Động Lượng Và Định Luật Bảo Toàn Động Lượng Trong Vật Lý Lớp 10

Động lượng là một khái niệm quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 10, đặc biệt khi nghiên cứu về sự tương tác giữa các vật. Hiểu rõ về động lượng và định luật bảo toàn động lượng giúp chúng ta phân tích và dự đoán kết quả của các hiện tượng như va chạm hay chuyển động phản lực một cách chính xác.

Đề Bài

Bài viết Lý thuyết Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng hay, chi tiết giúp bạn nắm vững kiến thức trọng tâm Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng.

(199k) Xem Khóa học Vật Lí 10 KNTTXem Khóa học Vật Lí 10 CDXem Khóa học Vật Lí 10 CTST

Bài giảng: Bài 23 : Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng – Cô Nguyễn Quyên (Giáo viên VietJack)

1. Động lượng

a) Xung lượng của lực

Khi một lực F→ không đổi tác dụng lên một vật trong khoảng thời gian Δt thì tích F→.Δt được định nghĩa là xung lượng của lực F→ trong khoảng thời gian Δt ấy.

b) Động lượng

Tác dụng của xung lượng của lực

Theo định luật II Newton ta có:

Vật Lí lớp 10 | Chuyên đề: Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 10 có đáp án

Động lượng

Động lượng p→ của một vật là một vectơ cùng hướng với vận tốc và được xác định bởi công thức:

p→ = m \cdot v→

Đơn vị động lượng là kg.m/s hoặc N.s.

Mối liên hệ giữa động lượng và xung lượng của lực

Ta có:

p_2→ - p_1→ = F→ \cdot \Delta t

hay

\Delta p→ = F→ \cdot \Delta t

Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian Δt bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.

Ý nghĩa: Khi lực đủ mạnh tác dụng lên vật trong một khoảng thời gian hữu hạn sẽ làm động lượng của vật biến thiên.

2. Định luật bảo toàn động lượng

a) Hệ cô lập (hệ kín)

– Một hệ nhiều vật được gọi là cô lập khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ hoặc nếu có thì các ngoại lực ấy cân bằng nhau.

– Trong hệ cô lập chỉ có nội lực tương tác giữa các vật trong hệ trực đối nhau từng đôi một.

Vật Lí lớp 10 | Chuyên đề: Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 10 có đáp án

b) Định luật bảo toàn động lượng của hệ cô lập

– Động lượng của một hệ cô lập là một đại lượng được bảo toàn.

p_1→ + p_2→ + \ldots + p_n→ = \text{không đổi}

– Biểu thức của định luật ứng với hệ cô lập gồm hai vật m1 và m2

p_1→ + p_2→ = \text{const}

hay

m_1 v_1→ + m_2 v_2→ = m_1 v_1→' + m_2 v_2→'

Trong đó, m_1 v_1→ và m_2 v_2→ là động lượng của vật 1 và vật 2 trước tương tác. Còn m_1 v_1→' và m_2 v_2→' là động lượng của vật 1 và vật 2 sau tương tác.

c) Va chạm mềm

Xét một vật khối lượng m1 chuyển động trên mặt phẳng ngang với vận tốc v_1→ đến va chạm vào một vật có khối lượng m2 đang đứng yên. Sau va chạm, hai vật nhập làm một và cùng chuyển động với vận tốc v→.

Vật Lí lớp 10 | Chuyên đề: Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 10 có đáp án

Theo định luật bảo toàn động lượng ta có:

m_1 v_1→ = (m_1 + m_2) v→

Va chạm của hai vật như vậy được gọi là va chạm mềm.

d) Chuyển động bằng phản lực

Trong một hệ kín đứng yên, nếu có một phần của hệ chuyển động theo một hướng thì phần còn lại của hệ phải chuyển động theo hướng ngược lại. Chuyển động theo nguyên tắc như trên được gọi là chuyển động bằng phản lực.

Ví dụ: Sự giật lùi của súng khi bắn, chuyển động của máy bay phản lực, tên lửa…

Vật Lí lớp 10 | Chuyên đề: Lý thuyết và Bài tập Vật Lí 10 có đáp án

Ví Dụ Minh Hoạ

Ví dụ 1: Một vật có khối lượng 500 g chuyển động với vận tốc 4 m/s không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang thì va chạm vào vật thứ hai có khối lượng 300 g đang đứng yên. Sau va chạm, hai vật dính làm một. Tìm vận tốc của hai vật sau va chạm.

Hướng dẫn giải

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

m_1 v_1 = (m_1 + m_2) v v = \frac{m_1 v_1}{m_1 + m_2} = \frac{0,5 \cdot 4}{0,5 + 0,3} = \frac{2}{0,8} = 2,5 , \text{m/s}

Vậy vận tốc của hai vật sau va chạm là 2,5 m/s.

Ví dụ 2: Một vật m1 chuyển động với vận tốc 6 m/s đến va chạm với vật m2 chuyển động ngược chiều với vận tốc 2 m/s. Sau va chạm, hai vật bật ngược trở lại với vận tốc 4 m/s. Tính khối lượng của hai vật biết m_1 + m_2 = 1,5 , \text{kg}.

Hướng dẫn giải

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật m1.

Theo định luật bảo toàn động lượng:

m_1 v_1 + m_2 v_2 = m_1 v_1' + m_2 v_2' 6m_1 + m_2(-2) = m_1(-4) + 4m_2 6m_1 - 2m_2 = -4m_1 + 4m_2

10m_1 = 6m_2 (1)

Ta có phương trình còn lại:

m_1 + m_2 = 1,5 , \text{kg} (2)

Từ (1) và (2), ta giải hệ phương trình:
10m_1 = 6(1,5 - m_1)
10m_1 = 9 - 6m_1
16m_1 = 9
m_1 = \frac{9}{16} = 0,5625 , \text{kg}

Thay m_1 vào (2):
m_2 = 1,5 - 0,5625 = 0,9375 , \text{kg}

Mẹo kiểm tra: Khối lượng của hai vật sau khi tính toán có tổng bằng 1,5 kg. Hướng chuyển động sau va chạm của cả hai vật đều ngược với chiều dương ban đầu của m_1 (theo đề bài), điều này thể hiện qua việc cả v_1' và v_2' đều âm.

Lỗi hay gặp: Nhầm lẫn chiều chuyển động của các vật trước và sau va chạm, đặc biệt là khi chúng chuyển động ngược chiều hoặc bật ngược lại. Việc chọn chiều dương hợp lý và viết đúng dấu cho các vận tốc là rất quan trọng.

Bài Tập Bổ Sung

Dưới đây là một số bài tập để củng cố kiến thức về động lượng và định luật bảo toàn động lượng.

Bài 1: Một quả bóng khối lượng 600 g bay theo phương ngang với vận tốc 25 m/s, đập vào tường thẳng đứng và bật ngược trở lại theo đúng phương cũ với vận tốc có độ lớn không đổi. Tính động lượng của quả bóng trước và sau khi đập vào tường.

A. 10 kg.m/s và -10 kg.m/s.
B. 15 kg.m/s và -15 kg.m/s.
C. 18 kg.m/s và -18 kg.m/s.
D. 20 kg.m/s và – 20 kg.m/s.

Bài 2: Một vật có khối lượng 3 kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0,4 s. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu? Cho g = 10 , \text{m/s}^2.

A. 9 kg.m/s.
B. 10 kg.m/s.
C. 11 kg.m/s.
D. 12 kg.m/s.

Bài 3: Một vật 0,6 kg chuyển động với vận tốc 5 m/s không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang thì va chạm vào vật thứ hai có khối lượng 200 g đang đứng yên. Sau va chạm, hai vật dính làm một. Tìm vận tốc của hai vật sau va chạm.

A. 3 m/s.
B. 3,75 m/s.
C. 4 m/s.
D. 4,75 m/s.

Bài 4: Một xe ô tô có khối lượng m_1 = 5 tấn chuyển động thẳng với vận tốc v_1 = 4 , \text{m/s}, tông và dính vào một xe gắn máy đang đứng yên có khối lượng m_2 = 250 , \text{kg}. Tính vận tốc của các xe. (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 3,2 m/s.
B. 3,4 m/s.
C. 3,6 m/s.
D. 3,8 m/s.

Bài 5: Hai vật có khối lượng 2 kg và 5 kg chuyển động với các vận tốc lần lượt là 5 m/s và 6 m/s. Tìm tổng động lượng của hệ biết vec{v_1} và vec{v_2} vuông góc với nhau. (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 32 kg.m/s.
B. 44 kg.m/s.
C. 56 kg.m/s.
D. 68 kg.m/s.

Bài 6: Một vật có khối lượng 4 kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0,8 s. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu? Cho g = 10 , \text{m/s}^2.

A. 22 kg.m/s.
B. 32 kg.m/s.
C. 42 kg.m/s.
D. 52 kg.m/s.

Bài 7: Một tên lửa có khối lượng M = 6 tấn đang chuyển động với vận tốc v = 120 m/s thì phụt ra phía sau một lượng khí m_0 = 0,8 tấn. Vận tốc khí đối với tên lửa lúc chưa phụt là v_1 = 500 , \text{m/s}. Sau khi phụt khí vận tốc tên lửa có giá trị là: (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 167 m/s.
B. 177 m/s.
C. 187 m/s.
D. 197 m/s.

Bài 8: Một quả bóng có khối lượng m = 500 g va chạm vào tường và nảy trở lại với cùng vận tốc. Vận tốc của bóng trước va chạm là + 6 m/s. Độ biến thiên động lượng của bóng là:

A. 3 kg.m/s.
B. -3 kg.m/s.
C. 6 kg.m/s.
D. -6 kg.m/s.

Bài 9: Định luật bảo toàn động lượng phát biểu:

A. Động lượng là đại lượng bảo toàn.
B. Động lượng của một hệ cô lập là đại lượng bảo toàn.
C. Động lượng của một hệ cô lập có độ lớn không đổi.
D. Động lượng của một hệ là đại lượng bảo toàn.

Bài 10: Hai vật có khối lượng 8 kg và 12 kg chuyển động với các vận tốc lần lượt là 10 m/s và 2 m/s. Tìm tổng động lượng của hệ biết vec{v_1} và vec{v_2} cùng hướng, ngược chiều với nhau. (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 32 kg.m/s.
B. 44 kg.m/s.
C. 56 kg.m/s.
D. 68 kg.m/s.

Bài tập bổ sung

Bài 1: Hai quả bóng ép sát vào nhau trên mặt phẳng ngang. Quả II có khối lượng gấp 3 lần quả 1. Khi buông tay quả bóng I lăn được 3,6 m thì dừng. Hỏi quá bóng II lăn được quãng đường bao nhiêu, biết hệ số ma sát lăn đối với 2 quả bóng là như nhau.

Bài 2: Một xe ôtô có khối lượng m_1 = 6 tấn chuyển động thẳng với vận tốc v_1 = 3 , \text{m/s}, tông và dính vào một xe gắn máy đang đứng yên có khối lượng m_2 = 200 , \text{kg}. Tính vận tốc của các xe.

Bài 3: Một khẩu súng đại bác khối lượng m_s = 2 , 000 , \text{kg}, bắn một viên đạn khối lượng m_d = 5 , \text{kg}. Vận tốc viên đạn ra khỏi nòng súng là 600 m/s. Tìm vận tốc của súng sau khi bắn.

Bài 4: Một viên đạn khối lượng 1 kg đang bay theo phương thẳng đứng với vận tốc 500 m/s thì nổ thành 2 mảnh có khối lượng bằng nhau. Mảnh thứ nhất bay theo phương ngang với vận tốc 500sqrt{2} , \text{m/s}. Hỏi mảnh thứ hai bay theo phương nào với vận tốc bao nhiêu?

Bài 5: Phát biểu nào sau đây sai?

A. Khi không có ngoại lực tác dụng lên hệ thì động lượng của hệ được bảo toàn.
B. Vật rơi tự do không phải hệ kín vì trọng lực tác dụng lên vật là ngoại lực.
C. Hệ gồm: “Vật rơi tự do và Trái Đất” được xem là hệ kín khi bỏ qua lực tương tác giữa hệ vật với các vật khác (Mặt trời, các hành tinh…).
D. Một hệ gọi là hệ kín khi ngoại lực tác dụng lên hệ không đổi.

Bài 6: Độ biến thiên động lượng của một vật trong một khoảng thời gian nào đó:

A. Tỉ lệ thuận với xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.
B. Bằng xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.
C. Luôn nhỏ hơn xung lượng của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.
D. Luôn là một hằng số.

Bài 7: Định luật bảo toàn động lượng phát biểu:

A. Động lượng của một hệ là đại lượng bảo toàn.
B. Động lượng của một hệ cô lập có độ lớn không đổi.
C. Động lượng của một hệ cô là đại lượng bảo toàn.
D. Động lượng là đại lượng bảo toàn.

Bài 8: Khi nói về động lượng của một vật phát biểu đúng là:

A. Động lượng là một đại lượng vô hướng, luôn dương.
B. Động lượng là một đại lượng vô hướng, có thể dương hoặc âm.
C. Động lượng là một đại lượng có hướng, ngược hướng với vận tốc.
D. Động lượng là một đại lượng có hướng, cùng hướng với vận tốc.

Bài 9: Hiện tượng nào dưới đây là sự va chạm đàn hồi:

A. Ném một cục đất sét vào tường.
B. Sự va chạm của mặt vợt cầu lông vào quả cầu lông.
C. Bắn một hòn bi-a vào một hòn bi-a khác.
D. Bắn một đầu đạn vào một bị cát.

Bài 10: Một vật có khối lượng 2 kg rơi tự do xuống đất trong khoảng thời gian 0,5 s. Độ biến thiên động lượng của vật trong khoảng thời gian đó là bao nhiêu? Cho g = 10 , \text{m/s}^2.

Kết Luận

Nắm vững khái niệm động lượng và định luật bảo toàn động lượng không chỉ giúp học sinh giải quyết hiệu quả các bài tập vật lý mà còn trang bị nền tảng quan trọng cho việc tìm hiểu sâu hơn về cơ học. Các nguyên lý này là chìa khóa để phân tích các tương tác phức tạp trong thế giới tự nhiên và kỹ thuật.

Ngày chỉnh sửa nội dung mới nhất January 6, 2026 by Thầy Đông