Đáp án Vật lí 10 chân trời sáng tạo Bài 18: Động lượng và định luật bào toàn động lượng

BÀI 18 ĐỘNG LƯỢNG VÀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG

Câu 1: Trong thực tế, có rất nhiều quá trình tương tác giữa các hệ vật mà ta không biết rõ lực tương tác, do đó không thể sử dụng trực tiếp định luật II Newton để khảo sát. Ví dụ: Yếu tố nào quyết định sự chuyển động của các mảnh vỡ sau khi pháo hoa nổ? Yếu tố nào làm cho viên đạn thể thao đường kính 9 mm có khả năng gây ra sự tàn phá mạnh khi bắn vào quả táo (Hình 18.1)?

Trả lời: 

Các yếu tố đó chính là động lượng

1. Động lượng

Câu 1: Từ thí nghiệm trong hình 18.2: Dự đoán độ dịch chuyển của khúc gỗ trong các trường hợp và cho biết độ dịch chuyển đó phụ thuộc vào những yếu tố nào của viên bi. Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng.

Trả lời: 

Độ dịch chuyển của khúc gỗ trong các trường hợp và cho biết độ dịch chuyển đó phụ thuộc vào những yếu tố: vận tốc và khối lượng của viên bi.

Câu 2: Cho ví dụ để giải thích tại sao động lượng của một vật lại phụ thuộc vào hệ quy chiếu.

Trả lời: 

Ta có động lượng là một đại lượng vecto cùng hướng với vận tốc. Vận tốc là kết quả của phép chia độ dịch chuyển và thời gian di chuyển. Mà độ dịch chuyển lại phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Từ đó động lượng cũng phụ thuộc vào hệ quy chiếu.

vd: Một người ngồi trên chiếc tàu bắt đầu khởi hành.

Nếu ta chọn hệ quy chiếu gắn liền với toa tàu thì độ dịch chuyển của người bằng 0 => vận tốc bằng 0 => động lượng bằng 0

Nếu ta chọn hệ quy chiếu gắn với nhà ga thì độ dịch chuyển của người đó lớn hơn 0 => vận tốc lớn hơn 0 => động lượng lớn hơn 0

Câu 3: Trong một trận bóng đá, cầu thủ A có khối lượng 78kg chạy dẫn bóng với tốc độ 8,5m/s. Trong khi đó, cầu thủ B có khối lượng 72 kg (ở đội đối phương) cũng chạy đến tranh bóng với tốc độ 9,2 m/s theo hướng ngược hướng của cầu thủ A (Hình 18.4).
a, Hãy xác định hướng và độ lớn của vecto động lượng của từng cầu thủ.

b, Hãy xác định vecto tổng động lượng của 2 cầu thủ.

Trả lời: 

a, Hướng của  cùng với hướng của

Hướng của  cùng với hướng của 

Chọn hệ quy chiếu gắn với sân cỏ, chiều dương là chiều chuyển động của người A

Động lượng của người A là P₁= m₁.v₁= 78.8,5= 663 (kg.m/s)

Động lượng của người B là P₂= m₂.(-v₂)= 82.(-9,2)= -754,4 ( kg.m/s)

b, Vecto tổng động lượng của 2 cầu thủ là:

=> P=  663-754,4 = -91,4 (kg.m/s)

2. Định luật bảo toàn động lượng

Câu 1: Trên thực tế, có tồn tại hệ kín lí tưởng không? Giải thích.

Trả lời: 

Trên thực tế không tồn tại hệ kín lí tưởng, ta chỉ có hệ được xem là gần đúng hệ kín lí tưởng khi loại bỏ được gần hết các tương tác của các vật bên ngoài hệ và các tương tác với môi trường ngoài.

Câu 2: Lập luận để giải thích vì sao hai xe trượt trong thí nghiệm khảo sát định luật bảo toàn động lượng được xem gần đúng là hệ kín.

Trả lời: 

Hai xe trượt trong thí nghiệm khảo sát định luật bảo toàn động lượng được xem gần đúng là hệ kín vì gần như đã loại bỏ được hết lực ma sát tác dụng vào 2 xe bằng cách sử dụng đệm không khí.

Câu 3: Nếu những lưu ý trong khi bố trí dụng cụ như Hình 18.5 để hạn chế sai số của thí nghiệm.

Trả lời: 

Những lưu ý trong khi bố trí dụng cụ như Hình 18.5 để hạn chế sai số của thí nghiệm là: 

Bật đệm khí trước khi hệ vật thực hiện, làm giảm ma sát

Kiểm tra máy đo thời gian

Bố trí thí nghiệm đúng như hình 18.5.

Câu 4: Nếu chỉ có 1 đồng hồ đo thời gian hiện số thì các em cần lập chế độ đo thời gian như thế nào?

Trả lời: 

 Nếu chỉ có 1 đồng hồ đo thời gian hiện số thì các em cần lập chế độ đo thời gian là lặp đi lặp lại thí nghiệm nhiều lần và đo từng khoảng thời gian một

Câu 5: Giải thích tại sao chúng ta có thể xác định được vận tốc tức thời của xe dựa vào thời gian xe đi qua cổng quang điện ( Hình 18.5). Trình bày lưu ý về dấu của vận tốc tức thời của hai xe trong quá trình tiến hành thí nghiệm.

Trả lời: 

Chúng ta có thể xác định được vận tốc tức thời của xe dựa vào thời gian xe đi qua cổng quang điện là do thời gian vật đi qua cổng quang điện rất ngắn.
Trước khi làm thí nghiệm cần xác đinh rõ hệ trục tọa độ của cả hệ, cho chiều di chuyển của xe A là dương thì vận tốc xủa xe A dương còn xe B sẽ sẽ là âm, chúng ta có thể chọn theo chiều ngược lại.

Câu 6: Em hãy vận dụng định luật bảo toàn động lượng để chế tạo một số đồ chơi khoa học

Trả lời: 

Trò chơi:

Ví dụ 1: dùng quả bóng bay.

Cách làm: thổi hơi vào quả bóng bay sau đó dùng tay bịt chặt đầu để không cho khí ở trong quả bóng bay thoát ra. Sau đó đưa quả bóng bay lên, đột ngột thả tay để cho khí ở trong quả bóng bay thoát ra ngoài, khi đó khí thoát ra đồng thời đẩy quả bóng bay tiến lên phía trước.

Ví dụ 2: trò chơi thuyền gắn động cơ.

Cách làm: dùng một tấm ván, có gắn các bánh xe, phía trên tấm ván gắn một chiếc quạt nhỏ chạy bằng động cơ (hoặc pin) như hình vẽ. Bật quạt thì gió từ quạt thổi về phía sau, đẩy cho tấm ván tiến về phía trước.

Câu 7: Hãy tính độ lớn của một số hệ sau: 

a, Một electron khối lượng 9,1.10^-31 kg chuyển động với tốc độ 2,2.10⁶ m/s.
b, Một viên đạn có khối lượng 20g bay với tốc đọ 250 m/s.
c, Một chiếc xe đua thể thức (F1) đang chạy với tốc độ 326 km/h. Biết tỏng khối lượng của xe và tài xế khoảng 750 kg.
d, Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo quanh mặt trời với tốc độ 2,98.10⁴m/s . Biết khối lượng Trái Đất là 5,972. 10²⁴ kg.

Trả lời: 

a, P=m.v = 9,1.10^-31 kg .2,2.10⁶ m/s =2,002.10^-24 kg.m/s

b, P=m.v =20.10^-3kg .250 m/s = 5 kg.m/s

c, P=m.v = 90,65 m/s. 750 kg = 67987,5 kg.m/s

d, P=m.v =2,98.10⁴m/s. 5,972. 10²⁴ kg = 1,78.10²⁹ kg.m/s

Câu 8: Một quả bóng tennis khối lượng 60g chuyển động với tốc độ 28 m/s đến đập vào một bức tường và phản xạ  lại cùng một góc 45^o như hình 18P.1. Hãy xác định tính chất của vecto động lượng trước và sau va chạm của bóng.

Trả lời: 

Độ lớn động lượng trước và sau va chạm là: p = m.v = 0,06.28 = 1,68 (kg.m/s)

- Tính chất của vecto động lượng trước va chạm:

+ Hướng từ trái sang phải, hợp với phương ngang 1 góc 45⁰

+ Độ lớn: p = 1,68 kg.m/s

- Tính chất của vecto động lượng sau va chạm:

+ Hướng từ phải sang trái, hợp với phương ngang 1 góc 45⁰

+ Độ lớn: p = 1,68 kg.m/s

Câu 9: Một viên đạn nặng 6g được bắn ra khỏi nòng của một khẩu súng trường 4kg với tốc độ 320m/s.
a, tìm tốc đọ giật lùi của súng.
b, Nếu một người nặng 75kg tì khẩu súng vào vai và ngắm bắn thì tốc độ giật lùi của người là bao nhiêu?

Trả lời: 

1. a) Gọi vận tốc trước và sau của khẩu súng lần lượt là v₁ và v’₁

Vận tốc của viên đạn trước và sau lần lượt là v₂ và v’₂

Khối lượng của khẩu súng M = 4 kg; khối lượng của viên đạn là m = 6 g = 0,006 kg

Ban đầu viên đạn và khẩu súng đứng yên nên v₁ = v₂ = 0.

Sau khi viên đạn được bắn thì  v’₂ = 320 m/s

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của viên đạn

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có

Chiếu lên chiều dương ta có:

Vậy tốc độ giật lùi của súng là 0,48 m/s.

1. b) Tốc độ giật lùi của người và súng như nhau, coi người và súng là một hệ

Gọi vận tốc trước và sau của hệ người và khẩu súng lần lượt là v₁ và v’₁

Vận tốc của viên đạn trước và sau lần lượt là v₂ và v’₂

Khối lượng của người và khẩu súng là M = 4 + 75 = 79 kg; khối lượng của viên đạn là m = 6 g = 0,006 kg

Ban đầu viên đạn, người và khẩu súng đứng yên nên v₁ = v₂ = 0.

Sau khi viên đạn được bắn thì  v’₂ = 320 m/s

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của viên đạn

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng ta có:

Chiếu lên chiều dương ta có:

Vậy tốc độ giật lùi của người là 0,024 m/s.