Đáp án Vật lí 10 chân trời sáng tạo Bài 19: Các loại va chạm

BÀI 19 CÁC LOẠI VA CHẠM

Câu 1: Làm thế nào để xác định được lực tương tác giưa hai vật khi va chạm nếu biết được động lượng của các vật trước và sau tương tác. Trong quá trình va chạm ( Hình 19.1), động năng của hệ có được bảo toàn hay không? Ngoài ra, những kiến thức về động lượng có thể được vận dụng trong thực tiễn như thế nào?

Trả lời: 

Trong quá trình va chạm động lượng không được bảo toàn, do 1 phần năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt năng, năng lượng âm thanh,...vv

1. Mối liên hệ giữa lực tổng hợp tác dụng lên vật và tốc độ thay đổi của động lượng

Câu 1: Chứng minh công thức (19.1)

Trả lời: 

Ta có = m.a 

=>  

=> 

Câu 2: Đưa ra phương án kép một tờ giấy ra khỏi cốc nước sao cho cốc nước không bị đổ. Giải thích và làm thí nghiệm kiểm chứng.

Trả lời: 

Kéo tờ giấy với vận tốc thật nhanh theo phương vuông góc với cốc nước

Câu 3: Một trong những giải pháp khi cứu hộ người dân trong những vụ tai nạn hỏa hoạn ở nhà cao tầng là sử dụng đệm hơi. Đệm hơi được đặt ở vị trí thích hợp để người bị nạn có thể nhảy xuống an toàn ( Hình 19.3). Thảo luận để trình bày vai trò của đệm hơi.

Trả lời: 

Đệm hơi có vai trò tăng thời gian thay đổi động lượng của người, từ đó lực F nhỏ hơn, con người ít chịu tổn thương .

 2. Thí nghiệm khảo sát va chạm

Câu 1: Quan sát hình 19.4 mô tả hai trường hợp va chạm và nhân xét những tính chất của va chạm: 
a, Va chạm giữa hai viên bi da.
b, Va chạm giữa hai viên đạn và khối gỗ ( viên đạn bị mắc lại trong khối gỗ sau kho va chạm).

Trả lời: 

a, Va chạm giữa 2 quả bi da có tính chất là: biến dạng đàn hồi xuất hiện trong khoảng thời gian va chạm. Sau va chạm vật lấy lại được hình dáng ban đâì và tiếp tục chuyển động tách rời nhau .

b, Va chạm giữa viên đạn và khối gỗ có tính chất: sau khi va chạm hai vật dính lại với nhau và chuyển động cùng tốc độ.

Câu 2: Lập luận để chứng tỏ tổng động lượng của hệ hai vật va chạm với nhau được bảo toàn.

Trả lời: 

Câu 3: Đề xuất phương án xác định tốc độ của hai xe ngay trước và sau va chạm, em cần lưu ý gì đến dấu của vận tốc?

Trả lời: 

Tốc độ của hai xe ngay trước và sau va chạm được đo bằng cổng quang điện được bố trí tại nơi xảy ra va chạm.

Dấu của vận tốc có thể âm, có thể dương tùy vào hệ tọa độ ta chọn.

Câu 4: Khi xác định tốc độ của hai xe trước và sau va chạm, em cần lưu ý gì đến dấu của vận tốc? 

Trả lời: 

Cần xác định hệ quy chiếu của hệ trước, chiều dương của vận tốc trước. Ta sẽ coi chiều chuyển động của xe 1 trước va chạm là chiều dương => vận tốc của xe 1 trước va chạm có dấu dương, vận tốc của xe 2 trước va chạm là dấu âm. Từ đó làm thí nghiệm tự xác định dấu của vận tốc xe 1, xe 2 sau va chạm. 

Câu 5: Dựa vào bảng số liệu ghi nhận được, tính toán động lượng của hai xe trước và sau va chạm.

Trả lời: 

Trước va chạm chỉ có xe 1 chuyển động nên tổng động lượng bằng với P₁

Ta tính tổng động lượng trước va chạm: P₁=m₁.v₁

Sau va chạm:

Thí nghiệm 1: P = m₁.v'₁+m₂.v'₂

Thí nghiệm 2: P = (m₁+m₂). v'

Dựa vào bộ số liệu mới của bạn để tính toán ra tổng động lượng trước và sau va chạm

Câu 6: Đánh giá sự thay đổi động lượng của từng xe và cả hệ trước và sau va chạm.

Trả lời: 

Động lượng của từng xe thay đổi sau va chạm nhưng động lượng của cả hệ gần như được bảo toàn

Câu 7: Dựa vào kết quả đo từ hai thí nghiệm trên, tiến hành tính toán và lập bảng số liệu về động năng của hai xe trước và sau va chạm( như gọi ý ở Bảng 19.2) cho cả hai loại va chạm.

Trả lời: 

Câu 8: Đánh giá sự thay đổi năng lượng ( thông qua động năng) của hệ trong hai loại va chạm đang xét.

Trả lời: 

-Va chạm đàn hồi: Động năng của hệ sau va chạm bằng động năng của hệ trước va chạm.

-Va chạm mềm: Động năng của hệ sau va chạm nhỏ hơn động năng của hệ trước va chạm

Câu 9: Hãy kéo quả nặng đầu tiên của hệ con lắc Newton (Hình 19,5) lệch một góc nhỏ và thả ra. Quan sát, mô tả và giải thích hiện tượng.

Trả lời: 

Dùng tay đưa quả cầu 1 khỏi vị trí cân bằng đến vị trí A nào đó lệch 1 góc nhỏ so với góc ban đầu rồi thả nhẹ thì quả cầu 1 di chuyển từ A về vị trí cân bằng, va chạm với quả cầu thứ hai. Lực tương tác giữa 6 quả cầu đã làm quả cầu 1 đứng yên và quả cầu 6 rời khỏi vị trí cân bằng lên đến vị trí B, thấp hơn 1 chút so với vị trí A. Sau đó quả cầu 6 quay lại vị trí cân bằng, va chạm với quả câu 5 và làm quả cầu 1 di chuyển lên vị trí C, thấp hơn B và A. Quá trình này lặp đi lặp lại cho đến khi hai quả cầu dừng hẳn ở vị trí cân bằng.

3. Ứng dụng kiến thức động lượng vào cuộc sống

Câu 1: Ngoài việc bảo vệ cho đối phương, việc mang găng tay có bảo vệ gì cho bản thân võ sĩ hay không?

Trả lời: 

Ngoài việc bảo vệ cho đối phương, việc mang găng tay có bảo vệ cho bản thân võ sĩ: Các võ sĩ luôn có phản xạ dịch chuyển theo cú đấm" của đối thủ nhằm tăng thời gian tương tác của cú đấm, từ đó làm giảm độ lớn lực tương tác và giảm thiểu khả năng chấn thương cho bản thân.

Câu 2: Phân tích ứng dụng kiến thức động lượng trong việc thiết kế đai an toàn và túi khí trong ô tô.

Trả lời: 

Ta có 

Đai an toàn và túi khí nhằm tăng thời gian va chạm của tài xế với các vật dụng trong xe từ 10 đến 100 lần. Điều này dẫn đến giảm đáng kể độ lớn của lực tác dụng lên tài xế và giảm thiểu khả năng chấn thương của tài xế.

Câu 3: Quan sát Hình 19.10, dựa vào kiến thức động lượng để:

a, Giải thích tại sao mọt chú chim nhỏ lại có thể gây ra sự cố lớn cho máy bay như vết lõm ở Hình 19,10a trong sự cố ngày 30/9/2015 gần sân bay Nội Bài, Hà Nội.

b, Phân tích định tính cơ chế chuyển động của tên lửa (Hình 19.10b)

c, Giải thích tại sao bãi cát giúp làm giảm chấn thương cho vận động viên khi tiếp đất ( Hình 19.10 c)

Trả lời: 

a, Máy bay đang bay với vận tốc rất lớn, đồng thời chú chim cũng bay theo chiều ngược lại đâm thẳng vào chiếc máy bay. Sự va chạm trong 1 khoảng thời gian rất ngắn, vì vậy lực tác dụng của chú chim vào máy bay rất lớn, dẫn đên vết lõm lớn trên máy bay.

b, Tên lửa chuyển động nhờ vào lực đẩy của khí phụt ra. Khi đi được 1 đoạn đường nó sẽ cho rời bỏ 1 bộ phận ở phía sau để tạo lực đẩy tiến về phía trước theo nguyên tắc bảo toàn động lượng.

Câu 4: Trong không trung, một con chim đại bàng nặng 1,8 kg bay đến bắt một con chim bồ câu nặng 0,65 kg đang bay cùng chiều với tốc độ 7m/s. Biết tốc độ của con chim đại bàng ngay trước khi bắt được bồ câu là 18 m/s (Hình 19P.1). Hãy tính tốc độ của chúng ngay sau khi chim đại bàng bắt được bồ câu.

Trả lời: 

Va chạm của chim đại bàng với chim bồ câu là va chạm mềm.
Gọi vận tốc trước va chạm của chim đại bàng là v₁ và vận tốc của chim bồ câu trước va chạm là v₂ , vận tốc của cả 2 sau va chạm là v

Ta có 

=> 1,8.18 + 0,65.7= (1,8+ 0,65).v

=> v= 15,08 (m/s) 

Câu 5: Một võ sĩ Karate có thể dùng tay để chặt gãy một tấm gỗ như Hình 19P.2. Hãy xác định lực trùng bình của tay tác dụng lên tấm gỗ. Lấy khối lượng của bàn tay và một phần cánh tay là 1kg, tốc độ của cánh tay trước khi chạm vào tấm gỗ là 19 m/s, thời gian tương tác là 2.10^-3.

Trả lời: 

Ta có F= P/t 

=> F= m.v/t= 1.10/(2.10^-3) = 5000 (N)

Vậy lực võ sĩ dùng tay để chặt gãy một tấm gỗ là 5000 (N)