Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 19: Các loại va chạm

Thu Minh Ngày: 18-02-2023 Lớp 10

2.3 K

Lời giải bài tập Vật Lí 10 Bài 19: Các loại va chạm sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Vật Lí 10 Bài 19 từ đó học tốt môn Lí 10.

Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 19: Các loại va chạm

Câu hỏi trang 120 Vật lí 10

Câu hỏi 1 trang 120 Vật lí 10: Chứng minh công thức (19.1).

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học.

Biểu thức tính gia tốc: $\vec{a} = \frac{Δ \vec{v}}{Δ t}$

Biểu thức tính độ biến thiên động lượng: $Δ \vec{p} = m . Δ \vec{v}$

Lời giải:

Xét một vật có khối lượng m không đổi trong suốt quá trình chuyển động. Khi vật chịu tác dụng bởi một lực không đổi $\vec{F}$ thì gia tốc của vật là $\vec{a}$

Theo định luật II Newton, ta có:

$\vec{F} = m . \vec{a} = m . \frac{Δ \vec{v}}{Δ t} = \frac{Δ \vec{p}}{Δ t}$

=> đpcm

Câu hỏi 2 trang 120 Vật lí 10: Đưa ra phương án kéo một tờ giấy ra khỏi cốc nước (Hình 19.2) sao cho cốc nước không đổ. Giải thích và làm thí nghiệm kiểm chứng.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính lực tác dụng lên một vật: $\vec{F} = \frac{Δ \vec{p}}{Δ t}$

Lời giải:

Để cốc nước không bị đổ thì vận tốc của tờ giấy phải đủ lớn và di chuyển ra khỏi càng nước càng nhanh, ít tác động đến cốc nước. Vì vậy cần phải tác động lên tờ giấy một lực thật mạnh

=> Phương án: Giật tờ giấy thật nhanh và dứt khoát, tay kéo tờ giấy xuống phía dưới và giật mạnh.

Học sinh tự làm thí nghiệm để kiểm chứng.

Luyện tập trang 121 Vật lí 10: Một trong những giải pháp khi cứu hộ người dân trong những vụ tai nạn hỏa hoạn ở nhà cao tầng là sử dụng đệm hơi. Đệm hơi được đặt ở vị trí thích hợp để người bị nạn có thể nhảy xuống an toàn (Hình 19.3). Thảo luận để trình bày vai trò của đệm hơi.

Lời giải:

Vai trò của đệm hơi:

- Đệm hấp thụ hoàn toàn động năng từ người tiếp đệm và không bị bật trở lại

- Đệm được lắp đặt nhanh chóng, dễ dàng bằng khí thổi liên tục, gọn gàng và thuận tiện khi vận chuyển.

Câu hỏi 3 trang 121 Vật lí 10: Quan sát Hình 19.4 mô tả về hai trường hợp va chạm và nhận xét những tính chất của va chạm:

a) Va chạm giữa hai viên bi da.

b) Va chạm giữa viên đạn và khối gỗ (viên đạn bị mắc lại trong khối gỗ sau khi va chạm).

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải:

a) Một viên bi da đang đứng yên, một viên khác đi tới và va chạm vào viên dang đứng yên, sau va chạm, hai viên chuyển động theo hai hướng khác nhau và khác với hướng ban đầu của viên bi da di chuyển.

=> Va chạm của hai viên bi da là va chạm đàn hồi (sau va chạm, vật lấy lại hình dạng ban đầu và tiếp tục chuyển động tách rời nhau).

b) Ban đầu miếng gỗ đang đứng yên, viên đạn bay tới, mắc vào miếng gỗ, sau va chạm hai vật chuyển động theo hướng ban đầu của viên đạn

=> Va chạm của viên đạn vào miếng gỗ là va chạm mềm ( sau va chạm, hai vật dính vào nhau và chuyển động theo chiều ban đầu).

Câu hỏi trang 122 Vật lí 10

Câu hỏi 4 trang 122 Vật lí 10: Lập luận để chứng tỏ tổng động lượng của hệ hai vật va chạm với nhau được bảo toàn.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải:

Xét một hệ cô lập gồm hai vật

Theo định luật III Newton, ta có: $\vec{F_{1}} = - \vec{F_{2}}$

Độ biến thiên động lượng: $Δ \vec{p_{1}} = \vec{F_{1}} . Δ t$ ; $Δ \vec{p_{2}} = \vec{F_{2}} . Δ t$

Từ định luật III Newton ta có: $Δ \vec{p_{1}} = - Δ \vec{p_{2}}$

=> $Δ \vec{p_{1}} + Δ \vec{p_{2}} = \vec{0} \Rightarrow Δ \vec{p} = Δ \vec{p_{1}} + Δ \vec{p_{2}} = \vec{0}$

=> Độ biến thiên động lượng của hệ bằng 0, nghĩa là động lượng của hệ được không thay đổi, tức là được bảo toàn.

Câu hỏi 5 trang 122 Vật lí 10: Đề xuất phương án xác định tốc độ của hai xe ngay trước và sau va chạm với dụng cụ được gợi ý trong bài.

Lời giải:

Dụng cụ được gợi ý

- Các bước xác định tốc độ của vật trước và sau va chạm

+ Bước 1: Gắn lò xo vào đầu của xe 1. Gắn 2 tấm chắn cổng quang điện lên mỗi xe.

+ Bước 2: Đo tổng khối lượng của xe 1 và xe 2 sau khi đã gắn lò xo và tấm chắn cổng quang điện

+ Bước 3: Giữ xe 2 đứng yên, đẩy cho xe 1 chuyển động đến va chạm với xe 2.

+ Bước 4: Đo thời gian hai xe đã đi qua cổng quang điện trước và sau va chạm

Chú ý: Tốc độ = Quãng đường / Thời gian.

Câu hỏi 6 trang 122 Vật lí 10: Khi xác định tốc độ của hai xe ngay trước và sau va chạm, em cần lưu ý gì đến dấu của vận tốc?

Lời giải chi tiết:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật 1

Đối với va chạm đàn hồi, khi vật bật ngược trở lại thì vận tốc âm

Đối với va chạm mềm thì vận tốc của hệ vật mang dấu dương.

Câu hỏi 7 trang 122 Vật lí 10: Dựa vào bảng số liệu ghi nhận được, tính toán động lượng của hai xe trước và sau va chạm.

Phương pháp giải:

Quan sát bảng số liệu

Biểu thức tính động lượng trung bình: $\bar{p} = \frac{p_{1} + p_{2} + . . . + p_{n}}{n}$

Lời giải:

Động lượng trước va chạm: $\bar{p} = \frac{p_{1} + p_{2} + p_{3}}{3} = \frac{0, 250 + 0, 261 + 0, 250}{3} \approx 0, 254 (k g . m / s)$

Động lượng của vật sau va chạm: $\bar{p^{'}} = \frac{p_{1}^{'} + p_{2}^{'} + p_{3}^{'}}{3} = \frac{0, 240 + 0, 248 + 0, 242}{3} \approx 0, 243 (k g . m / s)$

Câu hỏi 8 trang 122 Vật lí 10: Đánh giá sự thay đổi động lượng của từng xe và cả hệ trước và sau va chạm.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính động lượng: p = m.v

Lời giải:

- Lần đo 1:

+ $Δ p_{1} = | m_{1} . (v_{1} - v_{1}^{'}) | = | 0, 46. (0, 543 - 0, 098) | = 0, 2047 (k g . m / s)$

+ $Δ p_{2} = | m_{2} . (v_{2} - v_{2}^{'}) | = m_{2} . v_{2}^{'} = 0, 776.0, 368 = 0, 2856 (k g . m / s)$

- Lần đo 2:

+ $Δ p_{1} = | m_{1} . (v_{1} - v_{1}^{'}) | = | 0, 46. (0, 568 - 0, 099) | = 0, 2157 (k g . m / s)$

+ $Δ p_{2} = | m_{2} . (v_{2} - v_{2}^{'}) | = m_{2} . v_{2}^{'} = 0, 776.0, 379 = 0, 2941 (k g . m / s)$

- Lần đo 3:

+ $Δ p_{1} = | m_{1} . (v_{1} - v_{1}^{'}) | = | 0, 46. (0, 543 - 0, 094) | = 0, 2065 (k g . m / s)$

+ $Δ p_{2} = | m_{2} . (v_{2} - v_{2}^{'}) | = m_{2} . v_{2}^{'} = 0, 776.0, 368 = 0, 2856 (k g . m / s)$

=> Sau cả ba lần đo, sự thay đổi động lượng gần như nhau.

Câu hỏi 9 trang 122 Vật lí 10: Dựa vào kết quả đo vận tốc từ hai thí nghiệm trên, tiến hành tính toán và lập bảng số liệu về động năng của hai xe trước và sau va chạm (như gợi ý ở Bảng 19.2) cho cả hai loại va chạm.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính động năng: $W_{d} = \frac{1}{2} m v^{2}$

Lời giải:

Bảng số liệu: m₁= 0, 46 kg; m₂= 0,776 kg

Loại va chạm	Lần thí nghiệm	Trước va chạm		Sau va chạm
Loại va chạm	Lần thí nghiệm	Xe 1 $\frac{1}{2} m_{1} . v_{1}^{2} (J)$	Xe 2 $\frac{1}{2} m_{2} . v_{2}^{2} (J)$	Xe 1 $\frac{1}{2} m_{1} . v_{1}^{^{'} 2} (J)$	Xe 2 $\frac{1}{2} m_{2} . v_{2}^{^{'} 2} (J)$
Va chạm đàn hồi	Lần 1	0,068	0	2,2.10^-3	0,053
	Lần 2	0,074	0	2,3.10^-3	0,056
	Lần 3	0,068	0	2,0.10^-3	0,053

Va chạm mềm, học sinh tự thực hành để lấy số liệu, tính tương tự như va chạm đàn hồi.

Câu hỏi 10 trang 122 Vật lí 10: Đánh giá sự thay đổi năng lượng (thông qua động năng) của hệ trong hai va chạm đang xét.

Phương pháp giải:

Vận dụng kết quả câu 9

Lời giải:

Từ bảng tính toán số liệu, ta thấy:

+ Va chạm đàn hồi: Động năng của hệ trước và sau va chạm gần bằng nhau.

+ Va chạm mềm: Động năng của hệ sau va chạm nhỏ hơn động năng của hệ trước va chạm.

Câu hỏi trang 123 Vật lí 10: Hãy kéo quả nặng đầu tiên của hệ con lắc Newton (Hình 19.5) lệch một góc nhỏ và thả ra. Quan sát, mô tả và giải thích hiện tượng.

Phương pháp giải:

Thực hiện thí nghiệm

Lời giải:

Các em tham khảo qua video dưới đây:

Quan sát hiện tượng, ta thấy khi kéo quả nặng lệch một góc nhỏ và thả ra, hệ những con lắc còn lại cũng dao động, các con lắc dao động qua lại quanh vị trí cân bằng

- Giải thích hiện tượng: Đây là va chạm đàn hồi, động lượng và động năng được bảo toàn, vận tốc của các vật trước va chạm và sau va chạm như nhau nên có hiện tượng như vậy

Câu hỏi trang 124 Vật lí 10

Câu hỏi 11 trang 124 Vật lí 10: Ngoài việc bảo vệ cho đối phương, việc mang găng tay có bảo vệ gì cho bản thân võ sĩ hay không?

Lời giải:

+ Việc mang găng tay nhằm giảm thiểu chấn thương, trong đó có chấn thương não cho các võ sĩ

+ Ngoài ra, các võ sĩ thường có phản xạ dịch chuyển theo cú đấm của đối thủ khi bị tấn công nhằm giảm chấn thương cho bản thân mình.

Câu hỏi 12 trang 124 Vật lí 10: Phân tích ứng dụng kiến thức động lượng trong việc thiết kế đai an toàn và túi khí trong ô tô

Lời giải:

Khi xảy ra va chạm, người ngồi trong xe vẫn theo quán tính lao người về phía trước. Túi khí trong các xe ô tô được thiết kế sẽ bung ra rất nhanh, ngay sau khi bung lại được tự động xả khí để đỡ được người ngồi trong xe. Nhờ túi khí đỡ, chuyển động phần đầu người sẽ có thêm thời gian giảm vận tốc, lực xuất hiện có giá trị nhỏ, giúp giảm chấn thương. Đồng thời túi khí hấp thụ động năng của người, chuyển thành dạng năng lượng khác. Bên cạnh việc sử dụng túi khí thì người trong xe phải thắt dây đai an toàn để đảm bảo an toàn hơn.

Câu hỏi 13 trang 124 Vật Lí 10: Quan sát Hình 19.10, dựa vào kiến thức động lượng để:

Quan sát Hình 19.10, dựa vào kiến thức động lượng để

a) Giải thích tại sao một chú chim nhỏ lại có thể gây ra sự cố lớn cho máy bay như vết lõm ở Hình 19.10a trong sự cố ngày 30/9/2015 gần máy bay Nội Bài, Hà Nội.

b) Phân tích định tính cơ chế chuyển động của tên lửa (Hình 19.10b).

c) Giải thích tại sao bãi cát giúp giảm chấn thương cho vận động viên khi tiếp đất (19.10c).

Lời giải:

a) Do tốc độ bay của máy bay rất lớn nên máy bay va chạm với chim trời trong thời gian rất ngắn, dẫn đến việc lực tác dụng giữa máy bay và chim rất lớn, vì vậy trên đầu máy bay có vết lõm lớn như vậy.

b) Cơ chế chuyển động của tên lửa: Động cơ tên lửa hoạt động nhờ nguyên tắc phản lực: khi nhiên liệu cháy trong buồng đốt, nó tạo ra áp suất lên thành buồng đốt cân bằng về mọi hướng. Ở vị trí ống phụt, áp suất bị sụt giảm, vì thế, áp suất (mất cân bằng) ở phía đối diện sẽ đẩy tên lửa tiến về phía trước. Ngoài ra có thể giải thích bằng định luật bảo toàn động lượng hoặc định luật III Newton, khi khối khí chuyển động về phía sau nó sẽ tác dụng lực ngược lại lên động cơ, làm cho động cơ tiến về phía trước.

c) Bãi cát có tác dụng giảm chấn thương cho vận động viên vì: khi vận động viên rơi xuống hố cát, cát sẽ kéo dài thời gian va chạm, độ lớn lực tương tác giảm đi đáng kể.

Vận dụng trang 124 Vật Lí 10: Giả sử trong nhà em có em bé nhỏ, hãy đề xuất phương án xử lí nền nhà để hạn chế đến mức tối thiểu chấn thương khi em bé ngã. Giải thích tại sao chọn phương án đó.

Lời giải:

Phương án: nên sử dụng các loại thảm, xốp trải nhà để hạn chế chấn thương cho em bé.

Giải thích: xốp, thảm vừa mềm, chống va đập, khi có va đập thì có tác dụng kéo dài thời gian va chạm, giảm độ lớn của lực nên hạn chế được chấn thương.

Bài tập trang 125

Bài 1 trang 125 Vật Lí 10: Trong không trung, một con chim đại bàng nặng 1,8 kg bay đến bắt một con chim bồ câu nặng 0,65 kg đang bay cùng chiều với tốc độ 7 m/s. Biết tốc độ của chim đại bàng ngay trước khi bắt được bồ câu là 18 m/s (Hình 19P.1). Hãy tính tốc độ của chúng ngay sau khi chim đại bàng bắt được bồ câu.

Trong không trung, một con chim đại bàng nặng 1,8 kg bay đến bắt một con chim bồ câu

Lời giải:

Động lượng của chim đại bàng trước khi bắt được bồ câu: $\vec{p_{1}} = m_{1} \vec{v_{1}}$

Động lượng của bồ câu trước khi bị đại bàng bắt: $\vec{p_{2}} = m_{2} \vec{v_{2}}$

Tổng động lượng của chim đại bàng và bồ câu trước va chạm:

$\vec{p_{t}} = \vec{p_{1}} + \vec{p_{2}} = m_{1} \vec{v_{1}} + m_{2} \vec{v_{2}}$

Tổng động lượng của chúng ngay sau khi chim đại bàng bắt được bồ câu:

$\vec{p_{s}} = (m_{1} + m_{2}) \vec{v}$

Coi hệ này là hệ kín nên có thể áp dụng định luật bảo toàn động lượng:

$\vec{p_{t}} = \vec{p_{s}} \Leftrightarrow m_{1} \vec{v_{1}} + m_{2} \vec{v_{2}} = (m_{1} + m_{2}) \vec{v}$

Tốc độ của chúng ngay sau khi chim đại bàng bắt được bồ câu:

$\vec{v} = \frac{m_{1} \vec{v_{1}} + m_{2} \vec{v_{2}}}{m_{1} + m_{2}}$

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của đại bàng, chiếu biểu thức vectơ xuống ta có:

$v = \frac{m_{1} v_{1} + m_{2} v_{2}}{m_{1} + m_{2}} = \frac{1, 8.18 + 0, 65.7}{1, 8 + 0, 65} = 15, 08 m / s$

Hoặc có thể áp dụng nhanh công thức trong va chạm mềm để tính toán.

Bài 2 trang 125 Vật Lí 10: Một võ sĩ Karate có thể dùng tay để chặt gãy một tấm gỗ như Hình 19P.2. Hãy xác định lực trung bình của tay tác dụng lên tấm gỗ. Lấy khối lượng của bàn tay và một phần cánh tay là 1 kg, tốc độ của cánh tay ngay trước khi chạm vào tấm gỗ là 10 m/s, thời gian tương tác là 2.10^-3 s.

Một võ sĩ Karate có thể dùng tay để chặt gãy một tấm gỗ như Hình 19P.2

Lời giải:

Sử dụng công thức: $\vec{F} . Δ t = m . Δ \vec{v} \Rightarrow \vec{F} = \frac{m . Δ \vec{v}}{Δ t}$

Độ lớn của lực: $F = \frac{m . Δ v}{Δ t} = \frac{1.10}{{2.10}^{- 3}} = 5000 N$

Quan sát Hình 19.10, dựa vào kiến thức động lượng để

Câu hỏi 13 trang 124 Vật Lí 10: Quan sát Hình 19.10, dựa vào kiến thức động lượng để:

Quan sát Hình 19.10, dựa vào kiến thức động lượng để

b) Phân tích định tính cơ chế chuyển động của tên lửa (Hình 19.10b).

c) Giải thích tại sao bãi cát giúp giảm chấn thương cho vận động viên khi tiếp đất (19.10c).

Lời giải:

Luyện tập trang 124 Vật lí 10: Quan sát Hình 19.10, dựa vào kiến thức động lượng để:

a) Giải thích tại sao một chú chim nhỏ lại có thể gây ra sự cố lớn cho máy bay như vết lõm ở Hình 19.10a trong sự cố ngày 30/9/2015 gần sân bay Nội Bài, Hà Nội.

b) Phân tích định tính cơ chế chuyển động của tên lửa (Hình 19.10b).

c) Giải thích tại sao bãi cát giúp giảm chấn thương cho vận động viên khi tiếp đất (19.10c).

Phương pháp giải:

Dựa vào kiến thức động lượng: Trong hệ kín, động lượng của hệ được bảo toàn

Lời giải:

a) Tốc độ bay của máy bay rất lớn nên máy bay va chạm với chim trời trong thời gian rất ngắn, dẫn đến việc lực tác dụng giữa máy bay và chim rất lớn, vì vậy trên đầu máy bay có vết lõm lớn như vậy.

b) Cơ chế chuyển động của tên lửa: Khi nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt, nó tạo ra áp suất lên thành buồng đốt cân bằng về mọi phía. ở vị trí ống phụt, áp suất bị giảm, vì thế áp suất ở phía đối diện sẽ đẩy tên lửa về phái trước.

c) Bãi cát giúp tăng lực ma sát, kéo dài thời gian vận động tiếp đất, từ đó làm giảm lực tiếp đất, giúp giảm chấn thương.

Vận dụng trang 124 Vật lí 10: Giả sử trong nhà em có em bé nhỏ, hãy đề xuất phương án xử lí nền nhà để hạn chế đến mức tối thiểu chấn thương khi em bé ngã. Giải thích tại sao chọn phương án đó.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về động lượng

Lời giải:

Để giảm tối thiểu chấn thương của em bé khi em bé ngã, ta nên để trên sàn nhà bằng những tấm thảm, vì vậy có thể làm giảm lực tiếp xúc của em bé với sàn nhà.

Bài tập trang 125 Vật lí 10

Bài 1 trang 125 Vật lí 10: Trong không trung, một con chim đại bàng nặng 1,8 kg bay đến bắt một con chim bồ câu nặng 0,65 kg đang bay cùng chiều với tốc độ 7 m/s. Biết tốc độ của chim đại bàng ngay trước khi bắt được bồ câu là 18 m/s (Hình 19P.1). Hãy tính tốc độ của chúng ngay sau khi đại bàng bắt được bồ câu.

Phương pháp giải:

Định luật bảo toàn động lượng:

$\sum \vec{p_{t r}} = \sum {\vec{p}}_{s}$

Lời giải:

Gọi:

+ Khối lượng, vận tốc trước và sau va chạm của chim đại bàng lần lượt là m₁, v₁, v’₁

+ Khối lượng, vận tốc trước và sau va chạm của chim bồ câu lần lượt là m₂, v₂, v’₂

Do va chạm của chim đại bàng và chim bồ câu là va chạm mềm nên ta có v’₁= v’₂= v’

Ta có: m₁= 1,8 kg; m₂= 0,65 kg; v₁= 18 m/s; v₂= 7 m/s

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của chim đại bàng.

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng, ta có:

$\begin{array}{l} \sum \vec{p_{t r}} = \sum {\vec{p}}_{s} \\ \Leftrightarrow m_{1} . \vec{v_{1}} + m_{2} . \vec{v_{2}} = (m_{1} + m_{2}) . \vec{v^{'}} \end{array}$

Chiếu lên chiều dương, ta có:

$\begin{array}{l} m_{1} . v_{1} + m_{2} . v_{2} = (m_{1} + m_{2}) . v^{'} \\ \Rightarrow v^{'} = \frac{m_{1} . v_{1} + m_{2} . v_{2}}{m_{1} + m_{2}} = \frac{1, 8.18 + 0, 65.7}{1, 8 + 0, 65} \approx 15, 08 (m / s) \end{array}$

Vậy tốc độ của chúng ngay sau khi chim đại bàng bắt được bồ câu là 15,08 m/s.

Bài 2 trang 125 Vật lí 10: Một võ sĩ Karate có thể dùng tay để chặt gãy một tấm gỗ như Hình 19P.2. Hãy xác định lực trung bình của tay tác dụng lên tấm gỗ. Lấy khối lượng của bàn tay và một phần cánh tay là 1 kg, tốc độ của cánh tay ngay trước khi chạm vào tấm gỗ là 10 m/s, thời gian tương tác là 2.10^-3s.