hướng dẫn học sinh giải bài tập liên quan đến xung của lực

8 872 0
hướng dẫn học sinh giải bài tập liên quan đến xung của lực

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

1 Tên đề tài: Tên đề tài:Tên đề tài: Tên đề tài: hớng dẫn học sinh giải bài tập liên quan đến xung của lực I- Đặt vấn đề: - Công thức của định lý Niu Tơn viết dới dạng xung của lực: P = F t là dạng tổng quát nhất của định lý Niu Tơn. Tuy nhiên do giới hạn của chơng trình nên dạng tổng quát này ít đợc nêu ra và vận dụng. - Các bài tập liên quan đến dạng xung của lực ít đợc đề cập đến trong sách giáo khoa và sách bài tập nên học sinh ít hiểu biết về nó. - Trong các sách tham khảo, các bài tập liên quan đến dạng xung của lực hầu hết đợc đa vào một cách không có chủ định và không có tính hệ thống. Để khắc phục những hạn chế trên, trong quá trình giảng dạy, tôi đ xây dựng một hệ thống các bài tập liên quan đến xung của lực. Hệ thống bài tập này đ giúp học sinh khắc sâu kiến thức về biểu thức của định luật II Niu Tơn dới dạng xung của lực; cũng nh giúp học sinh làm quen với một dạng bài tập này gần với thực tế hơn dạng bài tập có : F = const Trong hệ thống bài tập này, tôi cố gắng xây dựng các bài tập từ dễ đến khó và giữa các bài tập có sự liên hệ với nhau. II- hệ thống bài tập 1- Phơng pháp chung - Chọn hệ toạ độ thích hợp. - Xác định đại lợng biến thiên ( m ; v hay F ) - Xác định khoảng thời gian mà xung của lực tác dụng lên vật. - Viết phơng trình m v = F t ( trong thời gian t mà F = const - Lập phơng trình phụ ( nếu thấy cần thiết) - Giải hệ phơng trình và biện luận (nếu cần thiết) 2- Các bài tập: 2 Bài tập 1: Một chiến sĩ bắn súng liên thanh, tì báng súng vào vai và bắn với vận tốc 600 viên/ phút. Biết rằng mỗi viên đạn có khối lợng m = 20g và vận tốc khi rời khỏi nòng súng là 800 m/s. Hy tính lực trung bình do súng ép lên vai ngời đó. Hớng dẫn giải: - Xét với 600 viên đạn M = hsố còn v thay đổi. - Thời gian thay đổi t = 60s - F tb = 0 ( ) M v v P t t = = 160 (N) Bài tập 2 Một vật chuyển động với vận tốc ban đầu v 0 = 10 m/s, chịu tác dụng của lực cân F = - kv . Hy tìm: a) Qung đờng mà vật đi đợc sau thời gian mà vận tốc của nó giảm đi một nửa. b) Qung đờng mà vật đi đợc cho đến khi dừng hẳn. áp dụng với k = 0,5kg/s và m = 0,5kg. Hớng dẫn giải: - Ta có v thay đổi F thay đổi - m v = F t ( F là lực trung bình trong t ) m v = F tb .t - Chon chiều chuyển động làm chiều dơng ta có: m v- m v 0 = - k v tb .t m ( v - v 0 ) = -kS S = 0 ( ) m v v k a) Khi v = 0 0 1 2 2 mv v S k = = 5 (m). b) Khi v= 0 S = 0 mv k = 10 (m). Bài tập 3 3 Một hoả tiễn có khối lợng M = 12.500 kg đợc bắn từ mặt đất theo phơng thẳng đứng. Hoả tiễn chứa M 0 = 9 tấn nhiên liệu. Khi phụt ra ngoài với lu lợng 125 kg/s và có vận tốc 2000m/s. a) Tính sức đẩy và gia tốc xuất phát. Lấy g = 10m/s 2 . b) Tính thời gian đến khi nhiên liệu cháy hết. c) Giả sử ở thời điểm t nào đó khối lợng của hoả tiễn còn 4 tấn, trong khi đó nhiên liệu vẫn thoát ra ngoài với vận tốc không thay đổi. ở thời điểm này trọng lực đợc xem là không đáng kể. Tính gia tốc của hoả tiễn khi đó. Hớng dẫn giải: a) Chọn chiều chuyển động của hoả tiễn làm chiều dơng. - v không thay đổi (của khí); m thay đổi. - Thời gian thay đổi là 1s - F Đ = 250( ) P N t = - F h e = F Đ + P = m a a = D F m g 10( m/s 2 ) b) Thời gian khí phụt ra hết: t = 0 9000 72( ) 125 M s m = = c) Do tác dụng của trọng lực bỏ qua 250.000 4.000 D F a m = = ; a = 62,5(m/s 2 ) Bài tập 4 Một ngời đứng trên xe trợt tuyết chuyển động thẳng theo phơng nằm ngang, cứ sau mỗi khoảng thời gian 5 giây ngời đó lại đẩy xuống tuyết một cái với động lợng theo phơng ngang về phía sau bằng 100kg.m/s. Tìm vận tốc của xe sau khi chuyển động 20s. Biết khối lợng của ngời và xe bằng 80kg; hệ số ma sát giữa xe và mặt tuyết bằng 0,01. Lấy g = 10 m/s 2 Hớng dẫn giải: * Cách 1: - 100 . / P kg m s = và m = hsố - v 0 = 0; t = 5s + Khi đẩy lần 1; Xe và ngời có vận tốc 01 5 ( / ) 4 P v m s m = = 4 + Cuối 5 giây thứ nhất xe có vận tốc v 1 = v 01 - at với a = K.g = 0,01. 10 = 0,1(m/s 2 ) v 1 = 1,15(m/s) - Khi đẩy lần 2: xe và ngời có v 02 = v 1 + P m ; v 0 = 2v 1 - at Cuối 5 giây thứ 2 ( 10 giây) xe có v 2 = 2v 01 - 2 at Cuối lần đẩy thứ 4 (20 giây) xe có: v = 4v 01 - 4 at = 5 - 2 = 3 (m/s) * Cách thứ 2: - Lực tác dụng thay đổi theo thời gian t v thay đổi - Thời gian thay đổi lực tác dụng (do ngời) là t = 5s. Lực trung bình F = 100 20( ) 5 P N t = = - Chọn chiều dơng là chiều chuyển động F - F ms = ma a = 0,15 (m/s 2 ) - Xe chuyển động nhanh dần đều v = at = 3(m/s) Bài tập 5 Một ngời đứng trợt trên một thanh trợt tuyết chuyển động ngang cứ sau mỗi 3 giây ngời đó lại đẩy xuống tuyết một cái với xung lợng (xung của lực) 60kg.m/s. Biết khối lợng của ngời đó và xe là 80kg; hệ số ma sát k = 0,01. Tìm vận tốc của xe sau khi bắt đầu chuyển động 15 giây. Hớng dẫn giải: * Cách 1: - Khi đẩy lần 1; Xe và ngời có vận tốc 01 3 ( / ) 4 P v m s m = = Cuối 3 giây thứ nhất xe có vận tốc v 1 = v 01 - at - Khi đẩy lần 2; Xe và ngời có vận tốc 02 1 P v v m = + v 0 = 2v 1 - at Cuối 3 giây thứ hai xe có vận tốc v 2 = 2 v 01 - 2 at - Cuối 15s (cuối lần đẩy thứ 5) v = 5 v 01 - 5 at Với t = 3s v = 5. 0,1 . 3 = 2,25 (m/s) * Cách 2: - Thời gian thay đổi của lực do ngời tác động là t = 3s lực trung bình do ngời tác dụng là: F = 60 20( ) 3 P N t = = 5 - Gia tốc chuyển động là: 2 20 8 3 ( / ) 80 20 ms F F a m s m = = = - Vận tốc của vật sau 15 giây là v= at = 2,25 (m/s). Bài tập 6 Một quả bóng đợc ném lên thẳng đứng với vận tốc v 1 ; khi về đến vị trí ban đầu vận tốc của nó là v 2 . Hy xác định thời gian bay của bóng. Biết rằng lực cản của không khí khi bóng chuyển động tỷ lệ thuận với vận tốc của nó. g coi nh đã biết. Hớng dẫn giải: * Khi bóng đi lên - Xét trong i t đủ nhỏ để v i không thay đổi i P = ( m g + F i ) i t i P = ( m g + F i ) i t i P = ( m g + Kv i ) i t = mg i t + K x i i t = i i P Kx mg thời gian đi lên t 1 = 1 ( ) i i i t P Kx mg = t 1 = 1 1 ( ) mv H mg - Thời gian đi xuống i P = ( m g - F i ) i t Tơng tự ta có: t 2 = 2 v H g mg + Vậy thời gian toàn bộ là : t = t 1 + t 2 = 1 2 v v g + Bài tập 7 Một khẩu đại bác có thể chuển động trên mặt phẳng nằm ngang, một viên đạn đợc bắn ra khỏi súng, vận tốc của đạn ngay sau khi rời khỏi nòng súng có độ lớn v 0 và hợp với phơng nằm ngang một góc. Tính vận tốc của súng ngay sau khi đạn rời súng. Biết khối lợng của súng là M, của đạn là m, hệ số ma sát giữa súng 6 và mặt đờng là K. Gia tốc của đạn khi chuyển động trong nòng súng lớn hơn gia tốc rơi tự do rất nhiều. Hớng dẫn giải: - Trong suốt quy trình chuyển động viên đạn chịu tác dụng của F = m ( a + g ) doa >> g F = ma - Lực này tác dụng lên súng tạo lên lực đè F y = . . y ms y ma F K m a = F ms t P = Tại vị trí đạn nổ 0 sin y v a t = Trong đó 0 P mv = cos - Mv (theo phơng ngang) K 0 mv sin = 0 mv cos - Mv v = 0 (cos sin ) mv K M Bài tập 8 Vật m đang chuyển động với v 0 = 5m/s trên mặt bàn nằm ngang, cách mặt đất ở độ cao h = 1m thì rơi khỏi mép bàn, vật m chạm mặt đất (va chạm với mặt đất) và không bị nẩy lên mà tiếp tục chuyển động trên mặt đất nằm ngang. Hệ số ma sát giữa vật m và mặt đất là K = 0,4. Tính độ dời xa nhất mà vật m có thể thực hiện theo phơng nằm ngang, kể từ mép bàn. Lấy g = 10m/s 2 , đất cứng, sức cản không khí bỏ qua. Hớng dẫn giải: - Chọn gốc toạ độ là mép bàn; Ox nằm ngang; Oy thẳng đứng xuống dới. - Qung đờng vật rơi đến khi chạm đất là: V Ax OA = 0 1 5( ) v t m = A v 0 Vì t 1 = 2 1 ( ) 5 h s g = V Ax v A 7 - Vận tốc của vật khi chạm đất là: 2 A v = 2 0 v + 2 gh v A = 2 0 2 v gh + - Tại vị trí chạm đất: . P F t = + Theo phơng ngang mv A x - mv 0 = - KF y . t + Theo phơng thẳng đứng: O - mv A y = - F y . t v A x = v 0 - K v A .sin Với sin = Ay A v v . 2 0 2 2 gh v gh + - Từ A đến B (dừng lại), vật chuyển động với gia tốc . a K = g AB = 2 2 1, 29( ) 2 2 Ax Ax v v m a kg = = Vậy qung đờng vật đi đợc theo phơng ngang là: OB = OA + AB = 3,52 (m) * Lu ý: Với học sinh đ học toán cao cấp việc giải các bài tập liên quan đến xung của lực thì nhanh và chính xác hơn. Ví dụ bài toán: Một chiếc thuyền khối lợng m = 50g chuyển động thẳng trên mặt nớc với vận tốc đầu v 0 = 10m/s chịu lực cản của nớc F C = - v với v là vận tốc của thuyền; là hằng số dơng. a) Biết qung đờng thuyền đi đợc khi vận tốc giảm từ v 0 đến v = 5m/s là 40m. Xác định và thời gian thuyền đi đợc qung đờng đó. b) Xác định qung đờng thuyền đi đợc đến khi dừng lại. Hớng dẫn giải: a) * Chon chiều chuyển động của thuyền làm chiều dơng - Ta có: F c = dv m v dt = (*) Thay 0 0 v x v dx v dv dx dt m = = 8 0 ( ) 6,25( / ) m v v kg s x = = (**) ( Kết quả giống với cách dùng lực trung bình ở bài tập 2) * Để tìm thời gian ta dùng phơng trình (*) m t = ln 0 v v = 8 ln2 5,5 (s) b) Từ phơng trình (**) thay v = 0 0 80( ) m x v m = = III. Kết luận: Bằng thực tế giảng dạy cho các lớp và các em hàng năm học môn Vật lý, tôi nhận thấy bài tập trên đ phát huy đợc những u điểm. Nó làm cho học sinh nắm chắc hơn về định lý II Niu Tơn dạng tổng quát. Làm cho học sinh phát huy đợc khả năng phân tích hiện tợng Vật lý cũng nh phát huy đợc t duy toán học của học sinh. Tuy nhiên do các bài tập trên chỉ vận dụng nhiều cho học sinh khối lớp 10 và học sinh lớp 11 nên các dạng bài tập giống nh phần lu ý không đợc giới thiệu trong đây, do vậy ít nhiều hạn chế tính tổng quát.

Ngày đăng: 28/02/2015, 07:07

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan