Chuyên đề các định luật bảo toàn vật lý lớp 10 là chuyên đề rất khó và trừu tượng thuộc chương 4 vật lý lớp 10. Tài liệu dưới đây sẽ giúp các em hiểu rõ hơn về các định luật bảo toàn cũng như một số dạng bài tập đặc trưng nhất của chuyên đề. Các em có thể tải tài liệu và in ra để tiện làm bài tập nhé. Chúc các em học tốt!
TẢI XUỐNG PDF ↓
Chuyên đề các định luật bảo toàn vật lý lớp 10
Chủ đề 1: động lượng. Định luật bảo toàn động lượng
Các dạng bài tập và phương pháp giải dưới đây:
Dạng 1: Tính động lượng của một vật, ,một hệ 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
– Đơn vị động lượng: kg.m/s hay kgms^-1.
– Động lượng hệ vật: P = P1 + P2
Dạng 2: Bài tập về định luật bảo toàn động lượng
Bước 1: Chọn hệ vật cô lập khảo sát.
Bước 2: Viết biểu thức động lượng của hệ trước và sau hiện tượng.
Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ: Pt = Ps [1]
Bước 4: Chuyển phương trình [1] thành dạng vô hướng [ bỏ véctơ] 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: m1v1 + m2v2 = m1v1′ + m2v2′. 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.
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: Ps = Pt 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.
Bài tập vận dụng
Bài 1: Hai vật có khối lượng m1 = 1 kg, m2 = 3 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] v1 và v2 cùng hướng
b] v1 và v2 cùng phương, ngược chiều
c] v1 và v2 vuông góc nhau.
Bài 2: 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 500m/s. hỏi mảnh thứ hai bay theo phương nào với vận tốc bao nhiêu?
Bài 3: 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.
Bài 4: 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.
Bài 5: Một người khối lượng m1 = 50kg đang chạy với vận tốc v1 = 4m/s thì nhảy lên một chiếc xe khối lượng m2 = 80kg chạy song song ngang với người này với vận tốc v2 = 3m/s. sau !đó, xe và người vẫn tiếp tục chuyển động theo phương cũ. Tính vận tốc xe sau khi người này nhảy lên nếu ban đầu xe và người chuyển động: a/ Cùng chiều.
b/ Ngược chiều.
Bài tập động lượng, bảo toàn động lượng. Các dạng bài tập động lượng, bảo toàn động lượng. Phương pháp giải bài tập động lượng, bảo toàn động lượng chương trình vật lý lớp 10 cơ bản, nâng cao.Mục lục chuyên đề động lượng, bảo toàn động lượng
- Bài giảng chuyên đề động lượng
- Lý thuyết về va chạm mềm, va chạm đàn hồi
- Bài tập động lượng bảo toàn động lượng
- Bài tập va chạm mềm, va chạm đàn hồi, đạn nổ
Bài tập 1: Hai vật chuyển động trên mặt phảng ngang, xác định động lượng của hệ vật trong các trường hợp sau biết khối lượng và vận tốc của các vật lần lượt là 400g và 200g; 6m/s và 12m/s
a] Hai vật chuyển động song song, cùng chiều.
b] Hai vật chuyển động song song, ngược chiều.
c] Hai vật chuyển động hợp nhau một góc vuông.
d] Véc tơ vận tốc của hai vật hợp nhau một góc 120o.
Hướng dẫn
Chọn chiều dương là chiều của \[\vec{v_1}\]
a/ p=m1v1 + m2v2=4,8 kg.m/s
b/ p=m1v1 - m2v2=0
c/ p=\[\sqrt{[m_{1}v_{1}]^{2}+[m_{2}v_{2}]^{2}}\]=3,4 kg.m/s
d/ p=\[\sqrt{p_{1}^{2}+p_{2}^{2}+2p_{1}p_{2}cos120}\]=2,4 kg.m/s
a] Động lượng của quả bóng trước khi đập vào tường.
b] Độ biến thiên động lượng của quả bóng.
c] Lực trung bình do tường tác dụng vào quả bóng, biết thời gian bóng đập vào tường là 0,05s.
Hướng dẫn
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của quả bóng sau khi đập vào tường
a/ Trước khi đập vào tường: p = -mv = -0,5.20 = -10kg.m/s
Sau khi đập vào tường: p'= mv = 10kg.m/s
b/ Độ biến thiên động lượng Δp= p' - p=20kg.m/s
c/ Δp=F$_{tb}$.Δt => F$_{tb}$=400N
Hướng dẫn
Δp=m[v2 - v1]=0,01[500 - 1000]=-5[kg.m/s]
F$_{tb}$=Δp/Δt=-500 [N]
Hướng dẫn
Phân tích bài toán
m1=0,5kg; m2=0,3kg; v1=4m/s; v2=0
đây là bài toán va chạm mềm
Giải
m1v1=[m1+m2]V => V=\[\dfrac{m_{1}}{m_{1}+m_{2}}v_{1}\]=2,5m/s
Hướng dẫn
Phân tích bài toán
m1 + m2=1,5kg
v1=6m/s; v2=2m/s; v'1=v'2=4m/s
Giải
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật m1
m1v1 + m2v2=m1v'1 + m2v'2
=> 6m1 + m$_{2 }$[-2]=m1 [-4] + 4m2=> 10m1=6m2 [1]
m1 + m2=1,5kg [2]
từ [1] và [2] => m1=0,9375kg => m2=0,5625kg
a/ trước va chạm hai vật chuyển động cùng chiều
b/ trước va chạm hai vật chuyển động ngược chiều.
Hướng dẫn
Phân tích bài toán
m1=0,2kg; m2=0,05kg; v1=6m/s; v2=4m/s; v'1=3m/s
Giải
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật m1 trước va chạm, áp dụng định luật bảo toàn động lượng
a/ m1v1 + m2v2=m1v'1 + m2v'2
=> 0,2.6 + 0,05.4=0,2.3 + 0,05.v'2 => v'2= 16m/s
b/ m1v1 + m2v2=m1v'1 + m2v'2
=> 0,2.6 + 0,05.[-4]=0,2.3 + 0,05.v'2 => v'2 = 8m/s
a] Khối khí được phụt ra phía sau.
b] Khối khí được phụt ra phía trước.
Hướng dẫn
Khối lượng của tên lửa M = 8.103kg
khối lượng của khí m = 2.103kg
vận tốc của tên lửa ban đầu Vo = 200m/s
sau khi khí phụt ra
vận tốc của tên lửa so với Trái Đất: V
vận tốc của khí so với Trái Đất \[\vec{v}\] = \[\vec{v_o}\] + \[\vec{V}\]
Bảo toàn động lượng
[M+m]\[\vec{V_o}\] = M\[\vec{V}\] + m [\[\vec{v_o}\] + \[\vec{V}\]]
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của tên lửa
a/ [8.103 + 2.103].200 = 8.103V + 2.103[-500 + V] => V = 300m/s
b/ [8.103 + 2.103].200 = 8.103V + 2.103[500 + V] => V = 100m/s
Bài tập 8: Một người 60kg đang đứng trên xe khối lượng 140kg chuyển động với vận tốc 3m/s theo phương ngang thì nhảy xuống đất với vận tốc 2m/s so với xe. Tính vận tốc của xe sau khi người nhảy xuống nếu:
a] Người nhảy cùng hướng với hướng chuyển động của xe.
b] Người nhảy ngược hướng với hướng chuyển động của xe.
Hướng dẫn
Gọi v$_{1 }$= 3m/s là vận tốc của xe so với đất
vo = 2m/s là vận tốc của người so với xe
công thức cộng vận tốc: \[\vec{v'_2}\] = \[\vec{v'_1}\] + \[\vec{v_o}\]
Bảo toàn động lượng
[m + M] \[\vec{v_1}\] = m\[\vec{v'_2}\] + M\[\vec{v'_1}\]
[m + M] \[\vec{v_1}\] = m[\[\vec{v'_1}\] + \[\vec{v_o}\]] + M\[\vec{v'_1}\]
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe
a/ người nhảy cùng hướng xe chạy
[m+M]v1 = m[v'1 + vo] + Mv'1 => v'1 = 2,4m/s
b/ người nhảy ngược hướng xe chạy
[m+M]v1 = m[v'1 - vo] + Mv'1 => v'1 = 3,6m/s
a] Đạn được bắn theo phương ngang.
b] Đạn được bắn theo phương hợp với phương ngang một góc bằng 60o.
Hướng dẫn
Phân tích bài toán
M=1500kg; m=5kg; v=600m/s
Giải
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của viên đạn sau khi bắn
a/ -M.V + m.v=0=> V= 2 m/s
b/ -M.V + m.v.cos60=0 => V=1[m/s]
a/ Viên bi bật lên với vận tốc cũ
b/ Viên bi dính chặt với mặt phẳng ngang
c/ Trong câu a thời gian va chạm là 0,1s. Tính lực tương tác trung bình giữa bi và mặt phẳng ngang.
Hướng dẫn
Chọn chiều dương là chiều hướng lên => Δp = p2 – p1 = mv2 - [-mv1] = m[v2 + v1]
a/ v2 = v1 = \[\sqrt{2gh}\] = 10m/s => Δp = 2kg.m/s
b/ v2 = 0 => Δp = 1kg.m/s
c/ F = Δp/t = 20N
a/ 1/4 chu kỳ
b/ 1/2 chu kỳ
c/ cả chu kỳ
Hướng dẫn
po = p1 = p2 = p3 = mv
a/ \[\Delta \vec{p}=\vec{p_{1}}-\vec{p_{o}}\]
=> Δp = \[\sqrt{p_{1}^{2}+p_{2}^{2}}\] = p√2 = 10√2[kg.m.s]
b/ \[\Delta \vec{p}=\vec{p_{2}}-\vec{p_{o}}\] => Δp = 2p = 20kg.m/s
c/ \[\Delta \vec{p}=\vec{p_{3}}-\vec{p_{o}}\] => Δp = 0
Bài tập 12. Súng liên thanh được tì lên vai và bắn với tốc độ 600 viên đàn trong 1 phút. Mỗi viên đàn có khối lượng 20g và vận tốc rời nòng súng là 800m/s. Tính lực trung bình do súng nén lên vai người bắn.
Hướng dẫn
F = Δp/t = 600mv/60 = 160N
Hướng dẫn
F = Δp/t = 20N
F – F$_{ms}$ = ma => a = 0,15m/s2 => v = at = 2,25m/s
Hướng dẫn
Chọn hệ khảo sát: súng + đạn trước khi bắn động lượng hệ = 0
m; v lần lượt là khối lượng đạn, vận tốc viên đạn
M; V lần lượt là khối lượng súng, vận tốc súng
=> mv + M.V => V = -mv/M = - 2m/s
dấu "-" mang ý nghĩ súng chuyển động ngược chiều với đạn, về độ lớn V = 2m/s
coi chuyển động của súng là chuyển động chậm dần đều với vận tốc vo = V = 2m/s
=> F = ma = m[vo2/2s] = 500N
Hướng dẫn
động lượng của hệ ban đầu bằng 0 => về độ lớn m1v1 = m2v2
-F$_{ms1}$ = m1a1 => a1 = -µg
-F$_{ms2}$ = m2a2 = > a2 = -µg = a1
=> s1 = -v12/[2a1]; s2 = -v22/[2a2]
=> s1/s2 = [v1/v2]2 = [m2/m1]2 => s2 = 1,6m
a/ hòn đá bay ngang, ngược chiều xe với vận tốc v2 = 12m/s
b/ Hòn đá rơi thẳng.
Hướng dẫn
a/ áp dụng định luật bảo toàn động lượng của hệ theo phương ngang
m1v1 + m2v2 = [m1 + m2]v
v1 = 8m/s; v2 = -12m/s => v = 7,5m/s
b/ áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ theo phương ngang
m1v1 = [m1 + m2]v => v = 7,8m/s
a/ Tính vận tốc của thuyền đối với dòng nước
b/ Trong khi chuyển động, thuyền đi được một quãng đường là bao nhiêu.
c/ Khi nguời dừng lại, thuuyền còn chuyển động không.
Hướng dẫn
gọi v1 vận tốc của người đối với thuyền
v2 vận tốc của thuyền đối với nước
v3 vận tốc của người đối với nước
=> \[\vec{v_3}\] = \[\vec{v_1}\] + \[\vec{v_2}\]
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của người => v1 > 0
áp dụng định luật bảo toàn động lược xét trong hệ qui chiếu gắn với mặt nước
=> m1\[\vec{v_3}\] + m2\[\vec{v_2}\] = 0
=>m1[\[\vec{v_1}\] + \[\vec{v_2}\]] + m2\[\vec{v_2}\] = 0
=> m1[v1 + v2] + m2v2 = 0 => v2 = m1v1/[m1 + m2] = -0,1m/s thuyền chuyển động ngược chiều chuyển động của người với vận tốc 0,1m/s
b/Thời gian chuyển động của người trên thuyền t = s1/v1 = 6s
Quãng đường thuyền đi được s2 = v2t = 0,6m
c/ khi người dừng lại v1 = 0 => v2 = m1v1/[m1 + m2] = 0 => thuyền dừng lại.
Hướng dẫn
vo: vận tốc của người đói với khí cầu
v1: vận tốc của khí cầu đối với đất.
v2: vận tốc của người đối với đất.
công thức cộng vận tốc => \[\vec{v_{2}}\] = \[\vec{v_{o}}\]+\[\vec{v_{1}}\]
Trong hệ qui chiếu gắn với đất áp dụng định luật bảo toàn động lượng
m\[\vec{v_{2}}\] + M\[\vec{v_{1}}\] = 0
m[\[\vec{v_{o}}\]+\[\vec{v_{1}}\]] + M\[\vec{v_{1}}\] = 0
Chọn chiều dương thẳng đứng hướng lên => vo > 0
=> m[vo + v1] + Mv1 = 0 => v1 = - mvo/[m+M] < 0
=> khi cầu đi xuống.
Hướng dẫn
p1 = m1v1 = 300kg.m/s
p2 = m2v2 = 300kg.m/s
p1 = p2 = > p = p1√2 = 300√2 [kg.m/s]
=> α = 45o
v = p/[m1 + m2] = 1,7m/s
Bài tập 20. Thuyền dài L = 4m, khối lượng 160kg, đậu trên mặt nước. Hai người khối lượng m1 = 50kg, m2 = 40kg đứng ở hai đầu thuyền. Hỏi khi họ đổi chỗ cho nhau thì thuyền dịch chuyển một đoạn bằng bao nhiêu. Coi chuyển động của hai người là như nhau.
Hướng dẫn
Gọi vo là vận tốc của mỗi người đối với thuyền.
v là vận tốc của thuyền đối với bờ.
v1; v2 lần lượt là vận tốc của hai người đối với bờ.
chọn chiều dương là chiều chuyển động của người thứ nhất.
v1 = vo + v;
v2 = -vo + v
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang
m1v1 + m2v2 + Mv = 0 => v = -vo/25 < 0 => thuyền chuyển động ngược chiều với người thứ nhất.
gọi t là khoảng thời gian chuyển động của mỗi người
s là quãng đường thuyền đã đi được => t = s/v = L/vo => v = s.vo/L = vo/25 => s = 0,16m
Hướng dẫn
Bài tập 22. Hai thuyền, mỗi thuyền khối lượng M chứa một kiện hàng khối lượng m, chuyển động song song ngược chiều với cùng vận tốc v. Khi hai thuyền ngang nhau, người ta đổi kiện hàng cho nhau theo một trong hai cách
a/ Hai kiện hàng được chuyển theo thứ tự trước sau.
b/ Hai kiện hàng được chuyển đồng thời.
Hỏi với cách nào thì vận tốc cuối của hai thuyền lớn hơn.
Hướng dẫn
Bài tập 23. thuyền chiều dài l, khối lượng m1 đứng yên trên mặt nước. Người khối lượng m2 đứng ở đầu thuyền nhảy lên với vận tốc vo xiên góc α đối với mặt nước và rơi vào giữa thuyền. Tính vo
Hướng dẫn
Bài tập 24. thuyền chiều dài khối lượng m1 chuyển động với vo, người ta ném một vật khối lượng m2 tới phía trước với vận tốc v2, nghiêng góc α đối với xuồng. Tính vận tốc xuồng sau khi ném và khoảng cách từ xuồng đến chỗ vật rơi. Bỏ qua sức cản của nước và coi nước là đứng yên.
Hướng dẫn
Bài tập 25. Hai lăng trụ đồng chất A, B có khối lượng m1; m2 như hình ve. Khi B trượt từ đỉnh đến chân lăng trụ A thì A dời chỗ một khoảng bao nhiêu? Biết a, b và bỏ qua ma sát.
Bài tập 26. Tên lửa phóng lên thẳng đứng từ mặt đất. Vận tốc khí phụt ra đối với tên lửa là 1000m/s. Tại thời điểm phóng, tên lửa có khối lượng M = 6tấn. Tìm khối lượng khí phụt ra trong 1 giây để:
a/ tên lửa đi lên rất chậm
b/ tên lửa đi lên nhanh dần đều với gia tốc a = 2g.
Cho g = 10m/s2, bỏ qua lực cản của không khí, có kể đến tác dụng của trọng lực.
Hướng dẫn
Video bài giảng bảo toàn động lượng, bài toán va chạm, đạn nổ
Xem thêm:
Tổng hợp lý thuyết, bài tập vật lý lớp 10 chương các định luật bảo toàn.
nguồn vật lý phổ thông trực tuyến