Bài giảng Vật lí 10 - Động lượng công – Công suất động năng thế năng cơ năng – Định luật bảo toàn cơ năng

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 10 - Động lượng công – Công suất động năng thế năng cơ năng – Định luật bảo toàn cơ năng

1. VẬT LÍ 10  CHƯƠNG IV – CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG CÔNG – CÔNG SUẤT ĐỘNG NĂNG THẾ NĂNG CƠ NĂNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG GV: VÕ VĂN VƯƠNG ĐT: 093 789 0547 – 0976 679 487
2. ĐỘNG LƯỢNG 1. Xung lượng của lực: Khi một lực F tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian Δt thì tích F.Δt được định nghĩa là xung lượng của lực F trong khoảng thời gian Δt (với giả thiết Fkhông đổi trong khoảng thời gian tác dụng Δt). Đơn vị xung lượng của lực là Niutơn.giây (Kí hiệu N.s). 2. Động lượng của vật: Động lượng của vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc v được xác định bởi công thức: Đơn vị động lượng: kg.m/s. Động lượng là 1 đại lượng véctơ. Động lượng là luôn cùng hướng với véctơ vận tốc v.
3. ĐỘNG LƯỢNG 3. Định luật II Niu-tơn dưới dạng khác: Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian t nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. p = F. t
4. ĐỘNG LƯỢNG 4. Định luật bảo toàn động lượng: a/ Động lượng của một hệ vật bằng tổng vectơ động lượng của các vật. Xét một hệ vật có hai vật thì: Khi = p, p thì p2= p 2 + p 2 + 2 p . p .cos ( 1 2) he 1 2 1 2 Khi p1 p 2 =0 thì p = p 1 + p 2 0 Khi p1 p 2 =180 thì p = p 1 − p 2 0 2 2 Khi p1⊥ p 2 =90 thì p = p 1 + p 2
5. ĐỘNG LƯỢNG 5. Định luật bảo toàn động lượng: b/ Hệ cô lập: Là một hệ gồm hai hay nhiều vật chỉ chịu tác dụng của NỘI LỰC, không chịu tác dụng của ngoại lực. Nếu có ngoại lực thì hợp lực của các ngoại lực ấy BẰNG KHÔNG. c/ Định luật bảo toàn động lượng: Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng bảo toàn. 1. Va chạm đàn hồi. 2. Va chạm mềm. 3. Chuyển động bằng phản lực.
6. BÀI TẬP BT1: Động lượng của hệ: Tìm tổng động lượng (hướng và độ lớn) của hệ hai vật m1 = 1 kg m2 = 2 kg, v1 = 3 m/s và v2 = 2 m/s. Biết hai vật chuyển động theo các hướng: a. ngược nhau. b. vuông góc nhau. c. hợp nhau góc 600. Động lượng của hệ vật có hai vật: p=+ p12 p a. Hai vật chuyển động ngược nhau: 0 Khipp 1 2 =180 thì p = ppmvmv 1 − 2 = 1 1 − 2 2 = 1.3 − 2.2 = 1( kgms . / ) b. Hai vật chuyển động vuông góc nhau: 0 2 2 2 2 Khipp 1⊥ 2 =90 thì p =( mvmv 1 1) +( 2 2 ) =( 1.3) +( 2.2) = 5( kgms . / ) b. Hai vật chuyển động hợp nhau góc 600 : 02 2 0 2 2 0 Khi =60 thì p =( mvmvmvmv1 1) +( 2 2) + 2( 1 1) .( 2 2 ) .cos( 60) =( 1.3) +( 2.2) + + 2( 1.3) .( 2.2) .cos( 60) = 37( kgms . / )
7. BÀI TẬP BT2: Định lý biến thiên động lượng: Một viên đạn có khối lượng 20 g chuyển động với vận tốc 600 m/s đến đập vuông góc với một bức tường. Sau khi xuyên thủng một bức tường vận tốc của viên đạn chỉ còn 200 m/s. Tính: a/ độ biến thiên động lượng của viên đạn trong khảng thời gian đạn xuyên qua tường ∆t = 1/100 giây? b/ lực cản trung bình mà tường tác dụng lên viên đạn trong thời gian đạn xuyên qua tường ∆t = 1/100 giây?
8. BÀI TẬP BT2: Định lý biến thiên động lượng: Chọn chiều dương là chuyển động của viên đạn: a/ Độ biến thiên động lượng của viên đạn trong khảng thời gian đạn xuyên qua tường ∆t = 1/100 giây là: p = p2 − p 1 = mv. 2 −mv . 1 = m .(vv 2 − 1 ) = 0,02( 200−= 600) −8(ksg .m / ) b/ Áp dụng định luật II Niutơn dưới dạng khác: Ta có: p = p21 − p = FC. t (1) Chiếu (1) lên chiều dương ta có: p− p = − F. t 21 c Fc pp− −8 F =21 = = 800(N ) c − t −0,01
9. BÀI TẬP BT3: Định lý biến thiên động lượng:(+2đ/HS(1) và +1đ(2HS) Một viên đạn có khối lượng 10 g đang chuyển động với vận tốc 200 m/s thì đập vào tấm gỗ và xuyên sâu vào tấm gỗ một đoạn l. Biết thời gian chuyển động của viên đạn trong tấm gỗ là 0,0004 s. Lực cản trung bình của tấm gỗ và giá trị của l là bao nhiêu?
10. BÀI TẬP BT4: Định luật bảo toàn động lượng:(VA CHẠM ĐÀN HỒI) Một hòn bi thép có khối lượng 3 kg chuyển động với vận tốc 1 m/s va chạm vào một hòn bi ve có khối lượng 1 kg đang đứng yên. Sau va chạm hai hòn bi chuyển động về phía trước với vận tốc của hòn bi ve gấp 3 lần vận tốc của hòn bi thép. a/ Tính động lượng của hệ hai hòn bi trước và sau va chạm? b/ Tìm vận tốc của mỗi hòn bi sau va chạm?
11. BÀI TẬP BT4: Định luật bảo toàn động lượng:(VA CHẠM ĐÀN HỒI) a/ Chọn chiều dương là chiều chuyển động của hòn bi thép. Xét hệ cô lập: hai hòn bi(thép + ve). Động lượng của hệ trước va chạm: p=+ p12 p Chiếu lên chiều dương: p = p1 + p2 = m1.v1 + m2.v2 = 3(kg.m/s) '' Động lượng của hệ sau va chạm: ps =+ p12 p ’ ’ ’ ’ Chiếu lên chiều dương: ps = p1 + p2 = m1.v1 + m2.v2 ’ ’ ’ ps = 3. v1 + 1.3.v1 = 6. v1 (kg.m/s) b/ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ 2 hòn bi trước và sau khi va chạm ta có: p = ps ’ ’  3 = 6. v1 → v1 = 0,5 (m/s) ’ ’ ’ Vì v2 = 3.v1 nên v2 = 1,5(m/s)
12. BÀI TẬP BT5: Định luật bảo toàn động lượng:(+1) Một hòn bi 1 có khối lượng 50g lăn trên một mặt phẳng nằm ngang với vận tốc 2 m/s. Hòn bi 2 có khối lượng 80g lăn trên cùng một quỹ đạo thẳng với hòn bi 1 nhưng ngược chiều. a/ Tìm vận tốc của hòn bi 2 trước va chạm để sau va chạm 2 hòn bi đứng yên? b/ Muốn sau va chạm hòn bi 2 đứng yên thì hòn bi 1 chạy ngược chiều với vận tốc 2 m/s thì vận tốc ban đầu của hòn bi 2 (v2 ) phải bằng bao nhiêu?
13. BÀI TẬP BT6: Định luật bảo toàn động lượng:(VA CHẠM MỀM) Một người có khối lượng 50 kg đang chạy với vận tốc 3m/s thì nhảy lên một xe có khối lượng 150kg đang chạy trên đường nằm ngang với vận tốc 2m/s. Tìm vận tốc của xe ngay sau khi người nhảy lên trong các trường hợp ban đầu người và xe chuyển động: a. cùng chiều b. ngược chiều.
14. BÀI TẬP BT6: Định luật bảo toàn động lượng:(VA CHẠM MỀM) Chọn chiều dương là chiều chuyển động của người. Xét hệ cô lập: người và xe. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ người và xe ta có: pp0 = s p12 + p = ps a/ Khi người và xe chuyển động cùng chiều. Chiếu lên chiều dương: p1 + p2 = ps  m1.v1 + m2.v2 = (m1 + m2).vs  50.3 + 150.2 = (50 + 150).vs  vs= 2,25 (m/s)
15. BÀI TẬP BT6: Định luật bảo toàn động lượng:(VA CHẠM MỀM) Chọn chiều dương là chiều chuyển động của người. Xét hệ cô lập: người và xe. Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ người và xe ta có: pp0 = s p12 + p = ps b/ Khi người và xe chuyển động ngược chiều. Chiếu lên chiều dương: p1 - p2 = ps  m1.v1 - m2.v2 = (m1 + m2).vs  50.3 - 150.2 = (50 + 150).vs  vs= - 0,75 (m/s) Vậy hệ sau va chạm chuyển động ngược chiều dương
16. BÀI TẬP BT7: Định luật bảo toàn động lượng:(+1) Hai xe lăn nhỏ có khối lượng m1 = 300 g và m2 = 2 kg chuyển động trên mặt phẳng ngang ngược chiều nhau với các vận tốc tương ứng v1 = 2 m/s, v2 = 0,8 m/s. Sau khi va chạm, hai xe dính vào nhau và chuyển động cùng một vận tốc. Độ lớn và chiều của vận tốc sau va chạm là bao nhiêu?
17. BÀI TẬP BT8: CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHẢN LỰC Một tên lửa hai tầng có khối lượng tổng cộng 500kg đang chuyển động với vận tốc 200m/s theo phương thẳng đứng lên trên thì khởi động buồng đốt cháy thứ hai. Một lượng nhiên liệu khối lượng 50kg bị đốt cháy và phụt ra tức thời ra phía sau với vận tốc 700m/s. a/ Tính vận tốc của tên lửa ngay sau khi nhiên liệu phụt ra? b/ Sau đó phần vỏ chứa nhiên liệu có khối lượng 100kg tách ra khỏi tên lửa và vẫn chuyển động theo hướng cũ nhưng vận tốc giảm còn 1/3 so với tên lửa sau khi phụt 50kg nhiên liệu. Tính vận tốc phần tên lửa còn lại?
18. BÀI TẬP BT8: CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHẢN LỰC Một tên lửa hai tầng có khối lượng tổng cộng 500kg đang chuyển động với vận tốc 200m/s theo phương thẳng đứng lên trên thì khởi động buồng đốt cháy thứ hai. Một lượng nhiên liệu khối lượng 50kg bị đốt cháy và phụt ra tức thời ra phía sau với vận tốc 700m/s. a/ Tính vận tốc của tên lửa ngay sau khi nhiên liệu phụt ra? b/ Sau đó phần vỏ chứa nhiên liệu có khối lượng 100kg tách ra khỏi tên lửa và vẫn chuyển động theo hướng cũ nhưng vận tốc giảm còn 1/3 so với tên lửa sau khi phụt 50kg nhiên liệu. Tính vận tốc phần tên lửa còn lại?
19. BÀI TẬP BT8: CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHẢN LỰC Chọn chiều dương là chiều chuyển động của tên lửa Xét hệ cô lập: tên lửa(1) và nhiên liệu(2). a/ Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ: pp0 = s p0 = p 1 + p 2 Chiếu lên chiều dương: p0 = p1 - p2  M.V = m1.v1 – m2.v2  500.200 = 450.v1 – 50.700  v1 = 300 (m/s) b/ Sau đó phần vỏ chứa nhiên liệu có khối lượng 100kg tách ra khỏi tên lửa và vẫn chuyển động theo hướng cũ nhưng vận tốc giảm còn 1/3 so với tên lửa sau khi phụt 50kg nhiên liệu. Tính vận tốc phần tên lửa còn lại?
20. BÀI TẬP BT8: CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHẢN LỰC Chọn chiều dương là chiều chuyển động của tên lửa b/ Xét hệ cô lập(*): phần tên lửa còn lại(3) và vỏ chứa nhiên liệu(4) Ta có: m4 = 100kg; m3 = 350kg; v4 = v1/3 =100(m/s) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ(*): pp1 = b p1 = p 3 + p 4 Chiếu lên chiều dương: p1 = p3 + p4  m1.v1 = m3.v3 + m4.v4  450.300 = 350.v3 + 100.100  v3 = 357,1 (m/s)
21. BÀI TẬP BT9: CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHẢN LỰC(+1) Một tên lửa khối lượng vỏ 200 tấn và khối lượng nhiên liệu là 100 tấn đang đứng yên thì bay thẳng đứng lên nhờ nhiên liệu cháy phụt ra tức thời ra phía sau với vận tốc 400m/s. Bỏ qua ma sát và lực cản của không khí. a/ Tính vận tốc của tên lửa sau khi phụt hết nhiên liệu? b/ Tính độ cao tối đa có thể mà tên lửa có thể đạt được?
22. BÀI TẬP BT10: Định luật bảo toàn động lượng:(ĐẠN NỔ) Một viên đạn đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh thứ nhất bay đi với vận tốc có độ lớn 500m/s theo phương hợp với phương thẳng đứng góc 600. Tìm vận tốc mảnh còn lại trong các trường hợp vận tốc mảnh thứ nhất. a) hướng lên trên.
23. BÀI TẬP BT10: Định luật bảo toàn động lượng:(ĐẠN NỔ) Một viên đạn đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh thứ nhất bay đi với vận tốc có độ lớn 500m/s theo phương hợp với phương thẳng đứng góc 600. Tìm vận tốc mảnh còn lại trong các trường hợp vận tốc mảnh thứ nhất. a) hướng lên trên. b) hướng xuống dưới.
24. BÀI TẬP BT10: a/ Khi mảnh thứ nhất hướng lên trên Chọn chiều dương:chiều chuyển động của viên đạn Xét hệ cô lập là viên đạn(trước và sau khi đạn nổ) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ cô p0 lập ta có: pp0 = s p0 = p 1 + p 2 p2 Áp dụng định lý hàm cosin trong tam giác ta có: p1 0 2 2 2 0 60 p2 = p 1 + p 0 − 2 p 1 . p 0 .cos( 60 ) p00== m. v 250 m( kg . m / s) m p1= m 1. v 1 = .500 = 250 m( kg . m / s) 2 m p== m. v . v( kg . m / s)( 1) 2 2 22 2 202 2 2 p22 =(250 m) +( 250 m) − 2( 250 m) .( 250 m) .cos( 60) =( 250 m) p = 250 m( 2) Từ (1) và (2): →v2 =500(m/s)
25. BÀI TẬP BT10: b/ Khi mảnh thứ nhất hướng xuống Chọn chiều dương:chiều chuyển động của viên đạn p Xét hệ cô lập là viên đạn(trước và sau khi đạn nổ) 2 Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ cô p lập ta có: 0 pp0 = s p0 = p 1 + p 2 Áp dụng định lý hàm cosin trong tam giác ta có: 2 2 2 0 p2 = p 1 + p 0 − 2 p 1 . p 0 .cos( 120 ) p00== m. v 250 m( kg . m / s) p m 600 1 p1= m 1. v 1 = .500 = 250 m( kg . m / s) 2 m p== m. v . v( kg . m / s)( 1) 2 2 22 2 202 2 2 p22 =(250 m) +( 250 m) − 2( 250 m) .( 250 m) .cos( 120) = 3.( 250 m) p = 250 m 3( 3) Từ (1) và (3): =v2 500 3( m / s)
26. BÀI TẬP BT11: Định luật bảo toàn động lượng:(+1) Viên đạn có khối lượng 0,8kg đang bay ngang với vận tốc 12,5m/s ở độ cao 20m thì vỡ thành hai mảnh. Mảnh I có khối lượng 0,5kg ngay sau khi nổ bay thẳng đứng xuống dưới và khi sắp chạm đất đạt vận tốc 40m/s. Tìm vận tốc chuyển động của mảnh II ngay sau khi vỡ. Bỏ qua sức cản của không khí.