Luận văn Các định luật bảo toàn trong sách giáo khoa Vật lý 10 cơ bản

c sự tranh 
chấp của Descartes và Lepnich khi ông cho rằng cả động 
lượng và động năng đều là số đo của c/đ. 
II. XÂY DỰNG ĐLBT ĐỘNG LƯỢNG 
2.1. Khái niệm động lượng : 
2.2. Định luật bảo toàn động lượng 
Tổng vecto động lượng của một hệ cô lập luôn được BT. 
19 
20 
Chương 4: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 
2.3. Định luật bảo toàn động lượng theo phương 
Trường hợp hệ chất điểm không cô lập 
nhưng hình chiếu của lên một phương nào đó bằng 
không thì ta có: 
Như vậy: hình chiếu của tổng động lượng của hệ lên 
phương x là một đại lượng BT. 
20 
21 
Chương 4: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 
III. ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 
3.1. Giải thích hiện tượng súng giật lùi 
Động lượng của hệ sau khi bắn sẽ là: 
Vì động lượng của hệ được bảo toàn nên: 
21 
22 
Chương 4: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG 
3.2. Chuyển động bằng phản lực 
Ở thời điểm t nào đó, xét một tên lửa có k . lượng M, vận tốc v , u là vận tốc khí phụt ra. Ở thời điểm t’=t+dt, tên lửa có k . lượng M’=M+dM và vận tốc 
(dM < 0, dM là k . l ượng khí phụt ra phía sau trong dt). C ông thức xác định vận tốc tên lửa theo khối lượng của nó : 
22 
23 
Chương 5: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 
I. KHÁI NIỆM CÔNG VÀ CÔNG SUẤT 
1.1. Khái niệm công: C hất điểm M c / đ trên (C) dưới t /d của lực F , trong khoảng dt, chất điểm di chuyển một đoạn ds vô cùng bé thì công vi cấp của lực F trên chuyển dời ds được xác định (định nghĩa công): 
Công của lực F (biến thiên) trong chuyển dời từ A đến B trên (C) là: 
Trong hệ SI đơn vị của công là Jun (J). 
24 
Chương 5: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 
1.2. Khái niệm công suất: Để đặc trưng cho sức mạnh của máy người ta đưa ra k / n công suất P . 
Công suất trung bình P th : 
Công suất tức thời: 
Ngoài ra ta có thể biểu diễn: 
Trong hệ SI đơn vị của công suất là Oát (W). 
24 
25 
Chương 5: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 
II. ĐỘNG NĂNG VÀ ĐỊNH LÍ ĐỘNG NĂNG 
Động năng là phần năng lượng tương ứng với sự 
chuyển động của các vật . 
Độ biến thiên động năng của một chất điểm trong một khoảng đường nào đó bằng công ngoại lực tác dụng lên chất điểm trên khoảng đường đó. 
25 
26 
Chương 5: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 
III. TRƯỜNG LỰC. THẾ NĂNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG TRONG TRƯỜNG LỰC. 
3.1. Trường lực : khoảng không gian mà khi chất điểm c / đ trong khoảng không gian đó sẽ chịu t / d lực (lực trường) . 
3.2. Trường lực thế : Là trường lực dừng mà công của lực trường t / d lên chất điểm không phụ thuộc vào quỹ đạo mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đoạn đường dịch chuyển. Lực do trường lực thế t / d lên chất điểm đặt trong nó gọi là lực trường thế. 
26 
27 
Chương 5: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 
3.3. Thế năng của vật đặt trong trọng trường 
V ật chịu t / d của trọng lực : 
V ật chịu t / d của lực đàn hồi : 
3. 4. ĐLBT cơ năng trong trường lực thế 
Vật chịu t/d của trọng lực: 
Vật chịu t/d của lực đàn hồi : 
27 
28 
Chương 5: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 
IV. TRƯỜNG HẤP DẪN. T /C THẾ CỦA TRƯỜNG HẤP DẪN. ĐLBT CƠ NĂNG TRONG TRƯỜNG HẤP DẪN 
4.1. K /n trường hấp dẫn : vật M  không gian quanh nó một trường lực hấp dẫn (trường hấp dẫn) , biểu hiện của nó là khi đặt vật m vào trong không gian đó thì vật m sẽ chịu t /d của lực hấp dẫn . 
4. 2 . Thế năng của chất điểm có khối lượng m : 
4. 3 . Bảo toàn cơ năng trong trường hấp dẫn : 
28 
29 
Chương 5: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 
V. ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 
Va chạm: quá trình tương tác mạnh mẽ giữa hai chất 
điểm hoặc hai vật thể trong khoảng thời gian ngắn gây 
ra sự thay đổi gần như tức thời vận tốc của chúng. 
+ Va chạm đàn hồi: động lượng và động năng của hệ được bảo toàn . 
+ Va chạm không đàn hồi: động lượng được bảo toàn, động năng không được bảo toàn. 
29 
30 
Chương 6: ĐLBT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH  CƠ - NHIỆT  
I. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG 
1.1. Lịch sử hình thành 
Việc phát minh ra ĐLBT và chuyển hóa NL là một 
công trình tập thể của nhiều nhà KH, nổi bật nhất là công trình của Mayer, Joule và Helmholtz. 
30 
31 
Chương 6: ĐLBT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH CƠ - NHIỆT 
II. CÁC ĐLBT TRONG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 
2.1. Nguyên lí I Nhiệt động lực học 
Phát biểu: Ở một hệ kín, khi chuyển đổi từ trạng thái 
này sang trạng thái khác thì tổng NL trao đổi là hằng số . 
Hay: Đ ộ biến thiên NL của hệ trong q /t biến đổi bằng tổng công và nhiệt mà hệ nhận được trong q /t đó . 
Biểu thức: 
Đối với một q / t vô cùng nhỏ, biểu thức của NL1 được viết lại như sau: 
31 
32 
Chương 6: ĐLBT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH CƠ - NHIỆT 
Hệ quả: 
- Khi hệ nhận công và nhiệt, tức là A > 0 và Q > 0 thì nội năng 
của hệ tăng: 
 - Khi hệ sinh công và tỏa nhiệt, tức là A < 0 và Q < 0 thì nội 
năng của hệ giảm: 
 - Khi hệ cô lập, tức là A = 0 và Q = 0 thì nội năng của hệ 
được bảo toàn: 
- Giả sử hệ thực hiện một q/t kín (chu trình) thì trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu: 
32 
33 
Chương 6: ĐLBT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH CƠ - NHIỆT 
N ếu hệ nhận công (A > 0) th ì tỏa nhiệt (Q 0). 
K hông thể có một động cơ sinh công mà không tiêu thụ NL . NL1 : không thể chế tạo “động cơ vĩnh cửu loại một” (động cơ có thể sinh công mãi mãi không cần cung cấp NL ). 
Hạn chế: 
+ Nhiệt và công hoàn toàn tương đương nhau. 
+ Không thể giải thích được chất lượng nhiệt. 
33 
34 
Chương 6: ĐLBT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH CƠ - NHIỆT 
2.2. Nguyên lí II Nhiệt động lực học 
Phát biểu: 
+Claudius: nhiệt không thể tự truyền từ vật lạnh  vật nóng. 
+Carnot: không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại hai . 
Biểu thức định lượng: 
+ Dấu “=” ứng với quá trình thuận nghịch. 
+ Dấu “<” ứng với quá trình không thuận nghịch. 
34 
35 
Chương 6: ĐLBT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH CƠ - NHIỆT 
Vận dụng của nguyên lí II 
+ Động cơ nhiệt 
+ Máy làm lạnh 
Hàm Entropi và nguyên lí Entropi 
+ Người ta đưa vào một hàm S chỉ phụ thuộc vào trạng thái, sao cho: 
Đại lượng S mới đưa vào được gọi là Entropi của hệ. Entropi là hàm trạng thái của hệ, entropi được xác định sai kém một hằng số và entropi có tính cộng được. 
35 
36 
Chương 6: ĐLBT VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH CƠ - NHIỆT 
+ Nguyên lí tăng Entropi: 
 Dấu “=” ứng với q/t thuận nghịch và dấu “>” ứng với q/t không thuận nghịch. 
 C ác q /t tự phát trong tự nhiên đều là các q /t không thuận nghịch ; vì thế trong các q/t đó, entropi luôn luôn tăng lên trong các hệ cô lập. Như vậy “các q /t tự nhiên trong các q / t cô lập xảy ra theo chiều tăng entropi”. Đây chính là ĐL tăng entropi và cũng là một dạng của NL2 NĐLH. 
36 
37 
Chương 7: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
VD1: Trên hồ có một chiếc thuyền, mũi thuyền 
h ướng vuông góc với bờ. Lúc đầu thuyền nằm 
yên, khoảng cách từ mũi thuyền đến bờ là 0,75m. 
Một người bắt đầu đi từ mũi thuyền đến đuôi 
thuyền. Hỏi mũi thuyền có cập bờ được không, 
nếu chiều dài của thuyền là l = 2m . Khối lượng của 
thuyền là M = 140kg, của người là m = 60kg. Bỏ 
qua ma sát giữa thuyền và nước. 
37 
38 
Chương 7: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
Giải: 
Gọi vận tốc của thuyền đối với bờ là v, vận tốc của người đối với thuyền là u. Chọn chiều dương là chiều chuyển động của thuyền. Định luật bảo toàn áp dụng cho hệ kín người-thuyền: 
Chú ý rằng các vận tốc đều phải tính trong cùng hệ quy chiếu (bờ hồ), do đó vận tốc của người đối với bờ là 
Suy ra: 
Tỉ số các độ dời của người và thuyền cũng bằng tỉ số các vận tốc: 
38 
39 
Chương 7: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
Khi người đi hết chiều dài l của thuyền thì thì cũng dịch chuyển được độ dời s: 
Kết quả là mũi thuyền chưa chạm được bờ. 
Có thể lập luận cách khác. Muốn cho thuyền cập được bờ thì độ dời của thuyền phải đúng bằng 0,75m. Suy ra: 
tức là người phải đi được quãng đường 2,5m trên thuyền, trong khi chiều dài của thuyền là 2m. V ậy, khi người đã tới đuôi thuyền thì mũi thuyền vẫn chưa cập bờ . 
39 
40 
Chương 7: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
VD2: Quả cầu nhỏ khối lượng m lăn không vận tốc đầu từ vị trí có độ cao h, qua một vòng xiếc bán kính R. Bỏ qua ma sát. 
a) Tính lực do quả cầu nén lên vòng xiếc ở vị trí M, xác định bởi góc như hình vẽ. 
b) Tìm h nhỏ nhất để quả cầu có thể vượt qua hết vòng xiếc. 
40 
41 
Chương 7: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
Giải 
a) Lực nén: 
 Để xác định lực tác dụng của 
quả cầu lên vòng xiếc tại vị trí 
M, ta cần xác định vận tốc của 
quả cầu tại vị trí đó. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho quả cầu ở vị trí A ban đầu và vị trí M: 
41 
42 
Chương 7: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
Tốc độ của quả cầu tại M: 
Phương trình chuyển động của quả cầu trên vòng xiếc: 
Chiếu phương trình trên lên trục hướng tâm tại M: 
Lực do quả cầu nén lên vòng xiếc có độ lớn bằng lực đàn hồi của vòng xiếc tác dụng lên quả cầu: 
42 
43 
Chương 7: HỆ THỐNG BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 
b) Độ cao h min : 
 Để có thể vượt qua hết vòng xiếc, quả cầu phải luôn nén lên vòng xiếc khi chuyển động, nghĩa là N > 0 với mọi vị trí góc . Từ biểu thức của N, ta thấy N nhỏ nhất khi hay (vị trí quả cầu ở cao nhất trong vòng xiếc). 
Điều kiện quả cầu qua hết vòng xiếc: 
43 
44 
C. PHẦN KẾT LUẬN 
Làm được: 
Tìm hiểu về nguồn gốc, lịch sử hình thành, quá trình phát triển, các tính chất và ý nghĩa triết học của các ĐLBT. 
Bên cạnh đó còn đưa ra nhiều ứng dụng của từng ĐLBT. 
Dựa trên cở sở lý thuyết của các ĐLBT, em đã trình bày hệ thống các bài tập có liên quan và bám sát chương trình SGK Vật lý 10 cơ bản. 
44 
45 
C. PHẦN KẾT LUẬN 
 Hạn chế: 
Vì đề tài nghiên cứu chủ yếu về lý thuyết nên phần bài tập vận dụng chưa sâu, chưa đầy đủ. 
Bài tập phân dạng từ dễ đến khó chưa rỏ ràng lắm. 
Chưa đưa ra các phương pháp giải áp dụng cho từng dạng bài tập. 
Ở một số bài tập chưa vẽ được hình minh họa. 
45 
CHÂN THÀNH CẢM ƠN 
QUÝ THẦY CÔ & CÁC BẠN 
ĐÃ THEO DÕI! 
46