Giáo án Vật lí Lớp 10 - Bài 25: Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng

Tên bài dạy: Động lượng - Định luật bảo toàn động lượng
I. MỤC TIÊU
1. Kiến thức
- Khái niệm xung lượng của lực; bản chất (tính chất vectơ) và đơn vị xung lượng của lực.
- Khái niệm hệ kín.
- Định nghĩa, viết được công thức và suy ra đơn vị đo động lượng
- Độ biến thiên động lượng của một vật (cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn).
- Hệ thức của định luật bảo toàn động lượng đối với hệ hai vật hay nhiều vật.
2. Năng lực
a. Năng lực chung
- Học sinh có khả năng: nghiên cứu tài liệu, năng lực trình bài, năng lực làm việc nhóm
b. Năng lực đặc thù môn học
- Nhận biết hệ vật, hệ kín, điều kiện áp dụng được định luật bảo toàn động lượng.
- Biết vận dụng CT, định nghĩa, định luật để giải một số bài toán tìm động lượng, xung lượng của lực.
- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho bài toán va chạm mềm, chuyển động bằng phản lực.
3. Phẩm chất
- HS có ý thức vận dụng kiến thức, kĩ năng học được về động lượng và định luật bảo toàn động lượng vào thực tiễn cuộc sống hằng ngày.
II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
1. Giáo viên
- Dụng cụ thí nghiệm kiểm chứng định luật bảo toàn động lượng.
- Thí nghiệm va chạm giữa các quả cầu treo trên sợi dây.
- Bảng ghi kết quả thí nghiệm.
- Bài giảng Powerpoint: có thí nghiệm ảo và các hình ảnh minh họa các hiện tượng liên quan đến động lượng, xung lượng và định luật bảo toàn động lượng
- Phiếu học tập:
2. Học sinh
- SGK, vở ghi bài, giấy nháp.
III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Hoạt động 1: Mở đầu/Xác định vấn đề/Nhiệm vụ học tập: 
Tạo tình huống và phát biểu vấn đề để tìm hiểu vềđộng lượng và định luật bảo toàn động lượng.
a. Mục tiêu:
- Kích thích sự tò mò, hứng thú tìm hiểu kiến thức mới.
b. Nội dung: Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên
c. Sản phẩm: Câu trả lời của học sinh.
d. Tổ chức thực hiện:
Bước thực hiện
Nội dung các bước
Bước 1
§Giáo viên đặt vấn đề: Thời đại hiện nay khoa học ngày càng phát triển, các thiết bị máy móc ra đời ngày càng nhiều, con người không chỉ khám pha thế giới mà còn khám phá cả vũ trụ bao la dựa vào những vệ tinh, phi thuyền, tàu vũ trụ... Và Việt Nam ta cũng đã có một vệ tinh Vinasat được bắn lên vào tháng 5 năm 2008. Vậy dựa vào những nguyên lí định luật nào mà người ta có thể phóng các vệ tinh, phi thuyền, tàu vũ trụ ra khỏi Trái Đất? Ta sẽ trả lời qua chương học mới.
Bước 2
Học sinh tiếp nhận vấn đề.
Hoạt động 2: Hình thành kiến thức mới
Hoạt động 2.1: Tìm hiểu khái niệm xung lượng của lực và động lượng.
a. Mục tiêu:
- Định nghĩa được xung lượng của lực; nêu được bản chất (tính chất vectơ) và đơn vị xung lượng của lực.
- Nắm vững định nghĩa, viết được công thức và suy ra đơn vị đo động lượng
- Phát biểu được độ biến thiên động lượng của một vật (cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn).
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên
c. Sản phẩm: 
a. Xung lượng của lực.
* Ví dụ:	- Cầu thủ đá mạnh vào quả bóng, quả bóng đang đứng yên sẽ bay đi.
	- Hòn bi-a đang chuyển động nhanh, chạm vào thành bàn đổi hướng.
* Xung lượng của lực.
-Khi một lực tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian Dt thì tích Dt được định nghĩa là xung lượng của lực trong khoảng thời gian Dt ấy.
- Đơn vị của xung lượng của lực là N.s
b. Động lượng.
* Động lượng: Động lượng của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bởi công thức:
= m.
 Đơn vị động lượng là kg.m/s
* Mối liên hệ giữa động lượng và xung lượng của lực (Cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn):
Ta có : - = Dt	Hay: = Dt
 Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.
Ý nghĩa: Lực tác dụng đủ mạnh trong một khoảng thời gian thì có thể gây ra biến thiên động lượng của vật.
d. Tổ chức thực hiện:
Bước thực hiện
Nội dung các bước
Bước 1
§GV trình chiếu những hình ảnh minh họa về xung của lực và yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 1.
Bước 2
Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Bước 3
Báo cáo kết quả và thảo luận
- Đại diện 1 nhóm trình bày:
Câu 1: a. Lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn, có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật.
	b. Tìm thêm ví dụ về vật chịu tác dụng lực trong thời gian ngắn: 
Câu 2: Hãy cho biết xung lượng của lực có tác dụng làm biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật.
- Đơn vị xung lượng của lực: N.s
Câu 3:Động lượng của một vậtkhối lượng m đang chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bởi công thức:
= m.	(1)
Đơn vị động lượng là kg.m/s
* Cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn:
 Ta có : - = Dt	Hay: = Dt	(2)
Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.
Câu 4: Chứng minh từ biểu thức định luật II: = Dt
Câu 5:AD định luật II Niu-tơn: p2 – p1 = F.Dt Û mv = F.Dt Û v = 5m/s
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện.
Bước 4
§GV lưu ý thêm cho HS về ý nghĩa của biểu thức (2): Lực tác dụng đủ mạnh trong một khoảng thời gian thì có thể gây ra biến thiên động lượng của vật.
§GV tổng kết hoạt động 2.1.
Hoạt động 2.2: Tìm hiểu về hệ cô lập và định luật bảo toàn động lượng.
a. Mục tiêu:
- Nắm được khái niệm hệ cô lập (hệ kín).
- Phát biểu và viết được hệ thức của định luật bảo toàn động lượng đối với hệ hai vật hay nhiều vật.
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên
c. Sản phẩm: 
 a. Hệ cô lập (hệ kín).
- Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau.
b. Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập.
 Động lượng của một hệ cô lập là không đổi.
+ + + = không đổi	hay 	
d. Tổ chức thực hiện:
Bước thực hiện
Nội dung các bước
Bước 1
§Giáo viên yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 3.
Bước 2
Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Bước 3
Báo cáo kết quả và thảo luận
- Đại diện 1 nhóm trình bày: 
Câu 1: Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau.
Câu 2: Hệ vật và Trái Đất không phải là hệ kín vì vẫn có lực hấp dẫn từ các thiên thể khác trong vũ trụ tác dụng lên hệ.
Câu 3: Hệ hai vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang là hệ kín và ngoại lực gồm trọng lực và phản lực của mặt phẳng ngang triệt tiêu lẫn nhau.
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện.
Bước 4
§GV lưu ý thêm cho HS:
wTrong thực tế, trên Trái Đất khó có thể thực hiện được một hệ tuyệt đối kín vì không thể nào triệt tiêu được lực ma sát, các lực cản và lực hấp dẫn. Nhưng nếu các lực đó rất nhỏ, một cách gần đúng, ta có thể coi hệ vật và Trái Đất là hệ kín.
wTrong các vụ nổ, va chạm, các nội lực xuất hiện thường rất lớn so với ngoại lực thông thường nên hệ vật có thể coi gần đúng là hệ kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tượng.
§Giáo viên thông báo nội dung định luật bảo toàn động lượng:
 Động lượng của một hệ cô lập là không đổi.
+ + + = không đổi	hay 	
Bước 5
Học sinh tiếp thu ghi nhớ
Bước 6
§Giáo viên tổng kết hoạt động 2.2, đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh.
+ Ưu điểm: 
+ Nhược điểm cần khắc phục: 
Hoạt động 2.3: Xây dựng công thức cho bài toán va chạm mềm và chuyển động bằng phản lực
a. Mục tiêu:
- Nhận biết hệ vật, hệ kín, điều kiện áp dụng được định luật bảo toàn động lượng.
- Biết vận dụng định luật để giải bài toán va chạm mềm và chuyển động bằng phản lực.
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên
c. Sản phẩm: 
 Va chạm mềm.
 Xét vật m1, chuyển động với đến va chạm vật m2 đang đứng yên. Sau va chạm hai vật nhập làm một và cùng chuyển động với vận tốc 
 Theo định luật bảo toàn động lượng ta có :
m1= (m1 + m2) 	suy ra:=
 Va chạm của hai vật như vậy gọi là va chạm mềm.
 Chuyển động bằng phản lực.
 Tên lửa có khối lượng M chứa một khối khí m. Khi phóng tên lửa khối khí m phụt ra phía sau với vận tốc thì tên khối lượng M chuyển động với vận tốc 
 Theo định luật bảo toàn động lượng ta có :
m + M = 0 => = -
d. Tổ chức thực hiện:
Bước thực hiện
Nội dung các bước
Bước 1
§GV đặt vấn đề: Quan sát video con lắc thử đạn và tên lửa Các thiết bị trên hoạt động dựa trên nguyên tắc nào. Ta sẽ giải thích được điều đó qua bài hôm nay.
§GV chia lớp thành 4 nhóm, hai nhóm hoàn thành phiếu học tập số 3 và hai nhóm hoàn thành phiếu học tập số 4. Sau đó cho đai diện mỗi nhóm lên thuyết trình cho các nhóm còn lại
Bước 2
Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm
Bước 3
Báo cáo kết quả và thảo luận
- Đại diện 1 nhóm trình bày: 
Phiếu học tập số 3
a. Động lượng của cả hệ lúc đầu: 
b. Động lượng sau va chạm:
c.Vì bỏ qua ma sát nên tổng ngoại lực tác dụng lên hệ bằng 0.
 ADđịnh luật bảo toàn động lượng ta có:
m1= (m1 + m2) 	suy ra: =
Phiếu học tập số 4
a. Động lượng của cả hệ lúc đầu: 
b. Động lượng sau va chạm: 
c. Trong quá trình phụt khí, nội lực rất lớn so với ngoại lực nên hệ là cô lập.
 AD định luật bảo toàn động lượng ta có: 
m + M = 0 => = -
d. Dấu (-) trong biểu thức tính cho biết vận tốc của tên lửa ngược chiều với vận tốc của khí phụt ra.
- Hệ súng – đạn hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển động bằng phản lực tương tự như tên lửa, nên khi đạn bay về phí trước thì đạn sẽ bị giật về phía sau.
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện.
Bước 4
§Giáo viên nhận xét và chính xác hóa các bài thuyết trình tổng kết hoạt động 2.3
Hoạt động 3: Luyện tập
a. Mục tiêu:
- Nhận biết hệ vật, hệ kín, điều kiện áp dụng được định luật bảo toàn động lượng.
- Biết vận dụng CT, định nghĩa, định luật để giải một số bài toán tìm động lượng, xung lượng của lực.
- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho bài toán va chạm mềm, chuyển động bằng phản lực.
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên
c. Sản phẩm: Kiến thức được hệ thống và hiểu sâu hơn các định nghĩa.
d. Tổ chức thực hiện:
Bước thực hiện
Nội dung các bước
Bước 1
§Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ: Yêu cầu HS dựa vào phần lý thuyết vừa học hoàn thành phiếu học tập số 5.
Bước 2
Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV.
Bước 3
Báo cáo kết quả và thảo luận
- Đại diện 1 nhóm trình bày.
Câu 1:
Câu 2:Xe : M = 38kg, v0 = 1m/s.
Vật: m = 2kg; v01 = 7m/s.
Theo định luật bảo toàn động lượng: (1).
Chọn chiều (+) là chiều của . 
a. TH Vật bay ngược chiều xe chạy. Chiếu (1) lên chiều (+) ta được : .
b. TH Vật bay cùng chiều xe chạy. Chiếu (1) lên chiều (+) ta được : .
c. TH Vật bay đến theo hướng vuông góc với chiều xe chạy.
 Chiếu (1) lên chiều (+) ta được : .
Câu 3: a.
b.
- Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện.
Bước 4
Giáo viên tổng kết hoạt động 3 và đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh.
+ Ưu điểm: 
+ Nhược điểm cần khắc phục: 
Hoạt động 4: Vận dụng
a. Mục tiêu:
Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học và tương tác với cộng đồng. Tùy theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau.
b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ ở nhà theo nhóm hoặc cá nhân
c. Sản phẩm: Bài tự làm vào vở ghi của HS.
d. Tổ chức thực hiện:
Nội dung 1:
Ôn tập
- Yêu cầu HS về nhà học bài và làm bài tập trong SGK.
Nội dung 2:
Mở rộng
- Yêu cầu HS về nhà đọc phần “Em có biết?”và tìm thêm một số ứng dụng của bài toán va chạm mềm, chuyển động bằng phản lực trong đời sống.
Nội dung 3:
Chuẩn bị cho tiết sau
- Ôn tập kiến thức về phân tích lực đã học ở kì 1 và công, công suất học ở lớp 8 THCS.
- Xem trước Bài 24 Công và công suất.
V. ĐIỀU CHỈNH, THAY ĐỔI, BỔ SUNG (NẾU CÓ)
PHỤ LỤC: PHIẾU HỌC TẬP
Phiếu học tập số 1
Câu 1: Quan sát ví dụ về cầu thủ đá banh, cơ thủ hích quả bi-a chuyển động va chạm vào các quả bi-a khác Các trường hợp này vật đều chịu tác dụng lực trong thời gian ngắn.
	a. Nhận xét về kết quả đạt được trong các trường hợp sau khi tác dụng lực?
	b. Tìm thêm ví dụ về vật chịu tác dụng lực trong thời gian ngắn?
Câu 2: Khi một lực tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian Dt thì tích Dt được định nghĩa là xung lượng của lực trong khoảng thời gian Dt ấy. Hãy cho biết xung lượng của lực có tác dụng gì? Từ định nghĩa hãy nêu đơn vị xung lượng của lực?
Câu 3: Đọc SGK mục I.2.b, nêu định nghĩa động lượng của một vật và đơn vị của động lượng? Nêu cách diễn đạt khác của định luật II Niu-tơn?
Câu 4: Chứng minh rằng đơn vị của động lượng cũng có thể tính ra Niu-tơn giây (N.s).
Câu 5: Một lực 50N tác dụng vào một vật có khối lượng m = 0,1kg ban đầu nằm yên; thời gian tác dụng là 0,01s. Xác định vận tốc của vật.
Phiếu học tập số 2:
Câu 1: Đọc SGK mục II.1, hãy nêu định nghĩa hệ cô lập?
Câu 2: Hệ vật và Trái Đất có phải là hệ kín không? Vì sao?
Câu 3: Hệ hai vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang có phải là hệ kín không?
Phiếu học tập số 3
Xét một vật khối lượng m1, chuyển động trên một mặt phẳng ngang nhẵn với vận tốc , đến va chạm với một vật có khối lượng m2 đang nằm yên trên mặt phẳng ngang ấy.
a. Viết biểu thức tính động lượng của cả hệ gồm hai vật trên?
b. Biết rằng sau va chạm hai vật nhập làm 1, chuyển động với cùng vận tốc . Viết biểu thức tính động lượng của hệ lúc này?
c. Hệ có phải là hệ cô lập không? Vì sao? Nếu là hệ cô lập ta có thể áp dụng định luật nào cho hệ? Từ đó, suy ra biểu thức tính vận tốc lúc sau của cả hệ.
Phiếu học tập số 4
Xét một tên lửa có khối lượng M và chứa lượng khí m bên trong. Ban đầu đứng yên.
a. Xác định động lượng của cả hệ gồm hai vật trên?
b. Cho tên lửa hoạt động. Sau khi lượng khí khối lượng m phụt ra phía sau thì tên lửa có khối lượng M chuyển động với vận tốc . Viết biểu thức tính động lượng của hệ lúc này?
c. Hệ có phải là hệ cô lập không? Vì sao? Nếu là hệ cô lập ta có thể áp dụng định luật nào cho hệ? Từ đó, suy ra biểu thức tính vận tốc sau khi tên lửa phụt khí.
d. Dấu (-) trong biểu thức tính cho biết điều gì? Từ biểu thức này, hãy giải thích hiện tượng súng giạt khi bắn
Phiếu học tập số 5
Câu 1: Tính lực đẩy trung bình của hơi thuốc súng lên đầu đạn ở trong nòng một súng trường bộ binh, biết rằng đầu đạn có khối lượng 10g, chuyển động trong nòng súng nằm ngang trong khoảng , vận tốc ban đầu bằng 0, vận tốc khi đến đầu nòng súng v = 865m/s.
Câu 2: Một chiếc xe khối lượng 38kg đang chạy trên đường nằm ngang không ma sát với vận tốc 1m/s. Một vật nhỏ khối lượng 2kg bay ngang với vận tốc 7m/s (đối với mặt đất) đến cắm vào xe và nằm yên trong đó. Xác định vận tốc mới của xe. Xét hai trường hợp:
Vật bay đến ngược chiều xe chạy.
Vật bay đến cùng chiều xe chạy.
Vật bay đến theo hướng vuông góc với chiều xe chạy.
Câu 3: Một vật nhỏ khối lượng m0 đặt trên toa xe khối lượng m. Toa xe này có thể chuyển động trên một đường ray nằm ngang không ma sát. Ban đầu hệ đứng yên. Sau đó cho m0 chuyển động ngang trên toa xe với vận tốc . Xác định vận tốc chuyển động của toa xe trong TH:
	a. là vận tốc của m0 đối với mặt đất.	b. là vận tốc của m0 đối với toa xe.