Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng lớp 10

Tài liệu Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng Vật Lí lớp 10 gồm các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao với phương pháp giải chi tiết và bài tập tự luyện đa dạng giúp Giáo viên có thêm tài liệu giảng dạy Vật Lí 10.

Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng lớp 10

Xem thử

Chỉ từ 450k mua trọn bộ Chuyên đề dạy thêm Vật Lí 10 (cả 3 sách) bản word có lời giải chi tiết:

• B1: gửi phí vào tk: 0711000255837 - NGUYEN THANH TUYEN - Ngân hàng Vietcombank (QR)
• B2: Nhắn tin tới Zalo VietJack Official - nhấn vào đây để thông báo và nhận giáo án

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Động lượng

- Động lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của vật này lên vật khác thông qua tương tác giữa chúng.

- Động lượng của một vật khối lượng $m$ đang chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{v}$ là đại lượng được xác định công thức $\overrightarrow{p}=m.\overrightarrow{v}$.

- Đặc điểm của vectơ động lượng $\overrightarrow{p}$ + Điểm đặt: tại tâm vật. + Hướng: cùng hướng với vectơ vận tốc $\overrightarrow{v}$. + Độ lớn: p = m.v (Đơn vị: kg.m/s hoặc N.s).

2. Xung lượng của lực

- Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.

Biểu thức: $\text{Δ}\overrightarrow{p}=\overrightarrow{F}.\text{Δt}$.

- Dạng tổng quát của định luật II Newton: $\overrightarrow{F}=\frac{\text{Δ}\overrightarrow{p}}{\text{Δt}}$

Diễn đạt khác của định luật II Newton: Lực tổng hợp tác dụng lên vật bằng tốc độ thay đổi động lượng của vật.

3. Hệ kín (Hệ cô lập)

- Một hệ nhiều vật được gọi là hệ kín khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các lực ấy cân bằng nhau. Hệ chỉ có nội lực (các lực tác dụng giữa các vật trong hệ) tương tác giữa các vật. Các nội lực này theo định luật III Newton trực đối nhau từng đôi một.

- Trong quá trình tương tác, các nội lực xuất hiện lớn hơn các ngoại lực rất nhiều thì có thể bỏ qua các ngoại lực và coi là hệ kín.

4. Định luật bảo toàn động lượng

- Phát biểu: Động lượng toàn phần của một hệ kín là một đại lượng bảo toàn.

- Biểu thức:

- Ứng dụng của định luật bảo toàn động lượng: giải bài toán va chạm, làm cơ sở cho nguyên tắc chuyển động bằng phản lực...

B. BÀI TẬP KHỞI ĐỘNG

Câu 1.Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Động lượng là đại lượng vectơ.

B. Động lượng của một vật không đổi khi vật chuyển động thẳng đều.

C. Động lượng là đại lượng vô hướng.

D. Động lượng của một vật tỉ lệ thuận với vận tốc.

Câu 2.Đơn vị nào sau đây không phải là đơn vị của động lượng?

A. $kg.m/s$.

B. ${\text{kg.m}}^2\text{/s}$

C. $N.s$.

D. $J.s/m$.

Câu 3.Động lượng của một vật khối lượng đang chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bởi công thức

A. $\overrightarrow{p}=m.\overrightarrow{v}$

B. $p=m.v$

C. $\overrightarrow{p}=m.a$

D. $p=m.a$

Câu 4.Hình vẽ nào sau đây thể hiện đúng mối quan hệ giữa vectơ động lượng và vectơ vận tốc của một chất điểm?

A. Hình (I).

B. Hình (II).

C. Hình (III).

D. Hình (IV).

Câu 5.Một hệ vật được gọi là hệ kín (hệ cô lập) nếu

A. Các vật trong hệ chỉ tương tác với nhau mà không tương tác với các vật khác ngoài hệ.

B. Các vật trong hệ tương tác với nhau và tương tác với các vật khác ngoài hệ.

C. Tổng các ngoại lực tác dụng lên vật trong hệ có độ lớn không đổi.

D. Hệ không chịu tác dụng của lực ma sát.

Câu 6.Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó

A. Tỉ lệ thuận với xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.

B. Bằng xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.

C. Luôn nhỏ hơn xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.

D. Luôn là một hằng số.

Câu 7.Trường hợp nào sau đây là hệ kín (hệ cô lập)?

A. Hai viên bi chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang.

B. Hai viên bi chuyển động trên mặt phẳng nghiêng.

C. Hai viên bi rơi thẳng đứng trong không khí.

D. Hai viên bi chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang.

Câu 8.Định luật bảo toàn động lượng chỉ đúng trong trường hợp

A. Hệ kín.

B. Hệ có ma sát.

C. Hệ không ma sát.

D. Hệ kín có ma sát.

Câu 9.Định luật bảo toàn động lượng tương đương với

A. Định luật I Newton.

B. Định luật II Newton.

C. Định luật III Newton.

D. Định luật I và định luật III Newton.

Câu 10.Động lượng của một hệ kín là một đại lượng

A. Không xác định.

B. Bảo toàn.

C. Không bảo toàn.

D. Biến đổi.

BẢNG ĐÁP ÁN

C. CÁC DẠNG BÀI TẬP

DẠNG 1: ĐỘNG LƯỢNG CỦA MỘT VẬT

Phương pháp giải

- Bước 1: Xác định vận tốc (hướng và độ lớn) của vật dựa vào kiến thức động học chất điểm.

- Bước 2: Xác định động lượng của vật theo công thức: $\overrightarrow{p}=m.\overrightarrow{v}$

+ Độ lớn: $p=m.a$

+ Hướng: cùng hướng với vectơ $\overrightarrow{v}$.

Ví dụ 1 Một hòn đá có khối lượng $5kg$, bay với tốc độ $72\text{km}/\text{h}$. Động lượng của hòn đá có độ lớn là

A. $\text{p}=360\text{kg.m/s}$

B. $p=360N.s$

C. $\text{p}=100\text{kg.m/s}$

D. $\text{p}=100\text{N.m/s}$

Lời giải: Chọn C.

Ta có:

$\text{m}=5\text{kg};\text{v}=72\text{km/h}=\frac{72}{3,6}=20\text{m/s}$

Động lượng của hòn đá là:

$\text{p}=\text{m.v}=5.20=100\text{kg.m/s}$

NOTE
Trong công thức tính độ lớn của động lượng thì đơn vị của các đại lượng tương ứng là: $\text{p[kg.m/s]}=\text{m[kg].v[m/s]}.$

Ví dụ 2 Thả rơi tự do một vật có khối lượng $500g$ từ độ cao $80m$ so với mặt đất. Lấy $\text{g}=10\text{m}/{\text{s}}^2$. Động lượng của vật ngay trước khi chạm đất có

A. Độ lớn $20\text{kg}.\text{m/s}$; phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

B. Độ lớn $20\text{kg.m/s}$; phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.

C. Độ lớn $20000\text{kg.m/s}$; phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

D. Độ lớn $20000\text{kg}.\text{m/s}$; phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.

Phân tích:

Để áp dụng được động lượng của vật cần xác định tốc độ của vật trước khi chạm đất từ công thức rơi tự do $\text{v}=\sqrt{2\text{gh}}$.

Lời giải: Chọn A.

Tốc độ của vật ngay trước khi chạm đất là:

$\text{v}=\sqrt{2\text{gh}}=\sqrt{\mathrm{2.10.80}}=40\text{m}/\text{s.}$

Độ lớn động lượng của vật ngay trước khi chạm đất là:

$\text{p}=\text{mv}=0,5.40=20\text{kg.m/s}$

Do $\overrightarrow{p}\uparrow \uparrow \overrightarrow{v}$ nên $\overrightarrow{p}$ có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

Ví dụ 3 Hai xe 1 và 2 chuyển động đều trên cùng một đường thẳng, ngược chiều. Biết khối lượng và tốc độ tương ứng của hai xe là $4000\text{kg};10\text{m/s}$ và 5 tấn; $54\text{km/h}$. Chọn hệ thức đúng về mối quan hệ giữa động lượng của hai xe.

A. ${\overrightarrow{p}}_2=\frac{15}{8}{\overrightarrow{p}}_1$

B. ${\overrightarrow{p}}_1=\frac{15}{8}{\overrightarrow{p}}_2$

C. ${\overrightarrow{p}}_2=-\frac{15}{8}{\overrightarrow{p}}_1$

D. ${\overrightarrow{p}}_1=-\frac{15}{8}{\overrightarrow{p}}_2$

Phân tích:

Động lượng là đại lượng vectơ, nên khi so sánh cần chú ý cả hướng và độ lớn.

Lời giải: Chọn C.

- Độ lớn động lượng của xe 1:

${\text{p}}_1={\text{m}}_1{\text{.v}}_1=4000.10=40000\text{kg.m/s}$

- Độ lớn động lượng của xe 2:

${\text{p}}_2={\text{m}}_2{\text{.v}}_2=5000.\frac{54}{3,6}=75000\text{kg.m/s}$

Tỉ số độ lớn động lượng của hai xe là: $\frac{{\text{p}}_1}{{\text{p}}_2}=\frac{40000}{75000}=\frac{8}{15}$

Do hai xe chuyển động trên cùng một đường thẳng nhưng ngược chiều ${\overrightarrow{p}}_2=-\frac{15}{8}{\overrightarrow{p}}_1$

Ví dụ 4 Trên hình vẽ bên là đồ thị tọa độ - thời gian mô tả chuyển động của một vật có khối lượng $2kg$. Độ lớn động lượng của vật tại thời điểm $\text{t}=5\text{s}$ là:

A. $6\text{kg.m/s}$

B. $10\text{kg.m/s}$

C. $25\text{kg.m/s}$

D. $3\text{kg.m/s}$

Phân tích:

Đồ thị tọa độ - thời gian của vật cho thấy chuyển động của vật là chuyển động thẳng đều.

Ta có thể xác định tốc độ của vật từ công thức: $\text{v}=\frac{\text{Δx}}{\text{Δt}}$

Lời giải: Chọn A.

Thời điểm $t=0$ đến thời điểm $t=5s$, vật chuyển động thẳng đều với tốc độ là:

$\text{v}=\frac{\text{Δx}}{\text{Δt}}=\frac{25-10}{5}=3\text{m}/\text{s}$

Động lượng của vật tại thời điểm $t=5s$ có độ lớn là: $\text{p}=\text{mv}=2.3=6\text{kg.m/s}$

DẠNG 2: ĐỘNG LƯỢNG CỦA HỆ VẬT

Phương pháp giải

Xét hệ gồm hai vật có khối lượng và đang chuyển động với vận tốc ${\overrightarrow{v}}_1$ và ${\overrightarrow{v}}_2$.

- Bước 1: Xác định động lượng của từng vật trong hệ

- Bước 2: Xác định động lượng của hệ vật:

$\overrightarrow{p}={\overrightarrow{p}}_1+{\overrightarrow{p}}_2$.

Ví dụ 1 Một hệ gồm hai vật ${\text{m}}_1$ và ${\text{m}}_2$ chuyển động thẳng đều trên cùng một đường thẳng $AB$. Vật ${\text{m}}_1$ có khối lượng $5kg$, chuyển động theo chiều từ A đến B với tốc độ $54\text{km}/\text{h}$; vật ${\text{m}}_2$ có khối lượng $4kg$ chuyển động theo chiều từ B đến A với tốc độ $36\text{km}/\text{h}$. Động lượng của hệ hai vật có

A. Độ lớn là $115\text{kg.m/s}$; phương là đường thẳng $\text{AB}$, chiều từ A đến $B$.

B. Độ lớn là $115\text{kg.m/s}$; phương là đường thẳng $\text{AB}$, chiều từ $B$ đến A.

C. Độ lớn là $35\text{kg.m/s}$; phương là đường thẳng $\text{AB}$, chiều từ A đến $B$.

D. Độ lớn là $35\text{kg.m/s}$; phương là đường thẳng $\text{AB}$, chiều từ $B$ đến A.

Lời giải: Chọn C.

+) Động lượng của vật ${\text{m}}_1$ có độ lớn là:

${\text{p}}_1={\text{m}}_1{\text{v}}_1=5.\frac{54}{3,6}=75\text{kg.m/s}$

+) Động lượng của vật ${\text{m}}_2$ có độ lớn là:

${\text{p}}_2={\text{m}}_2{\text{v}}_2=4.\frac{36}{3,6}=40\text{kg.m/s}$

+) Động lượng của hệ hai vật ${\text{m}}_1$ và ${\text{m}}_2$ là: $\overrightarrow{p}={\overrightarrow{p}}_1+{\overrightarrow{p}}_2$

Động lượng của hệ hai vật có độ lớn là $35\text{kg.m/s}$; phương là đường thẳng $AB$, chiều từ A đến $B$.

Mở rộng: Với các bài toán tổng hợp vectơ đơn thuần như trên, ta có thể giải nhanh bằng máy tính Casio bằng cách biểu diễn các vectơ dưới dạng số phức như sau:

Với trục được chọn có gốc $O$ trùng với điểm A, chiều từ A đến $B$.

Sử dụng máy tính Casio FX-570ES:

Bước 1: Chuyển máy về chế độ số phức

Bước 2: Cài đặt máy tính ở chế độ Deg

Bước 3: Nhập máy

Kết quả máy tính hiển thị như sau:

Bước 4: Đọc kết quả $\Rightarrow$ Động lượng $\overrightarrow{p}$ của hệ có độ lớn là:

$35\text{kg.m/s};\left(\overrightarrow{p},\overrightarrow{\text{AB}}\right)=0^{\circ }\Rightarrow \overrightarrow{p}\uparrow \uparrow \overrightarrow{\text{AB}}$

Ví dụ 2 Một hệ gồm ba vật ${\text{m}}_1;{\text{m}}_2;{\text{m}}_3$ có khối lượng lần lượt là $3\text{kg};2\text{kg};5\text{kg}$. Vật ${\text{m}}_1$ chuyển động theo chiều âm của trục $Ox$ với tốc độ $\sqrt{3}\text{m/s}$, vật ${\text{m}}_2$ chuyển động theo chiều dương của trục Ox với tốc độ $4\sqrt{3}\text{m/s}$, và vật ${\text{m}}_3$ chuyển động theo chiều dương của trục $Oy$ với tốc độ $1\text{m/s}$, hệ trục Oxy vuông góc. Động lượng của hệ ba vật có

A. Độ lớn là $10\text{kg.m/s}$; có hướng tạo với chiều dương của trục $Ox$ một góc ${60}^{\circ }$.

B. Độ lớn là $10\text{kg.m/s}$; có hướng tạo với chiều dương của trục $Ox$ một góc ${30}^{\circ }$.

C. Độ lớn là $14\text{kg.m/s}$; có hướng tạo với chiều dương của trục $Ox$ một góc ${60}^{\circ }$.

D. Độ lớn là $14\text{kg.m/s}$; có hướng tạo với chiều dương của trục $Ox$ một góc ${30}^{\circ }$.

Phân tích:

Với những bài toán hệ từ ba vật trở lên, ta tổng hợp từng đôi một theo cặp các vectơ cùng phương trước.

Hướng của các vectơ động lượng:

Lời giải: Chọn B.

Động lượng của vật ${\text{m}}_1$ có độ lớn là:

${\text{p}}_1={\text{m}}_1{\text{v}}_1=3.\sqrt{3}=3.\sqrt{3}\text{kg.m/s}$

Động lượng của vật ${\text{m}}_2$ có độ lớn là: ${\text{p}}_2={\text{m}}_2{\text{v}}_2=2.4\sqrt{3}=8\sqrt{3}\text{kg.m/s}$.

................................

................................

................................

Xem thử

Xem thêm Chuyên đề dạy thêm Vật Lí lớp 10 các chương hay khác:

• Các loại va chạm

Lời giải bài tập lớp 10 sách mới:

• Giải bài tập Lớp 10 Kết nối tri thức
• Giải bài tập Lớp 10 Chân trời sáng tạo
• Giải bài tập Lớp 10 Cánh diều

---