Giải SGK Vật Lí 10 (Kết nối tri thức) Bài 28: Động lượng

Giải Vật Lí 10 Bài 28: Động lượng

Khởi động trang 110 Vật Lí 10: Quan sát hình dưới đây.

- Hình a: Xe tải và xe con đang chạy cạnh nhau với cùng vận tốc. Khi đèn tín hiệu màu đỏ bật sáng, xe nào muốn dừng lại cần phải có một lực hãm lớn hơn? Tại sao?

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

Lời giải:

- Hình a: Khi đèn tín hiệu màu đỏ bật sáng, xe tải muốn dừng lại cần phải có một lực hãm lớn hơn vì khối lượng của xe tải lớn hơn xe con, quán tính cũng lớn hơn.

- Hình b: Thủ môn khó bắt bóng hơn khi bóng bay tới có tốc độ lớn. Vì khi tốc độ của quả bóng càng lớn thì thời gian để thủ môn đưa ra phản ứng càng ngắn. Hơn nữa, khi tốc độ của quả bóng càng lớn thì động lượng của nó càng lớn (tức khả năng truyền chuyển động càng lớn). Vậy nên thủ môn rất khó đẩy được quả bóng ra ngoài.

I. Động lượng

Hoạt động trang 110 Vật Lí 10: 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?

Lời giải:

Thảo luận:

- 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, khi ta tăng độ dốc của máng trượt thì viên bi A có vận tốc lớn hơn khi va chạm với viên bi C, làm cho viên bi C lăn xa hơn. Vì khi viên bi A ở độ dốc lớn hơn sẽ có năng lượng (thế năng hấp dẫn) lớn hơn. Khi chuyển động xuống chân dốc, thế năng hấp dẫn này chuyển hóa thành động năng truyền cho viên bi C làm cho nó lăn xa hơn.

Câu hỏi 1 trang 111 Vật Lí 10: Tìm thêm ví dụ minh họa cho ý nghĩa vật lí trên của động lượng.

Lời giải:

- 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.

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

Câu hỏi 2 trang 111 Vật Lí 10:

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?

Lời giải:

a) 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. Vì 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 1 trang 111 Vật Lí 10:

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).

Lời giải:

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 2 trang 111 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

A, B, C - đúng

D – sai vì: Động lượng được xác định bởi công thức $\overrightarrow{p}=m.\overrightarrow{v}$ ⇒ động lượng phụ thuộc vào cả vận tốc và khối lượng của vật đó.

Đáp án đúng là: D

Câu hỏi 3 trang 111 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

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

Độ lớn động lượng của hòn đá là:

p₂ = m₂.v₂ = 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 4 trang 111 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

Đổi 1,5 tấn = 1500 kg; 36 km/h = 10 m/s; 54 km/h = 15 m/s

- Độ lớn động lượng của xe tải là:

p₁ = m₁.v₁ = 1500.10 = 15000 kg.m/s

- Độ lớn động lượng của xe 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 5 trang 111 Vật Lí 10: Tại sao đơn vị của động lượng còn có thể viết là N.s?

Lời giải:

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

II. Xung lượng của lực

Câu hỏi 1 trang 111 Vật Lí 10: 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 quả 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.

Lời giải:

Trong thời gian rất ngắn:

- Quả bóng chịu tác dụng lực của chân cầu thủ.

- Quả bóng bi-a chịu tác dụng của phản lực từ thành bàn.

- Quả bóng gôn chịu tác dụng lực từ cây gậy do tay của người chơi truyền vào.

Câu hỏi 2 trang 111 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

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

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

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

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

- 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 vì: chân cầu thủ sút vào bóng, thành bàn tác dụng lực vào bi-a, gậy vụt vào bóng tạo ra xung lượng 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.

Câu hỏi 1 trang 112 Vật Lí 10:

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.

Lời giải:

a) Xung lượng của lực làm biến đổi trạng thái chuyển động của vật.

b) 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:

$\overrightarrow{F}.\Delta t=m.{\overrightarrow{v}}_2-m{\overrightarrow{v}}_1$

Chiếu biểu thức vectơ xuống trục tọa độ đã chọn:

=> F.∆t = -mv - mv = -2mv

Đáp án đúng là: C

Câu hỏi 2 trang 112 Vật Lí 10: Thủ môn khi bắt bóng không muốn đau tay và khỏi ngã thì phải co tay lại và lùi người một chút theo hướng đi 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.

Lời giải:

Ta có: $\overrightarrow{F}.\Delta t=\Delta \overrightarrow{p}$ => $\overrightarrow{F}=\frac{\Delta \overrightarrow{p}}{\Delta t}$

Suy ra:  càng lớn thì F càng nhỏ. 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.

Đáp án đúng là: D

Câu hỏi 3 trang 112 Vật Lí 10: 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.

Lời giải:

Đổi 46 g = 0,046 kg

- 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

Câu hỏi 4 trang 112 Vật Lí 10: 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?

Lời giải:

a) Tính động lượng của mỗi vật.

- 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

b) Vật 2 khó dừng lại hơn vì vật 2 có động lượng lớn hơn.

Em có thể 1 trang 112 Vật Lí 10: Mô tả và tính độ lớn động lượng của Trái Đất trong chuyển động quanh Mặt Trời, khi biết khối lượng Trái Đất và bán kính quỹ đạo.

Lời giải:

Quỹ đạo của Trái Đất là đường đi của Trái Đất xung quanh Mặt Trời. Trái Đất quay trên quỹ đạo quanh Mặt Trời với khoảng cách 149 600 000 km hết 365,25 ngày. Để tính được độ lớn động lượng của Trái Đất trong chuyển động quanh Mặt Trời ta cần xác định được tốc độ chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời.

- Khối lượng Trái Đất m = 5,972.10²⁴ kg

- Bán kính quỹ đạo R = 149.600.000 km = 1496.10⁸ m

- Thời gian Trái Đất quay một vòng quanh Mặt Trời: t = 365,25 ngày = 31557600 s

- Tốc độ chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời là:

v = $\frac{s}{t}=\frac{2\pi R}{t}$ = $\frac{2\pi {\mathrm{.1496.10}}^8}{31557600}$ ≈ 29785m/s

- Độ lớn động lượng của Trái Đất trong chuyển động quanh Mặt Trời là:

p = m.v = 5,972.10²⁴.29785 1,73.10²⁹ kg.m/s

Em có thể 2 trang 112 Vật Lí 10: Tính động lượng của hệ “tên lửa + khí” ngay trước và sau khi phụt khí, khi đã biết khối lượng, vận tốc của tên lửa và của khí phụt ra.

Lời giải:

Giả sử:

Trước khi phụt khí:

- Tên lửa có khối lượng m₁ (kg), vận tốc v₁  (m/s).

- Khí có khối lượng m₂ (kg).

- Động lượng của hệ “tên lửa + khí” ngay trước khi phụt khí là:

$\overrightarrow{p}=(m_1+m_2).\overrightarrow{v_1}$ (kg.m/s)

Sau khi phụt khí:

- Tên lửa có khối lượng m₁ (kg), vận tốc v  (m/s).

- Khí có khối lượng m₂ (kg), vận tốc v₂ (m/s).

- Động lượng của hệ “tên lửa + khí” ngay sau khi phụt khí là:

$\overrightarrow{p\text{'}}=m_1\overrightarrow{v}+m_2\overrightarrow{v_2}$ (kg.m/s)

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật Lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

Bài 30: Thực hành: Xác định động lượng của vật trước và sau va chạm

Bài 31: Động học của chuyển động tròn đều

Bài 32: Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm

Bài 33: Biến dạng của vật rắn