Bài giảng Vật lí 10 - Bài 18: Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng - Năm học 2022-2023 - Hà Hoàng Nam - Trường THPT Đông Tiền Hải

CHÀO MỪNG CÁC EM ĐẾN VỚI BÀI HỌC HÔM NAY! 
KHỞI ĐỘNG 
Theo em, yếu tố nào quyết định sự chuyển động của các mảnh vỡ sau khi pháo hoa nổ hay yếu tố nào làm cho viên đạn thể thao đường kính 9mm gây ra sự tàn phá mạnh khi bắn vào quả táo? 
BÀI 18: ĐỘNG LƯỢNG VÀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 
NỘI DUNG BÀI HỌC 
1. Động lượng 
2.Định luật bảo toàn động lượng 
1. Động lượng 
a) Thí nghiệm 
Thảo luận 1. Từ thí nghiệm trong hình 18.2: Dự đoán độ dịch chuyển của khúc gỗ trong các trường hợp và cho biết độ dịch chuyển đó phụ thuộc vào những yếu tố nào của viên bi. Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng. 
Kết quả: 
Khi thả 2 viên bi từ cùng một độ cao, viên bi có khối lượng lớn hơn sẽ tác dụng lực lớn hơn lên khối gỗ làm cho khối gỗ bị đẩy đi xa hơn. Tương tự khi xét cùng một viên bi, lực của viên bi tác dụng lên khối gỗ sẽ lớn hơn (khối gỗ sẽ bị đẩy đi xa hơn) khi viên bi được thả ở chỗ cao hơn. 
Như vậy độ dịch chuyển của khúc gỗ phụ thuộc vào khối lượng viên bi và vị trí thả viên bi. 
a) Khái niệm động lượng 
Khái niệm: 
Đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của vật này lên vật khác thông qua tương tác giữa chúng được gọi là động lượng. 
Công thức tính: (18.1) 
Trong đó: 
m: khối lượng của vật (kg) 
 : là vận tốc của vật (m/s) 
 là động lượng của vật (kg.m/s) 
Thảo luận 2. C ho ví dụ để giải thích tại sao động lượng của một vật lại phụ thuộc vào hệ quy chiếu. 
Kết quả: 
Xét bạn Nhật đang ngồi trên xe ô tô chuyển động thẳng với tốc độ v: 
Đối với hệ quy chiếu gắn với đất (người quan sát đứng trên vỉa hè), Nhật đang chuyển động với tốc độ v và do đó, động lượng của Nhật trong hệ quy chiếu này có độ lớn là m.v. 
Trong khi đó, đối với hệ quy chiếu gắn với một người quan sát khác đang ngồi chung xe ô tô với Nhật thì Nhật đang đứng yên và do đó động lượng của Nhật trong hệ quy chiếu này có độ lớn bằng 0. 
Lưu ý 
Động lượng là một đại lượng vectơ có hướng cùng với hướng của vận tốc. 
Động lượng phụ thuộc vào hệ quy chiếu. 
Vectơ động lượng của nhiều vật bằng tổng các vectơ động lượng của các vật đó. 
1. Động lượng 
Luyện tập. Trong một trận bóng đá, cầu thủ A có khối lượng 78kg chạy dẫn bóng với tốc độ 8,5m/s. Trong khi đó, cầu thủ B có khối lượng 72 kg (ở đội đối phương) cũng chạy đến tranh bóng với tốc độ 9,2 m/s theo hướng ngược hướng của cầu thủ A (Hình 18.4). 
a, Hãy xác định hướng và độ lớn của vectơ động lượng của từng cầu thủ. 
b, Hãy xác định vectơ tổng động lượng của 2 cầu thủ . 
Kết quả: 
a) Cầu thủ A có vectơ động lượng hướng từ trái qua phải và có độ lớn bằng: 
 = 78 . 8,5 = 663 (kg.m/s) 
Cầu thủ B có vectơ động lượng hướng từ phải qua trái và có độ lớn bằng: 
 = 82 . 9,2 = 754,4 (kg.m/s) 
b) Vectơ tổng động lượng của cả hai cầu thủ là: 
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của cầu thủ A, động lượng của hệ 2 cầu thủ này là: 
 = 663 - 754,4 = -91,4 (kg.m/s) 
Vậy vec tơ tổng động lượng của 2 cầu thủ có hướng ngược với chiều dương quy ước và có độ lớn bằng 91,4 (kg.m/s) 
2. Định luật bảo toàn động lượng 
a) Khái niệm hệ kín 
Hãy cho biết đặc điểm của hệ gồm tên lửa và nhiên liệu khi được phóng. 
Khi được phóng, nhiên liệu đốt cháy làm cho tên lửa được phóng ra. Như vậy hệ chỉ có nội lực của các vật của hệ tác dụng lẫn nhau cụ thể là lực do nhiên liệu bị đốt cháy và lực do tên lửa tạo ra, ngoài ra không có tác dụng của những lực khác. 
 Hệ vật gồm nhiên liệu và tên lửa như trên được gọi là hệ kín. 
Một hệ được xem là hệ kín khi hệ đó không có tương tác với các vật bên ngoài hệ. 
Mở rộng: 
Ngoài ra, khi tương tác của các vật bên ngoài hệ lên hệ bị triệt tiêu hoặc không đáng kể so với giữa các thành phần của hệ, hệ vẫn được xem gần đúng là hệ kín. 
Điều kiện của một hệ kín lí tưởng là: không tồn tại tương tác với môi trường ngoài. 
Ví dụ: hệ gồm 2 viên bi da va chạm nhau. 
Thảo luận 3. Trên thực tế, có tồn tại hệ kín lí tưởng không? Giải thích. 
Trên thực tế không tồn tại hệ kín lí tưởng vì tất cả các vật đều có tương tác hấp dẫn lẫn nhau. 
b) Thí nghiệm khảo sát định luật bảo toàn động lượng 
Thảo luận 4. Lập luận để giải thích vì sao hai xe trượt trong thí nghiệm khảo sát định luật bảo toàn động lượng được xem gần đúng là hệ kín. 
Hệ xe và đệm không khí có tương tác (ma sát), tuy nhiên ma sát này xem như không đáng kể và có thể bỏ qua khi khảo sát, ngoài ra trọng lực tác dụng lên hệ xe cân bằng với phản lực của đệm không khí tác dụng lên xe. hệ xe và đệm không khí có thể xem gần đúng là Hệ xe và đệm không khí có tương tác (ma sát), tuy nhiên ma sát này xem như không đáng kể và có thể bỏ qua khi khảo sát, ngoài ra trọng lực tác dụng lên hệ xe cân bằng với phản lực của đệm không khí tác dụng lên xe. hệ xe và đệm không khí có thể xem gần đúng là hệ kín . hệ kín. 
Thảo luận nhóm 
Thảo luận 5: Nếu những lưu ý trong khi bố trí dụng cụ như Hình 18.5 để hạn chế sai số của thí nghiệm. 
Thảo luận 6: Nếu chỉ có 1 đồng hồ đo thời gian hiện số thì các em cần lập chế độ đo thời gian như thế nào? 
Trả lời 
Thảo luận 5: 
Những lưu ý trong khi bố trí dụng cụ như Hình 18.5 để hạn chế sai số của thí nghiệm: 
Căn chỉnh để đệm nằm ngang, không để lệch. 
Kiểm tra các lỗ khí trên đệm (có bị kín lỗ nào không, đảm bảo hạn chế tối đa ma sát giữa xe và đệm) 
Đặt hai cổng quang không quá gần (hai xe va chạm khi chưa hết cộng quang), cũng không quá xa (hạn chế sai số gây ra bởi ma sát). 
Kiểm tra máy đo thời gian, thao tác bấm công tắc dứt khoát. 
Trả lời 
Thảo luận 6: 
Nếu chỉ có 1 đồng hồ đo thời gian hiện số thì ta sử dụng thêm một đồng hồ bấm giây để đo thời gian vật di chuyển. Trong trường hợp này, cần thực hiện phép đo nhiều lần để giảm bớt sai số. 
Hoặc ta có thể nối hai cổng quang điện vào cùng một đồng hồ đo thời gian hiện số trên. Thiết đặt chế độ A và B riêng cho từng cổng quang điện. 
Tiến hành làm thí nghiệm theo các bước đã được trình bày trong SGK: 
Bước 1 
Gắn miếng dính vào đầu của xe 1. Gắn 2 tấm chắn cổng quang điện lên mỗi xe. 
Bước 2 
Đo tổng khối lượng của xe 1 và xe 2 sau khi đã gắn miếng dính và tấm chắn cổng quang điện, ghi vào bảng số liệu như gợi ý trong Bảng 18.1. 
Tiến hành làm thí nghiệm theo các bước đã được trình bày trong SGK: 
Bước 3 
Giữ xe 2 đứng yên, đẩy cho xe 1 chuyển động đến va chạm với xe 2. 
Bước 4 
Đo thời gian hai xe đi qua cổng quang điện trước và sau va chạm. 
Lần đo 
Trước va chạm: v 2 = 0 
Sau va chạm (xe 1 và xe 2) 
 (s) 
 (m/s) 
 = . 
(kg.m/s) 
 (s) 
 (m/s) 
 = (m 1 + m 2 ). 
(kg.m/s) 
1 
0,025 
0,500 
0,230 
0,054 
0,231 
0,222 
2 
0,024 
0,521 
0,240 
0,052 
0,240 
0,231 
3 
0,024 
0,521 
0,240 
0,051 
0,245 
0,235 
Bảng 18.1. Bảng số liệu gợi ý thí nghiệm khảo sát định luật bảo toàn động lượng . 
Thảo luận 8. Từ kết quả thí nghiệm, hãy tính độ chênh lệch tương đối động lượng của hệ trước và sau va chạm . Từ đó nêu nhận xét của hệ trước và sau va chạm. 
Lần đo 
1 
 3,478% 
2 
 3,75% 
3 
 2,083% 
Nhận xét: Động lượng của hệ trước và sau va chạm xấp xỉ bằng nhau, gần như không đổi. (sai số tỉ đối dưới 5%) 
c) Định luật bảo toàn động lượng 
Theo em, hệ hai xe va chạm trong thí nghiệm trên có được xem là hệ kín không? 
Kết quả: 
Theo em, hệ hai xe va chạm trong thí nghiệm trên được xem gần đúng là hệ kín vì chỉ có tác động lực của 2 xe, không có tác động từ lực bên ngoài, hoặc nếu có thì cũng không đáng kể. 
Gọi lần lượt là động lượng của vật 1 trước và sau khi xảy ra tương tác. 
 lần lượt là động lượng của vật 2 trước và sau khi xảy ra tương tác. 
Từ kết quả thí nghiệm trên ta suy ra: 
 (18.2) 
Từ nhận xét ở câu Thảo luận 8 và biểu thức 18.2, em có rút ra nhận xét gì? 
Dựa vào SGK và những kiến thức đã được học ở trên, em hãy phát biểu định luật bảo toàn động lượng. 
Trả lời 
Từ biểu thức 18.2, ta có nhận xét: Động lượng của từng vật trong hệ có thể thay đổi nhưng tổng động lượng của các vật trong hệ thì sẽ không đổi. 
Kết luận: 
Định luật bảo toàn động lượng. 
Động lượng trong một hệ kín luôn bảo toàn. 
 + + 
d) Vận dụng định luật bảo toàn động lượng. 
Đọc hiểu và trình bày lời giải Ví dụ (SGK-tr118). 
Ví dụ: Một nữ phi hành gia khi đang thực hiện nhiệm vụ tại một vị trí cách cửa trạm không gian một đoạn 140 m thì sợi dây kết nối cô với trạm đột ngột bị đứt. Để có thể quay trở lại, từ trạng thái cân bằng, phi hành gia đã gỡ và ném bình oxygen với tốc độ 5 m/s theo hướng ra xa trạm không gian (Hình 18,6). Biết tổng khối lượng của phi hành gia và toàn bộ thiết bị hỗ trợ (kể cả bình oxygen) là 82 kg, khối lượng bình oxygen là 12 kg và lượng khí trong mũ bảo hiểm đủ để có ấy có thể duy trì hô hấp thông thường trong 3 phút. Hỏi phi hành gia có thể quay trở về trạm không gian an toàn không? 
Bước 1 
Bước 2 
Bước 3 
Xác định xem hệ vật có là một hệ kín hay không 
Xác định được các lực tác dụng lên vật 
Chọn trục tọa độ và chiều dương để chiếu lên vật 
Các bước vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải bài tập và giải thích những hiện tượng thực tiễn: 
Bước 4 
Bước 5 
Bước 6 
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng. 
Xác định động lượng của vật trước và sua khi có tương tác lực. 
Chiếu hệ vật lên trục tọa độ để tính toán kết quả cuối cùng. 
Các bước vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải bài tập và giải thích những hiện tượng thực tiễn: 
LUYỆN TẬP 
Câu 1 : Giải thích tại sao chúng ta có thể xác định được vận tốc tức thời của xe dựa vào thời gian xe đi qua cổng quang điện ( Hình 18.5). Trình bày lưu ý về dấu của vận tốc tức thời của hai xe trong quá trình tiến hành thí nghiệm. 
Trả lời câu 1 . 
Tốc độ tức thời của xe được đo bằng tỉ số giữa độ rộng tấm chắn cổng quang điện và thời gian cổng quang điện bị chắn: 
Ở đây ta coi như độ rộng tấm chắn cổng quang điện đủ nhỏ để tốc độ của xe trong quá trình đi qua cổng quang được xem như là không thay đổi. Từ đó, kết hợp với chiều của chuyển động ta có thể suy ra được vận tốc tức thời của xe. 
Để xác định được dấu của vận tốc tức thời, ta cần phải chọn chiều dương quy ước (ví dụ từ trái sang phải), vận tốc của xe dương khi xe chuyển động cùng chiều dương quy ước và ngược lại. 
LUYỆN TẬP 
Câu 2 (Bài tập 2 - SGK) . Một quả bóng tennis khối lượng 60g chuyển động với tốc độ 28 m/s đến đập vào một bức tường và phản xạ lại cùng một góc 45o như hình 18P.1. Hãy xác định tính chất của vecto động lượng trước và sau va chạm của bóng. 
Trả lời: 
Vectơ động lượng của quả bóng tennis trước và sau va chạm với tường có hướng hợp nhau góc và có cùng độ lớn. 
 (kg.m/s) 
Câu 3 (Bài tập 3- SGK): Một viên đạn nặng 6g được bắn ra khỏi nòng của một khẩu súng trường 4kg với tốc độ 320m/s.a, Tìm tốc độ giật lùi của súng. 
b, Nếu một người nặng 75kg tì khẩu súng vào vai và ngắm bắn thì tốc độ giật lùi của người là bao nhiêu? 
LUYỆN TẬP 
Trả lời 
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của viên đạn, 
a) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ súng và đạn. Ta có động lượng của hệ trước và sau khi đạn bắn được bảo toàn. 
 . 
 0 = ⇒ = - = -0,48 (m/s) 
Như vậy súng chuyển động ngược chiều dương quy ước, nghĩa là bị giật lùi khi đạn được bắn ra. 
b) Lập luận tương tự ta có vận tốc giật lùi của người và súng là: 
 = - = -0,024 (m/s) 
Câu 1: Biểu thức nào sau đây mô tả đúng mối quan hệ giữa động lượng và động năng của vật? 
A. 
C. 
B. 
D. 
Câu 2: Trong các quá trình chuyển động sau đây, quá trình nào mà động lượng của vật không thay đổi? 
A. Vật chuyển động chạm vào vách và phản xạ lại . 
B. Vật được ném ngang . 
C. Vật đang rơi tự do . 
D. Vật chuyển động thẳng đều. 
Câu 3. Trong trường hợp nào sau đây, hệ có thể được xem là hệ kín? 
A. Hai viên bi chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang 
B. Hai viên bi chuyển động trên mặt phẳng nghiêng 
C. Hai viên bi rơi thẳng đứng trong không khó . 
D. Hai viên bi chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang . 
Câu 4 . Khi một vật đang rơi (không chịu tác dụng của lực cản không khí) thì: 
A. động lượng của vật không đổi 
B. động lượng của vật chỉ thay đổi về độ lớn . 
C. động lượng của vật chỉ thay đổi về hướng . 
D. động lượng của vật thay đổi cả về hướng và độ lớn . 
Câu 5. Hai vật có khối lượng m 1 và m 2 chuyển động với vận tốc lần lượt là và . Động lượng của hệ có giá trị: 
A. m. 
B. m 1 . + m 2 . 
C. 0 
D. m 1 . + m 2 . 
. 
VẬN DỤNG 
Em hãy vận dụng định luật bảo toàn động lượng để chế tạo một số đồ chơi khoa học . 
Chế tạo xe chạy bằng phản lực, trong đó để sẵn một quả bong bóng bên trong xe, thổi khí vào quả bong bóng và thả ra thì xe sẽ chạy. 
HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ 
Ôn tập và ghi nhớ kiến thức vừa học. 
Hoàn thành bài tập sgk. 
Tìm hiểu nội dung bài 19. Các loại va chạm. 
CẢM ƠN CÁC EM ĐÃ 
LẮNG NGHE BÀI GIẢNG!