Bài 17 trọng lực và lực căng

VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT CHƯƠNG III ĐỘNG LỰC HỌC BÀI 17: TRỌNG LỰC VÀ LỰC CĂNG I TÓM TẮT KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1.Trọng lực Trọng lượng * Trọng lực lực hấp dẫn Trái đất tác dụng lên vật gây cho vật gia tốc rơi tự - Kí hiệu trọng lực - Ở gần Trái đất; trọng lực vật có + Điểm đặt: trọng tâm vật + Phương: thẳng đứng + Chiều: từ xuống - Công thức *Trọng lượng vật độ lớn trọng lực tác dụng lên vật - Công thức - Cách đo trọng lượng: lực kế cân lò xo * Phân biệt trọng lượng khối lượng - Trọng lượng vật thay đổi đem vật từ nơi đến nơi khác có gia tốc rơi tự thay đổi - Khối lượng số đo lượng chất vật; khối lượng không thay đổi đem vật từ nơi đến nơi khác Ví dụ: phân biệt trọng lượng khối lượng: Trên Trái đất; hịn đá có khối lượng m; trọng lượng P Khi đưa đá lên Mặt trăng, khối lượng hịn đá khơng đổi trọng lượng thay đổi (vì gia tốc rơi tự Trái đất khác gia tốc Mặt trăng) Lực căng dây * Lực căng sợi dây tác dụng vào vật + Kí hiệu lực căng + Phương: trùng phương sợi dây + Chiều: ngược chiều với chiều lực vật kéo dãn dây Cách xác dịnh trọng tâm 1vật phẳng, mỏng + Lấy sợi dây mềm treo vật điểm A + Đưa dây dọi tới sát dây treo vật, dùng dây dọi để làm chuẩn, đánh dấu đường thẳng đứng AA’ kéo dài dây treo vật + Treo vật điểm B lặp lại trình trên, đánh dấu đường thẳng đứng BB' + Giao điểm G AA' BB' trọng tâm mặt phẳng A B A/ G A/ A B/ II PHÂN LOẠI BÀI TẬP DẠNG BÀI TẬP CỦNG CỐ LÝ THUYẾT VÀ VẬN DỤNG CƠ BẢN 1.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Nắm vững kiến thức đặc điểm trọng lực lực căng dây - Biết áp dụng xác định trọng tâm vật phẳng, mỏng, đồng chất 1.2 BÀI TẬP MINH HOẠ Bài Đặt sách bàn (G trọng tâm sách) hình vẽ GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT a) Biểu diễn trọng lực tác dụng vào sách b) Phân tích biểu diễn lực tác dụng vào sách Quan hệ lực này? Hướng dẫn giải a) Trọng lực tác dụng lên sách + Điểm đặt: trọng tâm sách + Phương: thẳng đứng + Chiều: từ xuống b) Các lực tác dụng vào sách + Trọng lực: + Phản lực bàn tác dụng vào sách: + Quyển sách cân nên lực cân Bài Hãy biểu diễn lực căng dây hai đầu sợi dây hình vẽ sau Hình 1Hình Hướng dẫn giải Hình + Điểm đặt: đầu dây chỗ tiếp xúc tay người kiện hàng + Phương: dọc theo phương sợi dây GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Hình + Điểm đặt: đầu dây chỗ tiếp xúc tay người + Phương: dọc theo phương sợi dây Bài Bạn Nam treo bao cát có trọng lượng 200 N (như hình vẽ) để tập boxing Khi bao cát cân bằng: a) Biểu diễn lực căng hai đầu dây treo bao cát b) Bao cát chịu lực tác dụng nào? Xác định độ lớn lực căng dây? Hướng dẫn giải a) Lực căng dây: Điểm đặt: đầu dây GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Phương: trùng phương sợi dây b) Các lực tác dụng vào bao cát: + Trọng lực: + Lực căng dây: + Bao cát cân nên lực cân Bài Xác định trọng tâm miếng bìa phẳng mỏng có hình dạng hình vẽ Có nhận xét vị trí trọng tâm hình Hướng dẫn giải + Lấy sợi dây mềm treo vật điểm A + Đưa dây dọi tới sát dây treo vật, dùng dây dọi để làm chuẩn, đánh dấu đường thẳng đứng AA’ kéo dài dây treo vật + Treo vật điểm B lặp lại trình trên, đánh dấu đường thẳng đứng BB' + Giao điểm G AA' BB' trọng tâm mặt phẳng GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Hình 2Hình B A A B A A/ A/ A G G / A/ A / B/ B Nhận xét: - Trọng tâm vật phẳng, mỏng có dạng hình học đối xứng nằm tâm đối xứng vật - Trọng tâm khơng thuộc phần vật chất vật 1.3 BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Một vật đặt mặt phẳng nghiêng hình vẽ a) Biểu diễn trọng lực tác dụng vào vật b) Phân tích biểu diễn lực tác dụng vào vật Áp lực vật đè lên mặt phẳng nghiêng có độ lớn trọng lượng vật khơng ? Bài Một cậu bé kéo gói hàng có trọng lượng 150N lên cao (hình vẽ) a) Biểu diễn lực căng dây GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT b) Lực tác dụng cậu bé có độ lớn gói hàng giữ đứng yên cao ? Bài Xác định trọng tâm miếng bìa phẳng mỏng có hình dạng hình vẽ Hướng dẫn giải Bài Cho vật đứng yên mặt phẳng nghiêng.(hình vẽ) a) Trọng lực tác dụng lên vật + Điểm đặt: trọng tâm vật + Phương: thẳng đứng + Chiều: từ xuống b) Các lực tác dụng vào vật + Trọng lực: + Phản lực bàn tác dụng vào vật: + Áp lực vật đè lên mặt phẳng nghiêng có độ lớn khác trọng lượng vật vì: áp lực N = phản lực Q = P2 Bài a) Lực căng dây: Điểm đặt: đầu dây GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Phương: trùng phương sợi dây Độ lớn lực căng dây: b) Các lực tác dụng vào gói hàng: + Trọng lực: + Lực căng: + Gói hàng cân nên lực cân Bài G G DẠNG BÀI TẬP VỀ TRỌNG LỰC 2.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Áp dụng công thức ; độ lớn - Khi vật cân 2.2 BÀI TẬP MINH HOẠ Bài Một nhà du hành vũ trụ có khối lượng 80 kg Trái Đất Biết gia tốc rơi tự Trái đất a) Xác định độ lớn lực hút Trái Đất lên nhà du hành b) Khi lên Hỏa, trọng lượng nhà du hành 296 N Xác định gia tốc Hỏa  c) Khi lên Kim trọng lượng nhà du hành tăng hay giảm so với Trái Đất lần biết gia tốc Kim Hướng dẫn giải a)Độ lớn lực hút Trái Đất lên nhà du hành trọng lượng nhà du hành Áp dụng công thức b) Gia tốc Hỏa: c) Khi từ nơi sang nơi khác, khối lượng không đổi nên ta có Vậy lên Kim, trọng lượng nhà du hành giảm 1,13 lần so với Trái Đất Bài Trong phịng thí nghiệm vật lý trường THPT X có số nặng bị mờ số khối lượng  Một học sinh Y cần dùng số nặng để làm thí nghiệm Để xác định khối lượng nặng đó, học sinh lấy lực kế 10 N treo nặng vào lực kế , đọc số lực kế thu bảng số liệu Biết gia tốc rơi tự Lần treo Số lực kế Quả nặng thứ 1N Quả nặng thứ 2N Quả nặng thứ 5N Quả nặng thứ 10N a) Xác định khối lượng nặng  b) Nếu treo đồng thời nặng thứ thứ thứ số lực kế bao nhiêu ? c) Nếu treo đồng thời nặng thứ nặng thứ số lực kế bao nhiêu ? GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Hướng dẫn giải a) Số lực kế trọng lượng nặng Áp dụng cơng thức Ta có khối lượng nặng Lần treo Quả nặng thứ Khối lượng Quả nặng thứ Quả nặng thứ Quả nặng thứ b) Số lực kế trọng lượng nhóm nặng tương đương trọng lượng vật có khối lượng c) Số lực kế trọng lượng nhóm nặng tương đương trọng lượng vật có khối lượng Vì vượt giới hạn đo lực kế nên lực kế không trọng lượng thật nhóm nặng Bài Tại nơi Trái đất, ba vật có khối lượng , có trọng lượng tương ứng Xác định trọng lượng khối lượng Hướng dẫn giải Áp dụng cơng thức: Ta có: Hay 2.3 BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Một đá hút Trái Đất lực 30N Coi gia tốc rơi tự Trái Đất a)Xác định khối lượng đá  b) Khi đưa hịn đá lên Mặt Trăng trọng lượng bao nhiêu ? Biết gia tốc Mặt Trăng nhỏ gia tốc Trái Đất lần  Bài Một người treo 1vật có khối lượng m vào lực kế thì lực kế 9N Treo thêm vật thứ hai có khối lượng m2 vào lực kế số lực kế lúc 15 N Biết gia tốc rơi tự vật  Bài Tại nơi Trái đất, ba vật có khối lượng Biết vật Xác định khối lượng , có trọng lượng Xác định trọng lượng vật Hướng dẫn giải Bài a)Độ lớn lực đá hút Trái Đất độ lớn lực Trái Đất hút đá trọng lượng hịn đá Áp dụng cơng thức b)Trọng lượng đá Mặt Trăng: Bài Áp dụng công thức GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Bài Ta có Tại nơi, vật có gia tốc rơi tự GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT DẠNG BÀI TẬP VỀ LỰC CĂNG DÂY 3.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Sử dụng kiến thức trọng lực lực căng dây, kết hợp với định luật Niuton để giải 3.2 BÀI TẬP MINH HOẠ Bài Một bóng treo trần khối lượng kg treo vào sợi dây không dãn. Giả sử khối lượng sợi dây không đáng kể Lấy g = 10m/s2 a)Xác định lực căng dây cân b)Xác định lực trần nhà giữ sợi dây Lực tác dụng lên bóng đèn gồm trọng lực Hướng dẫn giải lực căng Lực tác dụng lên điểm treo trần gồm lực căng  và    là phản lực a)Vì bóng đèn nằm cân nên: b)Xét điều kiện cân điểm treo ta có: Bài 2: Một vật khối lượng m = kg treo vào sợi dây Lấy g = 10 m/s Tính lực căng dây tác dụng lên lên vật trường hợp sau: a)Vật giữ trạng thái đứng yên b)Dây kéo để vật chuyển động lên với gia tốc m/s2  c)Dây kéo để vật chuyển động xuống với gia tốc m/s2  Hướng dẫn giải Các lực tác dụng vào khối vật: Trọng lực , lực căng dây GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang 10 VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT 3.3 BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Một vật nặng có khối lượng treo vào sợi dây khơng dãn hình Xác định lực căng dây cân Lấy Bài Khối gỗ khối lượng 20 kg sợi dây kéo thẳng đứng nhanh dần lên với gia tốc 25 m/s2 Tính lực căng dây tác dụng lên khối gỗ. Lấy g = 10 m/s2 Bài Một khỉ khối lượng 10 kg trèo lên sợi dây nhẹ thẳng đứng treo vào móc với gia tốc m/s Tìm lực căng sợi dây Lấy g = 10 m/s2 Bài Một chậu có khối lượng 5kg giữ hai sợi dây, sợi dây thứ treo trần nhà nghiêng góc 30o, sợi dây thứ hai gắn vào tường kéo căng để song song với mặt đất hình vẽ. Lấy g=10 m/s2 a)Tính lực căng dây thứ nhất? b)Tính lực căng dây thứ Bài Một diễn viên xiếc khối lượng 60 kg đứng sợi dây hình vẽ Tính lực căng sợi dây tác dụng lên đầu cọc Hướng dẫn giải Bài Các lực tác dụng vào khối gỗ: Trọng lực , lực căng dây GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang 13 VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Áp dụng định luật II Niwton: Xét phương thẳng đứng: Bài Các lực tác dụng vào khối vật: Trọng lực , lực căng dây Áp dụng định luật II Niwton: Chiếu theo chiều lực căng ta được: - Vật chuyển động lên với gia tốc a: Bài Các lực tác dụng vào khỉ: Trọng lực , lực căng dây Áp dụng định luật II Niwton: Chiếu theo chiều lực căng ta được: Bài Các lực tác dụng lên điểm treo: Trọng lực Lực căng dây , Điệu kiện cân bằng: a)Theo phương thẳng đứng: b)Theo phương ngang: Bài Áp dụng ĐKCB  GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang 14 VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Theo phương thẳng đứng: Mà DẠNG CÁC BÀI TOÁN VỀ TRỌNG LỰC VÀ LỰC CĂNG DÂY TRONG THỰC TIỄN CUỘC SỐNG 4.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI Sử dụng kiến thức trọng lực lực căng dây, kết hợp với định luật Niuton để giải toán thực tiễn đời sống 4.2 BÀI TẬP MINH HOẠ Bài Một người có trọng lượng 490 N trái đất a) Tính trọng lượng người hỏa Biết gian tốc trọng trường trái đất 9,8 m/s 2, hỏa 3,7 m/s2 b) So sánh khối lượng người mặt trăng hỏa Hướng dẫn giải a)Khối lượng người là: g = P/m = 50 kg Trọng lượng người hỏa là: P = mg = 185 N b)Khối lượng không thay đổi, trọng lượng thay đổi (m=50 kg) Bài Một người leo núi nặng 60 kg hình bên a) Tìm lực căng dây lực mà người leo núi phải tác dụng đặt chân lên mặt đá để đứng yên  Giả sử lực tác dụng song song với hai chân lực tay bám dây không đáng kể b) Hệ số ma sát tối thiểu giày vách đá bao nhiêu? Hướng dẫn giải a)Có lực tác dụng lên người leo núi: y  F msn  N O x P - Trọng lực: GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang 15 VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT - Lực căng dây: - Lực núi tác dụng lên chân: (lực gồm hai thành phần: Lực ma sát nghỉ phản lực ) Vận động viên leo núi trạng thái cân bằng. Hợp lực tất lực tác dụng lên cô phải không.  Theo phương Ox: (1) Theo phương Oy: (2) Giải hệ phương trình với ta tìm được: (bằng độ lớn lực chân tác dụng lên đá) b) Lực ma sát: Bài Một máy cẩu dùng sợi dây cáp có chiều dài xác định để nâng hàng Biết khối hàng có khối lượng m = 1000 kg góc hợp sợi dây , kích thước khối hàng a,b hình vẽ Giả sử gói hàng trạng thái đứng yên Lấy g= 10 m/s2 a) Viết cơng thức tính lực căng sợi dây theo góc b) Tính lực căng sợi dây với góc c) Nhận xét ảnh hưởng yếu tố a,b, đến lực căng sợi dây Hướng dẫn giải  T  T   P GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang 16 TRƯỜNG THPT VẬT LÝ 10 - KNTT a) Điều kiện cân bằng: b)Khi ta có: c)Trong yếu tố ảnh hưởng đến góc , ảnh hưởng đến lực căng dây  : -Chiều dài dây cáp lớn góc lớn => lực căng dây giảm -Kích thước khối vật a,b lớn làm cho góc nhỏ => lực căng dây tăng 4.3 BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Một phi hành gia có khối lượng 80 kg mặc đồ không gian Gia tốc rơi tự Mặt trăng 1/6 Trái đất Gia tốc rơi tự trái đất 9,81 m/s2 a) Tính trọng lượng phi hành gia Mặt trăng b) Nêu điều xảy với khối lượng phi hành gia Mặt trăng c) Nhà du hành tới Sao Hỏa, trọng lượng người 296 N Tính gia tốc rơi tự bề mặt Sao Hỏa d) Đề xuất điều bạn nghĩ xảy với trọng lượng cô cô du hành lên bề mặt Sao Mộc Giải thích câu trả lời bạn Bài Tại cột điện chuyển hướng, sợi dây điện bị uốn chuyển hướng tạo thành góc 90o. Lực căng sợi dây điện T = 40000 N, lực căng lớn nên người ta cần dùng sợi dây cáp nối đất để giữ cho cột khơng bị nghiêng, hình vẽ a) Tìm lực căng sợi dây cáp (Biết sợi dây cáp nằm mặt phẳng phân giác góc hợp hai sợi dây điện) b) Nhận xét ảnh hưởng góc độ lớn lực căng dây cáp Hướng dẫn giải Bài a P = mg = 80 × (9,81/6) = 131 N Trang 17 GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT b Khối lượng không thay đổi (80 kg) c g = P/m = 296/80 = 3,7 m/s2 d Trọng lượng phi hành gia tăng lên gia tốc rơi tự bề mặt Mộc cao nhiều so với Trái đất (xấp xỉ 25 N/kg) Vì vậy, cảm thấy nặng 2,5 lần so với cô Trái đất Bài a)Do hai sợ dây điện hợp với góc 90o nên hợp lực hai sợ dây điện là: Véc tơ nằm mặt phẳng phân giác góc hợp hai sợi dây, nằm mặt phẳng với lực căng sợi dây cáp Xét phương ngang Ox: b) Dựa vào ý a, dễ dàng xây dựng công thức lực căng dây cáp theo góc: Theo cơng thức nhận xét ảnh hưởng góc lực căng sợi dây cáp GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang 18 VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT III BÀI TẬP BỔ SUNG Bài Một vật có khối lượng 500 g Xác định trọng lượng vật a)Trên Trái Đất biết ( b)Trên Kim biết ( Đáp số: Bài Treo đồng thời vật vào lực kế lực kế 8N Biết gia tốc rơi tự Nếu bỏ vật m3 lực kế 3N Nếu bỏ tiếp vật m2 lực kế N Xác định khối lượng vật Đáp số: Bài Một vật có trọng lượng riêng Treo vật vào lực kế nhúng ngập nước lực kế Hỏi treo vật ngồi khơng khí lực kế bao nhiêu? Lấy trọng lượng riêng nước Đáp án: Bài Một khỉ diễn xiếc treo cân dây thừng hình vẽ Xác định lực căng xuất đoạn dây OA OB Biết khỉ có khối lượng kg Lấy số: Đáp Bài Một đèn có khối lượng m = 1,2 kg treo trần nhà sợi dây Biết dây chịu lực căng lớn 10 N Lấy a) Chứng minh treo đèn vào đầu dây b) Người ta treo đèn cách luồn sợi dây qua móc đèn hai đầu dây gắn chặt trần nhà hình vẽ Hai đầu dây có chiều dài hợp với góc Tính lực căng nửa sợi dây Đáp số: a) Trọng lượng đèn: Khi treo đèn vào đầu dây lực căng dây (lớn 10 N), nên treo đèn vào đầu dây b) GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang 19 VẬT LÝ 10 - KNTT TRƯỜNG THPT Bài Một hệ thống dây treo vật khối lượng m = 20 kg biểu diễn hình trạng thái cân Hãy tìm lực căng đoạn dây T1, T2, T3, T4 T5 Lấy g = 10, sợi dây khối lượng không đáng kể Đáp số: T1 = T2 = T4 = T5 = 72 N T3 = Bài Ba khỉ A, B, C có khối lượng 10 kg,15 kg,8 kg trèo lên xuống sợi dây treo D Biết A leo xuống với gia tốc m/s C leo lên với gia tốc 1,5 m/s 2. Khỉ B leo lên với vận tốc không đổi 0,8 m/s Tính lực căng T sợi dây D Đáp số: T = 315,4 N IV BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu Trọng lực tác dụng lên vật có  A độ lớn thay đổi B điểm đặt trọng tâm vật, phương thẳng đứng, chiều từ xuống C điểm đặt trọng tâm vật, phương thẳng đứng, chiều từ lên D điểm đặt vật, phương thẳng đứng, chiều từ xuống Câu Phát biểu sau sai nói trọng lực ? A Trọng lực xác định biểu thức B Trọng lực lực hút Trái Đất tác dụng lên vật C Trọng lực tác dụng lên vật tỷ lệ thuận với khối lượng vật D Tại nơi Trái Đất trọng lực tác dụng lên vật tỉ lệ thuận với gia tốc rơi tự Câu Phát biểu sau sai nói trọng lượng vật ? A Trọng lượng độ lớn trọng lực tác dụng lên vật B Trọng lượng vật ln khơng đổi C Trọng lượng kí hiệu P D Trọng lượng đo lực kế Câu Trọng tâm vật điểm đặt A trọng lực tác dụng vào vật B lực đàn hồi tác dụng vào vật C lực hướng tâm tác dụng vào vật D lực từ trường Trái Đất tác dụng vào vật Câu Khi đưa vật từ mặt đất lên cao A khối lượng vật tăng lên, cịn trọng lượng vật khơng đối GROUP: TÀI LIỆU VẬT LÝ CT GDPT 2018 Trang 20 ... Phương: trùng phương sợi dây Độ lớn lực căng dây: b) Các lực tác dụng vào gói hàng: + Trọng lực: + Lực căng: + Gói hàng cân nên lực cân Bài G G DẠNG BÀI TẬP VỀ TRỌNG LỰC 2.1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Áp dụng... a)Xác định lực căng dây cân b)Xác định lực trần nhà giữ sợi dây Lực tác dụng lên bóng đèn gồm trọng lực Hướng dẫn giải lực căng Lực tác dụng lên điểm treo trần gồm lực căng ? ?và    là phản lực a)Vì... đứng: Bài Các lực tác dụng vào khối vật: Trọng lực , lực căng dây Áp dụng định luật II Niwton: Chiếu theo chiều lực căng ta được: - Vật chuyển động lên với gia tốc a: Bài Các lực tác dụng vào khỉ: