Giải SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28: Động lượng

Khởi động

Câu hỏi khởi động SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 110): Quan sát hình dưới đây.

- Hình a: Khi đèn tín hiệu màu đỏ bật sáng thì xe nào muốn dừng lại cần phải có một lực hãm lớn hơn? Tại sao?

- Hình b: Cầu thủ bóng đá sút phạt 11 m. Thủ môn khó bắt bóng khi bóng bay tới có tốc độ lớn hay nhỏ? Tại sao?

Trả lời:

- Hình a: Khi đèn tín hiệu màu đỏ bật sáng thì xe ô tô tải cần phải có một lực hãm lớn hơn xe ô tô con để dừng lại. Ô tô tải có khối lượng lớn hơn nên cần phải có lực hãm lớn hơn để dừng lại so với ô tô con

- Hình b: Vận tốc của quả bóng lớn sẽ khó bắt bóng hơn so với vận tốc của quả bóng nhỏ. Tại vì nếu vận tốc lớn thì quả bóng sẽ bay rất nhanh, thủ môn khó nắm bắt hướng di chuyển của quả bóng.

I. Động lượng

* Hoạt động SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 110): Thực hiện các thí nghiệm sau để tìm hiểu về sự truyền chuyển động trong tương tác giữa các vật.

Chuẩn bị:

- Ba viên bi A, B, C (chọn bi B nặng hơn A và C).

- Máng trượt (có thể dùng ống nhựa cắt dọc).

- Một vài vật (hộp giấy, quyển sách) để tạo độ dốc của máng trượt.

- Đặt viên bi C ngay dưới chân máng trượt như Hình 28.1.

Tiến hành:

- Thí nghiệm 1: Lần lượt thả hai viên bi: A, B (bi B nặng hơn bi A) chuyển động trên máng trượt. Quan sát và đo quãng đường dịch chuyển của viên bi C sau va chạm ứng với mỗi lần thả.

- Thí nghiệm 2: Bây giờ chỉ thả viên bi A lăn xuống máng trượt nhưng tăng độ dốc của máng trượt. Quan sát và đo quãng đường dịch chuyển của viên bi C sau va chạm ứng với mỗi lần thả.

Thảo luận:

- Trong thí nghiệm 1, vận tốc của hai viên bi A và B khi đến chân dốc có giống nhau không? Viên bi nào đẩy viên bi C lăn xa hơn? Tại sao?

- Trong thí nghiệm 2, ứng với độ dốc nào thì viên bi A có vận tốc lớn hơn khi va chạm với bi C? Ở trường hợp nào, viên bi C lăn xa hơn? Tại sao?

Trả lời:

- Trong thí nghiệm 1, vận tốc của hai viên bi A và B khi đến chân dốc không giống nhau. Viên bi B đẩy viên bi C lăn xa hơn. Vì viên bi B có khối lượng lớn hơn nên có động năng lớn hơn ⇒ truyền năng lượng cho viên bi C nhiều hơn ⇒ làm viên bi C lăn xa hơn.

- Trong thí nghiệm 2, ứng với độ dốc sau khi tăng độ dốc của máng trượt lên thì vận tốc của viên A lớn hơn khi va chạm với viên bi C. Sau khi tăng độ dốc thì thì viên C lăn xa hơn.

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111): Tìm thêm ví dụ minh họa cho ý nghĩa vật lí trên của động lượng.

Trả lời:

– Trong thi đấu quần vợt, tuyển thủ dùng lực lớn để tác động vào quả bóng thì vận tốc của quả bóng sẽ tăng nhanh khiến đối phương khó đỡ hơn so với khi tác động 1 lực nhẹ hơn.

– Chơi đánh bóng với hai quả bóng, một là bóng tennis, hai là bóng bàn.

– Xe ô tô đi với tốc độ càng cao, khi va chạm thì hậu quả càng nghiêm trọng.

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111):

a) Động lượng của xe tải hay ô tô trong hình ở đầu bài lớn hơn?

b) Trong trường hợp sút phạt 11 m, tại sao thủ môn khó bắt bóng hơn nếu bóng có động lượng tăng?

Trả lời:

a) Quan sát hình ta thấy, vận tốc của hai xe như nhau, từ biểu thức tính động lượng p = m.v, p tỉ lệ thuận với khối lượng. Động lượng của xe tải lớn hơn vì xe tải có khối lượng lớn hơn.

b) Trong trường hợp sút phạt 11 m, khi động lượng của quả bóng tăng thì vận tốc của quả bóng cũng tăng. Mà động lượng lại là đại lượng liên quan đến cách xác định trạng thái chuyển động của vật. Động lượng tăng dẫn đến việc xác định trạng thái chuyển động của vật khó hơn nên thủ môn khó bắt bóng hơn.Vì vậy, quả bóng bay tới rất nhanh nên thủ môn sẽ có ít thời gian để đưa ra phản ứng do đó sẽ khó đoán đúng hướng bóng và khó bắt bóng hơn.

Câu hỏi 3 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111):

a) Nêu định nghĩa và đơn vị của động lượng.

b) Vẽ vectơ động lượng của một quả bóng tennis vừa bật khỏi mặt vợt (Hình 28.2).

Trả lời:

a) Đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động của một vật khi tương tác với vật khác được gọi là động lượng của vật.

- Đơn vị của động lượng là kg.m/s.

b) Động lượng là một đại lượng vectơ có cùng hướng với vận tốc của vật. Do đó, vectơ động lượng của một quả bóng tennis vừa bật khỏi mặt vợt được biểu diễn như sau:

Câu hỏi 4 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111): Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về động lượng?

A. Động lượng của một vật đặc trưng cho trạng thái chuyển động của vật đó.

B. Động lượng là đại lượng vectơ.

C. Động lượng có đơn vị là kg.m/s

D. Động lượng của một vật chỉ phụ thuộc vào vận tốc của vật đó.

Đáp án không đúng là: D. Động lượng của một vật chỉ phụ thuộc vào vận tốc của vật đó.

Giải thích:

- Động lượng là đại lượng đặc trưng cho sự truyền chuyển động giữa các vật tương tác với nhau. => A đúng

- Động lượng là đại lượng vectơ => B đúng

- Biểu thức tính động lượng: p = m.v, đơn vị là kg.m/s => C đúng

- Động lượng được xác định bởi công thức (véc tơ) P=m.(véc tơ)⇒ động lượng phụ thuộc vào cả vận tốc và khối lượng của vật đó. => D sai

Câu hỏi 5 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111): Tính độ lớn động lượng trong các trường hợp sau:

a) Một xe buýt khối lượng 3 tấn đang chuyển động với tốc độ 72 km/h.

b) Một hòn đá khối lượng 500 g chuyển động với tốc độ 10 m/s.

c) Một electron chuyển động với tốc độ 2.107 m/s. Biết khối lượng electron bằng 9,1.10^-31 kg.

Trả lời:

a) Đổi 3 tấn = 3000 kg; 72 km/h = 20 m/s

Độ lớn động lượng của xe bus là:

p₁ = m₁.v₁ = 3000.20 = 60000 kg.m/s

b) Đổi 500 g = 0,5 kg.

Động lượng của hòn đá là: p = m.v = 0,5.10 = 5 (kg.m/s)

c) Độ lớn động lượng của electron là:

p₃ = m₃.v₃ = 9,1.10^-31.2.10⁷ = 1,82.10^-23 kg.m/s

Câu hỏi 6 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111): Một xe tải có khối lượng 1,5 tấn chuyển động với vận tốc 36 km/h và một ô tô có khối lượng 750 kg chuyển động ngược chiều với vận tốc 54 km/h. So sánh động lượng của hai xe.

Trả lời:

Đổi 1,5 tấn = 1500 kg

36 km/h = 10 m/s 

54 km/h = 15 m/s

Động lượng của xe tải là: p₁ = m₁.v₁ = 1500.10 = 15000 kg.m/s

Động lượng của ô tô là; p₂ = m₂.v₂ = 750.15 = 11250 kg.m/s

Vì 15000 > 11250 nên xe tải có độ lớn động lượng lớn hơn xe ô tô.

=> Động lượng của hai xe cùng phương, ngược chiều.

Câu hỏi 7 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111): Tại sao đơn vị của động lượng còn có thể viết là N.s?

Trả lời:

* Cách giải thích thứ nhất:

Ta có: $p=m.v=\frac{P}{g}.v$

Trong đó:

+ P: đơn vị là N.

+ g: đơn vị là m/s².

+ v: đơn vị là m/s.

=> Đơn vị của động lượng còn có thể viết là: $\frac{N}{\frac{m}{s^{2}}}.\frac{m}{s}=\frac{N.m.s^{2}}{m.s}=N.s$

* Cách giải thích thứ hai:

Ta có Trọng lượng = khối lượng x gia tốc => khối lượng = trọng lượng  / gia tốc => Động lượng = (trọng lượng / gia tốc ) x vận tốc.

Xét về đơn vị ta có: $\frac{N}{\frac{m}{s^{2}}}.\frac{m}{s}=\frac{M.n.s^{2}}{m.s}=M.n$

* Cách giải thích thứ ba:

Từ biểu thức tính xung lượng của vật, ta có F đơn vị là N, Δt đơn vị là s, nên động lượng còn có đơn vị là N.s.

II. Xung lượng của lực

1. Xung lượng

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111): Trong các ví dụ sau, các vật đã chịu tác dụng của các lực nào trong thời gian rất ngắn?

- Cầu thủ thực hiện một cú đá vô lê đã đưa được bóng vào lưới đối phương.

- Trong môn bi-a, quả bi-a đang chuyển động thì va chạm vào thành bàn nên nó bị đổi hướng.

- Trong môn chơi gôn, một quả bóng gôn đang nằm yên. Sau một cú đánh, quả bóng bay đi rất nhanh.

Trả lời:

+ Cầu thủ thực hiện một cú đá vô lê đã đưa được bóng vào lưới đối phương => (Chịu tác dụng lực của chân cầu thủ)

+ Quả bi-a đang chuyển động thì va chạm vào thành bàn nên nó bị đổi hướng => (Chịu tác dụng của phản lực từ thành bàn)

+ Một quả bóng gôn đang nằm yên. Sau một cú đánh, quả bóng bay đi rất nhanh => (Chịu tác dụng lực từ cây gậy do tay của người chơi truyền vào)

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 111): Hãy chỉ ra sự biến đổi trạng thái chuyển động của vật trong các ví dụ trên như thế nào? Tại sao lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian ngắn lại có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật đó.

Trả lời:

– Sự biến đổi trạng thái chuyển động của các vật:

+ Quả bóng đang đứng yên thì chuyển động cùng hướng với vận tốc sút của cầu thủ sau khi chịu tác dụng lực của chân cầu thủ.

+ Quả bóng bi-a sau khi chịu tác dụng của phản lực từ thành bàn thì chuyển động theo hướng khác

+ Quả bóng gôn đang đứng yên thì chuyển động cùng hướng với vận tốc mà lực của cây gậy tác dụng sau khi chịu tác dụng lực từ cây gậy do tay của người chơi truyền vào.

– Lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian ngắn có thể gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động của vật. Khi lực tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian ngắn thì lực trong khoảng thời gian đó rất lớn mà xung lượng được biểu diễn bằng tích nên nếu rất nhỏ thì lực F rất lớn nó sẽ gây ra biến đổi đáng kể trạng thái chuyển động, gây ra sự biến đổi trạng thái rất nhanh của vật.

2. Liên hệ giữa xung lượng của lực và độ biến thiên động lực

Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 112):

a) Xung lượng của lực gây ra tác dụng gì?

b) Một quả bóng khối lượng m đang bay ngang với tốc độ v thì đập vào một bức tường và bật trở lại với cùng tốc độ. Xung lượng của lực gây ra bởi tường lên quả bóng là

A. mv.

B. –mv.

C. 2mv.

D. –2mv.

* Cách giải thích thứ nhất:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của quá bóng trước khi đập vào tường.

Xung lượng của lực gây ra bởi tường lên quả bóng là:

$\underset{F}{\rightarrow}.\Delta t=m.\underset{v_{2}}{\rightarrow}-m\underset{v_{1}}{\rightarrow}$

Chiếu biểu thức vectơ xuống trục tọa độ đã chọn:

=> F.∆t = -mv - mv = -2mv

* Cách giải thích thứ hai:

- Xung lượng của lực gây ra tác dụng làm biến đổi trạng thái chuyển động của vật

- Giả sử chiều dương là chiều chuyển động khi quả bóng đạp vào tường

=> v₁ = v; v₂ = -v

Xung lượng của vật bằng độ biến thiên động lượng

Độ biến thiên động lượng là: Δp = m.(v₂ – v₁ ) = m.(-v-v) = -2mv.

Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 112): Thủ môn khi bắt bóng muốn không đau tay và khỏi ngã thì phải co tay lại và lùi người một chút theo hướng đi qua của quả bóng. Thủ môn làm thế để

A. làm giảm động lượng của quả bóng.

B. làm giảm độ biến thiên động lượng của quả bóng

C. làm tăng xung lượng của lực quả bóng tác dụng lên tay.

D. làm giảm cường độ của lực quả bóng tác dụng lên tay.

Đáp án đúng: D. làm giảm cường độ của lực quả bóng tác dụng lên tay.

* Giải thích

- Ta có: $\underset{\Delta p}{\rightarrow}=\underset{F}{\rightarrow}.\Delta t=>F=\frac{\Delta p}{\Delta t}$

- Từ khi quả bóng bắt đầu chạm vào tay với vận tốc v tới khi quả bóng dừng lại, thì độ biến thiên động lượng là Δp = m.(v-0), chỉ phụ thuộc v không phụ thuộc Δt. => Càng lớn thì F càng nhỏ. Vậy muốn giảm F thì phải tăng Δt. Người thủ môn co tay lại và lùi người một chút nhằm tăng thời gian để quả bóng dừng lại dẫn đến làm giảm cường độ của lực quả bóng tác dụng lên tay.

Câu hỏi 3 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 112): Một quả bóng gôn có khối lượng 46 g đang nằm yên, sau một cú đánh quả bóng bay lên với tốc độ 70 m/s. Tính xung lượng của lực và độ lớn trung bình của lực tác dụng vào quả bóng. Biết thời gian tác dụng là 0,5.10-3s.

Trả lời:

Đổi 46 g = 0,046 kg

* Cách giải 1:

- Xung lượng của lực tác dụng lên quả bóng là:

 F.∆t = ∆p = m.v₂ - m.v₁ = 0,046.70 - 0 = 3,22N.s

- Độ lớn trung bình của lực tác dụng vào quả bóng là:

F.∆t = ∆p => F = $\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{3,22}{0,5.10^{-3}}=6440N$

* Cách giải 2:

Độ biến thiên động lượng của bóng là : m.v₁- m.v₀= m.v₁ = 0,046 x 70 = 3,22 kg.m/s

Vậy xung lượng của quả bóng là 3,22 kg.m/s

=> F. Δt= Fx 0,5 x 10−3= 3,22 => F= 6 440 N

Vậy Độ lớn trung bình của lực tác dụng vào quả bóng là: 6 440 N

* Cách giải 3:

Ban đầu vật nằm yên nên v₁ = 0 m/s

v₂ = 70 m/s

Độ biến thiên động lượng là: Δp = m.Δv = m.(v₂ – v₁ ) = 0,046.(70-0) = 3,22 (kg.m/s)

=> Xung lượng của vật là 3,22 N.s

Độ lớn trung bình của lực là: $\Delta _{p}=F.\Delta t\Rightarrow F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{3,22}{0,5.10^{3}}=6440(N)$

Câu hỏi 4 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 28 (trang 112): Hai vật có khối lượng lần lượt là m₁ = 1 kg và m₂ = 2 kg, chuyển động với vận tốc có độ lớn lần lượt là v₁ = 3 m/s và v₂ = 2 m/s.

a) Tính động lượng của mỗi vật.

b) Vật nào khó dừng lại hơn? Vì sao?

Trả lời:

a) Tính động lượng của mỗi vật.

* Cách giải 1:

– Động lượng của vật 1 là: p₁=m₁.v₁=1.3=3(kg.m/s)

– Động lượng của vật 2 là: p₂=m₂.v₂=2.2=4(kg.m/s)

* Cách giải 2: 

– Vật 1 là : 1 x 3 = 3 kg.m/s

– Vật 2 là : 2 x 2 = 4 kg.m/s

b) Do động lượng của vật 2 lớn hơn động lượng của vật 1 nên vật 2 khó dừng lại hơn vật 1.