chuyen de ve phuong phap giai bai tap vat ly lop 10chuong iv cac dinh luat bao toan

Mục đích: -Giúp các em đi từ vấn đề dễ đến vấn đề khó -Tóm tắt lí thuyết giúp các em nắm vững các công thức và phương pháp khi giải các bài toán vật lí -Giải một số các bài tập mẫu thật

CHUYÊN ĐỀ VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

VẬT LÝ LỚP 10 CHƯƠNG IV

“CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”

I Nêu vấn đề

-Hiện nay việc tìm kiếm tài liệu không còn khó nữa Chỉ cần máy tính có nối internet và gõ vào vấn đề chúng ta cần tìm thì sẽ có ngay Nhưng không phải bất cứ tài liệu nào cũng đáp ứng được nhu cầu mà mỗi người giáo viên đặt ra Vì thế muốn có một tài liệu đúng với mục tiêu và mục đích của người dạy thì mỗi người giáo viên đều phải biết chọn lọc để sao cho vấn đề mình truyền tải đến học sinh phù hợp với từng yêu cầu của mỗi giáo viên và tùy vào từng đối tượng học sinh Xuất phát từ nhu cầu đó tôi đã hệ thống lại lí thuyết và đã đưa ra một

số các bài tập sát với chương trình chuẩn luyện tập cho các em học sinh để chuẩn bị cho thi học kì sắp tới

1 Đối tượng:

-Dành cho các lớp cơ bản

2 Mục đích:

-Giúp các em đi từ vấn đề dễ đến vấn đề khó

-Tóm tắt lí thuyết giúp các em nắm vững các công thức và phương pháp khi giải các bài toán vật lí

-Giải một số các bài tập mẫu thật cụ thể và chi tiết để các em nắm vững phương pháp giải

-Đưa ra một số các bài tập vận dụng để các em luyện tập thêm, giúp các em suy nghĩ và nhớ lại kiến thức cũ

*Tôi xin đưa ra một tập “phương pháp giải bài tập vật lí lớp 10 chương IV Các định luật bảo toàn’ mà tôi đã chọn lọc những cái hay và kết hợp thêm một số các vấn đề và một số các bài toán mà theo tôi là cần thiết cho việc giảng dạy của mình

1

Lớp 10 Chương IV

II Phương pháp giải bài tập vật lý lớp 10 chương IV

CHỦ ĐỀ 1: ĐỘNG LƯỢNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG

Dạng 1: Tính động lượng của vật

- Động lượng p của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là một đại lượng được xác định bởi biểu thức:

p = mv

- Là 1 đại lượng vector có hướng cùng hướng với vận tốc của vật

- Đơn vị động lượng: kgm/s hay kgms -1

* Ý nghĩa: là đại lượng đặc trưng cho sự truyền chuyển động của vật

- Động lượng của hệ vật

1 2

p  p  p

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

Nếu:               p1                p2 p  p1 p2

Nếu: p1  p2 p  p1 p2

 

Dạng 2: Tính xung lượng của lực, độ biến thiên động lượng( dạng khác của định luật II Niuton)

2 1

                                                                                          

-Nếu các vector cùng phương thì biểu thức trở thành

F t   p2 p1

-Vector nào cùng chiều(+) thì có giá trị (+)

- Vector nào ngược chiều(+) thì có giá trị (-)

Dạng 3:Định luật bảo toàn động lương

-Tổng động lượng của hệ kín luôn được bảo toàn

p1 p2  c ons t

 

*Phương pháp giải bài toán áp dụng định luật bảo toàn động lượng

-Bước 1: Xác định hệ khảo xác phải là hệ cô lập

-Bước 2: Viết biểu thức động lượng của hệ trước khi va chạm  pt

-Bước 3: Viết biểu thức động lượng của hệ sau khi va chạm  ps

-Bước 3:Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ pt  ps

-Bước 4: Chuyển phương trình thành dạng vô hướng bằng 2 cách :

+Phương pháp chiếu

+Phương pháp hình học

* Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng:

a 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: m 1 v 1 + m 2 v 2 = m 1v1' + m 2v'2

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.

2

b Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) không cùng phương, thì ta cần sử dụng hệ thức vector: p s = p t và biểu diễn trên hình vẽ Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của bài toán.

c 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

- Thời gian tương tác ngắn.

- Nếu Fngoai luc 0



nhưng hình chiếu của F ngoai luctrên một phương nào đó bằng không thì động lượng bảo toàn trên phương đó.

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1 : Hai vật có khối lượng m1 = 1 kg, m2 = 4 kg chuyển động với các vận tốc v1 = 3 m/s và v2 = 1 m/s Tìm tổng động lượng ( phương, chiều và độ lớn) của hệ trong các trường hợp :

a) v1 và v2 cùng hướng

b) v1 và v2 cùng phương, ngược chiều

c) v1 và v2 vuông góc nhau

Giải

Chọn chiều dương cùng chiều với v 2

a) Động lượng của hệ :

p= p1 + p2

Độ lớn : p = p1 + p2 = m1v1 + m2v2 = 1.3 + 4.1 = 7 kgm/s

Chiều :cùng chiều với v  1

vàv 2

b) Động lượng của hệ :

p= p1 + p2

Độ lớn : p = -m1v1 + m2v2 = -3+4=1 kgm/s

Chiều: cùng chiều với v 2

c) Động lượng của hệ :

p= p1 + p2

Độ lớn: p = 2

2 2

1 2

3

4 36,8

p g p





Chiều hợp với  p2

một góc  36,8 

Bài 2 : Một quả cầu rắn có khối lượng 500 g bay đập vào tường theo phương vuông góc với tường rồi bật ngược trở lại với

cùng vận tốc v=4m/s

a.Tính độ biến thiên động lượng của quả cầu trong khoảng thời gian va chạm là 0,02s

b.Tính lực mà tường tác dụng lên quả cầu trong khoảng thời gian đó

Giải

3

1

v 

2

v 

Ta có:                p                p2               p1

Chiếu lên chiều (+)

Lực mà tường tác dụng lên quả cầu

4 200 0,02

p

t

 

     



1

P 

2

P 

P  O

1

P 

2

P 

P  O

2

P 

1

P 

O

P 



Bài 3: Một viên đạn có khối lượng m=10g, vận tốc 800m/s sau khi xuyên thủng 1 bức tường vận tốc của viên đạn chỉ còn

200m/s Tìm độ biến thiên động lượng của viên đạn và lực cản trung bình mà tường tác dụng vào viên đạn, thời gian đạn xuyên qua tường là 1/1000s

Bài 4: Một khẩu súng đại bác nằm ngang khối lượng ms = 1000kg, bắn một viên đoạn khối lượng mđ = 2,5kg Vận tốc viên đoạn ra khỏi nòng súng là 600m/s Tìm vận tốc của súng sau khi bắn

- Hệ súng và đạn là hệ kín

- Động lượng của súng khi chưa bắn là bằng  pt

=0

- Động lượng của hệ sau khi bắn súng là:

s

p

=m S.vS m đ.vđ

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng

 pt

= ps

0

- Vận tốc của súng là:

S

m v

m

“Dấu(-) chứng tỏ súng bị giật lùi sau khi bắn

Bài 5.Toa tàu thứ nhất đang chuyển động với vận tốc v1=15m/s đến va chạm với toa tàu thứ 2 đang đứng yên có khối lượng gấp đôi toa tàu thứ nhất Sau va chạm 2 toa tàu móc vào nhau và cùng chuyển động Tính vận tốc của 2 toa sau va chạm

Giải

- Xem hệ hai toa tàu là hệ cô lập

-Động lượng trước khi va chạm

1 1

t

p  m v

- Động lượng sau khi va chạm

1 2

s

-Áp dụng địmh luật bảo toàn động lượng của hệ

 pt = ps

m1.v1(m1m2)v

vcùng phương với vận tốc v1

- Vận tốc của mỗi toa là:

4

1

v 

2

v 

(+) Giải

Chọn chiều (+) hướng vào tường

Ta có:                p                p2               p1

Chiếu lên chiều (+)

3

-Dấu (-) cho biết động lượng giảm do lực cản ngược chiều chuyển động Lực cản trung bình mà tường tác dụng lên quả cầu

6

6000 1/1000

p

t

 

     



1 1 1 1

1

5 /



Bài 6 : Một vật có khối lượng 25kg rơi nghiêng một góc 600so với đường nằm ngang với vận tốc 36km/h vào 1 xe goong chứa cát đứng trên đường ray nằm ngang Cho khối lượng xe 975kg Tính vận tốc của xe goong sau khi vật cắm vào

Bài 7: Một người có khối lượng m1=50kg nhảy từ một chiếc xe có khối lượng m2=80kg đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc v=3m/s Biết vận tốc nhảy đối với xe là v0=4m/s Tính vận tốc sau khi người ấy nhảy

a.Cùng chiều

b.Ngược chiều

Giải

-Xét hệ người và xe là hệ kín

+v  0

vận tốc của người đối với xe( 4m/s)

+v  vận tốc của xe đối với đất( 3m/s)

Vậy vận tốc của người đối với đất

v               1               v0               v

+ v 2 là vận tốc của xe so với mặt đất ngay sau khi người nhảy

-Động lượng của người và xe trước khi nhảy:              pt  ( m1 m v2              )

-Động lượng của người và xe sau khi nhảy:ps  m v1 1 m v2 2

-Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:pt  ps

( m1 m v2) =m v1 1 m v2 2

( m1 m v m v2)                             1(  0               v )  m v2 2

Chon chiều (+) là chiều chuyển động

( m  m v m v )  (  v )  m v

a.Cùng chiều (v0>0; v>0)

2

2

2

130.3 50(4 3)

0,5 / 80

v

m



b Ngược chiều:( v0<0; v>0)

5

2

v 

1

-Động lượng của hệ ngay sau khi vật rơi vào xe

p2  ( m1 m v2) 2

-Định luật bảo toàn động lượng:

p1 p1  m v1 1  ( m1 m v2) 2

(*) -Chiếu (*)lên phương chuyển động ngang:

1 1 2

1 2

os 25.10.0,5

0,125 /

25 975

m v c





1 2 1 0

2

2

( m m v m v ) ( v )

v

m



2

130.3 50( 4 3)

5,5 / 80

Bài 8 Một viên đạn có khối lượng 2 kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ thành 2 mảnh có khối lượng

bằng nhau Biết mảnh thứ nhất bay theo phương nằm ngang với vận tốc 500m/s, hỏi mảnh kia bay theo phương nào với vận tốc bao nhiêu?

Giải

- Xét hệ gồm hai mảnh đạn trong thời gian nổ là hệ kín

- Động lượng trước khi đạn nổ:

t

p  mv

- Động lượng sau khi đạn nổ:

1 1 2 2

s

p  m v  m v

-Áp dụng định luật bảo toàn động lượng

1 1 2 2



-Chiếu lên phương ngang

1 1 2 2

1 1 2

2

sin

m v

v

m





-Chiếu lên phương thẳng đứng

2 2

2

2

cos

os

mv

v c

m







-Lây (1):(2)

1 1 2

2

1.500

2.250 45

2.500

m v m

tg









Bài tập tự giải:

Bài 1: Một xe ôtô có khối lượng m1 = 3 tấn chuyển động thẳng với vận tốc v1 = 1,5m/s, đến tông và dính vào một xe gắn máy đang đứng yên có khối lượng m2 = 100kg Tính vận tốc của các xe

Đs: 5m/s

Bài 2.Một xe chở cát có khối lượng m1=390kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v1=8m/s Hòn đá có khối lượng

m2=10kg bay đến cắm vào bao cát Tìm vận tốc của xe sau khi hòn đá rơi vào trong 2 TH sau:

a.Hòn đá bay ngang, ngược chiều với xe với vận tốc v2=12m/s

b.Hòn đá rơi thẳng đứng

ĐS:a.7,5m/s; b.7,8m/s

Bài 3 Một toa xe khối lượng 4 tấn chuyển động đén va chạm vào toa xe thứ 2 có khối lượng 2 tấn đang đúng yên sau đó cả 2

cùng chuyển động với vận tốc 2m/s Hỏi trước khi va chạm với toa thứ 2 thì toa thứ nhất có vận tốc là bao nhiêu?

ĐS:3m/s

Bài 4 Một xe có khối lượng m1=10 tấn, trên xe có gắn một khẩu súng đại bác 5 tấn Đại bác bắn 1 phát đạn theo phương ngang với vận tốc 500m/s Đạn có khối lượng 100kg.Tìm vận tốc của xe ngay sau khi bắn, nếu :

6

P1

p

 P2

O

a Ban đầu xe đứng yên

b.Xe đang chạy với vận tốc 18km/h

ĐS:a.-3,3m/s; b.1,6m/s

Bài 5: Một viên đạn khối lượng 1kg đang bay theo phương thẳng đứng với vận tốc 500m/s thì nổ thành hai mảnh có khối

lượng bằng nhau Mảnh thứ nhất bay theo phương ngang với vận tốc 500 2m/s hỏi mảnh thứ hai bay theo phương nào với vận tốc bao nhiêu?

ĐS:v22  1225 / ; m s   35 

CHỦ ĐỀ 2: CÔNG VÀ CÔNG SUẤT

Dạng 1: Tính công thực hiện

-Khi lực F 

không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc thì công thực hiện bởi lực đó được tính bằng CT

A Fs  cos   Pt J ( )

-Jun là công do lực có độ lớn là 1N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1m theo hướng của lực 1J=1N.m

-Các trường hợp xảy ra:

+ = 0o => cos = 1 => A = Fs > 0: lực tác dụng cùng chiều với chuyển động.

+ 0o <  < 90o =>cos > 0 => A > 0;

Hai trường hợp này công có giá trị dương nên gọi là công phát động.

+  = 90o => cos = 0 => A = 0: lực không thực hiện công;

+ 90o <  < 180o =>cos < 0 => A < 0;

+ = 180o => cos = -1 => A = -Fs < 0: lực tác dụng ngược chiều với chuyển động.

Hai trường hợp này công có giá trị âm, nên gọi là công cản;

Dạng 2: Tính công suất

-Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian

os

A

-Oat là công suất của một thiết bị thực hiện công bằng 1J trong thời gian 1s 1W=1J/1s

*Ý nghĩa: Là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công nhanh hay chậm

*Lưu ý:

-Vật chuyển động thẳng đều s=v.t

-Vật chuyển động thẳng biến đổi đều

2 0

2 2

1 2

2

o

-Nếu vật chịu tác dụng của nhiều lực thì công của hợp lực F bằng tổng công của các lực tác dụng lên vật

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Kéo một vật có khối lượng m=50kg trượt trên sàn nhà được 5m dưới tác dụng của 1 lực F=50N theo phương ngang ,

hệ số ma sát giữa vật và sàn là 0,2

a.Tính công của lực F

b.Tính công của lực ma sát

7

N

F

P

ms

F

-Chiếu lên ox:

-Chiếu lên oy

N – P = 0 N=P=mg

0, 2.50.10 100 os0 150.5 750

ms Fk



Bài 2: Người ta kéo một cái thùng nặng 30kg trượt trên sàn nhà bằng một dây hợp với phương nằm ngang một góc 450, lực tác dụng lên dây là 150N Tính công của lực đó khi thùng trượt được 15m Khi thùng trượt công của trọng lực bằng bao nhiêu?

Giải

-Công của lực F kéo thùng đi được 15m là:

A = F.s.cosα = 150.15.cos45=1590 J

-Trong quá trình chuyển động trọng lực luôn vuông

góc với phương chuyển động nên công của Ap = 0

Bài 3: Một xe con khối lượng 1,5 T, bắt đầu chuyển động nhanh dần đều sau khi đi được quãng đường 100m thì vận tốc đạt

được 10m/s Hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là μ = 0,04 Tính công của các lực tác dụng lên xe trên quãng đường 100m đầu tiên Lấy g = 10m/s2

Giải

- Các lực tác dụng lên xe: N, P, Fk , Fms Theo định luật II Niuton:               F F                k               F   ms            P ma               

-Chiếu lên ox:

k

F - F ms= ma.

-Chiếu lên oy

N – P = 0

- Gia tốc của xe là:

2

2

/ 5 , 0

v

- Độ lớn của lực ma sát:

Fms = μ.m.g = 0,04.1500.10=600N

- Độ lớn của lực kéo là:

Fk = Fms + ma = 1350N Công của các lực:

- AP = AN = 0 (vì cos 900 =0)

- A Fk = F sk cos  =1350.100.cos0o =135.103J

- Afms = Fms s.cos1800 =600.100.cos1800 = - 60.103J

Bài 4: Một ôtô có khối lượng m = 1,2 tấn chuyển động đều trên mặt đường nằm ngang với vận tốc v = 36km/h Biết công

suất của động cơ ôtô là 8kw Tính lực ma sát của ôtô và mặt đường

Giải

- Các lực tác dụng lên xe:

F

Theo Định luật II Niuton:             F F                  k               F         ms      P ma               

-Chiếu lên ox:

Fk Fms  0(vì chuyển động đều)

- Độ lớn của lực kéo là:

8

N

F

P

ms

F

N

F

P

ms

F

N

P



ms

F

45

F



Ta có:

F v

t

s F t

A

v

P F

F  ms  800

Bài 4 Một máy nâng có công suất P=40KW nâng một vật có khối lượng 2 tấn lên đều ở độ cao 5m Tính thời gian nâng

vật lên và lực nâng tác dụng lên vật

Giải

Bài 5: Dưới tác dụng của một lực không đổi nằm ngang, một xe đang đứng yên sẽ chuyển động thẳng nhanh dần đều đi hết

quãng đường s = 5m đạt vận tốc v = 4m/s Xác định công và công suất trung bình của lực, biết rằng khối lượng xe m = 500kg,

hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường nằm ngang μ =0,01 Lấy g = 10m/s2

Giải

- Các lực tác dụng lên xe là:

F; Fms; N; P

- Theo định luật II Niu tơn:

a m P N F

Trên Ox: F – Fms =

s

v m

2

2

ms

F

F 

s

v m

2

- Công của trọng lực:

A = F.s = (F ms+

s

v m

2

A = 4250J

- Công suất trung bình của xe là:

+ Ta có: v =a.t  t =

a

v

t

A

5 , 2

4250









Bài tập tự giải :

Bài 1.Một máy kéo một vật có khối lượng 100kg chuyển động thẳng đều không ma sát lên độ cao 1m Tính công của máy

đã thực hiện khi

a Kéo vật lên thẳng đứng

b.Kéo vật lên theo mặt phẳng nghiêng dài 5m

Đs:1000J

Bài 2.Một vật có khối lượng 10kg trượt trên đường nằm ngang dưới tác dụng của lực F=20N cùng hướng chuyên động

Hệ số ma sát trên đường là 0,1 Tính công của lực kéo ? Công của lực cản ? Biết vật đi được quãng đường 5m

Đs: 100J;-50J

Bài 3 Một vật chuyển động đều trên mặt phẳng ngang dài 100m với vận tốc 72km/h nhờ lực kéo F=40N có phương hợp

với phương ngang 1 góc 600 TÍnh công và công suất của lực F

9

k

F

P

Theo định luật II Newton:

k

P F   ma

(*) Chiếu (*) lên chiều dương

0

k

F  P  (Vì chuyển động đều a=0)

2000.10 20000

k

.cos 0 20000.5 100000

100000

2,5 40000

(+)

Đs: 2000J; 400W

Bài 4 Tính công và công suất của một người khi kéo một vật có khối lượng 30kg lên cao 2m Vật chuyển động đều hết

2s

ĐS: A1=600J; P1=300W

Bài 5.Một người kéo một chiếc xe có khối lượng 50kg di chuyển trên đường ngang môt đoạn đường 100m Hệ số ma sát

là 0,05 Tính công của lực kéo khi

a.Xe chuyển động đều

b.Xe chuyển động với gia tốc a=1m/s2

ĐS:a A=2500J; b.A=7500J

Bài 6 Một xe có khối lượng 1500kg đang chuyển động với vận tốc 36km/h thì tắt máy Sau 10s xe dừng lại Tính công

và độ lớn của lực ma sát của chuyển động

ĐS:A=-75000J; Fms=-1500N

Bài 7: Kéo đều 1 vật có khối lượng 10 tấn từ mặt đât lên cao theo phương thẳng đứng đến độ cao 8m.Tính công của lực :

a.F ?

b.P ?

ĐS:800000J; -800000J

CHỦ ĐỀ 3: ĐỘNG NĂNG

-Động năng của một vật có khối lượng m đang chuyển đông với vận tôc v là năng lượng mà vật có được do chuyển động và

được xác định theo công thức

W đ =1 2

2 mv

*Tính chất :

+Động năng là một đại lượng vô hướng và luôn dương

+Đơn vị Jun(J)

-Định lý biến thiên động năng :Độ biến thiên động năng của một vật bằng tổng công của ngoại lực tác dụng lên vật

Wd Wd Wd Angl

.

+Nếu A>0  Wd2  Wd1 Động năng tăng

+Nếu A<0 Wd2  Wd1 Động năng giảm

Chú ý :  Fngoailuc là tổng tất cả các lực tác dụng lên vật

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Một ô tô khối lượng 4 tấn đang chạy với vận tốc 36km/h thì người lái thấy có chướng ngại vật ở 10 m và đạp phanh

a.Đường khô lực hãm bằng 22000N Xe dừng cách chướng ngại vật bao nhiêu?

b Đường ướt, lực hãm bằng 8000N Tính động năng và vận tốc của ô tô khi va vào chướng ngại vật

Giải

a.Theo định lý động năng

2

os180 22000.

1

2

d

d

A

10