Giải Vật Lí 10 Nâng Cao Chương 4: Các định Luật Bảo Toàn - Haylamdo

Giải Vật Lí 10 nâng cao Chương 4: Các định luật bảo toàn ❮ Bài trước Bài sau ❯

Giải Vật Lí 10 nâng cao Chương 4: Các định luật bảo toàn

Haylamdo biên soạn và sưu tầm lời giải Vật Lí 10 nâng cao Chương 4: Các định luật bảo toàn hay, chi tiết được biên soạn bám sát nội dung sách giáo khoa Vật Lí lớp 10 nâng cao giúp bạn dễ dàng làm bài tập về nhà môn Vật Lí 10.

• Bài 31: Định luật bảo toàn động lượng
• Bài 32: Chuyển động bằng phản lực. Bài tập về định luật bảo toàn động lượng
• Bài 33: Công và công suất
• Bài 34: Động năng. Định lí động năng
• Bài 35: Thế năng. Thế năng trọng trường
• Bài 36: Thế năng đàn hồi
• Bài 37: Định luật bảo toàn cơ năng
• Bài 38: Va chạm đàn hồi và không đàn hồi
• Bài 39: Bài tập về các định luật bảo toàn
• Bài 40: Các định luật Kê-ple. Chuyển động của vệ tinh

Giải Vật Lí 10 nâng cao Bài 31: Định luật bảo toàn động lượng

Câu 1 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Thế nào là hệ kín? Cho ví dụ?

Lời giải:

* Hệ vật, trong đó chỉ có các vật trong hệ tương tác lẫn nhau (nội lực), không có tác dụng của những lực từ bên ngoài hệ (ngoại lực) hoặc nếu có thì những lực này phải triệt tiêu lẫn nhau, gọi là hệ kín.

* Ví dụ: hệ gồm hai viên bi lăn trên mặt phẳng nằm ngang đến va chạm với nhau, ma sát vô cùng nhỏ, trọng lực cân bằng với phản lực của mặt phẳng nằm ngang. Trường hợp này coi là hệ kín.

Câu 2 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao):

Định nghĩa động lượng của vật, của một hệ vật. Chứng tỏ các hệ thức là tương đương. Cho biết ý nghĩa của khái niệm xung lượng của lực.

Lời giải:

* Động lượng của một vật chuyển động là đại lượng đo bằng tích khối lượng và vận tốc của vật:

p→= m.v→

* Động lượng của một hệ vật là tổng (vectơ) động lượng của các vật trong hệ:

p→= p1→+ p2→+ ... pn→

* Ta có:

+ Ý nghĩa xung lượng của lực:

Từ hệ thức:

Xung lượng của lực F→.Δt bằng độ biến thiên động lượng của vật trong thời gian Δt. Ta thấy lực có độ lớn đáng kể tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian ngắn có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật.

Câu 3 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Phát biểu định luật bảo toàn động lượng và viết phương trình cho hệ hai vật.

Lời giải:

- Phát biểu định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn.

- Trường hợp hệ có hai vật:

Gọi m1, v1→và m2, v2→lần lượt là khối lượng và vận tốc của hai vật trước khi một hiện tượng vật lí nào đó xảy ra; v'1→và v'2→là vận tốc của các vật sau khi hiện tượng xảy ra.

Biểu thức của định luật bảo toàn động lượng: m1.v1→+ m2.v2→= m1.v'1→+ m2.v'2→.

Câu 4 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Từ phương trình (31.5’) F→.Δt = Δp→ suy ra rằng đơn vị động lượng trong hệ SI còn có thể đo bằng N.s. Bằng cách thay đơn vị Niuton bằng biểu thức của nó, hãy chứng tỏ rằng hai đơn vị khác nhau của động lượng là kg.m/s và N.s thực chất chỉ là một.

Lời giải:

Từ công thức định luật II Niuton: F = m.a

→ 1N = 1kg.m/s2 → 1N.s = 1kg.m/s2 .s = 1kg.m/s

Từ phương trình (31.5’) F→.Δt = Δp→→ 1N.s = 1kg.m/s

Vậy kg.m/s là đơn vị động lượng và N.s cũng là đơn vị động lượng.

Câu 5 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trong bóng đá người thủ môn bắt một quả bóng sút rất căng, người đó phải làm động tác kéo dài thời gian bóng chạm tay mình (thu bóng vào bụng). Hãy giải thích tại sao?

Lời giải:

Từ công thức:

Khi bóng sút căng thì v0 lớn, lúc bắt bóng thì bóng dừng v = 0. Vậy nếu làm động tác kéo dài thời gian bóng chạm tay (thu bóng vào bụng) thì Δt lớn ⇒ F nhỏ ⇒ phản lực của bóng tác dụng lên tay người giảm ⇒ bóng được bắt dễ dàng mà không bị bật ra ngoài.

Bài 1 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Đơn vị của động lượng là gì?

A. Kg.m.s2

B. Kg.m.s

C. Kg.m/s

D. Kg/m.s

Lời giải:

Đáp án: C

Bài 2 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một quả bóng khối lượng m đang bay ngang với vận tốc v thì đập vào một bức tường và bật trở lại với cùng vận tốc. Độ biến thiên động lượng của quả bóng là bao nhiêu?

A. mv

B. –mv

C. 2mv

D. -2mv

Lời giải:

Đáp án: D

Độ biến thiên động lượng của quả bóng: (chú ý v→= -v'→)

Δp→= p'→– p→= m.v'→- m.v→= m.(-v→) - m.v→= -2.m.v→

Chọn chiều dương là chiều của chuyển động của bóng trước khi va chạm. Khi đó v > 0 và v’ < 0 → Δp = -2.m.v

Bài 3 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Hai vật có khối lượng m1 = 1kg, m2 = 3kg chuyển động với các vận tốc v1 = 3m/s và v2 = 1m/s. Tìm tổng động lượng (phương, chiều, độ lớn) của hệ trong các trường hợp:

a) v1→và v2→cùng hướng.

b) v1→và v2→cùng phương, ngược chiều.

c) v1→vuông góc v2→.

d) v1→hợp với v2→góc 120o.

Lời giải:

Tổng động lượng của hệ: p→= p1→+ p2→= m1.v1→+ m2.v2→= 1.v1→+ 3.v2→

a) v1→và v2→cùng hướng:

→ p = v1 + 3.v2 = 3 + 3.1 = 6 kg.m/s và p→cùng hướng với v1→và v2→.

b) v1→và v2→cùng phương, ngược chiều:

Chọn chiều dương trùng với chiều của v1→khi đó v1 > 0, v2 < 0.

→ p = 3 – 3.1 = 0 kg.m/s.

c) v1→vuông góc v2→:

Vẽ giản đồ véctơ, ta được:

Hướng của p→hợp với hướng của v1→một góc α thỏa mãn:

d) v1→hợp với v2→góc 120o.

Ta có: p1 = p2 = 3kg.m/s và p1→hợp với p2→một góc 120o nên p = p1 = p2 = 3kg.m/s

Bài 4 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Giải lại bài tập 1 ở bài 16 bằng cách áp dụng định luật bảo toàn động lượng. Xe lăn 1 có khối lượng m1 = 400g có gắn một lò xo. Xe lăn 2 có khối lượng m2. Ta cho hai xe áp gần nhau bằng cách buộc dây để nén lò xo (hình 16.6). Khi ta đốt dây buộc, lò xo dãn ra, và sau một thời gian Δt rất ngắn, hai xe đi về hai phía ngược nhau với tốc độ v1 = 1.5m/s; v2 = 1m/s. Tính m2 (bỏ qua ảnh hưởng của ma sát trong thời gian Δt).

Lời giải:

Đường ngang, nhẵn nên hệ hai xe lăn là hệ kín. Trước khi đốt dây hệ đứng yên nên tổng động lượng bằng 0.

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe 1.

Động lượng của hệ thức trước tương tác: p = 0 (do hệ đứng yên).

Động lượng của hệ ngay sau tương tác: p' = m1.v’1 + m2.v’2.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:

m1.v’1 + m2.v’2 = 0

Sau tương tác xe 1 chuyển động theo chiều dương v’1 > 0, xe 2 chuyển động ngược chiều dương v’2 < 0.

Bài 5 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một quả cầu rắn có khối lượng m = 0,1kg chuyển động với vận tốc v = 4m/s trên mặt phẳng nằm ngang. Sau khi va chạm vách cứng, nó bị bật trở lại với cung vận tốc 4m/s. Hỏi độ biến thiên động lượng của vật sau va chạm là bao nhiêu? Tính xung lực (hướng và độ lớn) của vách tác dụng lên quả cầu nếu thời gian va chạm là 0,05s.

Lời giải:

Chọn chiều dương là chiều hướng vào tường (hình vẽ)

Độ biến thiên động lượng của quả cầu là:

ΔP = P1 + P2 = (-mv) - (mv) = -2mv= = -2.1.0,4 = -0,8 kg.m/s

Xung lượng của lực

Hướng của xung lực F: cùng hướng δP. Tức ngược hướng ban đầu của vật.

Bài 6 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Bắn một hòn bi thép với vận tốc v vào một hòn bi thủy tinh đang nằm yên. Sau khi va chạm hai hòn bi cùng chuyển động về phía trước, nhưng bi thủy tinh có vận tốc gấp ba lần vận tốc của bi thép. Tìm vận tốc của mỗi hòn bi sau va chạm. Biết khối lượng bi thép bằng ba lần khối lượng bi thủy tinh.

Lời giải:

Ban đầu bi thép khối lượng m1 = 3.m2, vận tốc v→va chạm bi thủy tinh khối lượng m2, đứng yên (v2 = 0)

Gọi v’1 và v’2 là vận tốc của bi thép và bi thủy tinh sau va chạm.

Động lượng của hệ trước va chạm: p = m1.v + 0

Động lượng của hệ sau va chạm: p' = m1.v’1 + m2.v’2

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:

m1.v'1 + m2.v’2 = m1.v

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của bi thép trước va chạm. Khi đó:

v > 0, v’1 > 0, v’2 > 0

Thay m1 = 3.m2; v’2 = 3.v’1

→ 3.m2.v = 3.m2.v’1 + m2.3.v’1 ⇒ v’1 = v/2 và v'2 = 3.v/2

Bài 7 (trang 148 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một người có khối lượng 60kg thả mình rơi tự do từ một cầu nhảy ở độ cao 3m xuống nước và sau khi chạm mặt nước được 0,55s thì dừng chuyển động. Tìm lực cản mà nước tác dụng lên người.

Lời giải:

Vận tốc của người tại thời điểm chạm mặt nước là:

Áp dụng công thức: F.Δt = ΔP

→ Lực cản mà nước tác dụng lên người: