Các định luật bảo toàn trong vật lý học, lý thuyết và bài tập.

a

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

- - -    - - -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

TRONG VẬT LÝ HỌC, LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP

Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Hạnh

Khóa học: 2012 - 2016

Đà Nẵng, năm 2016

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

- - -    - - -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

TRONG VẬT LÝ HỌC, LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP

Sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Hạnh

Khóa học: 2012 - 2016

Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Mỹ Đức

Đà Nẵng, năm 2016

LỜI CẢM ƠN



Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trƣờng Đại Học

Sƣ phạm – Đại học Đà Nẵng, Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý đã

tạo điều kiện để tôi đƣợc làm khóa luận. Đặc biệt, tôi xin cảm

ơn cô giáo hƣớng dẫn – ThS. Nguyễn Thị Mỹ Đức đã tận tình

giúp đỡ, hƣớng dẫn để tôi có thể hoàn thành khóa luận này.

Ngoài ra, tôi xin cảm ơn những ngƣời bạn, ngƣời thân đã

luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi làm khóa

luận.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhƣng không thể tránh khỏi

những thiếu sót, mong quý thầy cô cùng các bạn đọc nhận xét,

góp ý thêm.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hồng Hạnh

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU ................................................................................................1

PHẦN HAI: NỘI DUNG...............................................................................................3

CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ BÀI TẬP VẬT LÝ ..........................................3

1.1. Khái niệm bài tập vật lý........................................................................................3

1.2. Tác dụng của bài tập vật lý [2].............................................................................3

1.3. Phân loại bài tập vật lý [2]....................................................................................4

1.3.1. Phân loại theo nội dung .................................................................................4

1.3.2. Phân loại theo phƣơng pháp giải ...................................................................5

1.3.3. Phân loại theo trình độ phát triển tƣ duy .......................................................6

1.4. Phƣơng pháp giải bài tập vật lý [2] ......................................................................8

1.4.1. Phƣơng pháp phân tích ..................................................................................8

1.4.2. Phƣơng pháp tổng hợp...................................................................................9

1.4.3. Kết luận .........................................................................................................9

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TỪ VẬT LÝ CỔ

ĐIỂN ĐẾN VẬT LÝ HIỆN ĐẠI................................................................................10

2.1. Các định luật bảo toàn trong vật lý học cổ điển .................................................10

2.1.1. Định luật bảo toàn khối lƣợng.....................................................................10

2.1.1.1. Khối lƣợng............................................................................................10

2.1.1.2. Định luật bảo toàn khối lƣợng..............................................................10

2.1.2. Định luật bảo toàn động lƣợng ....................................................................11

2.1.2.1. Động lƣợng...........................................................................................11

2.1.2.2. Định luật bảo toàn động lƣợng.............................................................12

2.1.3. Định luật bảo toàn momen động lƣợng.......................................................13

2.1.3.1. Momen động lƣợng ..............................................................................13

2.1.3.2. Định luật bảo toàn momen động lƣợng................................................14

2.1.4. Định luật bảo toàn cơ năng..........................................................................16

2.1.4.1. Động năng ............................................................................................16

2.1.4.2. Thế năng ...............................................................................................16

2.1.4.3. Cơ năng.................................................................................................17

2.1.4.4. Định luật bảo toàn cơ năng...................................................................17

2.1.5. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lƣợng ............................................18

2.1.5.1. Năng lƣợng ...........................................................................................18

2.1.5.2. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lƣợng .....................................18

2.1.6. Định luật bảo toàn điện tích.........................................................................19

2.1.6.1. Điện tích ...............................................................................................19

2.1.6.2. Định luật bảo toàn điện tích .................................................................19

2.2. Các định luật bảo toàn trong vật lý học hiện đại................................................20

2.2.1. Định luật bảo toàn khối lƣợng trong vật lý hiện đại....................................20

2.2.1.1. Khối lƣợng trong vật lý hiện đại [1], [11]............................................20

2.2.1.2. Định luật bảo toàn khối lƣợng trong vật lý hiện đại.............................21

2.2.2. Định luật bảo toàn năng lƣợng trong vật lý hiện đại...................................21

2.2.2.1. Năng lƣợng trong vật lý hiện đại [1], [7] .............................................21

2.2.2.2. Định luật bảo toàn năng lƣợng trong vật lý hiện đại............................22

2.2.3. Định luật bảo toàn spin................................................................................22

2.2.3.1. Spin.......................................................................................................22

2.2.3.2. Định luật bảo toàn spin.........................................................................23

2.2.4. Định luật bảo toàn điện tích trong vật lý hiện đại .......................................23

2.2.4.1. Điện tích ...............................................................................................23

2.2.4.2. Định luật bảo toàn điện tích trong vật lý hiện đại ................................23

2.2.5. Định luật bảo toàn số lepton........................................................................24

2.2.5.1. Số lepton [1], [13].................................................................................24

2.2.5.2. Định luật bảo toàn số lepton [1], [13] ..................................................24

2.2.6. Định luật bảo toàn số barion [1], [13] .........................................................24

2.2.6.1. Số barion...............................................................................................24

2.2.6.2. Định luật bảo toàn số barion.................................................................25

2.2.7. Định luật bảo toàn số lạ [1], [10], [11], [13] ...............................................25

2.2.7.1. Số lạ ......................................................................................................25

2.2.7.2. Định luật bảo toàn số lạ ........................................................................26

2.2.8. Định luật bảo toàn tính chẵn lẻ. Định lý CPT [1], [10], [11], [13] .............26

2.2.8.1. Tính chẵn lẻ ..........................................................................................26

2.2.8.2. Định luật bảo toàn tính chẵn lẻ. Định lý CPT .....................................26

2.3. Sơ đồ thống kê các định luật bảo toàn trong Vật lý học.....................................27

CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO

TOÀN TRONG VẬT LÝ............................................................................................29

3.1. Định luật bảo toàn động lƣợng ...........................................................................29

3.1.1. Phƣơng pháp giải.........................................................................................29

3.1.2. Các bài tập ví dụ [3], [5], [12].....................................................................30

3.1.3. Các bài tập kiến nghị [3], [5], [12]..............................................................33

3.2. Định luật bảo toàn momen động lƣợng ..............................................................34

3.2.1. Phƣơng pháp giải.........................................................................................34

3.2.2. Các bài tập ví dụ [7], [8], [9].......................................................................34

3.2.3. Các bài tập kiến nghị [7], [8], [9]................................................................36

3.3. Định luật bảo toàn cơ năng.................................................................................38

3.3.1. Định luật bảo toàn cơ năng đối với vật .......................................................38

3.3.1.1. Phƣơng pháp giải..................................................................................38

3.3.1.2. Các bài tập ví dụ [3], [5], [10], [12] .....................................................38

3.3.1.3. Các bài tập kiến nghị [3], [10], [12].....................................................41

3.3.2. Định luật bảo toàn cơ năng đối với con lắc lò xo........................................42

3.3.2.1. Phƣơng pháp giải..................................................................................42

3.3.2.2. Các bài tập ví dụ [5], [10], [11], [12] ...................................................43

3.3.2.3. Các bài tập kiến nghị [5], [10], [11], [12] ............................................47

3.3.3. Định luật bảo toàn cơ năng đối với con lắc đơn..........................................48

3.3.3.1. Phƣơng pháp giải..................................................................................48

3.3.3.2. Các bài tập ví dụ [9], [12], [13]............................................................48

3.3.3.3. Các bài tập kiến nghị [9], [12], [13].....................................................52

3.4. Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lƣợng ...................................................53

3.4.1. Phƣơng pháp giải.........................................................................................53

3.4.2. Các bài tập ví dụ [8], [9], [11].....................................................................53

3.4.3. Các bài tập kiến nghị [8], [9], [11]..............................................................60

3.5. Định luật bảo toàn điện tích................................................................................61

3.5.1. Phƣơng pháp giải.........................................................................................61

3.5.2. Các bài tập ví dụ [6], [11], [12]...................................................................61

3.5.3. Các bài tập kiến nghị [11], [12]...................................................................64

3.6. Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân................................................65

3.6.1. Phƣơng pháp giải.........................................................................................65

3.6.2. Các bài tập ví dụ [7], [12]............................................................................66

3.6.3. Các bài tập kiến nghị [7], [12].....................................................................68

3.7. Định luật bảo toàn điện tích, bảo toàn spin, bảo toàn số lạ, bảo toàn số barion,

bảo toàn số lepton trong thế giới vi mô.....................................................................70

3.7.1. Phƣơng pháp giải.........................................................................................70

3.7.2. Các bài tập ví dụ [11] ..................................................................................70

3.7.3. Các bài tập kiến nghị [11] ...........................................................................72

KẾT LUẬN ..................................................................................................................73

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................74

PHỤ LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

VTCB : vị trí cân bằng

1

PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Vật chất và vận động là vĩnh cửu, không thể tự sinh ra và không thể tự mất đi.

Chúng chỉ chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, nhƣng trong một tổng thể,

chúng đƣợc bảo toàn[1]. Các định luật bảo toàn là những định luật tổng quát nhất của

thiên nhiên, là những định luật cơ bản của vật lý học, là cơ sở không thể thiếu của mọi

lý thuyết vật lý. Trong sự phát triển của vật lý học, các định luật bảo toàn sẽ ngày càng

phát triển, mở rộng và chính xác hóa hơn. Do đó, chúng ta phải nghiên cứu nội dung,

vai trò và ý nghĩa của các định luật bảo toàn.

Hiện nay, việc dạy các định luật bảo toàn ở các trƣờng trung học phổ thông chỉ

dừng lại ở việc cung cấp nội dung định luật, giải một số bài tập mà chƣa đi sâu phân

tích các điều kiện, các trƣờng hợp có thể áp dụng định luật bảo toàn để giải bài tập. Để

có thể hiểu sâu và vận dụng các kiến thức lý thuyết, ngƣời học phải nắm vững lý

thuyết, biết cách vận dụng lý thuyết vào việc giải các bài tập vật lý. Bài tập vật lý có

vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình nhận thức và phát triển năng lực tƣ duy

của ngƣời học, giúp cho ngƣời học ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện kỹ

năng ứng dụng vật lý vào thực tiễn, góp phần phát triển tƣ duy sáng tạo. Vì vậy, phân

loại và đề ra phƣơng pháp giải bài tập vật lý là việc làm rất quan trọng và cần thiết.

Các nghiên cứu trƣớc đây về các định luật bảo toàn chỉ dừng lại ở việc nghiên

cứu, phân loại và giải bài tập một số định luật bảo toàn trong vật lý học cổ điển mà

chƣa đề cập đầy đủ các định luật bảo toàn trong vật lý học hiện đại, nhƣ luận văn “Tìm

hiểu các định luật bảo toàn trong Vật lí”, các chuyên đề, các sáng kiến kinh nghiệm về

phƣơng pháp giải bài tập về định luật bảo toàn. Với mục đích giúp ngƣời dạy có cái

nhìn khái quát về các định luật bảo toàn trong vật lý học hiện nay và giúp ngƣời học

hiểu sâu và rõ hơn về các định luật bảo toàn, nâng cao kĩ năng giải bài tập vật lý, tôi

chọn đề tài: “Các định luật bảo toàn trong Vật lý học, lý thuyết và bài tập”.

2. Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu, tìm hiểu nội dung, vai trò và ý nghĩa của các định luật bảo toàn

trong vật lý cổ điển và vật lý hiện đại.

2

- Tìm phƣơng pháp giải các bài tập vật lý về các định luật bảo toàn để nâng cao

khả năng nhận thức của ngƣời học.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xây dựng cơ sở lý thuyết về bài tập vật lý.

- Nghiên cứu nội dung, vai trò, ý nghĩa của các định luật bảo toàn trong vật lý cổ

điển và vật lý hiện đại.

- Nêu và giải một số bài tập cơ bản, mang tính chất khái quát để thuận tiện cho

việc học tập các định luật bảo toàn.

- Nêu một số bài tập đề nghị.

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Các định luật bảo toàn trong vật lý học cổ điển và vật lý học hiện đại

- Các bài tập về các định luật bảo toàn

5. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Tổng hợp tài liệu.

- Tham khảo ý kiến chuyên gia.

6. Cấu trúc của khóa luận

Phần một: Mở đầu

Phần hai: Nội dung

Chƣơng 1: Cơ sở lý luận về bài tập Vật lý

Chƣơng 2: Tổng quan các định luật bảo toàn từ Vật lý cổ điển đến Vật lý

hiện đại

Chƣơng 3: Phƣơng pháp giải bài tập về các định luật bảo toàn trong Vật lý

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục