Giải sbt vật lí 10 – cánh diều bài (3)

Chủ đề 2: Lực chuyển động • Với vật có khối lượng khơng đổi, giá trị a gia tốc tỉ lệ thuận với giá trị F lực tác dụng lên vật a F m • Hai lực phương, ngược chiều, tác dụng vào vật có độ lớn hai lực cân • Trọng lực lực hấp dẫn Trái Đất tác dụng lên vật Trọng lực đặt vào trọng tâm vật, có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, độ lớn gọi trọng lượng tính P = mg • Lực ma sát ln ngược hướng chuyển động • Vật chuyển động nước khơng khí chịu tác dụng lực cản mơi trường ngược hướng chuyển động • Lực đẩy Archimedes có xu hướng đẩy vật lên phía khối chất lỏng chất khí • Lực căng dây xuất dây bị kéo căng, có phương dọc theo dây, chiều chống lại xu hướng bị kéo dãn Lực đàn hồi lò xo lực căng lị xo • Vật rơi nhanh dần tác dụng trọng lực lực cản khơng khí tăng dần Khi lực cản trọng lực vật đạt tốc độ ổn định • Định luật I Newton: Vật đứng yên chuyển động thẳng mãi trừ có hợp lực khác khơng tác dụng lên vật • Định luật II Newton: Với vật có khối lượng khơng đổi, gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn hợp lực có hướng với hợp lực tác dụng lên vật • Định luật III Newton: Khi hai vật tương tác, vật tác dụng lực lên vật kia, hai lực nằm dọc theo đường thẳng, ngược chiều có độ lớn • Chênh lệch áp suất hai điểm chất lỏng: p  gh • Tổng hợp hai vectơ lực F1 F2 hợp lực F có độ lớn tính qua biểu thức: F2  F12  F22  2FF cos  Và hướng hợp lực so với hướng F1 xác định bởi: F2  F12  F22 cos   2FF1 • Lực F phân tích thành hai thành phần vng góc nó: Fx  Fcos  Fy  Fsin  • Hợp lực hai lực F1 F2 song song, chiều lực F song song, chiều với hai lực ấy, có độ lớn tổng độ lớn hai lực thành phần điểm đặt O F chia đoạn thẳng nối điểm đặt O1, O2 F1, F2 thành đoạn thẳng tỉ lệ nghịch với độ lớn hai lực • Mơmen M lực đặc trưng cho tác dụng làm quay lực tính tích độ lớn lực với khoảng cách từ trục quay đến đường thẳng chứa vectơ lực (giá lực) • Ngẫu lực hai lực song song, ngược chiều, độ lớn, tác dụng vào vật giá hai lực cách khoảng d • Mơmen ngẫu lực bằng: M = Fd • Điều kiện cân tổng quát vật rắn gồm: - Lực tổng hợp tác dụng lên vật không - Tổng mômen lực tác dụng lên vật trục quay không I Lực gia tốc Bài 2.1 trang 19 SBT Vật lí 10 Một vật chuyển động nhanh dần tác dụng lực kéo mà lực đột ngột giảm độ lớn A gia tốc vật không đổi B gia tốc vật giảm C gia tốc vật tăng D gia tốc vận tốc vật giảm Lời giải Đáp án là: B Một vật chuyển động nhanh dần tác dụng lực kéo mà lực đột ngột giảm độ lớn gia tốc vật giảm gia tốc tỉ lệ thuận với lực kéo Bài 2.2 trang 19 SBT Vật lí 10 Một xe tải chở đầy hàng xe chuyển động tốc độ mà muốn dừng lại lúc lực hãm tác dụng lên xe tải phải A nhỏ lực hãm lên xe B lực hãm lên xe C lớn lực hãm lên xe D lớn nhỏ lực hãm lên xe Lời giải Đáp án là: C Do xe tải có khối lượng lớn xe con, muốn hai xe dừng lại lúc gia tốc gây cho xe tải phải lớn gia tốc gây cho xe Kết lực hãm xe tải phải lớn lực hãm xe Bài 2.3 trang 20 SBT Vật lí 10 Sau thời gian 0,02 s tiếp xúc với chân cầu thủ, bóng khối lượng 500 g ban đầu đứng yên bay với tốc độ 54,0 km/h Lực tác dụng lên bóng A 250 N B 375 N C 1,35 kN D 13,5 kN Lời giải Đáp án là: B Đổi 54 km/h = 15 m/s Gia tốc: a  v  v0 15    750m / s t 0,02 Lực tác dụng lên bóng: F  ma  0,5.750  375N Bài 2.4 trang 20 SBT Vật lí 10 Một mẫu siêu xe có khối lượng 1,60 Nếu coi xe tăng tốc lực trung bình để tăng tốc xe 24,0 kN mẫu xe cần để tăng tốc từ trạng thái nghỉ lên đến tốc độ 108 km/h? A Khoảng 2,00 s B Khoảng 7,20 s C Khoảng 10,0 s D Khoảng 15,0 s Lời giải Đáp án là: A Gia tốc: a  F 24000   15m / s m 1600 Thời gian để xe tăng tốc từ trạng thái nghỉ (v0 = 0) lên đến tốc độ v = 108 km/h 108 0 v  v0 3,6 t   2s a 15 Bài 2.5 trang 20 SBT Vật lí 10 Đơn vị đo lực niutơn viết theo đơn vị hệ SI là: A kg/m2 B kg/s2 C kg.m2/s D kg.m/s2 Lời giải Đáp án là: D Từ công thức: F = m.a Ta có đơn vị tương ứng: 1N = 1kg 1m/s2 Bài 2.6 trang 20 SBT Vật lí 10 Trong thí nghiệm với xe kĩ thuật số gắn cảm biến đo lực đo tốc độ, ta thay đổi khối lượng xe, thay đổi lực tác dụng lên xe đo gia tốc xe dựa vào đồ thị vận tốc – thời gian Nêu bước cần thực muốn khảo sát quan hệ lực tác dụng khối lượng xe Lời giải Khảo sát quan hệ lực tác dụng khối lượng xe gia tốc không đổi,thực thí nghiệm với xe kĩ thuật số gắn cảm biến đo lực đo tốc độ Ta thay đổi khối lượng xe cách thay xe khác nhau, thay đổi lực tác dụng lên xe treo thêm vật nặng phía đầu dây vắt qua rịng rọc - Tiến hành thí nghiệm: Thực thí nghiệm với xe có khối lượng khác nhau, xác định kết đo lực gia tốc xe Lập bảng lực tác dụng lên xe theo khối lượng xe (số liệu minh họa) m (kg) 0,05 0,1 0,2 0,3 F (N) 0,05 0,1 0,2 0,3 Từ số liệu bảng trên, ta thấy khối lượng lực tác dụng tỉ lệ thuận với Bài 2.7 trang 20 SBT Vật lí 10 Tính lực cần thiết để ô tô khối lượng 1,8 có gia tốc 2,0m/s2 Lời giải Lực tác dụng: F = ma = 1800.2 = 3600 N Bài 2.8 trang 20 SBT Vật lí 10 Một tên lửa có khối lượng Tại thời điểm cụ thể, lực tác dụng lên tên lửa 4.105 N gia tốc bao nhiêu? Lời giải Gia tốc: a  F 400000   80  m / s  m 5000 Bài 2.9 trang 20 SBT Vật lí 10 Một người có khối lượng 60,0 kg xe đạp khối lượng 10,0kg Khi xuất phát, lực tác dụng lên xe đạp 140 N Giả sử lực người tác dụng lên xe đạp khơng đổi, tính vận tốc xe đạp sau 5,00 s Lời giải Khối lượng tổng cộng người xe 70 kg Gia tốc: a  F 140    m / s2  m 70 Vận tốc xe sau s: v  at  2.5  10  m / s  Bài 2.10 trang 20 SBT Vật lí 10 Chứng tỏ biểu thức sau không vi phạm đơn vị: Áp suất chất lỏng = khối lượng riêng x gia tốc rơi tự x độ sâu Lời giải kg.m / s kg   VT    p  N / m  m2 ms  VP  kg m kg m  m s ms Bài 2.11 trang 20 SBT Vật lí 10 Một tơ có thơng số gồm: Khối lượng (kg) Tải trọng (kg) Tốc độ tối ưu (km/h) 2,10.103 950 75,6 Khi ô tô chở đủ tải trọng, tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến tốc độ tối ưu 3,00 giây Tính độ lớn lực tác dụng lên ô tô tăng tốc Lời giải Khối lượng xe chở đủ tải trọng: m = 3,05.103kg Gia tốc xe tăng tốc: 75,6 0 v  v0 3,6 a    m / s2  t Lực tác dụng lên xe tăng tốc: F  ma  3,05.103.7  21, 4.103  N  II Một số lực thường gặp Bài 2.12 trang 21 SBT Vật lí 10 Cặp lực sau cặp lực cân bằng? A Hai lực tác dụng lên vật, phương, ngược chiều B Hai lực tác dụng lên vật, phương, chiều C Hai lực tác dụng lên vật, phương, ngược chiều, độ lớn D Hai lực tác dụng lên vật, phương, chiều, độ lớn Lời giải Đáp án là: C Cặp lực cân hai lực tác dụng lên vật, phương, ngược chiều có độ lớn Bài 2.13 trang 21 SBT Vật lí 10 Vật có trọng tâm khơng nằm vật A B C D Lời giải Đáp án là: B Hình B có trọng tâm nằm ngồi vật (tâm hình trịn) Bài 2.14 trang 21 SBT Vật lí 10 Trường hợp sau thực biện pháp làm giảm ma sát? A Đế giày, dép thường có rãnh khía B Quần áo phẳng giảm bám bụi quần áo khơng C Mặt bảng viết phấn có độ nhám D Rải cát lên mặt đường bị loang dầu Lời giải Đáp án là: B A, C, D – tăng ma sát B – giảm ma sát hạt bụi quần áo Bài 2.15 trang 21 SBT Vật lí 10 Một tàu thủy bắt đầu rời cảng, động tàu vận hành để tàu đạt tốc độ ổn định sau thời gian Hình sau mơ tả dạng đồ thị tốc độ - thời gian tàu thủy? A B C D Lời giải Đáp án là: C Vận tốc tàu tăng nhanh sau dần ổn định có tốc độ khơng đổi A – vận tốc tăng B – vận tốc giai đoạn đầu tăng chậm C – thỏa mãn yêu cầu D – vận tốc giảm dần Bài 2.16 trang 21 SBT Vật lí 10 Hình 2.1a hình 2.1b biểu diễn lực tác dụng lên ô tô hai thời điểm a Hình biểu diễn lực tác dụng lên ô tô tăng tốc sang phải theo phương ngang? Giải thích? b Hình cịn lại biểu diễn lực tác dụng lên ô tô hãm phanh Hãy gọi tên lực tác dụng lên tơ hình biểu diễn Lời giải a Hình 2.1a biểu diễn lực tác dụng lên tô tăng tốc sang phải theo phương ngang, lực theo phương ngang hướng sang phải lớn lực theo phương ngang hướng sang trái b Các lực tác dụng lên ô tô gồm: Trọng lực (hướng xuống), phản lực mặt đường (hướng lên) lực hãm (theo phương ngang hướng sang trái) Bài 2.17 trang 22 SBT Vật lí 10 Một vật treo vào đầu sợi dây hình 2.2 a Nêu cách làm để chứng tỏ có lực khác cân với trọng lực tác dụng lên vật vật treo đứng yên b Sợi dây treo mảnh, dây đứt Vật chuyển động nào? Nhận xét lực tác dụng lên vật trước biến đổi chuyển động dây đứt c Sợi dây treo dây cao su co giãn tốt Dùng tay kéo vật mạnh xuống cho dây giãn thả tay Vật chuyển động nào? Nhận xét lực tác dụng lên vật trước thả tay Lời giải Px  P.sin   350.sin 20  119,7  N  c Theo phương mặt dốc có thành phần Px lực ma sát tác dụng lên vận động viên Vì Px > Fms nên hợp lực theo phương mặt dốc có chiều hướng xuống dốc có độ lớn: Fx  Px  Fms  119,7  60  59,7  N  Hợp lực theo phương mặt dốc chiều chuyển động nên tạo gia tốc hướng xuống dọc theo mặt dốc, người trượt xuống nhanh dần d Phản lực mặt đất theo phương vng góc với mặt dốc nên khơng có tác dụng chuyển động dọc theo mặt dốc vận động viên e Vận động viên khơng chuyển động theo phương vng góc với mặt dốc nên lực tác dụng lên người theo phương lực cân Ta kiểm tra được: Py  P.cos 20  329  N   N Bài 2.57 trang 31 SBT Vật lí 10 Một học sinh kiểm tra lại quy tắc tổng hợp lực đồng quy cách bố trí thí nghiệm với cân, rịng rọc, dây nối vòng nhựa mảnh, nhẹ Lúc đầu vòng giữ hình 2.15 a Giải thích vừa thả vịng chuyển động thẳng đứng xuống b Học sinh đổi cân có trọng lượng P vào dây treo N hệ thống cân thả Tính P c Thực lại thí nghiệm để kiểm tra Lời giải a Biểu diễn giản đồ vectơ hình Hệ thống cân vòng kim loại chịu tác dụng lực cân phương, tức là: T3x = T1 T3y = T2 Với góc nghiêng 530 giữ lúc đầu thì: T3x  T3.cos53  5.cos53  3 N   T1 T3y  T3 sin 53  5.sin 53   N   T2 Như vậy, vừa thả vịng chịu tác dụng hai lực cân theo phương ngang, cịn theo phương thẳng đứng hợp lực có chiều lực T2 nên vịng chuyển động thẳng đứng xuống b Để hệ cân thay T2 P thì: P  T3y  T3 sin 53  5.sin 53   N  c Học sinh tự thực thí nghiệm để kiểm tra VI Mô men lực Điều kiện cân vật Bài 2.58 trang 31 SBT Vật lí 10 Một đồng chất tì lên giá đỡ O giữ nằm cân với hai lực đặt A B hình 2.16 Vì cân nên hai lực A B cho hợp lực đặt O Độ lớn lực B là: A X = 11 N B X = 36 N C X = 47 N D Không xác định thiếu thơng tin Lời giải Đáp án là: B Áp dụng công thức momen điều kiện cân vật rắn X 45   X  36  N  20 25 Bài 2.59 trang 32 SBT Vật lí 10 Một vật có trục quay cố định chịu tác dụng lực F Tình sau đây, lực F gây tác dụng làm quay vật? A Giá lực F không qua trục quay B Giá lực F song song với trục quay C Giá lực F qua trục quay D Giá lực F có phương Lời giải Đáp án là: A Lực F gây tác dụng làm quay vật giá lực không qua trục quay Bài 2.60 trang 32 SBT Vật lí 10 Cặp lực hình 2.17 ngẫu lực? A Hình a B Hình b C Hình c D Hình d Lời giải Đáp án là: B Ngẫu lực hệ gồm hai lực phương, ngược chiều có độ lớn nhau, tác dụng lên vật có vị trí điểm đặt khác Bài 2.61 trang 32 SBT Vật lí 10 Hai dầm thép đồng chất, có trọng tâm A B, đặt chồng lên hình 2.18 Thanh dài có trọng lượng 10 kN a Xác định hợp lực (độ lớn P giá) trọng lực tác dụng lên hai dầm b Hai dầm đặt lên cột đỡ O1 O2 Để hệ đứng yên hợp lực F lực đỡ hai cột phải cân với hợp lực P xác định câu a Hỏi cột đỡ chịu lực bao nhiêu? Lời giải a Áp dụng quy tắc hợp lực song song, chiều cho hai trọng lực P1 P2 hai thanh, ta xác định hợp lực P hình 2.61G, đó: Hai dầm đồng chất, dựa vào hình vẽ ta thấy A có khối lượng nửa khối lượng B - Độ lớn P = P1 + P2 = + 10 = 15 (kN) - Giá P qua điểm O chia đoạn thẳng AB theo tỉ lệ: OA P2 10   2 OB P1 Mà khoảng cách giá P1 P2 P1 P2 L nên khoảng cách từ giá P đến giá L L 12 b Hợp lực F lực đỡ hai cột phải cân với P  Tức là: F = P = 15 kN, F ngược chiều có giá trùng với giá P Vì F hợp lực hai lực đỡ F1 F2 song song, chiều nên: F1  F2  F  15kN L L F1 O2 H 12     F2 O1H L  L Ta xác định lực mà cột đỡ phải chịu là: F1 = 8,75 kN F2 = 6,25 kN Bài 2.62 trang 32 SBT Vật lí 10 Một đĩa trịn phẳng, mỏng, đồng chất, bán kính R có điểm đặt trọng lực tâm đĩa Hỏi kht lỗ trịn bán kính R (hình 2.19) trọng tâm đĩa vị trí nào? Lời giải Trọng tâm đĩa bị khoét điểm đặt hợp lực trọng lực PK hình trịn tâm K bán kính xứng qua I R trọng lực PI phần đĩa lại sau khoét hai lỗ tròn đối Ta có: IK  OK  OI  R Vì đĩa phẳng đồng chất nên trọng lượng phần đĩa tỉ lệ với diện tích Gọi P trọng lượng đĩa nguyên, ta có: R   P P PK   2   PK  ;PI  P  2PK  P R Áp dụng quy tắc hợp lực song song chiều cho trọng lực PI PK, ta xác định điểm đặt O hợp lực chia đoạn thẳng IK theo tỉ lệ: P OI PK R     OI  OK PI P Bài 2.63 trang 33 SBT Vật lí 10 Một xe đẩy chở đất hình 2.20 Xét với trục quay trục bánh xe, hãy: a Tính mơmen lực gây trọng lực P = 400 N tác dụng lên đất xe Mơmen lực có tác dụng làm quay theo chiều nào? b Tính độ lớn F2 lực tay người tác dụng lên xe để tạo mômen lực với mômen trọng lực Mômen lực F2 có tác dụng làm xe quay theo chiều nào? Lời giải a Mômen trọng lực trục quay trục bánh xe: MP  400.0,20  80,0  Nm  Mơmen có tác dụng làm quay theo chiều kim đồng hồ b Để tạo mômen lực với mômen trọng lực: MP  M2  F2 1,20  80,0  Nm  Do đó, F2 = 66,7 N Mơmen lực F2 có tác dụng làm quay ngược chiều kim đồng hồ Bài 2.64 trang 33 SBT Vật lí 10 Một cứng đồng chất chịu tác dụng bốn lực hình 2.21 Thanh quay quanh trục P Với lực, xác định: a Mơmen lực trục quay P b Tác dụng làm quay lực theo chiều Lời giải a Mômen lực F1 không lực qua trục quay Mơmen lực F2 có độ lớn bằng: M2  10.0,25  2,5  Nm  Mômen lực F3 có độ lớn bằng: M3  10.0,50.sin30  2,5(Nm)  2,5  Nm  Mômen lực F4 có độ lớn bằng: M4  5.1,00   Nm  b Các lực F2 ;F3 có tác dụng làm quay chiều kim đồng hồ Lực F1 khơng có tác dụng làm quay Lực F4 có tác dụng làm quay ngược chiều kim đồng hồ Bài 2.65 trang 33 SBT Vật lí 10 Một người dùng búa để nhổ đinh hình 2.22 a Biểu diễn lực tác dụng lên búa b Chỉ điểm tựa mà búa quay xung quanh điểm nhổ đinh c Biết lực cản gỗ lên đinh 000 N Xác định độ lớn tối thiểu lực mà người cần tác dụng để nhổ đinh Lời giải a Các lực tác dụng lên búa gồm F tay tác dụng lên cán búa F2 lực cản gỗ lên búa (qua đinh) b Khi nhổ đinh, búa quay quanh điểm tựa O hình vẽ c F có tác dụng làm búa quay quanh O theo chiều kim đồng hồ, F2 có tác dụng làm búa quay quanh O ngược chiều kim đồng hồ Lực cần tác dụng để nhổ đinh tối thiểu gây mô men lực mô men lực cản gỗ: F.0,2  1000.0,02  F  100N Bài 2.66 trang 33 SBT Vật lí 10 Ơ tơ chuyển động với vận tốc không đổi trục truyền động ô tô tác dụng mômen lực 200 Nm lên bánh xe (hình 2.23) Bán kính bánh xe 0,18 m a Mô tả tác dụng mômen lực bánh xe xe b Xác định độ lớn thành phần lực theo phương ngang mà bánh xe tác dụng lên mặt đường Lời giải a Mômen lực trục truyền động làm quay bánh xe Bánh xe quay tác dụng lực lên mặt đường Lực mặt đường tác dụng trở lại bánh xe gây mômen lực làm bánh xe quay, đẩy xe chuyển động phía trước b Lực bánh xe tác dụng lên mặt đường mômen lực trục truyền động gây nên thành phần theo phương ngang mà bánh xe tác dụng lên mặt đường là: Fx = 200 : 0,18 = 111 (N) Bài 2.67 trang 34 SBT Vật lí 10 Hình 2.24 cho thấy tranh treo dây vào đinh cố định tường Bức tranh trạng thái cân a Biểu diễn ba vectơ lực tác dụng lên tranh b Lực căng dây 45 N Hãy tính thành phần theo phương thẳng đứng lực căng dây trọng lượng tranh Lời giải a Lực tác dụng lên tranh gồm trọng lực hai lực căng dây hình 2.67G b Bức tranh đứng yên nên: P  F1  F2  Khi đó, thành phần lực phương cân Mỗi lực căng dây phân tích thành hai phần: - Thành phần theo phương ngang hai lực căng cân với nhau: F1x  F2x  F1  F2  F - Thành phần theo phương thẳng đứng: F1y  F2 y  F.sin 50  45.sin 50  35  N  Tổng độ lớn hai thành phần theo phương thẳng đứng lực căng cân với trọng lực Ta có: P  F1y  F2 y  70  N  Bài 2.68 trang 34 SBT Vật lí 10 Một sách khối lượng 1,5 kg nằm yên mặt phẳng nghiêng 200 so với phương ngang (Hình 2.25) a Vẽ giản đồ vectơ lực tác dụng lên sách Coi lực đặt vào trọng tâm sách b Tính thành phần trọng lực có tác dụng kéo sách trượt xuống dốc Lấy g = 9,81 m/s2 c Xác định độ lớn lực ma sát tác dụng lên sách d Xác định thành phần pháp tuyến lực tiếp xúc sách bề mặt mặt phẳng nghiêng Lời giải a Các lực tác dụng lên sách gồm: Trọng lực, phản lực mặt phẳng nghiêng, lực ma sát Quyển sách nằm yên nên: P  N  Fms  b Dọc theo phương mặt phẳng nghiêng thành phần trọng lực có tác dụng kéo sách trượt xuống dốc là: Px  P.sin 20  mgsin 20  1,5.9,81.sin 20  5,03 N  c Thành phần trọng lực cân với lực ma sát Do đó, Fms = 5,03 N d Thành phần pháp tuyến lực tiếp xúc sách bề mặt mặt phẳng nghiêng phản lực Lực cân với thành phần theo phương vng góc với mặt phẳng nghiêng trọng lực: N  Py  mg cos 20  1,5.9,81.cos 20  13,83  N  Bài 2.69 trang 34 SBT Vật lí 10 Một cân đòn sử dụng khối lượng trượt 100 g để cân vật M Cân đạt cân hệ vật nằm vị trí hình 2.26 Xác định khối lượng vật M cân trường hợp Lời giải Cân đạt trạng thái cân mômen lực tạo trọng lượng cân (khối lượng trượt) vật M đảm bảo theo quy tắc mômen, tức là: M.g.0,2 = 0,1.g.0,3 Vậy M = 0,15 kg = 150 g ... lệ thuận với Bài 2.7 trang 20 SBT Vật lí 10 Tính lực cần thiết để tơ khối lượng 1,8 có gia tốc 2,0m/s2 Lời giải Lực tác dụng: F = ma = 1800.2 = 3600 N Bài 2.8 trang 20 SBT Vật lí 10 Một tên lửa... tốc Bài 2.1 trang 19 SBT Vật lí 10 Một vật chuyển động nhanh dần tác dụng lực kéo mà lực đột ngột giảm độ lớn A gia tốc vật khơng đổi B gia tốc vật giảm C gia tốc vật tăng D gia tốc vận tốc vật. .. dụng lên vật, phương, chiều, độ lớn Lời giải Đáp án là: C Cặp lực cân hai lực tác dụng lên vật, phương, ngược chiều có độ lớn Bài 2.13 trang 21 SBT Vật lí 10 Vật có trọng tâm khơng nằm vật A B