Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 30: Thực hành: Xác định động lượng của vật trước và sau va chạm

Khởi động trang 116 Vật Lí 10: 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 để 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?

Lời giải:

- Khi 2 xe va chạm vào nhau thì có thể xảy ra va chạm mềm hoặc va chạm đàn hồi.

TH1: Sau va chạm 2 vật có thể chuyển động dính vào nhau về phía trước.

TH2: Sau va chạm 2 xe chuyển động với 2 vận tốc khác nhau theo 2 chiều ngược nhau.

- Để xác định được động lượng của 2 xe trước và sau va chạm cần xác định được khối lượng 2 vật, vận tốc 2 vật trước và sau va chạm. Xác định khối lượng 2 vật bằng cân, xác định vận tốc nhờ đo thông qua quãng đường s và khoảng thời gian t vật đi quãng đường đó.

I. Dụng cụ thí nghiệm

II. Thiết kế phương án thí nghiệm

Hoạt động trang 116 Vật Lí 10: Đẩy cho hai xe chuyển động va chạm vào nhau trên đệm khí và thảo luận:

1. Khi hai xe chuyển động trên đệm khí nằm ngang, hệ hai xe chuyển động có phải là hệ kín không? Vì sao?

2. Để xác định động lượng của hai xe trước và sau va chạm cần đo các đại lượng nào?

3. Hãy thử các trường hợp mà em đã dự đoán và suy nghĩ làm thế nào đo được các đại lượng để xác định động lượng của hai xe trước và sau va chạm.

4. Thiết kế phương án thí nghiệm để xác định động lượng của hai xe trước và sau va chạm tương ứng với các trường hợp va chạm có thể xảy ra?

Lời giải:

1. Khi hai xe chuyển động trên đệm khí nằm ngang, hệ hai xe chuyển động được coi là hệ kín vì 2 xe coi như không chịu lực ma sát, trọng lực tác dụng lên hệ cân bằng với lực nâng của đệm khí. Như vậy hệ triệt tiêu hết ngoại lực.

2. Để xác định động lượng của hai xe trước và sau va chạm cần đo khối lượng và tốc độ của 2 xe trước và sau va chạm.

3. Cách đo các đại lượng:

- Đo khối lượng: cho 2 xe lên cân điện tử để cân.

- Đo vận tốc: Thực hiện đo thông qua quãng đường s vật đi được trong khoảng thời gian t. Đo quãng đường bằng cách gắn thước lên đệm khí, đo thời gian bằng cổng quang điện. Khi đó tính được vận tốc: $v=\frac{s}{t}.$ 

Từ đó xác định được động lượng của mỗi xe trước và sau va chạm.

4. Phương án thí nghiệm:

Bước 1: Đo khối lượng các xe bằng cân điện tử.

Bước 2: Đặt chế độ đo thời gian trước và sau va chạm.

Bước 3: Cho 2 xe chuyển động tới va chạm vào nhau, khi 2 xe đi qua các cổng quang điện đồng hồ hiện số ở ô thứ nhất, sau khi 2 vật va chạm với nhau sẽ xảy ra hiện tượng va chạm đàn hồi hoặc va chạm mềm. Các vật chuyển động qua cổng quang điện lần thứ hai thì đồng hồ đo thời gian và hiện số ở ô thứ 2.

Bước 4: Sử dụng thời gian trước va chạm, sau va chạm của từng vật kết hợp với độ dài tấm cản quang (coi là quãng đường s) để tính tốc độ trước và sau va chạm.

III. Tiến hành thí nghiệm

IV. Kết quả thí nghiệm

Hoạt động trang 118 Vật Lí 10: Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm

1. Từ Bảng 30.1 và Bảng 30.2, hãy so sánh các kết quả xác định động lượng của hai xe trước và sau va chạm trong hai thí nghiệm.

2. Em có thể đề xuất một phương án thí nghiệm khác để xác định động lượng của hai xe trước và sau va chạm.

Lời giải:

1. Tham khảo bảng kết quả thí nghiệm sau:

Bảng 30.1. Thí nghiệm va chạm mềm

Độ dài tấm cản quang: 0,1 m

Bảng 30.2. Thí nghiệm va chạm đàn hồi

Nhận xét: Động lượng của 2 xe trước va chạm bằng động lượng của hai xe sau va chạm.

2. Đề xuất phương án thí nghiệm khác: Có thể dùng điện thoại thông minh để quay video quá trình va chạm của 2 xe, sau đó sử dụng phần mềm phân tích video để xác định động lượng của hai xe trước và sau va chạm.

Em có thể trang 118 Vật Lí 10: Sử dụng điện thoại thông minh và phần mềm phân tích video để xác định được vận tốc và động lượng trước và sau va chạm của hai viên bi có khối lượng xác định.

Lời giải:

HS tự thực hiện thí nghiệm tại nhà.