn hồi động năng không được bảo toàn. Nhiệt năng tỏa ra trong va chạm bằng độ giảm động năng của hệ Q = WđT - WđS B. PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI CÁC BÀI TOÁN VA CHẠM 1. Bài toán va chạm xuyên tâm trực diện (các vật chuyển động trên cùng một trục) 1.1. Phương pháp: Bước 1: Chọn chiều dương. Bước 2: Lập phương trình hoặc hệ phương trình + Viết biểu thức định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số. + Viết phương trình bảo toàn động năng (nếu va chạm là đàn hồi) ... Bước 3: Giải phương trình hoặc hệ phương trình trên để suy ra các đại lượng vật lí cần tìm. * Chú ý: - Động lượng, vận tốc nhận giá tri (+) khi véc tơ tương ứng cùng chiều với chiều (+) của trục toạ độ. - Động lượng, vận tốc nhận giá tri (-) khi véc tơ tương ứng ngược chiều với chiều (+) của trục toạ độ. - Trong thực tế không nhất thiết phải chọn trục toạ độ. Ta có thể ngầm chọn chiều (+) là chiều chuyển động của một vật nào đó trong hệ. - Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) cùng phương, thì biểu thức của định luật bảo toàn động lượng được viết lại: m1v1 + m2v2 = m1 + m2 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. - Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) kh ông cùng phương, thì ta cần sử dụng hệ thức vector: và biểu diễn trên hình vẽ. Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của bài toán. - 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 + Không có ngoại lực tác dụng lên vật. + Nếu nhưng hình chiếu của trên một phương nào đó bằng không thì động lượng bảo toàn trên phương đó. 1.2. Các bài toán ví dụ: Bài 1: Một xe chở cát có khối lượng 38 kg đang chạy trên đường nằm ngang không ma sát với vận tốc 1m/s. Một vật nhỏ khối lượng 2 kg bay ngang với vận tốc 7 m/s (đối với mặt đất) đến chui vào cát nằm yên trong đó. Xác định vận tốc mới của xe và nhiệt lượng tỏa ra trong va chạm. Xét hai trường hợp. a) Vật bay đến ngược chiều xe chạy. b) Vật bay đến cùng chiều xe chạy.[1] Hướng dẫn: - Chọn chiều (+) là chiều chuyển động của xe cát. Gọi: V: vận tốc hệ xe cát + vật sau va chạm. V0: vận tốc xe cát trước va chạm. v0: vận tốc vật trước va chạm - áp dụng định luật bảo toàn động lượng: - Nhiệt lượng tỏa ra trong va chạm: Q = WđT - WđS =M V02 + m v02 - (M+m)V2 a) Vật bay ngược chiều xe chạy: Nhiệt lượng tỏa ra: Q = = 60 (J) b) Các vật bay cùng chiều xe chạy: Nhiệt lượng tỏa ra: Q = = 30 (J) * Chú ý: Đây là bài toán va chạm mềm, sau va chạm hai vật dính vào nhau chuyển động cùng vận tốc, ta có thể áp dụng công thức tính vận tốc của hệ dưới dạng tổng quát: (Với V0 , v0 , V là các giá trị đại số) Trong va chạm mềm một phần cơ năng (động năng) bị hao hụt để chuyển thành nhiệt: Q = WđT - WđS Bài 2: Vật m1 = 1,6 kg chuyển động với vận tốc v1 = 5,5 m/s đến va chạm đàn hồi với vật m2 = 2,4 kg đang chuyển động cùng chiều với vận tốc 2,5 m/s. Xác định vận tốc của các vật sau va chạm. Biết các vật chuyển động không ma sát trên một trục nằm ngang.[2] Hướng dẫn: Chọn chiều (+) là chiều chuyển động của vật (1) trước vận chuyển. áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: m1v1 + m2v2 = m1v1’ + m2v2’ (1) Va chạm là đàn hồi nên: (2) (1) và (2) (2,) GiảI hệ (1) và (2,) ta được: Thay số ta được: Nhận xét: , > 0 các vật vẫn chuyển động theo chiều (+) (chiều chuyển động ban đầu. * Chú ý: Đây là bài toán va chạm đàn hồi xuyên tâm, sau va chạm hai vật chuyển động với các vận tốc khác nhau nhưng phương chuyển động không đổi so với các vận tốc trước va chạm, ta áp dụng định luật bảo toàn động lượng dưới dạng đại số, kết hợp với định luật bảo toàn động năng ta được công thức tính vận tốc của các vật sau va chạm dưới dạng tổng quát: (Với v1 , v2 , v’1 , v’2 , là các giá trị đại số) Bài 3:Một quả cầu thép khối lượng m1 được treo bằng sợi dây dài l = 70cm, đầu kia cố định và được thả rơi lúc dây nằm ngang khi quả cầu về tới vị trí, phương của dây treo thẳng đứng thì nó va trạm với một khối bằng thép m2 đang đứng yên trên mặt bàn không ma sát, va chạm là đàn hồi. a. Khi m1 = 0,5kg, m2 = 2,5kg. Tìm vận tốc quả cầu và khối thép ngay sau va chạm. b. Nhận định hướng chuyển động của m1 và m2 sau va chạm trong các trường hợp: ; và .[4] Hướng dẫn: a. Gọi là vận tốc của quả cầu ngay trước va chạm. Theo định luật bảo toàn cơ năng. .m1.02 + m1. g .l = .m1v12 + 0 - Xét quá trình ngay trước và sau va chạm có thể xem các vật chuyển động trên một trục, chọn chiều (+) là chiều chuyển động của quả cầu thép ngay trước va chạm. - áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: m1v1 + m2v2 = m1v1’+ m2v2’(1) - Va chạm là đàn hồi nên động năng được bảo toàn nên: (2) Giải ra ta có: (*) Thay số: * Nhận xét: chứng tỏ vật 2 chuyển động theo chiều (+) (chiều chuyển động của vật ban đầu); : vật 1 chuyển động theo chiều âm (ngược chiều so với chiều chuyển động ngay trước va chạm) b. Từ (*) ta thấy: - chứng tỏ vật 2 luôn chuyển động theo chiều (+) (chiều chuyển động của vật ban đầu) - (): vật vẫn chuyển động theo chiều chuyển động ngay trước va chạm. - () vật chuyển động ngược trở lại. - () vật đứng yên sau va chạm. * Chú ý: Đây là một ví dụ khác về bài toán va chạm đàn hồi xuyên tâm, có đưa ra một số trường hợp trong tương quan khối lượng giữa hai vật từ đó giúp học sinh hiểu rõ hơn công thức xác định vận tốc các vật sau va chạm và liên liên hệ thực tế các trường hợp. Bài 4: Hai quả cầu tiến lại gần nhau và va chạm đàn hồi trực diện với nhau với cùng một vật tốc. Sau va chạm một trong hai quả cầu có khối lượng 300g dừng hẳn lại. Khối lượng quả cầu kia là bao nhiêu?[6] Hướng dẫn: Gọi là khối lượng của các vật, là vận tốc tương ứng. - Chọn chiều (+) là chiều chuyển động của vật trước va chạm. - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có: (1) - Va chạm là đàn hồi nên động năng được bảo toàn do đó: (2) - Giải hệ (1)và (2) ta được Với: Giả sử: khi đó vật sau va chạm nằm yên (*) Từ (*) suy ra = 0 Quả cầu không bị dừng có khối lượng 100 (g) * Chú ý: Đây là một ví dụ nữa về bài toán va chạm đàn hồi xuyên tâm, xác định một trong các đại lượng từ công thức nghiệm tổng quát xác định vận tốc trong va chạm đàn hồi xuyên tâm, từ đó giúp học sinh vận dụng được thành thạo công thức này. 2. Bài toán va chạm không xuyên tâm (các vật không chuyển động không trên cùng một trục) 2.1.Phương pháp: Cách 1: - Viết biểu thức định luật bảo toàn động lượng dưới dạng véc tơ: ( hệ hai vật) - Vẽ giản đồ véc tơ - Thiết lập phương trình hoặc hệ phương trình: + áp dụng các định lí hình học( pitago, định lí hàm số sin, định lí hàm số cosin, ... ) lập các mối quan hệ về độ lớn động lượng của hệ trước và sau va chạm. +Viết phương trình bảo toàn động lượng ( nếu va chạm là đàn hồi)... - Giải phương trình hoặc hệ các phương trình trên tìm ra các đại lượng đề yêu cầu. Cách 2: - Chọn trục toạ độ ox hoặc hệ toạ độ oxy. - Viết biểu thức định luật bảo toàn động lượng dưới dạng véc tơ: - Thiết lập phương trình hoặc hệ phương trình: Vẽ giản đồ véc tơ và chiếu các véc tơ lên các trục toạ độ, chuyển phương trình véc tơ về phương trình đại số. Phương trình bảo toàn động lượng( nếu va chạm là đàn hồi)... - Giải hệ các phương trình trên tìm ra các đại lượng đề yêu cầu. 2.2. Các bài toán ví dụ: Bài 1: Một xe cát có khối lượng M đang chuyển động với vận tốc V trên mặt nằm ngang. Người ta bắn một viên đạn có khối lượng m vào xe với vận tốc hợp với phương ngang một góc và ngược lại hướng chuyển động của xe. Bỏ qua ma sát giữa xe và mặt đường. Tìm vận tốc của xe sau khi đạn đã nằm yên trong cát. [2] Hướng dẫn: - Chọn chiều (+) là chiều chuyển động của xe. - Xe chịu tác dụng của hai lực: trọng lực , phản lực trong đó:+ Theo phương ngang không có lực tác dụng nên động lượng của hệ được bảo toàn. (1) Chiếu (1) lên ox: * Chú ý: Đây là một ví dụ về bài toán vận dụng định luật bảo toàn động lương theo một phương xác định. Để giải bài toán này học sinh cần xác định được các lực tác dụng lên vật trong thời gian va chạm , từ đó xác định theo phương nào vật có hợp lực bằng không( hệ kín theo phương đó) để áp dụng định luật bảo toàn động lương theo phương đó. * Trong thực tế không nhất thiết người làm phải chọn trục ox, có thể trong quá trình làm người ngầm chọn chiều (+) là chiều chuyển động của vật nào đó ví dụ chiều chuyển động của xe trước va chạm. 1 2 xuôi dòng Bài 2: Một xà lan có khối lượng 1,5.105 kg đi xuôi dòng sông với tốc độ 6,2 m/s trọng sương mù dày, và va chạm vào một mạn xà lan hướng mũi ngang dòng sông, xà lan thứ 2 có khối lượng 2,78.105 kg chuyển động với tốc độ 4,3m/s. Ngay sau va chạm thấy hướng đi của xà lan thứ 2 bị lệch đi 180 theo phương xuôi dòng nước và tốc độ của nó tăng tới 5,1 m/s. Tốc độ dòng nước thực tế bằng 0, vào lúc tai nạn xảy ra. Tốc độ và phương chuyển động của xà lan thứ nhất ngay sau va chạm là bao nhiêu? Bao nhiêu động năng bị mất trong va chạm?[6] Hướng dẫn: Xét hệ hai xà lan trong va chạm là hệ kín. áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có :
Tài liệu đính kèm:
- skkn_huong_dan_hoc_sinh_lop_10_truong_thpt_quang_xuong_3_van.doc