Giáo án vật lí 10 cánh diều bài 2: Động lượng và năng lượng trong va chạm (3 tiết)

HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN VÀ HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1. GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV cho HS tham khảo thí nghiệm hình 2.1 SGK, rồi thảo luận nhóm đôi trả lời câu hỏi 1 phần này: Thảo luận, xây dựng phương án thực hành để xác định động lượng, năng lượng của hai xe trước và sau va chạm. Vì sao lại chọn cho các xe đo chuyển động trên giá đỡ nằm ngang?

- GV chia lớp thành 4 nhóm, có thể dùng phương án gợi ý trong SGK hoặc phương án mà HS đề xuất, phát dụng cụ thực hành cho mỗi nhóm rồi tổ chức cho các nhóm tiến hành làm thí nghiệm rồi cho HS hoàn thành bảng 2.1 hoặc tham khảo số liệu được cho trong bảng ở SGK.

(GV gợi ý: đo khối lượng của xe và chọn chiều dương cho hệ vật chuyển động).

Nếu HS tham khảo số liệu bảng ở SGK thì GV cung cấp thêm dữ liệu: Khối lượng của 2 xe bằng nhau và bằng 0,245kg. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe 1 trước va chạm.)

 - Sau đó, GV yêu cầu HS trả lời :

+ (Câu hỏi 2 SGK phần này) Từ kết quả thí nghiệm của mình, bạn hãy tính động lượng của các xe trước và sau va chạm. So sánh độ thay đổi động lượng của xe 1 và xe 2.

+ Cho biết sự liên hệ về độ tăng giảm động lượng của 2 xe.

+ (Câu hỏi 3, SGK) Từ kết quả thí nghiệm ở bảng 2.1, vận tốc của xe 1 là +0,444 m/s. Điền dấu đại số của vận tốc, động lượng từng xe vào bảng 2.2.

+ Xác định độ biến thiên động năng của 2 xe trước và sau va chạm. So sánh độ thay đổi động năng của xe 1 và xe 2 và cho biết sự liên hệ về độ tăng giảm động năng của 2 xe.

- GV đưa ra kết luận: Va chạm của hệ vật mà có tổng động năng được bảo toàn được gọi là va chạm hoàn toàn đàn hồi.

*Câu hỏi đặt ra: Vậy có phải trong tất cả mọi trường hợp, tổng động năng của hệ luôn được bảo toàn? Ta sẽ đi xét trường hợp sau va chạm 2 xe dính vào nhau.

- GV cho HS xem video từ giây 3:35- hết. https://www.youtube.com/watch?v=Xe2r6wey26E

Rồi đặt ra câu hỏi: Em có nhận xét gì về đặc điểm của 2 xe sau va chạm?

- GV cho HS theo dõi phần trình bày trường hợp này trong SGK, rồi yêu cầu HS tính động lượng của hệ 2 xe trước và sau va chạm theo dữ liệu đã cho ở SGK.

- GV đưa ra kết luận: Trong trường hợp này (sau va chạm 2 xe dính nhau), tổng động năng sau va chạm giảm so với trước va chạm. Va chạm giữa các vật như vậy (sau va chạm 2 xe dính nhau) được gọi là va chạm hoàn toàn mềm.

- GV yêu cầu HS thảo luận nhóm đôi trả lời câu hỏi 5, SGK: Trong va chạm hoàn toàn mềm, hãy thảo luận và cho biết phần động năng bị giảm đã chuyển thành dạng năng lượng nào?

- GV đưa ra lưu ý về va chạm hoàn toàn mềm.

Bước 2. HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS chú ý nghe giảng, quan sát video/ hình ảnh, đọc thông tin SGK, trả lời câu hỏi.

Bước 3. Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận

- Đại diện 2- 3 HS đứng dậy trình bày câu trả lời.

- HS khác nhận xét, đánh giá, bổ sung

Bước 4. Đánh giá kết quả thực hiện

- GV đánh giá, nhận xét, kết luận, chuyển sang nội dung mới.

I. Đánh giá động lượng và năng lượng của vật va chạm bằng dụng cụ thực hành.

Trả lời:

- Xây dựng phương án thực hành: 

Để xác định động lượng và năng lượng của xe trước và sau va chạm cần xác định khối lượng, vận tốc, độ cao (dùng để tính thế năng) của các xe.

+ Dụng cụ: băng đệm khí; đồng hồ đo thời gian hiện số (chọn đồng hồ có thể hiện thị được thời gian trước và sau); hai cổng quang điện; bơm nén khí; hai xe trượt (có khối lượng bằng nhau); hai tấm cản quang; chốt ghim và các dây nối.

+ Bố trí thí nghiệm:

Bước 1: Điều chỉnh cho băng đệm khí nằm ngang, lắp ống dẫn khí từ bơm nén khí vào băng đệm khí. Cấp điện cho bơm nén khí và điều chỉnh tốc độ của bơm cho thích hợp.

Bước 2: Lắp tấm cản quang vào các chốt cắm thích hợp trên mỗi xe, đặt hai xe lên băng đệm khí.

Bước 3: Lắp hai cổng quang điện vào hai giá đỡ đặt cách nhau một khoảng. Đặt 2 xe trượt ở bên ngoài 2 khoảng hai cổng quang điện, gắn với các chốt ghim được nối với các xe. Nối dây từ hai cổng quang điện vào đồng hồ đo thời gian hiện số. Cấp điện cho đồng hồ đo thời gian hiện số.

+ Tiến hành thí nghiệm:

Bước 1: Điều chỉnh đồng hồ hiện về số 0, chỉnh 2 xe về các chốt ghim.

Bước 2: Mở chốt ghim đồng thời gắn ở 2 xe (chốt ghim này giống như một công tắc có tác dụng đẩy 2 xe chuyển động tiến lên phía trước). Khi 2 xe đi qua 2 cổng quang điện, đồng hồ bắt đầu đo thời gian 2 xe đi qua để xác định thời gian (gián tiếp tính được vận tốc trước va chạm của mỗi xe). Sau khi va chạm 2 xe bật ngược trở lại, tiếp tục đi qua cổng quang điện, đồng hồ lại đo thời gian (gián tiếp tính được vận tốc sau va chạm)

+ Cách xử lí kết quả: Sau khi đo được thời gian mỗi xe đi qua cổng quang điện trước và sau va chạm thì tính được vận tốc trước và sau va chạm. Dùng cân để cân khối lượng mỗi xe (bước này tiến hành trước khi thực hiện thí nghiệm). Sau đó sử dụng các công thức đã học để tính động lượng trước và sau va chạm của mỗi xe. Vì thực hiện va chạm trên băng đệm khí nằm ngang nên động năng của mỗi xe cũng chính là năng lượng của mỗi xe.

- Chọn cho các xe đo chuyển động trên giá đỡ nằm ngang là để loại bỏ tác dụng của trọng lực (đã cân bằng với phản lực của giá đỡ).

Trả lời:

Hoàn thành bảng 2.1:

(Động lượng: =m.

Động năng: )

CH2 SGK:

Từ bảng 2.1, ta suy ra:

+ Độ thay đổi động lượng của xe 1

+ Độ thay đổi động lượng của xe 2

Nhận xét: Độ thay đổi động lượng của 2 xe gần bằng nhau.

Trả lời: Từ câu trên, ta thấy độ thay đổi động lượng của 2 xe gần bằng nhau nghĩa là xe 1 có động lượng giảm bao nhiêu thì xe 2 có động lượng tăng bấy nhiêu. Tổng động lượng của hệ 2 xe được bảo toàn.

CH3: Điền dấu đại số vào bảng.

- Độ biến thiên động năng trước và sau va chạm của 2 xe:

+  Xe1:

(Dấu – thể hiện động năng giảm)

+ Xe2:

(động năng tăng).

Nhận xét:

- Tương tự như động lượng, động năng của 2 xe đều thay đổi. Động năng của xe này giảm bao nhiêu thì động năng của xe kia sẽ giảm bấy nhiêu nên tổng động năng của 2 xe được bảo toàn.

+ Thế năng của 2 xe không thay đổi nên cơ năng của hệ cũng được bảo toàn.

- Qua video ta thấy: Trước khi va chạm, xe A di chuyển với vận tốc là 10m/s, xe B đứng yên. Sau va chạm, xe A và B dính vào nhau và cùng di chuyển về một hướng với vận tốc là 5m/s.

- Tính động lượng của hệ 2 xe trước và sau va chạm theo dữ liệu đã cho ở SGK:

+ Trước va chạm:

p = =0,245.0,542+0,245.0

= 0,13279 (J)

+ Sau va chạm:

p’ = 0,245.2.0,269=0,13181 (J)

=> Động lượng trước và sau va chạm gần bằng nhau.

Trả lời

CH5, SGK:

 Trong va chạm hoàn toàn mềm, phần giảm động năng đã chuyển thành dạng năng lượng khác như nhiệt năng, năng lượng do biến dạng, năng lượng âm thanh…