Vật lý 10 bài 23: Định luật bảo toàn Động lượng, Công thức tính và Bài tập vận dụng

ĐH KD & CN Hà Nội 17/02/2023

0 4 7 minutes read

Bạn đang xem: Vật lý 10 bài 23: Định luật bảo toàn Động lượng, Công thức tính và Bài tập vận dụng tại TRƯỜNG ĐH KD & CN Hà Nội

Vật Lý 10 bài 23: Định luật bảo toàn động lượng, Công thức tính và Bài tập. Qua thực tế bạn thấy, diều và tên lửa đều có thể bay lên không trung, vậy điều gì khiến chúng làm được điều này và nguyên tắc chuyển động của chúng có khác nhau không?

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về Động lượng là gì? Công thức của định luật bảo toàn động lượng được viết như thế nào? Đồng thời làm một số bài tập về Động lượng để hiểu rõ hơn nội dung lý thuyết và trả lời câu hỏi trên.

I. Động lượng

1. Động lượng của lực

– Khi một lực hành động trên một đối tượng trong một khoảng thời gian sau đó tích lũy được định nghĩa là xung lượng của lực Giai đoạn (với giả thiết không đổi trong suốt thời gian tác dụng ).

– Đơn vị xung lượng của lực là giây Newton, ký hiệu Ns;

2. Động lượng

a) Tác dụng của xung lượng của lực

– Giả sử lực lượng tác dụng lên một vật khối lượng m làm cho công của vật thay đổi từ $small overrightarrow{v_{1}}$ đến $small overrightarrow{v_{2}}$ nghĩa là vật có gia tốc:

$small overrightarrow{a}=frac{overrightarrow{v_{2}}-overrightarrow{v_{1}}}{Delta t}$

Theo định luật II Newton, ta có:

Đẹp $small mfrac{overrightarrow{v_{2}}-overrightarrow{v_{1}}}{Delta t}=overrightarrow{F}$

$small Rightarrow moverrightarrow{v_{2}}-moverrightarrow{v_{1}}={Delta t}.overrightarrow{F}$

– Động lượng của vật bằng độ biến thiên tích:

b) Số lượng gọi là động lượng của vật

– Động lượng của một vật khối lượng m chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bởi công thức:

– Động lượng là đại lượng vectơ cùng phương và cùng chiều với vectơ vận tốc.

– Đơn vị của động lượng là: kg.m/s;

c) Hệ thức giữa xung lượng và xung lượng của một lực

– Chúng ta có: $small overrightarrow{p_{2}}-overrightarrow{p_{1}}=overrightarrow{F}.Delta tRightarrow Delta overrightarrow{p}=overrightarrow{F}.Delta t$

– Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nhất định bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. Tuyên bố này được coi là một biểu thức của định luật thứ hai của Newton

– Nghĩa: Một lực tác dụng đủ mạnh trong một khoảng thời gian có thể gây ra sự thay đổi động lượng của một vật.

II. Định luật bảo toàn động lượng

1. Hệ cô lập (hệ kín)

– Hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì ngoại lực cân bằng.

Trong hệ cô lập chỉ có nội lực tương tác giữa các vật.

– Ví dụ: Xét hai quả cầu chuyển động không ma sát trong mặt phẳng nằm ngang. Trong trường hợp này hệ được gọi là hệ cô lập

2. Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập

– Xét hệ hai vật cô lập tuân theo định luật III Newton, ta có: $small overrightarrow{F_{1}}=-overrightarrow{F_{2}}$

– Biến thiên động lượng: $small Delta overrightarrow{p_{1}}=overrightarrow{F_{1}}.Delta t;$ $small Delta overrightarrow{p_{2}}=overrightarrow{F_{2}}.Delta t;$

Từ định luật III Newton ta có: $small Delta overrightarrow{p_{1}}=-Delta overrightarrow{p_{2}}$

$small Rightarrow Delta overrightarrow{p_{1}}+Delta overrightarrow{p_{2}}=overrightarrow{0}$ $small Rightarrow Delta overrightarrow{p}=Delta overrightarrow{p_{1}}+Delta overrightarrow{p_{2}} =overrightarrow{0}$

– Độ biến thiên động lượng của hệ bằng không, tức là động lượng của hệ không đổi, tức là $small overrightarrow{p_{1}}+overrightarrow{p_{2}}$ không thay đổi.

3. Tác động mềm

– Xét một vật có khối lượng m_{Đầu tiên} chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang với vận tốc $small overrightarrow{v_{1}}$ va chạm với một vật khối lượng m₂ đứng yên. Sau va chạm hai vật trở thành một và chuyển động với cùng vận tốc .

Theo định luật bảo toàn động lượng ta có:

$small m_{1}overrightarrow{v_{1}}=(m_{1}+m_{2})overrightarrow{v}$ $small Rightarrow overrightarrow{v}=frac{m_{1}overrightarrow{v_{1}}}{m_{1}+m_{2}}$

⇒ Va chạm mềm là va chạm trong đó hai vật dính vào nhau chuyển động với cùng vận tốc sau va chạm .

4. Chuyển động phản lực

– Một tên lửa khối lượng M chứa một khối khí m. Khi phóng tên lửa, khối khí m được phụt ra từ phía sau với vận tốc thì khối lượng M chuyển động với vận tốc

– Nếu coi tên lửa là hệ cô lập (trong không gian, cách xa các thiên thể) thì động lượng của hệ được bảo toàn:

$small moverrightarrow{v}+Moverrightarrow{V}=overrightarrow{0} Rightarrow overrightarrow{V}=-frac{m}{M}overrightarrow{v}$

– Như vậy, tàu vũ trụ, tên lửa,.. có thể bay trong không gian mà không phụ thuộc vào môi trường bên ngoài là không khí hay chân không.

III. Bài tập về Động lượng, định luật bảo toàn động lượng

* Bài 1 trang 126 SGK Vật Lý 10: Nêu định nghĩa và ý nghĩa của động lượng.

° Lời giải bài 1 trang 126 SGK Vật Lý 10:

◊ Định nghĩa động lượng:

– Động lượng của một vật khối lượng m chuyển động với vận tốc v là đại lượng được xác định bởi công thức:

◊ Ý nghĩa của động lượng:

– Nêu mối liên hệ giữa khối lượng và vận tốc của một vật trong quá trình truyền các tương tác cơ học. Do đó, động lượng đặc trưng cho trạng thái động của vật.

* Bài 2 trang 126 SGK Vật Lý 10: Động lượng của một vật thay đổi khi nào?

° Lời giải bài 2 trang 126 SGK Vật Lý 10:

– Khi một lực tác dụng đủ mạnh lên một vật trong một khoảng thời gian hữu hạn, nó có thể gây ra sự thay đổi động lượng của vật.

* Bài 3 trang 126 SGK Vật Lý 10: Hệ cô lập là gì?

° Lời giải bài 3 trang 126 SGK Vật Lý 10:

– Hệ cô lập là hệ chỉ có các vật trong hệ tương tác với nhau (gọi là nội lực) và các hệ nội lực trực tiếp ngược pha nhau. Trong hệ cô lập không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực cân bằng.

* Bài 4 trang 126 SGK Vật Lý 10: Phát biểu định luật bảo toàn động lượng. Chứng tỏ rằng định luật này tương đương với định luật III Newton.

° Giải bài 4 trang 126 SGK Vật Lý 10:

◊ Phát biểu định luật bảo toàn động lượng:

– Động lượng của hệ cô lập là đại lượng bảo toàn

◊ Biểu thức của định luật bảo toàn động lượng: $small overrightarrow{p_{1}}+overrightarrow{p_{2}}$ không thay đổi

$small Leftrightarrow Delta overrightarrow{p}=Delta overrightarrow{p_{1}} +Delta overrightarrow{p_{2}}=overrightarrow{0}$ $small Leftrightarrow Delta overrightarrow{p_{1}}=-Delta overrightarrow{p_{2}}$

$small Leftrightarrow Delta t.overrightarrow{F_{1}}=-Delta t.overrightarrow{F_{2}} Leftrightarrow overrightarrow{F_{1}}=- overrightarrow{F_{2}}$

– Như vậy, định luật bảo toàn động lượng thực chất suy ra từ định luật Newton, nhưng phạm vi ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng rộng hơn (có tính tổng quát cao hơn) so với định luật Newton.

* Bài 5 trang 126 SGK Vật Lý 10: Động lực là trong

A. N/s BNs CNm DNm/s

° Giải bài 5 trang 126 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn câu trả lời: BN

– Đơn vị của động lượng là: Ns

Chúng ta có:

Lực F có đơn vị: N (Newton)

Khoảng thời gian t có đơn vị là: s (giây).

⇒ Động lượng còn có đơn vị là Ns; (ta có: kg.m/s = Ns)

* Bài 6 trang 126 SGK Vật Lý 10: Một quả bóng bay theo phương ngang với động lượng p đập vuông góc vào bức tường thẳng đứng, bay ngược trở lại theo phương vuông góc với bức tường với cùng độ lớn vận tốc. Độ biến thiên động lượng của quả bóng là:

MỘT. b. C. Đ.

Chọn câu trả lời đúng.

° Giải bài 6 trang 126 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn câu trả lời :D.

– Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của quả cầu, ta có độ biến thiên động lượng của quả cầu là:

$small Delta overrightarrow{p}=overrightarrow{p_{2}}-overrightarrow{p_{1}} =-overrightarrow{p}-overrightarrow{p}=-2overrightarrow{p}$

* Bài 7 trang 127 SGK Vật Lý 10: Một vật nhỏ khối lượng m = 2 kg trượt xuống một mặt dốc thẳng nhẵn tại một thời điểm đã cho với vận tốc 3 m/s, sau 4 s chuyển động với vận tốc 7 m/s, sau 3 s chuyển động. số lượng (kg.m/s) là:

A. 6 B. 10 C. 20 D. 28

° Giải bài 7 trang 127 SGK Vật Lý 10:

◊ Chọn câu trả lời: C. 20

– Đề cho: m = 2kg; v₀ = 3m/s; t_{Đầu tiên} = 4s; v_{Đầu tiên} = 7m/giây. t₂= 7s; p = ?

– Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật thì gia tốc của vật là: $small a=frac{v-v_{0}}{Delta t}=frac{7-3}{4}=1(m/s^{2})$

– Sau 7s kể từ khi vật có vận tốc v_o = 3(m/s), vận tốc của vật là:

v₂ = v₀ + at = 3+1,7 = 10(m/s).

⇒ Động lượng của vật khi đó là: p = mv₂ = 2.10 = 20(kg.m/s);

* Bài 8 trang 127 SGK Vật Lý 10: Ô tô A có khối lượng 1000 kg, vận tốc 60 km/h; Ô tô B có khối lượng 2000 kg và vận tốc 30 km/h. So sánh động lượng của chúng.

° Giải bài 8 trang 127 SGK Vật Lý 10:

– Ta có: 60(km/h) = 60.1000/3600(m/s); 30(km/h) = 30.1000/3600(m/s);

Động lượng của ô tô A là:

$small p_{A}=m_{A}.v_{A}$ $small =1000.frac{60.1000}{3600}=16,66.10^{3}(kg.m/s)$

Động lượng của xe B là:

$small p_{B}=m_{B}.v_{B}$ $small =2000.frac{30.1000}{3600}=16,66.10^{3}(kg.m/s)$

$small Rightarrow frac{p_{A}}{p_{B}}=frac{16,66.10^{3}}{16,66.10^{3}}=1$

Vậy hai xe có cùng động lượng.

* Bài 9 trang 127 SGK Vật Lý 10: Một chiếc máy bay có khối lượng 160000 kg đang bay với vận tốc 870 km/h. Tính động lượng của máy bay.

° Giải bài 9 trang 127 SGK Vật Lý 10:

– Ta có: 870(km/h) = 870.1000/3600(m/s) = 725/3(m/s);

Động lượng của máy bay là:

$small =160000.frac{725}{3}=38,67.10^{6}(kg.m/s)$

Hi vọng bài viết về Định luật bảo toàn động lượng, Công thức tính và Bài tập trên hữu ích cho các bạn. Mọi góp ý, thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận bên dưới bài viết để thầy cô trường ĐH KD & CN Hà Nội ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em đạt kết quả cao trong học tập.

Đăng bởi: ĐH KD & CN Hà Nội

Bản quyền bài viết thuộc về trường ĐH KD & CN Hà Nội. Mọi sao chép đều là gian lận! Nguồn chia sẻ: ĐH KD & CN Hà Nội (hubm.edu.vn) TagsVật Lý 10