SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI Đơn vị: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh Mã số: (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM BÀI TẬP ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG Người thực hiện: NGUYỄN THỊ THANH THẢO Lĩnh vực nghiên cứu: - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học môn: Vật lý  - Lĩnh vực khác:  Có đính kèm: Các sản phẩm không thề in SKKN  Mô hình  Phần mềm  Phim ảnh  Hiện vật khác Năm học: 2012 - 2013 BM02-LLKHSKKN SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN Họ tên: Nguyễn Thị Thanh Thảo Ngày tháng năm sinh: 18/11/1984 Nam, nữ: Nữ Địa chỉ: 160/5, KP2, phường Thống Nhất, Biên Hòa, Đồng Nai Điện thoại: 0919474716 E-mail: dongthaoly@gmail.com Chức vụ: Giáo viên vật lý Đơn vị công tác: Trường THPT chuyên Lương Thế Vinh II III TRÌNH ĐỘ ĐÀO TẠO - Học vị (hoặc trình độ chuyên môn, nghiệp vụ) cao nhất: Cao Học - Năm nhận bằng: 2010 - Chuyên ngành đào tạo: Vật Lý Nguyên Tử Hạt Nhân Năng Lượng Cao KINH NGHIỆM KHOA HỌC - Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: Vật Lý Số năm có kinh nghiệm: năm - Các sáng kiến kinh nghiệm có năm gần đây: có sáng kiến kinh nghiệm ĐỀ TÀI BÀI TẬP VỀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI - Chủ quan + Định luật bảo toàn lượng nguyên lý tổng quát đắn cho tất lý thuyết vật lý (cơ học, điện từ học, vật lý hạt nhân, ) - mà nhà khoa học thấy điều kiện ngặt nghèo phòng thí nghiệm + Trong trình dạy học, nhận thấy việc áp dụng định luật bảo toàn lượng nhiều toán phức tạp nhiều tượng tự nhiên làm cho vấn đề trở nên đơn giản nhiều, đồng thời phát triển tư học sinh, phát huy khả tư sáng tạo học sinh - Khách quan + Đề tài giúp học sinh có nhìn tổng quan định luật bảo toàn lượng Định luật bảo toàn lượng trình bày số toán từ dễ đến phức tạp, cụ thể định luật bảo toàn năng, độ biến thiên năng… toán học, tĩnh điện học, nhiệt học, vật lý hạt nhân… + Tạo hứng thú say mê học tập, phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em tự tin vào thân gặp toán phức tạp II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI II.1 Cơ sở lý luận - Năng lượng thước đo lượng chuyển động vật chất hình thức Chuyển động vật chất có nhiều hình thức phong phú Chuyển động học dạng vận động vật thay đổi vị trí không gian lượng tương ứng với chuyển động gọi lượng học Chuyển động nhiệt hình thức khác dạng lượng tương ứng lượng nhiệt Ngoài có loại lượng khác: lượng điện từ, lượng hạt nhân… - Định luật bảo toàn lượng, định luật nhiệt động lực học (một bốn định luật nhiệt động lực học), phát biểu lượng (hoặc đại lượng tương đương khối lượng tương đối tính) tự nhiên sinh Trong toàn vũ trụ, tổng lượng không đổi, chuyển từ hệ sang hệ khác Người ta "tạo ra" lượng, người ta "chuyển dạng" lượng mà Hay nói cách khác "năng lượng không tự sinh mà không tự đi, chuyển hóa từ dạng sang dạng khác" II.1.1 Định luật bảo toàn lượng thể học II.1.1a Định luật bảo toàn - Điều kiện áp dụng: áp dụng cho vật chuyển động trường lực + vật chịu tác dụng trọng lực, lực đàn hồi + AFrkhongthe = - Chọn gốc - Vẽ hình, phân tích lực, xác định trạng thái (1) (2) - Biểu thức: W1 = W2 hay : Wd + Wt1 = Wd + Wt Trong W1, W2 trạng thái (1) (2) Wd1, Wd2 động trạng thái (1) (2) Wt1, Wt2 trạng thái (1) (2) II.1.1b Biến thiên - Điều kiện áp dụng: áp dụng cho trường hợp + vật chịu tác dụng lực (trọng lực, lực đàn hồi ) + vật chịu tác dụng lực không (lực ma sát, lực cản, lực kéo ) - Chọn gốc - Vẽ hình, phân tích lực, xác định trạng thái (1) (2) - Biểu thức: A1− = ∆W = W2 − W1 Hay : AFr + AFrms + … = Wd + Wt − Wd − Wt1 - Trong cần ý: r AFr = Fscosα , với α = ( F ; sr ) II.1.2 Định luật bảo toàn lượng thể tĩnh điện học * Năng lượng tụ điện - Khi nạp điện cho tụ, nguồn điện sinh công đưa điện tích tụ làm điện tích tăng từ đến Q - Khi - Theo định luật bảo toàn chuyển hóa lượng, lượng tụ điện - Năng lượng tụ tập trung điện môi tụ Đó vùng điện trường Vậy: Năng lượng điện trường lượng tụ điện II.1.3 Định luật bảo toàn lượng thể nhiệt học - Định luật bảo toàn lượng định luật nhiệt động lực học Theo định luật này, tổng lượng hệ kín không đổi Phát biểu cách khác: Độ biên thiên nội hệ tổng công nhiệt lượng mà hệ nhận được: ΔU = A + Q Trong trường hợp này, quy định dấu A Q để biết hệ nhận hay thực công, nhận hay truyền nhiệt lượng Ví dụ: Q > 0: Hệ nhận nhiệt lượng, Q < 0: Hệ truyền nhiệt lượng, A > 0: Hệ nhận công, A < 0: Hệ thực công - Một hệ định luật công thực hệ, hay hệ không sinh công, đồng thời nội hệ không đổi (nhiều thể qua nhiệt độ không đổi), tổng thông lượng lượng vào hệ phải tổng thông lượng lượng ra: Fvào = Fra Fvào = Fphản xạ + Fbức xạ + Ftruyền qua Trong đó: Fbức xạ = Fhấp thụ Ví dụ, với vật đen tuyệt đối, Fphản xạ = Ftruyền qua = 0, thì: Fvào = Fhấp thụ = Fbức xạ II.1.4 Định luật bảo toàn lượng thể phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: A1 Z1 X + ZA22 X ® A3 Z3 X + ZA44 X ±D E Gọi: K X ; K X ; K X ; K X động hạt nhân X1; X2; X3; X4 Với K X = mx vx2 ; dv : J Nếu hạt nhân đứng yên K = Trong đó: m: khối lượng hạt nhân v: vận tốc hạt nhân đv: kg , u đv: m/s Năng lượng phản ứng hạt nhân: ∆E = (M0 - M)c2 Trong đó: M = mA + mB tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng E0 = M0c2 M = mX + mX tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng E = Mc2 Lưu ý: - Nếu M0 > M phản ứng toả lượng |∆E| = |E0-E| dạng động hạt C, D phôtôn γ Các hạt sinh có độ hụt khối lớn nên bền vững - Nếu M0 < M phản ứng thu lượng |∆E| =|E0-E| dạng động hạt A, B phôtôn γ Các hạt sinh có độ hụt khối nhỏ nên bền vững Định luật bảo toàn lượng: K X + K X ±D E = K X + K X (1) Trong đó: ∆E lượng phản ứng hạt nhân - Nếu phản ứng tỏa lượng phương trình (1) lấy +ΔE - Nếu phản ứng thu lượng phương trình (1)lấy –ΔE II.2 Nội dung, biện pháp thực giải pháp đề tài II.2.1 Định luật bảo toàn lượng ứng dụng việc giải số toán học Bài toán 1: Một ô tô khối lượng chuyển động với vận tốc 36km/h tắt máy xuống dốc, hết dốc thời gian 10s Góc nghiêng dốc 200 , hệ số ma sát dốc xe 0,01 Tính: a Gia tốc xe dốc suy chiều dài dốc b Vận tốc xe chân dốc Giải: - Vật chịu tác dụng lực: r + Trọng lực : P , lực r + Phản lực : N , ANr = r + Lực ma sát : Fms , ngoại lực - Áp dụng định luật bảo toàn lượng, ta có W1 = W2 + AFms Sự biến thiên cho vật chuyển động từ đỉnh dốc (1) đến chân dốc (2) chuyển thành công lực ma sát + Chọn gốc chân dốc Ams = W2 − W1 = Wd + − (Wd + Wt1 ) (− Fms ) s = 2 mv2 − mv1 − mgh 2 ⇔ − µ mgcosα = + Với : 2 mv2 − mv1 − mgs.sinα 2 h = s.sinα , Fms = µ N = µ mgcosα 2 + Suy ra: v2 − v1 = g ( sinα − µ cosα ) s (*) + Kết hợp hệ thức độc lập thời gian: v22 − v12 = 2as + Suy gia tốc xe dốc: a = g ( sinα − µ cosα ) = 10( sin 200 − 0, 01cos 200 ) = 333(m / s ) 2 + Chiều dài dốc: s = at + v1t = 3,33102 + 1010 = 2665(m) + Vận tốc xe chân dốc: v2 = v1 + at = 10 + 3,33.10 = 43,3(m / s ) Bài toán 2: Quả cầu nhỏ khối lượng 500g treo đầu sợi dây dài 1m, đầu dây cố định Kéo cầu khỏi vị trí cân cho dây hợp với phương thẳng ứng góc 450 , thả tự Tìm: a Vận tốc lắc qua vị trí cân bắng b Tính lực căng dây vị trí cân Giải: - Vật chịu tác dụng lực: r + Trọng lực : P , lực r + Lực căng dây T , ATr = - Vật chuyển động trường lực thế, ta áp dụng định luật bảo toàn để giải toán a - Chọn gốc vị trí cân (vị trí thấp vật) - Áp dụng định luật bảo toàn cho vị trí góc 45o vị trí cân WA = WB WtA + = + WdB 2 Hay : mghA = mvB - Với : hA = l (1 − cosα A ) = l (1 − cos 450 ) - Suy ra: vB = gl (1 − cos 450 ) = 2101(1 − ) = 20 − 10 = 2, 42( m / s) Bài toán 3: Một vật nhỏ trượt không vận tốc đầu không ma sát từ điểm cao cầu có bán kính R bị giữ chặt bề mặt nằm ngang Hình bàn (Hình 1) Khi vật rơi đến bàn hướng rơi tạo với bề mặt bàn góc bao nhiêu? Giải: - Trước rời khỏi cầu chuyển động vật chuyển động tròn không đều, trước hết ta tìm góc α vận tốc v vật thời điểm rời cầu - Phương trình động lực học cho phương xuyên tâm: N mgcosα - N = man = mv /R α thời điểm vật rời cầu N = nên: v mg v2 = gRcosα (1) - Áp dụng định luật bảo toàn ta có: mv2/2 = v1 β mgR(1-cosα) (2) - Từ (1) (2) ta có: cosα =2/3, v = 2gR - Theo định luật bảo toàn ta có, vận tốc vật chạm bàn v thoả mãn: mv12 = 2mgR → v1 = gR - Sau rời cầu, vật tham gia chuyển động ném xiên xuống nên thành phần vận tốc theo phương ngang không đổi Do đó: vcosα=v1cosβ → cos β = → β = 74o Bài toán 4: Hai vật có khối lượng m nối lò xo đặt mặt bàn nằm ngang Hệ số ma sát vật với mặt k F bàn µ Ban đầu lò xo không biến dạng Hình 2a Vật nằm sát tường 1) Tác dụng lực không đổi F hướng theo k phương ngang đặt vào vật hướng dọc theo v0 Hình 2b trục lò xo xa tường (hình 2a) Sử dụng định luật bảo toàn năntg lượng, tìm điều kiện độ lớn lực F để vật di chuyển được? 2) Không tác dụng lực mà truyền cho vật vận tốc v hướng phía tường (hình 2b) Độ cứng lò xo k a) Tìm độ nén cực đại x1 lò xo b) Sau đạt độ nén cực đại, vật chuyển động ngược lại làm lò xo bị giãn Biết vật không chuyển động Tính độ giãn cực đại x2 lò xo c) Hỏi phải truyền cho vật vận tốc v tối thiểu để vật bị lò xo kéo khỏi tường? Giải: Để vật dịch chuyển lò xo cần giãn đoạn là: x = µmg k Lực F nhỏ cần tìm ứng với trường hợp lò xo giãn đoạn x vận tốc vật giảm Theo định luật bảo toàn lượng, toàn công lực F trình chuyển hóa thành công ma sát kx + µmg x lò xo: F x = Vậy: F = µmg 2 Truyền cho vật vận tốc v0 phía tường a Áp dụng định luật bảo toàn lượng: 2 mv kx = + µmgx 2 ↔ x1 + 2µmg m x1 − v = k k Nghiệm dương phương trình là: x1 = − µmg  µmg  mv0 +  ÷ + k k  k  b Gọi x2 độ giãn cực đại lò xo Áp dụng định luật bảo toàn lương: 10 kx kx = µmg( x + x ) + 2 2 2 2µmg  µmg  mv0 3µmg x2 = x1 − =  + − ÷ k k k  k  c Để vật bị kéo khỏi tường lò xo phải giãn đoạn x3 cho: kx = µmg (1) Vận tốc v0 nhỏ ứng với trường hợp lò xo bị giãn x vật dừng lại Phương trình bảo toàn lượng: - Cho trình lò xo bị nén x1: 2 mv kx = + µmgx 2 (2) - Cho trình lò xo chuyển từ nén x1 sang giãn x3: kx kx = µmg( x + x ) + 2 Từ (3) → x − x = (3) 2µmg k Kết hợp với (1), ta được: x = 3µmg 15m Thay vào (2), ta được: v0 = µg k k Bài toán 5: Hạt khối lượng m chuyển động với vận tốc v đến va chạm với hạt đứng yên khối lượng m/2 sau va chạm đàn hồi bay theo phương hợp với phương chuyển động ban đầu góc α = 300 (Hình 3) Tìm vận tốc chuyển động hạt thứ hai? Giải: • r ur Bảo toàn động lượng: mv = mv ' + • Từ hình vẽ suy ra: mr u m m v m/2 Trước va chạm α m/2 Sau va chạm Hình 11 • Áp dụng định luật bảo toàn năng: 1m u2 mv = mv '2 + u ⇔ = v − v '2 2 22 ( 2) • Từ (1) (2) ta có hệ phương trình v  u2 2 v ' = = v + v ' − v v '   ⇔    u = v − v '2 u = 2v   Bài toán 6: Hai cầu cao su buộc vào sợi dây mảnh đặt cạnh cho chúng có độ cao tiếp xúc với Chiều dài sợi dây l = 10 cm l2 = cm Khối lượng cầu tương ứng m = 8g m2 = 20 g Quả cầu khối lượng m1 kéo lệch khỏi phương thẳng đứng góc α = 600 thả Xác định góc lệch cực đại cầu so với phương thẳng đứng sau va chạm Va chạm coi hoàn toàn đàn hồi Giải: • Vận tốc vật m1 trước va chạm: m1v12 m1 g l1 ( − cosα ) = ⇒ v12 = g l1 ( − cosα ) ⇒ v1 = g l1 • Vận tốc cầu sau va chạm: v1' = v2' = • ( m1 − m2 ) v1 + 2m2v2 m1 + m2 ( m2 − m1 ) v2 + 2m1v1 m1 + m2 = ( m1 + m2 ) g l1 ( m1 + m2 ) = 2m1 g l1 ( m1 + m2 ) Bảo toàn cho cầu sau va chạm: m1v1' = m1 g l1 ( − cosα1 ) ⇔ 2 ( m1 + m2 ) − ( m1 − m2 ) ⇔ cosα1 = ( m1 + m2 ) ( m1 − m2 ) g l1 2 ( m1 + m2 ) 2 = = g l1 ( − cosα1 ) 2m1m2 89 + = ≈ 0,91 2 ( m1 + m2 ) 98 12 1 4m12 g l1 m2 v2' = m2 g l2 ( − cosα ) ⇔ × = g l2 ( − cosα ) 2 ( m1 + m2 ) ⇔ cosα = − m12 l1 l2 ( m1 + m2 ) = 107 ≈ 0, 727 147 Bài toán 7: Hai cầu – sắt khối lượng m chì khối lượng m/4 – treo vào điểm sợi dây mảnh Kéo lệch cầu chì lên đến độ cao H thả Sau va chạm lên đến độ cao h Va chạm xuyên tâm Tìm phần động chuyển thành nhiệt Giải: • Gọi v0 v vận tốc bi chì trước sau va chạm v02=2gH v2=2gh • Bảo toàn động lượng: mv0/4 = mv/4 + mv’ (v’ vận tốc bi sắt sau va chạm)  v’ = (v0 – v )/4 Cơ trước va chạm: W = mgH/4 Cơ sau va chạm: W’ = mgh/4 + mv’2/2 = mgh/4 + mg (H • hH +h)/16 Theo định luật bảo toàn lượng, phần chuyển thành nhiệt: Q = W W’  Q= ( mg 3H − 5h + Hh 16 ) II.2.2 Định luật bảo toàn lượng ứng dụng việc giải số toán tĩnh điện học Bài toán 1: Điện tích Q phân bố mặt cầu kim loại rắn tuyệt bán kính R Hãy xác định lực F tác dụng lên đơn vị diện tích mặt từ phía điện tích lại Giải: Theo điều kiện mặt cầu rắn tuyệt đối nên bán kính thực thay đổi Tuy nhiên tưởng tượng lực đẩy điện tích dấu, bán kính mặt cầu tăng lên chút ít, cụ thể lượng vô nhỏ δR Mặt cầu tích điện có tính chất tụ điện – giữ nguyên điện tích mà người 13 ta truyền cho Điện mặt cầu liên hệ với điện tích hệ thức: V = Q Mặt khác, theo định nghĩa điện dung ta có V = Q/C, suy C = 4πεε R 4πεε0R Năng lượng tụ điện W = Q 2/2C = Q2/(8πεε0R) Như tăng bán kính mặt cầu, lượng giảm lượng: Q2 Q2 Q 2δR − = ∆W = W – W’ = 8πεε R 8πεε ( R + δR ) 8πεε R ( R + δR) Theo định luật bảo toàn lượng, độ biến thiên lượng công toàn phần A lực đẩy tĩnh điện yếu tố riêng rẽ mặt cầu thực Gọi F lực tác dụng lên đơn vị diện tích, ta có: A = F.4πR2.δR Do đó: F.4πR2.δR = F= Q 2δR Từ lưu ý δR. N > V b) Công mà khí thực : A = ∫ V0 V pdV = ∫ αVdV = α (V − V0 ) V0 A = αV02( N2 – )/2 > c) Tính nhiệt dung mol C khí trình : Áp dụng nguyên lí thứ I nhiệt động lực học: Q = ∆U + A Với Q = nC∆T ⇒ nC∆T = iV02 α(N2 – )/2 + αV02( N2 – )/2 ⇒C= (i + 1) R (1 + γ ) R = 2(γ − 1) Vì i = /( γ - ) Bài toán 3: Người ta cho vào bình cách nhiệt thể tích V = 100 l; m1 = 5g khí hidrô m2 =12g khí ôxi nhiệt độ to = 293oC Sau H2 kết hợp với O2 thành nước nhiệt lượng sinh ứng với mol nước tạo thành Q o = 2,4.105 J Tính áp suất nhiệt độ sau phản ứng Cho biết nhiệt dung mol đẳng tích hidrô C H = 14,3kJ/kgK nước Cn = 2,1kJ/kgK Giải Phương trình phản ứng : 2H2 + O2 → 2H2O Số lượng mol Ôxi trước phản ứng: nO = Số lượng mol hidrô trước phản ứng: m1 12 = = 0,375mol M 32 nH = m2 = = 2,5mol M2 Số mol nước sinh ra: n1 = 2no = 0,75mol Số mol hidrô thừa: n2 = nH – n1 = 2,5 – 0,75 = 1,75mol Nguyên li thứ nhất: ∆ U = Q – A’ Hệ gồm hai chất khí không thực công A’ = Hệ sinh nhiệt Q = ∆ U Độ biến thiên nội năng: ⇒ T= ∆ U = U2 – U1 = n1Cn (T – To) + n2CH (T – To) n1Q + To n1Cn + n2CH 17 Thay số: T = 0, 75.2, 4.105 + 566 ≈ 573K 0, 75.2100 + 1, 75.14300 Phương trình trạng thái khí lí tưởng: p.V = (n1 + n2)RT ⇒ p = (n1 + n2)RT/V p = (0,75 + 1,75)8,31.573/ 0,1 = 119041Pa II.2.4 Định luật bảo toàn lượng ứng dụng việc giải số toán phản ứng hạt nhân Bài toán 1: Hạt α bắn vào hạt nhân Al đứng yên gây phản ứng : 27 13 α + Al → 30 15 P + n Phản ứng thu lượng Q = 2,7 MeV Biết hai hạt sinh có vận tốc, tính động hạt α (coi khối lượng hạt nhân số khối chúng) Giải : Ta có Kp Kn = mP =30 ⇒ Kp = 30 Kn mn Theo định luật bảo toàn lượng: Q = Kα ─ ( Kp + Kn ) (1) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: mα vα = ( mp + mn)v ⇒ v = mα vα mP + mn Mà tổng động hệ hai hạt : 1(mα vα ) mα Kα m + mn  mα vα  = Kp + Kn = (mP + mn )v = P  ÷ 2(m + m ) = m + m 2 P n P n  mP + mn  (2) Thế (2) vào (1) ta Kα = 3,1MeV Bài toán 2: Người ta dùng hạt prôtôn có động 2,69 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên thu hạt α có động cho m p = 1,,0073u; mLi = 7,0144u; m α =4,0015u ; 1u = 931 MeV/c2 Tính động vận tốc hạt α tạo thành? Giải: Năng lượng phản ứng hạt nhân : 18 Q = ( M0 – M ).c2 = 0,0187uc2 = 17,4097 MeV Áp dụng định luật bảo toàn lượng, ta có: Q +Wp= 2W α ⇒ W α = Q +Wp Vận tốc mổi hạt α là: v = c = 10,05MeV 2Wα =2,2.107m/s 931.4,0015 Bài toán 3: Một nơtơron có động Wn = 1,1 MeV bắn vào hạt nhân Liti đứng yên gây phản ứng: n + 63 Li → X+ 42 He Biết hạt nhân He bay vuông góc với hạt nhân X Tính động hạt nhân X hạt nhân Heli Cho mn = 1,00866 u;mx = 3,01600u ; mHe = 4,0016u; mLi = 6,00808u Giải: Ta có lượng phản ứng: Q = ( mn+ mLi─ m x ─ m He).c2 = - 0,8 MeV (đây phản ứng thu lượng ) - Áp dụng định luật bảo toàn lượng: Q =Wx +W He ─Wn = -0,8 (1) → → → + PX2 - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: pn = pHe + p X ⇔ Pn2 = PHe ⇒ 2mnWn= 2mHe W He + 2mx Wx (2) 4W H e + 3W X = 1,1 Từ (1),(2) ta có hệ phương trình:  W He + W X = 0,3 W He = 0,2 ⇔ MeV W X = 0,1 Bài toán 4: Dùng hạt prôtôn có động 1,6 MeV bắn vào hạt nhân liti ( Li ) đứng yên Giả sử sau phản ứng thu hai hạt giống có động không kèm theo tia γ Biết lượng tỏa phản ứng 17,4 MeV Viết phương trình phản ứng tính động hạt sinh Giải: Phương trình phản ứng: 11 p + 73 Li → 42 He Theo định luật bảo toàn lượng ta có: Wđp + ∆W = 2WđHe  WđHe = Wđp + ∆W = 9,5 MeV 19 Vậy động hạt sinh 9,5 MeV Bài toán 5: Trong trình va chạm trực diện êlectrôn pôzitrôn, có huỷ cặp tạo thành hai phôtôn có lượng MeV chuyển động theo hai chiều ngược Cho me = 0,511 MeV/c2 Tính động hai hạt trước va chạm? Giải: Năng lượng photon sau hủy cặp: 4MeV Theo định luật bảo toàn lượng, lượng photon sau hủy cặp lượng nghỉ động hai hạt truớc phản ứng Năng lượng nghỉ hai hạt truớc phản ứng: E = 2.m.c2=1,022 MeV Vậy động hạt trước hủy cặp là: Wđ = (4-1,022)/2=1,489 MeV III HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI 20 Tác giả sử dụng đề tài trình giảng dạy cho học sinh lớp 10, lớp 11, lớp 12 bồi dưỡng học sinh giỏi Qua trình sử dụng thu kết định, cụ thể: học sinh tích cực tham gia giải tập, nhiều em tiến nhanh, nắm vững kiến thức tự tin giải toán khó IV ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG - Đề tài sử dụng tài liệu tập dùng để tham khảo cho giáo viên học sinh chuyên Giúp cho giáo viên học sinh có thêm kiến thức rộng sâu Ngoài sử dụng đề tài trình bồi dưỡng học sinh giỏi - Đề xuất: + Với đề tài nên dạy cho học sinh theo chương trình nâng cao nên đặt vấn đề để học sinh làm theo nhóm đạt hiệu cao + Hệ thống tập mang tính tổng quát tính thực tiễn chương trình chưa nhiều Nhà trường cấp nên tạo điều kiện cho giáo viên có tờ báo tạp chí “Vật lý phổ thông” “Vật lý tuổi trẻ” hàng tháng để Giáo viên học sinh có điều kiện tiếp cận với nhiều toán tổng quát thực tiễn V TÀI LIỆU THAM KHẢO Giải toán vật lý 11 tập – Phần điện – điện từ - Bùi Quang Hân – Nhà xuất giáo dục - 2001 Bài tập vật lý đại cương – Vũ Thanh Khiết – Nhà xuất giáo dục – 2001 Tài liệu chuyên vật lý 11 tập – Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Thế Khôi - Nhà xuất giáo dục – 2012 Giải đề thi quốc qia, Olympic Vật lý – Hoàng Văn Tích - Nhà xuất giáo dục – 2011 Bài tập Vật lí phân tử Nhiệt học – Dương Trọng Bái, Đàm Trung Đồn - Nhà xuất giáo dục – 2001 NGƯỜI THỰC HIỆN BM04-NXĐGSKKN SỞ GD&ĐT ĐỒNG NAI Đơn vị CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc 21 , ngày tháng năm PHIẾU NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Năm học: ––––––––––––––––– Tên sáng kiến kinh nghiệm: Họ tên tác giả: Chức vụ: Đơn vị: Lĩnh vực: (Đánh dấu X vào ô tương ứng, ghi rõ tên môn lĩnh vực khác) - Quản lý giáo dục  - Phương pháp dạy học môn:  - Phương pháp giáo dục  - Lĩnh vực khác:  Sáng kiến kinh nghiệm triển khai áp dụng: Tại đơn vị  Trong Ngành  Tính (Đánh dấu X vào ô đây) - Có giải pháp hoàn toàn  - Có giải pháp cải tiến, đổi từ giải pháp có  Hiệu (Đánh dấu X vào ô đây) - Hoàn toàn triển khai áp dụng toàn ngành có hiệu cao  - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng toàn ngành có hiệu cao  - Hoàn toàn triển khai áp dụng đơn vị có hiệu cao  - Có tính cải tiến đổi từ giải pháp có triển khai áp dụng đơn vị có hiệu  Khả áp dụng (Đánh dấu X vào ô dòng đây) - Cung cấp luận khoa học cho việc hoạch định đường lối, sách: Tốt  Khá  Đạt  - Đưa giải pháp khuyến nghị có khả ứng dụng thực tiễn, dễ thực dễ vào sống: Tốt  Khá  Đạt  - Đã áp dụng thực tế đạt hiệu có khả áp dụng đạt hiệu phạm vi rộng: Tốt  Khá  Đạt  Phiếu đánh dấu X đầy đủ ô tương ứng, có ký tên xác nhận người có thẩm quyền, đóng dấu đơn vị đóng kèm vào cuối sáng kiến kinh nghiệm XÁC NHẬN CỦA TỔ CHUYÊN MÔN (Ký tên ghi rõ họ tên) THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ (Ký tên, ghi rõ họ tên đóng dấu) 22 23 [...]... tốc bi sắt ngay sau va chạm)  v’ = (v0 – v )/4 Cơ năng trước va chạm: W = mgH/4 Cơ năng sau va chạm: W’ = mgh/4 + mv’2/2 = mgh/4 + mg (H • hH +h)/16 Theo định luật bảo toàn năng lượng, phần cơ năng chuyển thành nhiệt: Q = W W’  Q= ( 1 mg 3H − 5h + 2 Hh 16 ) II.2.2 Định luật bảo toàn năng lượng ứng dụng trong việc giải một số bài toán tĩnh điện học 1 Bài toán 1: Điện tích Q được phân bố đều trên một... II.2.4 Định luật bảo toàn năng lượng ứng dụng trong việc giải một số bài toán phản ứng hạt nhân 1 Bài toán 1: Hạt α bắn vào hạt nhân Al đứng yên gây ra phản ứng : 27 13 α + Al → 30 15 P + n Phản ứng này thu năng lượng Q = 2,7 MeV Biết hai hạt sinh ra có cùng vận tốc, tính động năng của hạt α (coi khối lượng hạt nhân bằng số khối của chúng) Giải : Ta có Kp Kn = mP =30 ⇒ Kp = 30 Kn mn Theo định luật bảo toàn. .. vuông góc với hạt nhân X Tính động năng của hạt nhân X và hạt nhân Heli Cho mn = 1,00866 u;mx = 3,01600u ; mHe = 4,0016u; mLi = 6,00808u Giải: Ta có năng lượng của phản ứng: Q = ( mn+ mLi─ m x ─ m He).c2 = - 0,8 MeV (đây là phản ứng thu năng lượng ) - Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng: Q =Wx +W He ─Wn = -0,8 (1) → → → 2 + PX2 - Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: pn = pHe + p X ⇔ Pn2 = PHe ⇒... bởi hệ thức: V = Q Mặt khác, theo định nghĩa điện dung ta có V = Q/C, suy ra C = 4πεε 0 R 4πεε0R Năng lượng của tụ điện này W = Q 2/2C = Q2/(8πεε0R) Như vậy khi tăng bán kính mặt cầu, năng lượng này giảm một lượng: Q2 Q2 Q 2δR − = ∆W = W – W’ = 8πεε 0 R 8πεε 0 ( R + δR ) 8πεε 0 R ( R + δR) Theo định luật bảo toàn năng lượng, độ biến thiên năng lượng này bằng công toàn phần A do lực đẩy tĩnh điện giữa... MeV 19 Vậy động năng của mỗi hạt sinh ra là 9,5 MeV 5 Bài toán 5: Trong quá trình va chạm trực diện giữa một êlectrôn và một pôzitrôn, có sự huỷ cặp tạo thành hai phôtôn có năng lượng 2 MeV chuyển động theo hai chiều ngược nhau Cho me = 0,511 MeV/c2 Tính động năng của hai hạt trước khi va chạm? Giải: Năng lượng 2 photon sau khi hủy cặp: 4MeV Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng 2 photon sau... khoảng rất nhỏ x - Tính năng lượng của tụ khi đã dịnh chuyển một đoạn nhỏ x (W’) Độ chênh lệch năng lượng ở hai vị trí ∆W = /W’ – W/ chính bằng công dịnh chuyển hai bản tụ ra xa nhau một khoảng x và bằng công cản của lực hút giữa hai bản tụ - Từ các kết quả trên ta tính được: F.x = ∆W II.2.3 Định luật bảo toàn năng lượng ứng dụng trong việc giải một số bài toán nhiệt học 1 Bài toán 1: Trong hình trụ... W X = 0,1 7 4 Bài toán 4: Dùng hạt prôtôn có động năng 1,6 MeV bắn vào hạt nhân liti ( 3 Li ) đứng yên Giả sử sau phản ứng thu được hai hạt giống nhau có cùng động năng và không kèm theo tia γ Biết năng lượng tỏa ra của phản ứng là 17,4 MeV Viết phương trình phản ứng và tính động năng của mỗi hạt sinh ra Giải: Phương trình phản ứng: 11 p + 73 Li → 2 42 He Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có: Wđp... động năng cho m p = 1,,0073u; mLi = 7,0144u; m α =4,0015u ; 1u = 931 MeV/c2 Tính động năng và vận tốc của mỗi hạt α tạo thành? Giải: Năng lượng của phản ứng hạt nhân là : 18 Q = ( M0 – M ).c2 = 0,0187uc2 = 17,4097 MeV Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng, ta có: Q +Wp= 2W α ⇒ W α = Q +Wp 2 Vận tốc của mổi hạt α là: v = c = 10,05MeV 2Wα =2,2.107m/s 931.4,0015 3 Bài toán 3: Một nơtơron có động năng. .. đó năng lượng của tụ điện ngay sau khi điện môi bị đánh bật bằng: W1 = (ε C0U ) 2 ε 2C0U 2 = 2C0 2 14 Sau đó điện tích của tụ còn lại: q 2 = C0U để phù hợp với điện dung mới, nên có một điện lượng ∆q = q1 – q2 chạy qua nguồn ngược chiều lực lạ, do đó nguồn tiêu thụ một công: ∆A = ∆q.U = (q1 − q2 )U = (ε − 1)C0U 2 Đồng thời năng lượng của tụ điện chỉ còn bằng: W2 = C0U 2 2 Áp dụng định luật bảo toàn năng. .. Theo định luật bảo toàn năng lượng: Q = Kα ─ ( Kp + Kn ) (1) Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: mα vα = ( mp + mn)v ⇒ v = mα vα mP + mn Mà tổng động năng của hệ hai hạt : 2 1(mα vα ) 2 mα Kα m + mn  mα vα  1 = Kp + Kn = (mP + mn )v 2 = P  ÷ 2(m + m ) = m + m 2 2 P n P n  mP + mn  (2) Thế (2) vào (1) ta được Kα = 3,1MeV 2 Bài toán 2: Người ta dùng hạt prôtôn có động năng 2,69 MeV bắn vào hạt ... điện trường Vậy: Năng lượng điện trường lượng tụ điện II.1.3 Định luật bảo toàn lượng thể nhiệt học - Định luật bảo toàn lượng định luật nhiệt động lực học Theo định luật này, tổng lượng hệ kín không... giúp học sinh có nhìn tổng quan định luật bảo toàn lượng Định luật bảo toàn lượng trình bày số toán từ dễ đến phức tạp, cụ thể định luật bảo toàn năng, độ biến thiên năng toán học, tĩnh điện học,... lượng tương ứng với chuyển động gọi lượng học Chuyển động nhiệt hình thức khác dạng lượng tương ứng lượng nhiệt Ngoài có loại lượng khác: lượng điện từ, lượng hạt nhân… - Định luật bảo toàn lượng,