TRÇn thuý h»ng − §μo thÞ thu thuû ThiÕt kÕ bμi gi¶ng Nhμ xuÊt b¶n Hμ Néi 3 Chơng IV. Các định luật bảo ton Bi 23 Động lợng - Định luật bảo ton động lợng (Tiết 1) I Mục tiêu 1. Về kiến thức Phát biểu đợc định nghĩa động lợng, nêu đợc bản chất (tính chất, vectơ) và đơn vị đo của động lợng. Nêu đợc hệ quả : lực với cờng độ đủ mạnh tác dụng lên một vật trong một khoảng thời gian ngắn có thể làm cho động lợng của vật biến thiên. Suy ra đợc biểu thức của định lí biến thiên động lợng ( ) pFt = G G từ định luật II Niu-tơn ( ) Fma.= G G 2. Về kĩ năng Vận dụng cách viết thứ hai của định luật II Niu-tơn để giải các bài tập liên quan. II Chuẩn bị Học sinh Ôn lại các định luật Niu-tơn. III Thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. (3 phút) Ôn lại các định luật Niutơn Cá nhân trả lời câu hỏi của GV. Viết biểu thức định luật II Niu-tơn dới dạng thể hiện mối liên hệ giữa lực tác dụng vào vật với khối lợng và vận tốc của vật ? 4 Cá nhân nhận thức vấn đề cần nghiên cứu. Phát biểu và viết biểu thức của định luật III Niu-tơn ? O. Chúng ta đều biết là trong tơng tác giữa hai vật có sự biến đổi vận tốc của các vật. Vậy có hệ thức nào liên hệ giữa vận tốc của các vật trớc và sau tơng tác với khối lợng của chúng không ? Và đại lợng gì sẽ đặc trng cho sự truyền truyển động giữa các vật trong tơng tác, trong quá trình tơng tác đại lợng này tuân theo quy luật nào ? Hoạt động 2. (15 phút) Tìm hiểu khái niệm xung lợng của lực Cá nhân tiếp thu thông báo, ghi nhớ. Trả lời : Xung lợng của lực là một đại lợng vectơ có cùng phơng và cùng chiều với phơng và chiều của lực. Đơn vị xung lợng của lực là niutơn giây (kí hiệu là N.s). GV nêu một số ví dụ về quan hệ giữa tác dụng của lực với độ lớn của lực và thời gian tác dụng (ví dụ nh : vận động viên dùng vợt tác dụng lực lên quả bóng bàn làm quả bóng bàn bay ngợc trở lại, ). Phân tích để HS thấy đợc dới tác dụng của lực F G trong thời gian t thì trạng thái chuyển động của vật thay đổi nh thế nào. Có thể yêu cầu HS lấy thêm một số ví dụ khác có đặc điểm giống các ví dụ vừa nêu. . Khi một lực F G tác dụng lên vật trong khoảng thời gian t thì tích Ft G đợc gọi là xung lợng của lực F G trong khoảng thời gian t ấy. O. Xung lợng của lực có phải là đại lợng vectơ không ? Nếu có thì cho biết phơng, chiều của đại lợng này ? Cần lu ý cho HS : giả thiết lực F G không đổi trong thời gian tác dụng t. O. Đơn vị xung lợng của lực là gì ? 5 Hoạt động 3. (25 phút) Tìm hiểu khái niệm động lợng Làm việc cá nhân : Gia tốc vật thu đợc: 21 v-v a= t G G G Theo định luật II Niu-tơn, ta có : 21 21 vv Fmam t F t mv mv == = GG G G G GG Nhận xét : Vế trái là xung của lực còn vế phải là độ biến thiên của đại lợng bằng tích mv G . Cá nhân tiếp thu thông báo, ghi nhớ. Cá nhân trả lời : Vì khối lợng là số dơng nên vectơ động lợng cùng hớng với vectơ vận tốc của vật. Cá nhân hoàn thành C1, C2. C1. Biến đổi 1 kg.m/s = 1kg.m.s/s 2 = 1 N.s. C2. Tóm tắt m = 0,1kg Xét sự thay đổi trạng thái của một vật khối lợng m đang chuyển động với vận tốc 1 v G thì chịu tác dụng của lực không đổi F G trong thời gian t, vận tốc của vật biến đổi thành 2 v G . O. Viết công thức tính gia tốc mà vật thu đợc ? Viết biểu thức tơng ứng của định luật II Niu-tơn ? O. Hãy biến đổi để xuất hiện đại lợng xung của lực và nêu nhận xét về biểu thức vừa thu đợc ? GV thông báo định nghĩa động lợng. Biểu thức : p =mv G G . Đơn vị : kg.m/s. . Động lợng đặc trng cho sự truyền chuyển động của vật. O. Động lợng có hớng nh thế nào ? O. Hoàn thành các yêu cầu C1 và C2 GV gọi một HS lên bảng tóm tắt đề bài, chỉ ra các công thức cần thiết để liên hệ giữa đại lợng cần tìm với các đại lợng đã cho. Gợi ý : 1 kgm/s 2 = 1N. 6 F = 50 N v 2 = ? v 1 = 0 t = 0,01s. Do ban đầu vật nằm yên nên sau đó vật sẽ chuyển động theo hớng của lực tác dụng. Từ biểu thức : 21 Ft=mv-mv G GG (1) F t = mv 2 2 F t 50.0,01 v= = =5 m/s. m0,1 Từ biểu thức (1) suy ra : 21 Ft p p= G GG (2) Phát biểu: Độ biến thiên động lợng của vật trong một khoảng thời gian bằng xung lợng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. O. Dùng kí hiệu động lợng viết lại biểu thức (1) sau đó phát biểu bằng lời biểu thức đó ? GV chính xác hoá nội dung của định lí biến thiên động lợng. . Biểu thức (2) đợc xem nh một cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn và còn tổng quát hơn dạng quen thuộc. Thật vậy, nếu vận tốc của vật rất lớn (có thể so đợc với vận tốc ánh sáng) thì khối lợng của nó không là hằng số nữa, khi đó dạng F=ma G G không còn đúng nữa nhng dạng (2) của định luật vẫn đúng. Hoạt động 4. (2 phút) Tổng kết bài học GV nhắc lại khái niệm động lợng và cách diễn đạt thứ hai của định luật II Niu-tơn. 7 Bi 23 Động lợng - Định luật bảo ton động lợng (Tiết 2) I Mục tiêu 1. Về kiến thức Phát biểu đợc định nghĩa hệ cô lập. Phát biểu và viết đợc biểu thức của định luật bảo toàn động lợng. 2. Về kĩ năng Giải thích đợc nguyên tắc chuyển động bằng phản lực. Vận dụng đợc định luật bảo toàn động lợng để giải bài toán va chạm mềm. II Chuẩn bị Giáo viên Bộ thí nghiệm minh họa định luật bảo toàn động lợng dùng đệm khí hoặc cần rung. Học sinh Ôn lại các định luật Niu-tơn. III Thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1. (5 phút) Làm quen với khái niệm hệ cô lập Cá nhân trả lời câu hỏi của GV và tiếp thu, ghi nhớ khái niệm mới. GV yêu cầu HS nhắc lại khái niệm động lợng và cách diễn đạt thứ hai của định luật II Niu-tơn. . Khi giải bài toán xác định chuyển động của các vật trong hệ thì cần có hệ vật đặc biệt. GV thông báo khái niệm hệ cô lập, nội lực, ngoại lực. 8 Nêu ví dụ về hệ cô lập : Hệ vật rơi tự do - Trái đất (bỏ qua tác dụng của tất cả các vật khác) Hệ 2 vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang (tổng ngoại lực bằng 0). . Trong các hiện tợng nh nổ, va chạm, các nội lực xuất hiện thờng rất lớn so với các ngoại lực thông thờng, nên hệ vật có thể coi gần đúng là kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tợng. Hệ Tên lửa và khí khi tên lửa phụt khí. Hoạt động 2. (23 phút) Xây dựng biểu thức của định luật bảo toàn động lợng Làm việc cá nhân : 11 p=F t G G ; 22 p=F t G G mà 12 F=- F GG nên 1 p G = 2 p G suy ra p G = 1 p G + 2 p G =0 (hay biến thiên của tổng động lợng bằng 0). Vậy tổng động lợng của hệ không đổi trớc và sau tơng tác. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. O. Khi một vật chịu tác dụng của lực thì động lợng của vật thay đổi. Vậy trong hệ cô lập, nếu hai vật tơng tác với nhau thì tổng động lợng của hệ trớc và sau tơng tác có thay đổi không ? Định hớng của GV : Viết biểu thức định lí biến thiên động lợng cho từng vật. Nhận xét mối quan hệ giữa 1 p G và 2 p G ? Xác định biến thiên của tổng động lợng của hệ, từ đó nhận xét về tổng động lợng của hệ trớc và sau tơng tác ? GV theo dõi HS làm việc, hớng dẫn biến đổi với những HS chậm. GV chính xác hóa kết quả thu đợc và phát biểu nội dung của định luật bảo toàn động lợng. Nhấn mạnh : tổng động lợng của hệ cô lập là một vectơ không đổi cả về hớng và độ lớn. 9 Biểu thức : '' 11 22 11 22 m v +m v =m v +m v GG GG HS thảo luận nhóm, đại diện nhóm phát biểu : Cho hai xe lăn tơng tác với nhau trên một mặt phẳng ngang, nhẵn. Tạo thí nghiệm sao cho chuyển động ngay trớc và sau tơng tác là thẳng đều, đo vận tốc thông qua quãng đờng và thời gian. Nếu định luật đợc thoả mãn thì ta có các giá trị ( ) 11 22 mv mv+ và ( ) '' 11 22 mv mv+ phải bằng nhau. Cá nhân quan sát, nhận xét kết quả. Cá nhân thực hiện yêu cầu của GV. Các HS khác lắng nghe và bổ sung (nếu cần). O. Viết biểu thức của định luật cho trờng hợp hệ gồm hai vật khối lợng m 1 và m 2 , vận tốc của chúng trớc tơng tác là 1 v G và 2 v G , sau tơng tác là 1 ' v G và 2 ' v G . O. Hãy đề xuất phơng án thí nghiệm kiểm tra định luật trên. GV nhận xét phơng án của học sinh sau đó giới thiệu phơng án đã chuẩn bị và làm thí nghiệm minh họa. O. Phát biểu nội dung và viết biểu thức tổng quát của định luật bảo toàn động lợng ? Chú ý điều kiện : hệ xét phải là hệ cô lập và giá trị các đại lợng là xét đối với hệ quy chiếu quán tính. Hoạt động 3. (10 phút) Vận dụng định luật bảo toàn động lợng cho các trờng hợp va chạm mềm và chuyển động bằng phản lực Nhận thức vấn đề bài toán đặt ra. Lập luận điều kiện coi hệ là cô lập. Vận dụng định luật bảo toàn GV yêu cầu HS giải bài toán : Một viên đạn có khối lợng m 1 chuyển động với vận tốc 1 v G , đến va chạm và chui vào một bao cát có khối lợng m 2 đang treo trên một chiếc xà ngang đứng yên. Tìm vận tốc của hai vật sau va chạm. GV giới thiệu thuật ngữ chuyển động bằng phản lực : là chuyển động của vật tự tạo ra phản lực bằng cách phóng về hớng ngợc lại một phần của chính nó. 10 động lợng đa ra biểu thức : 11 12 mv v= m+m G G Cá nhân giải thích hiện tợng súng giật khi bắn. Cá nhân biến đổi, rút ra biểu thức : m V=- v M G G Dấu chứng tỏ hớng bay của tên lửa ngợc với hớng khí phụt ra. Cá nhân trả lời. O. Hoàn thành yêu cầu C3. . Sự giật lùi của súng khi bắn là một chuyển động bằng phản lực nhng không liên tục. Tên lửa, pháo thăng thiên có chuyển động bằng phản lực liên tục. O. Hãy xác định chuyển động của tên lửa, ban đầu đứng yên, sau khi phụt khí. GV có thể đặt thêm một số câu hỏi để củng cố : Tại sao khi bắn súng trờng cần ghì chặt súng vào vai ? Tại sao khi ta nhảy từ thuyền lên bờ thì thuyền giật lùi lại ? Hoạt động 4. (5 phút) Củng cố, vận dụng Cá nhân tự đọc phần ghi nhớ và hoàn thành phiếu học tập. GV yêu cầu HS đọc phần ghi nhớ. O. Hoàn thành yêu cầu ở phiếu học tập. Hoạt động 5. (2 phút) Tổng kết bài học Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. GV nhận xét giờ học. Bài tập về nhà : làm các bài tập ở SGK. Ôn lại kiến thức về : khái niệm công, công suất (đã đợc học ở THCS) và cách phân tích lực. 11 Phiếu học tập Câu1. Một máy bay có khối lợng 160 tấn bay với vận tốc 870km/h. Tính động lợng của máy bay ? A. 38,66.10 6 kgm/s. B. 139,2.10 5 kgm/h. C. 38,66.10 7 kgm/s. D. 1392 kgm/h. Câu 2. Một quả bóng đang bay ngang với động lợng p G thì đập vuông góc vào một bức tờng thẳng đứng, bay ngợc trở lại theo phơng vuông góc với bức tờng với cùng độ lớn vận tốc. Độ biến thiên động lợng của quả bóng là : A. 0. B. p. G C. 2 p . G D. -2 p . G Câu 3. Toa xe thứ nhất có khối lợng 3 tấn chạy với vận tốc 4 m/s đến va chạm đàn hồi với một toa xe thứ hai đứng yên có khối lợng 5 tấn làm toa này chuyển động với vận tốc 3 m/s. Sau va chạm, toa thứ nhất chuyển động với vận tốc bằng bao nhiêu ? Chọn chiều dơng là chiều chuyển động ban đầu của toa thứ nhất. A. 9 m/s. B. 1 m/s. C. 9 m/s D. 1 m/s. Đáp án Câu 1. A. Câu 2. D. Câu 3. B. [...]... biến thiên từ v1 đến v 2 Cá nhân tính toán đợc công do lực F sinh ra : 1 2 A = F.s = m.a.s = m v 2 - v1 2 2 1 1 2 A = mv 2 - mv1 2 2 2 ( ) Khi v1 = 0 và v2 = v, ta có : A= 1 mv 2 2 1 mv 2 2 Cá nhân hoàn thành C3 1 Từ công thức Wđ = mv 2 , ta thấy 2 đơn vị của động năng bằng tích đơn vị của khối lợng và bình phơng đơn vị của vận tốc nên ta có : 1J = 1 kg.m2 s2 Cá nhân tham khảo bảng 25 .1 SGK để tìm hiểu... 10. 10 3.865 = 8650 10 3 (kg.m/s) 2 Vận dụng định lí biến thiên động năng : 1 A = W 2 Wđ1 = 0 mv 2 0 2 và (1) A = - Fms.s (2) Từ (1) và (2) , ta có : Fms s = 1 mv 2 80. 52 0 = = 25 ( N ) mv 2 Fms = 0 2 2s 2. 40 36 Biểu điểm I bi tập trắc nghiệm 1 0, 5 điểm/câu ì 8 câu = 4 điểm 2 0 ,25 điểm/câu ì 8 câu = 2 điểm Ii bi tập tự luận 1 (1,5 điểm) Viết đợc biểu thức định lí biến thiên động lợng 0,5 điểm ... sai Câu 2 Vật khối lợng m gắn vào đầu một lò xo có độ cứng bằng k, đầu kia của lò xo cố định Khi lò xo bị nén lại một đoạn l (l < 0) thì thế năng đàn hồi bằng : 1 1 2 B k ( l ) A k ( l ) 2 2 1 1 2 C k ( l ) D k ( l ) 2 2 Câu 3 Tính thế năng của một vật khối lợng 10 kg rơi tự do sau khi nó rơi đợc 1s ? Lấy g = 10 m/s2 Mốc thế năng tại vị trí vật bắt đầu rơi A 500 J B 100 0 J C 500 J D 100 0 J Đáp... 1 2 3 4 5 6 7 8 Đáp án C D B A A B C B 2 Câu hỏi ghép đôi Trái 1 2 3 4 5 6 7 8 Phải h e a c f d g b Ii bi tập tự luận 1 Vận dụng định lí biến thiên động lợng, ta có : p = mv 0 = F.t Suy ra ngoại lực tác dụng : F= mv 10. 10 3.865 = = 8650 ( N ) t 10 3 Động lợng của viên đạn khi ra đến đầu nòng súng là : p = m.v = 10. 10 3.865 = 8650 10 3 (kg.m/s) 2 Vận dụng định lí biến thiên động năng : 1 A = W 2. .. W.h 34 Câu 8 Biểu thức nào sau đây là biểu thức của định lí biến thiên động năng ? 1 A Wđ = mv 2 2 1 1 2 B A = mv 2 mv1 2 2 2 C Wt = mgz D A = mgz2 mgz1 2 Ghép phần bên trái với phần bên phải để đợc một câu đúng 1 Các ngoại lực tác dụng lên vật sinh a) Dạng năng lợng tơng tác công dơng giữa vật và Trái Đất 2 Vật chuyển động tròn đều b) Biểu thức A = Fscos 3 Thế năng trọng trờng của một vật c) Wt =... mgs(sin + kcos) 4 Trong đó : sin = 100 cos = (1 sin ) 1 2 Công của lực F : A = 2 103 .10. 3 .103 .(0,04 + 0,08) = 72 .105 J O Hãy xác định đơn vị đo của công và nêu ý nghĩa của đơn vị đó ? Gợi ý : xuất phát từ công thức tính công Ngoài ra ngời ta còn dùng đơn vị kilôjun (kí hiệu là kJ), là bội số của Jun 1 kJ = 1 000 J GV yêu cầu HS giải bài toán : Một ôtô có khối lợng 2 tấn, chuyển động đều lên dốc trên... quá GV yêu cầu HS tham khảo bảng 24 .1 SGK Hoạt động 6 (5 phút) Vận dụng công thức tính công suất Cá nhân giải bài tập A mgh Tính toán đợc : P = = t t 10. 10.5 = = 5W 100 Yêu cầu HS giải bài tập : Một gầu nớc khối lợng 10 kg đợc kéo cho chuyển động đều lên độ cao 5 m trong khoảng thời gian 1 phút 40 giây Tính công suất trung bình của lực kéo Lấy g = 10 m/s2 16 Hoạt động 7 (2 phút) Tổng kết bài học Cá nhân... đối, nghĩa là giá trị của nó phụ thuộc vào mốc để tính vận tốc Hoạt động 3 (10 phút) O Xét một vật chuyển dời thẳng theo Tìm hiểu định lí biến thiên động năng HS nhận thức vấn đề đặt ra Làm việc cá nhân : Độ biến thiên động năng của vật : 1 1 2 Wđ = W 2 Wđ1 = mv 2 mv1 2 2 2 phơng của lực F và thay đổi vận tốc từ v1 đến v2 Hãy so sánh công mà lực thực hiện đợc và độ biến thiên động năng của vật khi... và phát biểu định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động dới tác dụng lực đàn hồi của lò xo Biểu thức : 1 1 2 W = mv 2 + k ( l ) = const 2 2 O Hoàn thành yêu cầu C2 Gợi ý : chọn gốc thế năng hợp lí, xét cơ năng của vật tại A và B W(A) = Wt (A) = mgh = 49 m W(B) = Wđ (B) = 1 mv 2 = 18 m 2 Cơ năng giảm vì trong quá trình chuyển động vật phải chịu tác Có nhận xét gì về kết quả thu đợc ? Tại sao cơ... lên một vật với vận tốc ban đầu 2 m/s Biết khối lợng của vật bằng 0,5 kg, lấy g = 10m/s2, cơ năng của vật bằng : A 4 J B 5 J C 1 J D 8 J Câu 3 Một vật rơi tự do từ độ cao 1,8 m so với mặt đất ở độ cao nào thì thế năng bằng một nửa động năng ? Lấy g = 10 m/s2 A 0,9 m B 0,6 m C 0,3 m D 0,15 m Đáp án Câu 1 D Câu 2 B Câu 3 B 32 Bi kiểm tra chơng iV I mục tiêu Củng cố, khắc sâu kiến thức ở chơng IV Rèn . ra : () 22 21 22 21 1 A = F.s = m.a.s = m. v - v 2 11 A= mv - mv 22 Khi v 1 = 0 và v 2 = v, ta có : 2 1 Amv 2 = Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. Động năng : 2 đ 1 Wmv 2 = . Trong đó : 4 sin 100 = ( ) 2 cos 1 sin 1= Công của lực F : A = 2. 10 3 .10. 3 .10 3 .(0,04 + 0,08) = 72 .10 5 J. GV yêu cầu HS giải bài toán : Một ôtô có khối lợng 2 tấn, chuyển động. 20 Hoạt động 3. (10 phút) Tìm hiểu định lí biến thiên động năng HS nhận thức vấn đề đặt ra. Làm việc cá nhân : Độ biến thiên động năng của vật : 22 đ 2 1 2 1 11 WW W mv mv 22 =