Vật lý 10 - Chủ đề 1: Động lượng, Định luật bảo toàn động lượng

Chủ đề 1: ĐỘNG LƯỢNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG
A. Tóm tắt lý thuyết
1.Động lượng:
 	Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc là đại lượng được xác định bởi công thức: 
 ( cùng hướng với )
Về độ lớn : p = mv 
Trong đó: p là động lượng (kgm/s),m là khối lượng(kg),v là vận tốc(m/s)
2. Hệ cô lập: (Hệ kín)
Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau.
3. Định luật bảo toàn động lượng:
Động lượng của hệ cô lập là đại lượng không đổi.
Nếu hệ có 2 vật: hay	 
Trong đó : m1,m2 là khối lượng của các vật(kg)
 v1,v2 là vật tốc của các vật trước va chạm(m/s)
 là vật tốc của các vật sau va chạm(m/s).
4.Định lí biến thiên động lượng(cách phát biểu khác của định luật II NIUTON)
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.
Ta có : hoặc 
Trong đó : m là khối lượng (kg)
 	 v1,v2 là vận tốc của vật(m/s)
 	 F Tổng ngoại lực tác tác dụng vào vật (N)
 	 là thời gian tác dụng lực (s)
(Khi một lực tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian Dt thì tích Dt được định nghĩa là xung lượng của lực trong khoảng thời gian Dt ấy.)
5. Va chạm mềm:
 Sau va chạm hai vật nhập lại thành một chuyển động với cùng vận tốc .
Áp dụng đlbt động lượng:	m1 + m2 = (m1 + m2)ð= .
6.Chuyển động bằng phản lực:
Chuyển động bằng phản lực là chuyển động của một vật tự tạo ra phản lực bằng cách phóng về hướng ngược lại một phần của chính nó. Hay là cđ trong đó một bộ phận của hệ tách ra bay về một hướng làm cho phần còn lại chuyển động ngược chiều:
	Nếu ban đầu vật đứng yên:	
B. Các dạng bài tập và phương pháp giải
Dạng 1: : Tính động lượng của một vật, một hệ vật.
- Động lượng của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc : = m
- Động lượng hệ vật:
Nếu: 
Nếu: 
Nếu: 
Nếu:
Dạng 2: Bài tập về định luật bảo toàn động lượng	
 Bước 1: Chọn hệ vật cô lập khảo sát
 Bước 2: Viết biểu thức động lượng của hệ trước và sau hiện tượng.
 Bước 3: áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ: (1)
 Bước 4: Chuyển phương trình (1) thành dạng vô hướng (bỏ vecto) bằng 2 cách:
 + Phương pháp chiếu
 + Phương pháp hình học.	
*. Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng:
a. Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) cùng phương, thì biểu thức của định luật bảo toàn động lượng được viết lại:	 ±m1v1 ± m2v2 = ±m1 ± m2
Trong trường hợp này ta cần quy ước chiều dương của chuyển động.
- Nếu vật chuyển động theo chiều dương đã chọn thì v > 0;
- Nếu vật chuyển động ngược với chiều dương đã chọn thì v < 0.
b. Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) không cùng phương, thì ta cần sử dụng hệ thức vector: = và biểu diễn trên hình vẽ. Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của bài toán.
c. Điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lượng:
 - Tổng ngoại lực tác dụng lên hệ bằng không.
 - Ngoại lực rất nhỏ so với nội lực
 - Thời gian tương tác ngắn.
 - Nếu nhưng hình chiếu của trên một phương nào đó bằng không thì động lượng bảo toàn trên phương đó.
B. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài tập tự luận
Bài 1. Một người khối lượng m1 = 60kg đang chạy với tốc độ v1 = 4m/s thì nhảy lên một chiếc xe khối lượng m2 = 90kg chạy song song ngang qua người này với tốc độ v2 = 3m/s. Sau đó, xe và người vẫn tiếp tục chuyển động trên phương cũ. Tính vận tốc của xe sau khi người nhảy lên nếu ban đầu xe và người chuyển động:
a.Cùng chiều. (ĐS: 3,4m/s)
b.Ngược chiều. (ĐS: 0,2m/s)
Bài 2. Xe chở cát khối lượng m1 = 390kg chuyển động theo phương ngang với vận tốc v1 = 8m/s. Hòn đá khối lượng m2 = 10kg bay đến cắm vào cát. Tìm vận tốc của xe sau khi hòn đá rơi vào trong cát trong hai trường hợp:
a.Hòn đá bay ngang, ngược chiều xe với vận tốc v2 = 12m/s. (ĐS: 7,5m/s)
b.Hòn đá rơi thẳng đứng. (ĐS: 7,8m/s)
Bài 3. Một người khối lượng m1 = 60kg đứng trên một xe goòng khối lượng m2 = 240kg đang chuyển động trên đường ray với vận tốc 2m/s. Tính vận tốc của xe nếu người:
a. nhảy ra sau xe với vận tốc 4m/s đối với xe sau khi nhảy. (ĐS: 2,8m/s)
b. nhảy ra phía trước xe với vận tốc 4m/s đối với xe sau khi nhảy. (ĐS: 1,2m/s)
c. nhảy ra khỏi xe với vận tốc v1’đối với xe, v1’ vuông góc với thành xe. (ĐS: 2m/s)
Bài 4. Một viên đạn đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Tìm hướng và độ lớn vận tốc của mảnh thứ nhất biết mảnh thứ hai bay với vận tốc 500m/s theo phương lệch một góc 600 với đường thẳng đứng, hướng:
a.lên phía trên. (ĐS: 500m/s; lệch 600 so với phương thẳng đứng)
b.xuống phía dưới mặt đất. (ĐS: 866m/s; lệch 300 )
Bài 5. Một viên đạn khối lượng m = 0, 8kg đang bay ngang với vận tốc v0 = 12, 5m / s ở độ cao H = 20m thì vỡ thành hai mảnh. Mảnh I có khối lượng m1 = 0, 5kg , ngay sau khi nổ bay thẳng đứng xuống và khi sắp chạm đất có vận tốc v' = 40m / s . Tìm độ lớn và hướng vận tốc mảnh đạn II ngay sau1
 khi vỡ. Bỏ qua sức cản của không khí. (ĐS: 66,7m/s; hướng lên, hợp với phương ngang góc 600 )
Bài 6. Một hạt nhân phóng xạ ban đầu đứng yên phân rã thành ba hạt: electron, notrino và hạt nhân con. Động lượng của electron là 9.10-23kgm/s, động lượng của notrino vuông góc với động lượng của electron và có độ lớn 12.10-23kgm/s. Tìm hướng và độ lớn động lượng của hạt nhân con. (ĐS:15.10-23 N .s )
Bài 7. Một khẩu súng có khối lượng 2000kg, được lắp một viên đạn có khối lượng m. Ban đầu hệ đứng yên, sau khi bắn đạn rời nòng với tốc độ 1250m/s, còn súng giật lùi với tốc độ 5m/s. Tìm khối lượng của viên đạn. (ĐS: 8kg)
Bài 8. Xác định lực tác dụng của súng trường lên vai người bắn biết lúc bắn, vai người giật lùi
2cm, còn viên đạn bay tức thời khỏi nòng súng với vận tốc 500m/s. Khối lượng của súng là 5kg, khối lượng đạn là 20g.
Bài 9. Hai quả bóng khối lượng m1 = 50 g , m2 = 75g ép sát vào nhau trên mặt phẳng ngang. Khi buông tay, quả bóng I lăn được 3,6m thì dừng lại. Hỏi quả bóng II lăn được quãng đường bao nhiêu? Biết hệ số ma sát lăn giữa bóng và mặt sàn là như nhau cho cả hai bóng.
Bài 10. Có một bệ pháo khối lượng 10 tấn có thể chuyển động trên đường ray nằm ngang không ma sát. Trên bệ có gắn một khẩu pháo khối lượng 5 tấn. Giả sử khẩu pháo chứa một viên đạn khối lượng
100kg và nhả đạn theo phương ngang với vận tốc đầu nòng 500m/s đối với khẩu pháo. Xác định vận tốc giật lùi của bệ pháo ngay sau khi bắn trong các trường hợp:
a.Lúc đầu hệ đứng yên. (ĐS: 3,11m/s)
b.Trước khi bắn bệ pháo chuyển động với vận tốc 18km/h:
-Theo chiều bắn. (ĐS: 1,69m/s)
-Ngược chiều bắn. (ĐS: 8,31m/s)
Bài 11. Khẩu đại bác đặt trên một xe lăn, khối lượng tổng cộng m1 = 7,5 tấn, nòng súng hợp thành góc a = 600 với mặt đường nằm ngang. Khi bắn một viên đạn khối lượng m2 = 20kg, súng giật lùi theo phương ngang với vận tốc v1 = 1m/s. Tính vận tốc viên đạn lúc rời nòng súng. Bỏ qua ma sát. (ĐS:750m/s)
Bài 12. Một người khối lượng m1 = 50kg đang đứng trên một chiếc thuyền khối lượng m2 = 200kg nằm yên trên mặt nước yên lặng. Sau đó, người ấy đi từ mũi đến lái thuyền với vận tốc v1 = 0,5m/s đối với thuyền. Biết thuyền dài 3m, bỏ qua lực cản của nước.
a.Tính vận tốc của thuyền đối dòng với nước. (ĐS: 0,1m/s)
b.Trong khi người chuyển động, thuyền đi được một quãng đường bao nhiêu? (ĐS: 0,6m)
c.Khi người dừng lại, thuyền còn chuyển động không? (ĐS: không chuyển động)
Bài 13. Thuyền dài l = 4m , khối lượng M = 160kg, đậu trên mặt nước. hai người khối lượng m1 =
50kg, m2 = 40kg đứng ở hai đầu thuyền. Hỏi khi họ đổi chỗ cho nhau thuyền dịch chuyển một đoạn bao nhiêu? (ĐS: 0,16m)
Bài 14. Hai thuyền, mỗi thuyền có khối lượng M chứa một kiện hàng khối lượng m, chuyển động song song ngược chiều với cùng vận tốc v0. Khi hai thuyền ngang nhau, người ta đổi hai kiện hàng cho nhau theo một trong hai cách:
-Hai kiện hàng được chuyển theo thứ tự trước sau,
-Hai kiện hàng được chuyển đồng thời.
Hỏi với cách nào thì vận tốc cuối của hai thuyền lớn hơn. (ĐS: cách 1)
Bài 15. Một tên lửa khối lượng tổng cộng 100 tấn đang bay với vận tốc 200m/s thì phụt ra tức thời
20 tấn khí với vận tốc 500m/s đối với tên lửa trước khi phụt khí. Tính vận tốc của tên lửa sau khi phụt khí nếu khí được phụt ra:
a.Phía sau tên lửa. (ĐS; 325m/s)
b.Phía trước tên lửa. (ĐS: 75m/s)
Bỏ qua lực hấp dẫn của Trái đất và lực cản của không khí.
Bài 16. Hai người có khối lượng bằng nhau là 50kg đứng trên xe goòng khối lượng 300kg. Bỏ qua ma sát giữa xe với đường ray.
1)Xe goòng đang chuyển động trên đường ray với vận tốc 2m/s. Tính vận tốc của xe nếu người thứ nhất nhảy ra khỏi xe với vận tốc 4m/s đối với xe trong ba trường hợp sau:
a)nhảy ra phía sau. b)nhảu ra phía trước.
c)theo hướng vuông góc với thành xe.
2)Bây giờ xe goòng đứng yên. Tính vận tốc của xe nếu hai người nhảy xuống xe với vận tốc 4m/s nằm ngang theo phương đường ray đối với xe trong hai trường hợp:
a)đồng thời
b)kẻ trước người sau
Bài 17. Một lựu đạn được ném từ mặt đất với vận tốc v0 = 20m/s theo phương lệch với phương ngang một góc a = 300 . Lên tới điểm cao nhất nó nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc đầu v1 = 20m/s.
a.Tìm hướng và độ lớn vận tốc mảnh II.
b.Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu?
Bài tập trắc nghiệm.
Câu 1: Trong các quá trình nào sau đây động lượng được bảo toàn?
A.Ôtô tăng tốc. 	B.Ôtô giảm tốc.
C.Ôtô chuyển động tròn đều. 	D.Ôtô chuyển động thẳng đều trên đường ko ma sát.
Câu 2: Đơn vị của động lượng là?
A. kg.m.s2	 B. kg.m.s 	C. kg.m/s 	D. kg/m.s
Câu 3: Trong khoảng thời gian 30s, ôtô có khối lượng 2 tấn tăng tốc từ 36 km/h lên 72 km/h. Xung lượng của hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên ôtô trong khoảng thời gian này là:
A. 20 000 N.s 	B. 20 N.s 	C. 72 N.s 	D. 72 000N.s
Câu 4: Định luật bảo toàn động lượng tương đương với:
A.Định luật I Niu-tơn 	B.Định luật II Niu-tơn
C.Định luật IIII Niu-tơn 	D.Không tương đương với các định luật Niu-tơn.
Câu 5: Một viên đạn có khối lượng m đang bay theo phương ngang với vận tốc v = 500 m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh một bay lên hợp với phương ngang một góc 600, mảnh hai bay xuống hợp với phương ngang một góc 300. Độ lớn vận tốc của mảnh thứ hai là:
A. 500 m/s 	B. 250 m/s 	C. 400 m/s 	D. 866 m/s
Câu 6: Chọn câu trả lời đúng. Hệ vật – trái đất chỉ gần đúng là hệ kín vì:
A.Trái đất luôn chuyển động. 	
B.Trái đất luôn hút vật. C.Vật luôn chịu tác dụng của trọng lực.
D.Luôn luôn tồn tại cá lưc hấp dẫn từ các thiên thể trong vũ trụ tác dụng lên hệ.
Câu 7: Chọn câu trả lời sai:
A.Hệ vật – Trái đất luôn coi là hệ kín. 
B.Hệ vật – Trái đất chỉ gần đúng là hệ kín. 
C.Trong các vụ nổ, hệ vật có thể coi gần đúng là hệ kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tượng. D.Trong va chạm, hệ vật có thể coi gần đúng là hệ kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tượng.
Câu 8: Một hệ vật là hệ kín nếu:
A.Chỉ có những lực của các vật trong hệ tác dụng lẫn nhau. B.Không có tác dụng của những vật từ ngoài hệ.
C.Các nội lực từng đôi một trực đôi nhau theo định luật III Niu-tơn.
D.Cả A, B, C đều đúng.
Câu 9: Một vật có khối lượng 0,5 kg trượt không ma sát trên một mặt phẳng nằm ngang với vận tốc 5m/s đến va chạm vào một bức tường thẳng đứng theo phương vuông góc với tường. Sau va chạm vật đi ngược trở lại phương cũ với vận tốc 2m/s. Thời gian tương tác là 0,2 s. Lực F do tường tác dụng có độ lớn bằng:
A. 1750 N 	B. 17,5 N 	C. 175 N 	D. 1,75 N
Câu 10: Chọn câu phát biểu sai
A.Động lượng là đại lượng vectơ.
B.Động lượng luôn được tính bằng tích khối lượng và vận tốc của vật. 
C.Động lượng luôn cùng hướng với vận tốc vì vận tốc luôn luôn dương. 
D.Động lượng luôn cùng hướng với vận tốc vì khối lượng luôn luôn dương.
Câu 11: Trong khoảng thời gian 30s, ôtô có khối lượng 2 tấn tăng tốc từ 36 km/h lên 72 km/h. Xung lượng của hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên ôtô trong khoảng thời gian này là:
A. 20 000 N.s 	B. 20 N.s 	C. 72 N.s 	D. 72 000N.s
Câu 12: Một viên đạn có khối lượng m đang bay theo phương ngang với vận tốc v = 500 m/s thì nổ thành hai mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh một bay lên hợp với phương ngang một góc 600, mảnh hai bay xuống hợp với phương ngang một góc 300. Độ lớn vận tốc của mảnh thứ hai là:
A. 500 m/s 	B. 250 m/s 	C. 400 m/s 	D. 866 m/s
Câu 13: Trong thực tế, để khẩu pháo sau khi nhả đạn ít bị giật lùi về phía sau người ta thường
A.Tăng khối lượng viên đạn. 	B.Giảm vận tốc viên đạn. C.Tăng khối lượng khẩu pháo. 	D.Giảm khối lượng khẩu pháo.
Câu 14: Chọn câu phát biểu sai. Trong một hệ kín:
A.Các vật trong hệ kín tương tác với nhau. 	B.Các nội lực từng đôi trực đối. C.Không có ngoại lực tác dụng lên các vât trong hệ. 	D.Nội lực và ngoại lực cân bằng nhau.
Câu 15: Hệ nào sau đây không được coi là hệ kín:
A.Một vật ở rất xa vật khác.
B.Hệ hai vật chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang. 
C.Hệ “súng và đạn” trước và sau khi bắn súng.
D.Hệ chuyển động không ma sát trên mặt phẳng nằm nghiêng.
Câu 16: Hệ “vật rơi tự do và Trái đất” là hệ kín vì:
A.Bỏ qua lực cản của không khí. 	B.Vì chỉ có một mình vật rơi tự do.
C.Vì trọng lực trực đối với lực của vật hút trái đất. 	D.Vì một lý do khác.
Câu 17: Điều nào sau đây không đúng khi nói về động lượng: A.Động lượng là đại lượng vectơ.
B.Đơn vị của động lượng tương đương với N.s.
C.Khi có ngoại lực tác dụng, động lượng luôn luôn cùng hướng với lực. D.Chuyển động tròn có động lượng thay đổi.
Câu 18: Một súng có khối lượng M = 400kg được đặt trên mặt đất nằm ngang. Bắn một viên đạn có khối lượng m = 400g theo phương nằm ngang. Vận tốc của đạn là v = 50m/s. Vận tốc lùi V’ của súng là:
A. -5mm/s 	B. 0 	C. -50cm/s 	D. -5m/s.
Câu 19: Một vật có khối lượng 1kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0,5 s, g=9,8 m/s2. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu?
A. 4,9 kg.m/s 	B. 10kg.m/s 	C. 5 kg.m/s 	D. 0,5 kg.m/s
Câu 20: Một người có khối lượng 50kg chạy với tốc độ 5m/s nhảy vào thùng xe có khối lượng 150g đang đứng yên. Nếu bỏ qua ma sát của xe trên mặt đường, thì sau khi nhảy lên, người và xe có vận tốc bằng bao nhiêu?
A. 1,25m/s 	B. 1,5m/s 	C. 1,75m/s 	D. 2m/s
Câu 21: Người ta ném một quả bóng có khối lượng 1,5kg để cho nó chuyển động với vận tốc 20m/s. Xung lực tác dụng lên quả bóng là:
A. 10N.s 	B. 20N.s 	C. 100N.s 	D. 500N.s
Câu 22: Một vật có khối lượng 3kg đập vào một bức tường rồi nảy trở lại với cùng vận tốc. Vận tốc lúc ban đầu của vật trước khi va chạm là +5m/s. Sự biến đổi động lượng của vật là
A. -15kgm/s 	B. 0 kgm/s 	C. 15 kgm/s 	D. -30 kgm/s
Câu 23: Một khẩu đại bác khối lượng 6000 kg bắn đi một đầu đạn khối lượng 37,5 kg. Khi đạn nổ, khẩu súng giật lùi về phía sau với vận tốc v1=2,5m/s. Khi đó đầu đạn đạt được vận tốc bằng bao nhiêu?
A. 500m/s 	B. 450m/s 	C. 400m/s 	D. 350 m/s
Câu 24: Một khẩu đại bác nặng 300kg bắn ra một viên đạn khối lượng 5kg với vận tốc 300m/s thì nó bị giật lại với vận tốc là:
A. 300 m/s 	B. 5 m/s 	C. 16000m/s 	D. 0
Câu 25: Một lực 20N tác dụng vào một vật 400g đang nằm yên, thời gian tác dụng 0,015 s. Xung lượng của lực tác dụng trong khoảng thời gian đó là:
A. 0,3 kg.m/s 	B. 1,2 kg.m/s 	C. 120 kg.m/s 	D. Một giá trị khác.