Đề cương ôn tập Chương 4 môn Vật lí Lớp 10 - Trường THPT Trần Phú

Nội dung text: Đề cương ôn tập Chương 4 môn Vật lí Lớp 10 - Trường THPT Trần Phú

1. Chƣơng 4. CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN Chủ đề 1: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG 1.1. Kiến thức cơ bản 1. Một hệ vật gọi là hệ kín (hay cô lập) nếu các vật trong hệ chỉ tưng tác với nhau mà không tương tác với các vật ở ngoài hệ (gọi tắt là môi trường ngoài). Ví dụ: Hệ hai vật chuyển động không có ma sát trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang. Trong các hiện tượng nổ, va chạm, hệ vật có thể coi gần đúng là hệ kín trong thời gian ngắn xảy ra hiện tượng. 2. Động lượng p của một vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là đại lượng vectơ bằng tích của khối lượng m với vận tốc của vật: = m . - Động lượng có hướng của vân tốc. - Động lượng của một hệ là tổng các vectơ các động lượng của các vật trong hệ. - Đơn vị: kg.m/s. 3. Định luật bảo toàn động lượng: Vectơ tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn p p' hay p const . a) Đối với hệ hai vật: p1 p2 const . b) Nếu hệ không kín nhưng các ngoại lực có cung phương Oy chẳng hạn thì hình chiếu của tổng ngoại lực xuống phương Ox bằng không. Do đó, hình chiếu của tổng động lượng trên phương Ox vẫn bảo toàn : p1x p2x const . 4. Liên hệ giữa lực và động lượng: Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó : p = F . t. 1.2. Bài tập PHẦN I: TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN Câu 1: Một vật có khối lượng 0,5 kg trượt không ma sát trên một mặt phẳng ngang với vận tốc 5 m/s đến va chạm vào một bức tường thẳng đứng theo phương vuông góc với tường. Sau va chạm vật đi ngược trở lại theo phương cũ với vận tốc 2 m/s. Thời gian tương tác là 0,2 s. Lực F do tường tác dụng vào vật có độ lớn là bao nhiêu? A. 1750N B. 17,5N C.175N D.1,75N Câu 2: Bắn một hòn bi thép với vận tốc v vào một hòn bi thủy tinh nằm yên. Sau khi va chạm hai hòn bi cùng chuyển động về phía trước, nhưng bi thủy tinh có vận tốc gấp 3 lần vận tốc của bi thép, khối lượng bi thép gấp 3 lần khối lượng bi thủy tinh. Vận tốc của mỗi bi sau va chạm là: v 3v 3v v 3v 3v A. v' ; v' B. v' ; v' C. v / 2v ; v / D. v / ; v / 2v 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 1 2 2 Câu 3: khí cầu M có một thang dây mang một người khối lượng m . Khí cầu và người đang đứng yên trên không thì người leo lên thang với vận tốc v0 đối với thang. Vận tốc đối với đất của khí cầu là bao nhiêu? Mv mv mv M m v A. 0 B. 0 C. 0 D. 0 Mm Mm M Mm 2 - 1 -
2. 0 Câu 4: Một hòn đá được ném xiên một góc 30 so với phương ngang với động lượng ban đầu có độ lớn bằng 2 kg.m/s từ mặt đất. Độ biến thiên động lượng P khi hòn đá rơi tới mặt đất có giá trị là: A. 3 kg.m/s B. 4 kg.m/s C. 1 kg.m/s D. 2 kg.m/s -27 7 Câu 5: Một prôtôn có khối lượng mp = 1,67.10 kg chuyển động với vận tốc vp = 1.10 m/s tới va chạm vào hạt nhân Heli (thường gọi là hạt ) đang nằm yên. Sau va cham, prôtôn giật lùi với vân ’ 6 6 tốc v p = 6.10 m/s còn hạt bay về phía trước với vận tốc v = 4.10 m/s. Khối lượng của hạt là: A. 6,68.10-27 kg B. 66,8.10-27kg C. 48,3.10-27 kg D. 4,83.10-27kg Câu 6: Một khẩu đại bác khối lượng 6000 kg bắn đi theo phương ngang một đạn khối lượng 37,5 kg. Khi đạn nổ, khẩu súng giật lùi về phía sau với vận tốc v1 = 2,5 m/s. Khi đó đầu đạn được vận tốc bằng bao nhiêu? A. 358m/s B. 400m/s C.350m/s D. 385m/s  Một xe chở cát khối lượng M đang chuyển động với vận tốc V . Một viên đạn khối lượng m bay đến với vận tốc v và cắm vào trong cát. (Dùng thông tin này để trả lời các câu hỏi 7, 8, 9). Câu 7: Sau khi viên đạn cắm vào, xe cát chuyển động với vận tốc u có độ lớn và hướng là: A. u < và cùng chiều ban đầu. B. u < và ngược chiều ban đầu. C. u = 0, xe cát dừng lại. D. Xảy ra một trong 3 khả năng trên tùy thuộc vào thời gian đạn găm vào. Câu 8: Với giá trị nào của thì xe cát dừng lại? MV MV MV MV A. cos B. C. cos D. m mc. os Mv M m cos Câu 9: Trong thời gian đạn cắm vào trong cát, áp lực của xe cát lên mặt đường sẽ: A. Tăng lên B. Giảm xuống C. Không đổi D. Tùy thuộc vào thời gian găm có thể xảy ra một trong 3 khả năng trên. Câu 10: Một tên lửa vũ trụ khi bắt đầu rời bệ phóng trong giây đầu tiên đã phụt ra một lượng khí đốt 1300 kg với vận tốc v = 2500 m/s. Khối lượng ban đầu của tên lửa bằng 3.105 kg. Lực tổng hợp tác dụng lên tên lửa có: A. Phương thẳng đứng đi lên, độ lớn bằng 3,23.104N. B. Phương thẳng đứng đi lên, độ lớn bằng 32,3.104N. C. Phương thẳng đứng đi xuống, độ lớn bằng 32,3.104N D. Phương thẳng đứng đi xuống, độ lớn bằng 3,23.104N. PHẦN II: TỰ LUẬN Bài 1: Một con ếch khối lượng m ngồi ở đầu một tấm ván khối lượng M và chiều dài M nằm nơi yên trên mặt hồ. Con ếch nhảy lên tạo với phương ngang một góc . Hãy xác định vận tốc ban đầu của con ếch sao cho khi rơi xuống con ếch rơi đúng vào đầu kia của tấm ván? Bỏ qua lực cản của nước. gL Đáp số : m 1 sin 2 M - 2 -
3. Bài 2: Một tên lửa gồm vỏ có khối lượng m0 = 4 tấn và khí có khối lượng m = 2 tấn. Tên lửa đang bay với vận tốc v0 = 100 m/s thì phụt ra phía sau tức thời khối lượng khí nói trên. Tính vận tốc của tên lửa sau khi khí phụt ra với giả thiết vận tốc khí là: a) v1 = 400ms / đối với đất. b) = 400ms / đối với tên lửa trước khi phụt khí. c) = 400ms / đối với tên lửa sau khi phụt khí Đáp số: a/ 350m/s b/300m/s c/233,33m/s Bài 3: Một viên đạn pháo đang bay ngang với vận tốc v = 300m/s thì nổ, vỡ thành hai mảnh có khối lượng m1 = 5kg, m2 = 15kg. Mảnh nhỏ bay lên theo phương thẳng đứng với vận tốc v1 = 400 3 m/s. Hỏi mảnh to bay theo phương nào với vận tốc bao nhiêu? Bỏ qua sức cản của không khí. 0 Đáp số: v2 462 m / s . Hợp với phương ngang góc 30 . Bài 4: Một khí cầu có khối lượng M =150 kg, treo một thang dây khối lượng không đáng kể, trên thang có một người khối lượng m = 50 kg. Khí cầu đang nằm yên, người đó leo thang lên trên với vận tốc v0 = 2 m/s đối với thang. Tính vận tốc của khí cầu và người đối với đất. Bỏ qua sức cản của không khí. Đáp số: v = - 0,5 m/s. Khi người leo lên thì khí cầu tụt xuống. Bài 5: Một chiếc thuyền dài L = 4m, khối lượng M = 150kg và một người khối lượng 50kg trên thuyền. Ban đầu thuyền và người đều đứng yên trên nước yên lặng. Người đi với vận tốc đều từ đầu này đến đầu kia của thuyền. Bỏ qua sức cản của không khí. Xác định chiều và độ dịch chuyển của thuyền. Đáp số : Thuyền đi ngược lại với vận tốc 1 m/s. Bài 6: Từ một tàu chiến có khối lượng M = 400 tấn đang chuyển động theo phương ngang với vận tốc V = 2 m/s người ta bắn một phát đại bác về phía sau nghiêng một góc 300 với phương ngang, viên đạn có khối lượng m = 50 kg và bay với vận tốc v = 400 m/s đối với tàu. Tính vận tốc của tàu sau khi bắn. (Bỏ qua sức cản của nước và không khí). Đáp số : V' 2,025 m / s Bài 7: Một tên lửa khối lượng 12 tấn được phóng thẳng đứng nhờ lượng khí phụt ra phía sau với vận tốc v = 1 km/s trong thời gian tương đối dài. Tính khối lượng khí mà tên lửa đã phụt ra trong 1s để cho tên lửa đó: a) Bay lên rất chậm b) Bay lên với gia tốc a = 10 m/s2. ( Lấy g = 10 m/s2) Đáp số: a) 120 kg b) 240 kg CHỦ ĐỀ II. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 2.1. Kiến thức cơ bản 1 C ng C ng su t a) Nếu lực không đổi F có điểm đặt chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc , thì công của lực được tình theo công thức: A = Fscos (J) Nếu 0 : công phát động. Nếu > 900, A < 0 : công cản. - 3 -
4. A Công suất đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian: P (W). t Biểu thức khác của công suất: P F.v b) Công của trọng lực : A = mgh, với h = h1 –h2 (h1, h2 là độ cao của điểm đặt trọng lực lúc đầu và lúc cuối) (hình 2.1). k 2 2 Công của lực đàn hồi : A x x , với k là hệ số đàn hồi ; x1, x2 là độ biến dạng lúc đầu và lúc cuối 2 1 2 (hình 2.2). A l h P 0 (1) (2) ∆h ∆s x B 1 x 2 H nh 1 H nh Đ ng n ng Đ nh ngh : Chú : W có giá trị lớn hơn hoặc bằng 0. 1 đ W mv2 (J) đ 2 Wđ phụ thuộc hệ quy chiếu. 1 1 a) Đ nh đ ng n ng: mv2 mv2 A ; ( A : tổng các công của các lực tác dụng vào vật) 2 2 2 1 Thế n ng: Là năng lượng của một hệ có được do tương tác giữa các phần của hệ thông qua lực thế. a) Thế năng trọng trường: Wt = mgh 1 2 b) Thế năng đàn hồi: Wđh kx (Gốc thế năng ở mặt đất) 2 (Gốc thế năng ứng với trạng thái lò xo không biến m dạng) l0 P mg h x 1 H nh H nh Ch Công của trọng lực bằng độ giảm thế năng trọng trường. Công của lực đàn hồi bằng độ giảm thế năng đàn hồi. Giá trị thế năng của một hệ với các gốc thế năng khác nhau sẽ chênh lệch nhau một hằng số. - 4 -
5. Cơ n ng - Định ngh a: W = Wđ + Wt - Định luật bảo toàn cơ năng : Hệ kín, không ma sát: W2 = W1 Wđ2 + Wt2 = Wđ1 + Wt1 ∆W = 0 S v ch củ các vật - Định luật về va chạm: Nếu ngoại lực triệt tiêu nhau hoặc rất nhỏ so với nội lực tương tác, hệ vật va chạm bảo toàn động lượng. Đặc biệt, va chạm đàn hồi còn có sự bảo toàn động năng. - Một số trường hợp va chạm: a) Va chạm đàn hồi xuyên tâm m1 m2 v1 2m2v2 m2 m1 v2 2m1v1 v1' ; v2 ' m1 m2 m1 m2 b) Va chạm đàn hồi của quả cầu với mặt phẳng cố định (m2 , v2 = 0) Va chạm xuyên tâm : v1’ = - v1 Va chạm xiên : vt’ = vt vn’ = - vn vt , vt’: các thành phần tiếp tuyến. vn , vn’ : các thành phần pháp tuyến. c) Va chạm không đàn hồi xuyên tâm (v1’ = v2’ = v’) m v m v v 1 1 2 2 m1 m2 2.2. Bài tập PHẦN I: TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN Câu 1: Búa máy có khối lượng 500 kg rơi từ độ cao 2 m và đóng vào cọc, làm cọc ngập thêm vào đất 0,1 m. Lực đóng cọc trung bình là 80000 N. Hiệu suất của máy là bao nhiêu? A. 60 % B. 70 % C. 80 % D. 50 % Câu 2: Một ô tô có công suất của động cơ là 100 kW. Đang chạy trên đường với vận tốc 36 km/h. Lực kéo của động cơ lúc đó là: A. 1000 N B. 10000 N C. 2778 N D. 360 N Câu 3: Một hòn bi có khối lượng m1 đang chuyển động với vận tốc v đến va chạm tuyệt đối đàn hồi với bi m 1 m2 đang nằm yên. Sau va chạm, cả hai đều có cùng vận tốc có đọ lớn v/2. Tỉ số khối lượng là: m2 A. 2 B. 1 C. 0,5 D. 1/3 Câu 4: Một gàu nước khối lượng 10 kg được kéo đều lên cao 5 m trong khoảng thời gian 1 phút 40 giây.Lấy g = 10 m/s2 . Công suất trung bình của lực kéo là: A. 5 W B. 4 W C. 6 W D. 7 W - 5 -
6. Câu 5: Người ta ném một hòn bi theo phương ngang với vận tốc đầu 15 m/s và nó rơi xuống đất sau 4 s. Bỏ qua sức cản của không khí. Lấy g = 10 m/s2. Hòn bi được ném từ độ cao nào? Tầm bay xa của nó là bao nhiêu? A. 80 m và 80 m B. 80 m và 60 m C. 60 m và 80 m D. 60 m và 60 m Câu 6: Một vật trượt không vận tốc đầu từ đỉnh dốc dài 10 m, góc nghiêng giữa mặt dốc và mặt ngang là 300. Bỏ qua ma sát. Lấy g = 10 m/s2. Vận tốc của vật ở chân dốc là : A. 10 2ms / B.10m/s C. 5 2ms / D. 5/ms Câu 7: Khoảng cách từ sao hỏa tới mặt trời gấp 5 lần khoảng cách từ trái đất tới mặt trời. Một năm trên sao hỏa gấp mấy lần một năm trên trái đất ? A. 1,5 B. 1,8 C. 2,25 D. 3,2 Câu 8: Tác dụng một lực F không đổi, làm vật dịch chuyển từ trạng thái nghỉ được độ dời s và vận tốc v. Nếu tăng lực tác dụng lên n lần thì với cùng độ dời s. Vận tốc của vật đã tăng thêm bao nhiêu ? A. n lần B. n2 lần C. n lần D. 2n lần Câu 9: Một con lắc đơn có độ dài 1 m. Kéo cho nó hợp với phương thẳng đứng một góc 450 rồi thả nhẹ. Độ 0 lớn vận tốc của con lắc khi nó đi qua vị trí dây treo hợp với nó một góc 30 là : A. 17,32 m/s B. 2,42 m/s C. 3,17 m/s D. 1,78 m/s Câu 10: Chọn câu đúng: Viên bi A đang chuyển động đều với vận tốc v thì va chạm vào viên bi B cùng khối lượng với viên bi A. Bỏ qua sự mất mát năng lượng trong qua trình va chạm. Sau va chạm: v A. Hai viên bi cùng chuyển động với vận tốc . 2 B. Hai viên bi cùng chuyển động với vận tốc . C. Viên bi A bật ngược lạ với vận tốc . D . Viên bi A đứng yên, viên bi B chuyển động với vận tốc . Câu 11: Một động cơ có công suất không đổi, công của động cơ thực hiện theo thời gian là đồ thị nào sau đây? A A O O A. t B. t A A O O C. t D. t PHẦN II TỰ LUẬN Bài 1: Một ống thủy tinh khối lượng M trong có đựng vài giột ête được đậy bằng một cái nút khối lượng m. Ống thủy tinh được gắn ở đầu một thanh cứng dài L (trọng lượng không đáng kể). Khi hơ nóng ống thủy - 6 -
7. tinh ête bốc hơi, nút bị bật ra dưới áp suất của hơi ête. Hỏi vận tốc bé nhất của nút phải bằng bao nhiêu để ống thủy tinh có thể quay được cả vòng quanh điểm treo đó. 5MgL Đáp số: m Bài 2: Một ô tô khối lượng 2 tấn đang chuyển động với vận tốc 36 km/h thì tắt máy và xuống dốc, đi hết dốc trong thời gian 10 s. Góc nghiêng của dốc là 200 , hệ số ma sát giữa dốc và xe là 0,01. Dùng các định luật bảo toàn, tính: a) Gia tốc của xe trên dốc và suy ra chiều dài dốc. b) Vận tốc của xe ở chân dốc. Đáp số: a/ 3,33 (m/s2) b/ 43,3 (m/s) Bài 3: Một vật khối lượng m trượt không ma sát từ đỉnh một mặt cầu xuống dưới. Hỏi từ khảng cách h nào vật bắt đầu rơi khỏi mặt cầu. Cho bán kính mặt cầu R = 90 cm. Đáp số : h30 cm Bài 4: Một quả cầu khối lượng 2 kg, chuyển động với vận tốc 3 m/s, va chạm xuyên tâm với một quả cầu thứ hai khối lượng 3 kg đang chuyển động cùng chiều với quả cầu thứ nhất với vận tốc 1 m/s. Tìm vận tốc của các quả cầu sau va chạm nếu: a) Va chạm là hoàn toàn đàn hồi. b) Va chạm không đàn hồi (va chạm mềm). ' ' Đáp số : a) v1 0,6 m / s ; v2 2,6 m / s '' b) v12 v1,8 m / s Bài 5: Cho hệ như hình vẽ, m1 = m2 = 200 g, k = 0,5 N/cm. Bỏ qua độ giãn m2 của dây, ma sát, khối lượng dây và ròng rọc ; g = 10 m/s2. a) Tìm dộ giãn của lò xo ở vị trí cân bằng. b) Từ vị trí cân bằng, kéo m1 xuống theo phương thẳng đứng rồi buông tay. Tính vận tốc các vật khi chúng đi qua vị trí cân bằng và khi lò xo có m1 chiều dài tự nhiên. Đáp số : a) x0 = 4 cm. b) v2 = 0,67 m/s ; v3 = 0,5 m/s. Bài 6: Một nhà máy thủy điện có công suất phát điện 200000 kW và có hiệu suất 80%. Mức nước ở hồ chứa có độ cao 1000 m so với tua pin của máy phát điện. Tính lưu lượng nước trong đường ống dẫn nước từ hồ chứa đến tua pin của máy phát điện (m3/s). Lấy g = 10 m/s2. - 7 -
8. Đáp số : 25 m3/s. Bài 7: Cho cơ hệ gồm các vật A, B, C, có khối lượngtương ứng là 3 m1 m2 kg, 5 kg, 2 kg, nối với nhau bằng sợi dây như trên hình. Các sợi dây và ròng rọc có khối lượng không đáng kể và bỏ qua ma sát. a. Áp dụng định l động năng tính gia tốc của các vật. b. Tính lực căng của dây nối hai vật A, B. Lấy g = 10 m/s2. m3 Đáp số : a) 2 m/s2. b) 6 N. - 8 -