Lý thuyết Vật lý 10 bài 30 KNTT

Hình 30.1. Bộ dụng cụ thí nghiệm xác định động lượng trước và sau va chạm

- Băng đệm khí (1).

- Đồng hồ đo thời gian hiện số (2).

- Hai cổng quang điện (3).

- Bơm nén khí (4).

- Hai xe trượt (5).

- Hai tấm cản quang (6).

- Cân điện tử (7).

- Một số quả nặng (8).

- Lò xo hoặc thanh nhựa hình chữ U để mắc dây cao su đàn hồi (9).

- Chốt ghim (10).

- Các dây nối (11).

Để hai xe và chạm trên đệm khí, có thể thực hiện như sau:

- Điều chỉnh cho bằng đệm khí nằm ngang và lắp ống dẫn khí từ bơm nén khí vào bằng đệm khí.

- Lắp hai cổng quang điện vào hai giá đỡ đặt cách nhau một khoảng.

- Nối dây từ hai cổng quang điện vào đồng hồ đo thời gian hiện số.

- Lắp tấm cản quang và các chốt cắm thích hợp lên mỗi xe và đặt hai xe lên bằng đệm khí.

- Cấp điện cho bơm nén khí và đồng hồ đo thời gian hiện số.

a. Thí nghiệm 1: Va chạm mềm

- Hai xe chuyển động va chạm vào nhau, sau va chạm hai xe dính vào nhau và chuyển động với cùng vận tốc.

- Bố trí thí nghiệm như Hình 30.2.

Hình 30.2. Bố trí thí nghiệm xác định động lượng trong trường hợp va chạm mềm

- Lắp tấm cản quang vào xe và các chốt cắm thích hợp lên hai xe, sau đó cân khối lượng xe và ghi vào Bảng 30.1.

- Cấp điện cho bơm nén khí và đồng hồ đo thời gian, điều chỉnh tốc độ của bơm nén khí thích hợp, cho đồng hồ đo thời gian hoạt động ở chế độ đo thời gian vật chắn cổng quang điện.

- Ấn nút Reset trên mặt đồng hồ để đưa số chỉ của đồng hồ về 0.000.

- Đặt xe 2 lên bằng đệm khí giữa hai cổng quang điện, đặt xe 1 ở khoảng bên ngoài hai cổng quang điện.

- Đẩy xe 1 va chạm vào xe 2.

- Lần lượt đọc trên đồng hồ các khoảng thời gian t, ta và ghi vào Bảng 30.1.

- Gắn thêm vào xe các gia trọng, lặp lại các bước 4, 5,6,7 hai lần.

b. Thí nghiệm 2: Va chạm đàn hồi

- Hai xe chuyển động va chạm vào nhau, sau va chạm hai xe chuyển động về hai phía ngược nhau (Hình 30.3).

Hình 30.3. Thí nghiệm xác định động lượng trong trường hợp va chạm đàn hồi

- Bố trí thí nghiệm như Hình 30.3.

- Gắn lò xo (hoặc thanh nhựa hình chữ U có dây cao su đàn hồi vào 1 xe). Cân hai xe và ghi vào Bảng 30.2.

- Đặt hai xe lên bằng đệm khí ở vị trí giữa hai cổng quang. Lấy sợi dây nhỏ buộc hai xe để nén lò xo lại. Ấn nút Reset trên mặt đồng hồ.

- Cắt sợi dây để lò xo bung ra, đẩy hai xe về hai phía.

- Lần lượt đọc trên đồng hồ các khoảng thời gian t₁, t₂ và ghi vào Bảng 30.2.

- Gắn thêm vào hai xe các gia trọng, lặp lại các bước 3,4,5 hai lần nữa.

Bảng 30.1. Thí nghiệm va chạm mềm

Độ dài tấm cản quang: .....(m)

Bảng 30.2. Thí nghiệm va chạm đàn hồi

Bài 1: Có hai xe chuyển động va chạm vào nhau thì động lượng các xe thay đổi. Em hãy nêu các trường hợp có thể xảy ra và dự đoán sau va chạm hai xe chuyển động như thế nào. Làm thế nào xác định được động lượng của hai xe trước và sau va chạm bằng dụng cụ thí nghiệm, từ đó kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng?

Hướng dẫn giải

Các trường hợp có thể xảy ra khi hai xe va chạm vào nhau

+ TH1: Hai xe dính vào nhau và di chuyển cùng nhau về phía trước

+ TH2: Một xe dừng lại, xe còn lại di chuyển về phía trước

+ TH3: Hai xe di chuyển ngược lại so với hướng di chuyển ban đầu

Cách xác định động lượng của hai xe trước và sau va chạm, ta sử dụng bộ dụng cụ thí nghiệm xác định động lượng, từ đó kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng.

Bài 2: Một quả bóng đang bay ngang với động lượng \(\overrightarrow{p}\) thì đập vuông góc vào một bức tường thẳng đứng bay ngược trở lại theo phương vuông góc với bức tường với cùng độ lớn vận tốc. Độ biến thiên động lượng của quả bóng là:

A. \(\overrightarrow{0}\)

B. \(\overrightarrow{p}\)

C. 2.\(\overrightarrow{p}\)

D. – 2.\(\overrightarrow{p}\)

Hướng dẫn giải

Chọn đáp án D

Giải thích:

- Chọn chiều dương là chiều chuyển động trước va chạm của quả bóng.

- Động lượng trước va chạm là: \(\overrightarrow{p}\)

- Động lượng sau va chạm là: - \(\overrightarrow{p}\) (do bóng bật ngược trở lại, chuyển động ngược chiều dương)

- Vậy độ biến thiên động lượng là:

\(\Delta \overrightarrow{p} = \overrightarrow{p_{sau}} - \overrightarrow{p_{trước}} = (-\overrightarrow{p}) - \overrightarrow{p} = - 2.\overrightarrow{p}\)