Lớp 10 · Vật Lí
Bài 30
Thực Hành: Xác Định Động Lượng Của Vật Trước Và Sau Va Chạm
Dụng cụ & phương án thí nghiệm — Va chạm mềm — Va chạm đàn hồi — Kiểm nghiệm ĐLBT động lượng
1
Mục đích & Cơ sở lý thuyết
▼
🎯 Mục đích thí nghiệm
Xác định động lượng của hai xe trượt trước và sau va chạm trong hai trường hợp:
• Va chạm mềm (hai xe dính nhau sau va chạm).
• Va chạm đàn hồi (hai xe tách rời, ngược chiều sau va chạm).
Từ đó kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng (ĐLBTĐL).
• Va chạm mềm (hai xe dính nhau sau va chạm).
• Va chạm đàn hồi (hai xe tách rời, ngược chiều sau va chạm).
Từ đó kiểm nghiệm định luật bảo toàn động lượng (ĐLBTĐL).
▸ Cơ sở lý thuyết
Khi hai xe chuyển động trên băng đệm khí nằm ngang, hệ hai xe được coi là hệ kín vì:
→Trọng lực cân bằng với phản lực của băng đệm khí (theo phương thẳng đứng).
→Ma sát gần như triệt tiêu nhờ đệm khí.
→Tổng ngoại lực $\approx 0$ $\Rightarrow$ động lượng hệ bảo toàn: $\;\vec{p} = \vec{p}\,'$.
▸ Cách xác định vận tốc & động lượng
📐 Công thức cốt lõi
Tốc độ: $\;v = \dfrac{s}{t}\;$
Động lượng: $\;p = m \cdot v = m \cdot \dfrac{s}{t}$
Động lượng: $\;p = m \cdot v = m \cdot \dfrac{s}{t}$
• $s$: độ dài tấm chắn sáng (đã biết, thường $0{,}1$ m).
• $t$: thời gian tấm chắn sáng lướt qua cổng quang điện (đo bằng đồng hồ hiện số).
• $m$: khối lượng xe (đo bằng cân điện tử).
• $t$: thời gian tấm chắn sáng lướt qua cổng quang điện (đo bằng đồng hồ hiện số).
• $m$: khối lượng xe (đo bằng cân điện tử).
Đặc điểm đo gián tiếp
Trong thí nghiệm này, vận tốc và động lượng KHÔNG đo trực tiếp. Ta đo thời gian rồi dùng công thức $v = s/t$ để tính ngược ra vận tốc, sau đó tính động lượng $p = mv$. Vì khoảng thời gian rất ngắn, chuyển động xe trên cổng quang điện coi như thẳng đều.
2
Dụng cụ thí nghiệm & công dụng
▼
| # | Dụng cụ | Công dụng |
|---|---|---|
| 1 | Băng đệm khí | Tạo bề mặt gần như không ma sát cho xe trượt |
| 2 | Bơm nén khí | Cấp khí cho băng đệm khí $\to$ giảm ma sát |
| 3 | Đồng hồ đo thời gian hiện số | Đo thời gian tấm chắn sáng lướt qua cổng quang |
| 4 | Hai cổng quang điện | Bật/tắt đồng hồ khi tấm chắn sáng đi qua |
| 5 | Hai xe trượt | Hai vật tham gia va chạm |
| 6 | Tấm chắn sáng (cản quang) | Gắn trên xe, kích hoạt cổng quang điện |
| 7 | Cân điện tử | Đo khối lượng xe (có/không có gia trọng) |
| 8 | Quả nặng (gia trọng) | Thay đổi khối lượng xe ở các lần đo |
| 9 | Lò xo / dây cao su | Tạo lực đàn hồi cho TN va chạm đàn hồi |
| 10 | Chốt ghim | Cho TN va chạm mềm (hai xe dính nhau) |
| 11 | Dây nối dẫn điện | Kết nối cổng quang $\leftrightarrow$ đồng hồ |
⚠️ Lưu ý quan trọng — Dụng cụ KHÔNG dùng trong TN này
• Đồng hồ đo điện đa năng — Lực kế — Máy phát tần số — Bảng nhôm.
• Cổng quang điện KHÔNG đo vận tốc trực tiếp — chỉ điều khiển bật/tắt đồng hồ.
• Băng đệm khí KHÔNG tạo vận tốc cho xe — chỉ giảm ma sát.
• Cổng quang điện KHÔNG đo vận tốc trực tiếp — chỉ điều khiển bật/tắt đồng hồ.
• Băng đệm khí KHÔNG tạo vận tốc cho xe — chỉ giảm ma sát.
3
Thí nghiệm va chạm mềm
▼
Đặc điểm: Xe 1 chuyển động đến va chạm với xe 2 đang đứng yên. Sau va chạm, hai xe dính vào nhau (nhờ chốt ghim) và cùng chuyển động: $v_1' = v_2'$.
Hình 1: Bố trí thí nghiệm va chạm mềm — xe 1 đẩy vào xe 2 đứng yên
▸ Công thức trong va chạm mềm
Trước & sau va chạm
Trước: $\;v_1 = \dfrac{s}{t_1}\;$, $\;v_2 = 0$
$\;\Rightarrow p = m_1 v_1 + 0 = m_1 \cdot \dfrac{s}{t_1}$
Sau: hai xe dính nhau, $\;v_1' = v_2' = \dfrac{s}{t_1'}$
$\;\Rightarrow p' = (m_1 + m_2) \cdot v_1'$
$\;\Rightarrow p = m_1 v_1 + 0 = m_1 \cdot \dfrac{s}{t_1}$
Sau: hai xe dính nhau, $\;v_1' = v_2' = \dfrac{s}{t_1'}$
$\;\Rightarrow p' = (m_1 + m_2) \cdot v_1'$
Quy trình thí nghiệm:
①Gắn chốt ghim để hai xe dính nhau sau va chạm. Lắp tấm chắn sáng, cân khối lượng.
②Đặt xe 2 giữa hai cổng quang, xe 1 đặt ngoài cổng quang.
③Ấn Reset đưa đồng hồ về $0{,}000$ s.
④Đẩy xe 1 va chạm vào xe 2 → đọc $t_1$ (xe 1 trước va chạm) và $t_1'$ (hệ hai xe sau va chạm).
⑤Lặp lại 3 lần (gắn thêm gia trọng cho mỗi lần để thay đổi $m_2$).
📝 Ví dụ — Xử lý số liệu va chạm mềm
Cho $s = 0{,}1$ m, $m_1 = m_2 = 0{,}21$ kg, $t_1 = 0{,}179$ s, $t_1' = 0{,}354$ s. Tính $p$ và $p'$.
Trước: $v_1 = \dfrac{0{,}1}{0{,}179} = 0{,}559$ m/s.
$\;p = 0{,}21 \cdot 0{,}559 = 0{,}117$ kg·m/s.
Sau: $v_1' = \dfrac{0{,}1}{0{,}354} = 0{,}282$ m/s.
$\;p' = (0{,}21 + 0{,}21) \cdot 0{,}282 = 0{,}118$ kg·m/s.
Sai lệch: $\varepsilon = \dfrac{|0{,}117 - 0{,}118|}{0{,}117} \cdot 100\% \approx 0{,}85\%$ → $p \approx p'$ ✓
Trước: $v_1 = \dfrac{0{,}1}{0{,}179} = 0{,}559$ m/s.
$\;p = 0{,}21 \cdot 0{,}559 = 0{,}117$ kg·m/s.
Sau: $v_1' = \dfrac{0{,}1}{0{,}354} = 0{,}282$ m/s.
$\;p' = (0{,}21 + 0{,}21) \cdot 0{,}282 = 0{,}118$ kg·m/s.
Sai lệch: $\varepsilon = \dfrac{|0{,}117 - 0{,}118|}{0{,}117} \cdot 100\% \approx 0{,}85\%$ → $p \approx p'$ ✓
4
Thí nghiệm va chạm đàn hồi
▼
Đặc điểm: Hai xe ban đầu đứng yên, được nối bằng dây buộc nén lò xo. Khi cắt dây → lò xo bung → hai xe chuyển động cùng phương, ngược chiều nhau qua hai cổng quang điện.
Hình 2: Bố trí thí nghiệm va chạm đàn hồi — lò xo bung đẩy hai xe ngược chiều
▸ Công thức & chú ý dấu
Chọn chiều dương theo xe 1
Trước: hai xe đứng yên $\Rightarrow p_1 = p_2 = 0 \Rightarrow p = 0$.
Sau: $\;v_1' = \dfrac{s}{t_1'} > 0$, $\;v_2' = -\dfrac{s}{t_2'} < 0$ (ngược chiều dương).
$\;p_1' = m_1 v_1'\;$, $\;p_2' = -m_2 \cdot \dfrac{s}{t_2'}$
$\;p' = p_1' + p_2' = m_1 v_1' - m_2 v_2'$
(với $v_2' = s/t_2'$ là tốc độ, luôn dương)
ĐLBTĐL: $\;p' \approx 0 = p$.
Sau: $\;v_1' = \dfrac{s}{t_1'} > 0$, $\;v_2' = -\dfrac{s}{t_2'} < 0$ (ngược chiều dương).
$\;p_1' = m_1 v_1'\;$, $\;p_2' = -m_2 \cdot \dfrac{s}{t_2'}$
$\;p' = p_1' + p_2' = m_1 v_1' - m_2 v_2'$
(với $v_2' = s/t_2'$ là tốc độ, luôn dương)
ĐLBTĐL: $\;p' \approx 0 = p$.
⚠️ Phân biệt VẬN TỐC và TỐC ĐỘ
• Tốc độ $= s/t$ → luôn dương.
• Vận tốc mang dấu theo chiều dương đã chọn:
− Cùng chiều dương → $v > 0$.
− Ngược chiều dương → $v < 0$.
Trong va chạm đàn hồi, xe 2 đi ngược chiều xe 1 nên vận tốc xe 2 (so với chiều dương) có dấu trừ.
• Vận tốc mang dấu theo chiều dương đã chọn:
− Cùng chiều dương → $v > 0$.
− Ngược chiều dương → $v < 0$.
Trong va chạm đàn hồi, xe 2 đi ngược chiều xe 1 nên vận tốc xe 2 (so với chiều dương) có dấu trừ.
📝 Ví dụ — Xử lý số liệu va chạm đàn hồi
Cho $s = 0{,}1$ m, $m_1 = m_2 = 0{,}21$ kg, $t_1' = 0{,}170$ s, $t_2' = 0{,}172$ s. Chọn chiều dương theo xe 1. Tính $p'$.
$v_1' = \dfrac{0{,}1}{0{,}170} = 0{,}588$ m/s.
$v_2'$ (tốc độ) $= \dfrac{0{,}1}{0{,}172} = 0{,}581$ m/s. Vì xe 2 ngược chiều dương: $v_2' = -0{,}581$ m/s.
$p_1' = 0{,}21 \cdot 0{,}588 = 0{,}124$ kg·m/s.
$p_2' = 0{,}21 \cdot (-0{,}581) = -0{,}122$ kg·m/s.
$p' = 0{,}124 - 0{,}122 = 0{,}002$ kg·m/s $\approx 0 = p$ ✓
$v_1' = \dfrac{0{,}1}{0{,}170} = 0{,}588$ m/s.
$v_2'$ (tốc độ) $= \dfrac{0{,}1}{0{,}172} = 0{,}581$ m/s. Vì xe 2 ngược chiều dương: $v_2' = -0{,}581$ m/s.
$p_1' = 0{,}21 \cdot 0{,}588 = 0{,}124$ kg·m/s.
$p_2' = 0{,}21 \cdot (-0{,}581) = -0{,}122$ kg·m/s.
$p' = 0{,}124 - 0{,}122 = 0{,}002$ kg·m/s $\approx 0 = p$ ✓
5
So sánh, sai số & Tổng kết
▼
▸ So sánh hai loại va chạm
🟣 Va chạm MỀM
Trước: xe 1 chuyển động, xe 2 đứng yên.
Sau: hai xe dính nhau, $v_1' = v_2'$.
Đo: $t_1$ và $t_1'$.
$p = m_1 v_1$
$p' = (m_1 + m_2) v_1'$
$p' = (m_1 + m_2) v_1'$
Dụng cụ đặc trưng: chốt ghim.
🟢 Va chạm ĐÀN HỒI
Trước: hai xe đều đứng yên.
Sau: hai xe tách rời, ngược chiều.
Đo: $t_1'$ và $t_2'$.
$p = 0$
$p' = m_1 v_1' - m_2 v_2'$
$p' = m_1 v_1' - m_2 v_2'$
Dụng cụ đặc trưng: lò xo / dây cao su.
▸ Các nguồn sai số & cách hạn chế
| Nguồn sai số | Cách hạn chế |
|---|---|
| Băng đệm khí chưa nằm ngang → xe trượt do trọng lực | Điều chỉnh băng nằm ngang, song song mặt bàn |
| Ma sát giữa xe và băng | Bơm khí đều, đủ mạnh |
| Quên ấn Reset → giá trị cộng dồn | Luôn ấn Reset trước mỗi lần đo |
| Tấm chắn sáng không song song với băng | Lắp tấm chắn sáng thẳng đứng, song song băng |
| Thang đo đồng hồ chưa phù hợp | Chọn thang đo phù hợp với thời gian dự kiến |
Tổng kết Bài 30
• Đo thời gian qua cổng quang điện → tính $v = s/t$ → tính $p = mv$.
• Va chạm mềm: xe 2 đứng yên trước; sau va chạm hai xe dính nhau → $p' = (m_1+m_2) v_1'$.
• Va chạm đàn hồi: hai xe đứng yên trước ($p=0$); sau va chạm tách rời ngược chiều → $p' = m_1 v_1' - m_2 v_2'$.
• Cả hai đều cho $p \approx p'$ → kiểm nghiệm ĐLBT động lượng.
• Va chạm mềm: xe 2 đứng yên trước; sau va chạm hai xe dính nhau → $p' = (m_1+m_2) v_1'$.
• Va chạm đàn hồi: hai xe đứng yên trước ($p=0$); sau va chạm tách rời ngược chiều → $p' = m_1 v_1' - m_2 v_2'$.
• Cả hai đều cho $p \approx p'$ → kiểm nghiệm ĐLBT động lượng.
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm phần xử lý số liệu chi tiết, các sai lầm thường gặp và mẹo giải nhanh, hãy tham khảo bài viết bên dưới:
📚 Xem thêm: Lý thuyết đầy đủ + xử lý số liệu chi tiết + sai lầm thường gặp tại Edus.vnSau khi nắm vững lý thuyết, hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 20 câu bám sát chương trình SGK Vật Lí 10!
1
—
Điểm: 0/20
⚗️
Cùng luyện Bài 30 — Thực hành xác định động lượng!
20 câu: 12 trắc nghiệm · 3 đúng/sai · 5 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/20
💡 Gợi ý
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn