Đang tải... (xem toàn văn)
Bài 1 Chuyển động tròn Mở đầu Mở đầu trang 106 Vật lí 10 Các đối tượng chuyển động tròn được gặp khá thường xuyên, ở mọi mức độ Các bánh xe, bánh răng ròng rọc, vận động viên đua mô tô khi vào khúc qu[.]
Bài Chuyển động tròn Mở đầu Mở đầu trang 106 Vật lí 10: Các đối tượng chuyển động trịn gặp thường xuyên, mức độ Các bánh xe, bánh ròng rọc, vận động viên đua mô tô vào khúc quanh hay vệ tinh Trái Đất – tất tham gia chuyển động trịn Cái làm vật chuyển động trịn? Sự hiểu biết chuyển động tròn giữ vai trò quan trọng sống, khoa học kĩ thuật? Trả lời: Lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động tròn Sự hiểu biết chuyển động trịn giúp chuyển động an tồn đoạn đường cong, cua; giúp xác định lực cần thiết để giữ vật chuyển động trịn khơng bị văng khỏi quỹ đạo chúng; giúp tận dụng chuyển động li tâm để chế tạo máy giặt, máy vắt… I Mơ tả chuyển động trịn Câu hỏi trang 106 Vật lí 10: Lấy ví dụ thực tế thảo luận xem chuyển động chuyển động tròn Trả lời: - Chuyển động hành tinh quanh Mặt Trời chuyển động tròn - Các xe chuyển động quanh vòng xuyến chuyển động tròn - Chuyển động đầu kim đồng hồ mặt số chuyển động tròn Độ dịch chuyển góc tốc độ góc Luyện tập trang 107 Vật lí 10: Đổi góc sau từ độ sang radian: 30o, 90o, 105o, 120o, 270o Trả lời: Đổi góc sau từ độ sang radian: 30o = rad , 90o = rad, 105o = 105 7 rad .2 = 360 12 120o = 2 rad, 270o = 3 rad Luyện tập trang 107 Vật lí 10: Đổi góc sau từ radian sang độ: 0,5 rad; 0,75 rad; rad Trả lời: Đổi góc sau từ radian sang độ: 0,5 rad = 0,5 3600 = 28,640 ; 2 0,75 rad = 0,75 3600 = 42,970 ; 2 rad = 1800 Tốc độ vận tốc chuyển động tròn Luyện tập 3, 4, trang 108 Vật lí 10: So sánh tốc độ chuyển động đầu kim giây, đầu kim phút đầu kim giờ? Một đồng hồ 3h30ph Hãy tính độ dịch chuyển góc từ vị trí 12h đến vị trí kim phút kim 5 Tính tốc độ góc kim kim phút đồng hồ Trả lời: Kim giây chuyển động vòng thời gian phút, kim phút chuyển động vòng thời gian giờ, kim chuyển động vòng 12 Vậy kim giây có tốc độ chuyển động nhanh nhất, kim phút có tốc độ chuyển động chậm kim giây, kim có tốc độ chuyển động chậm Vị trí 12h, kim kim phút số 12 Khi đồng hồ 30 phút kim phút quay góc 1800, kim quay góc 3,5 1800 = 1050 Vì kim quay vịng thời gian 12 nên tốc độ góc kim là: 1 = 2 = (rad / s) 12.60.60 21600 Kim phút quay vòng thời gian nên tốc độ góc kim phút là: 2 = 2 = (rad / s) 60.60 1800 Câu hỏi trang 108 Vật lí 10: Giải thích tồn mũi tên hình 1.5 vẽ với độ dài Trả lời: Vì vật chuyển động trịn độ lớn vận tốc (tốc độ) khơng đổi, có hướng vecto vận tốc thay đổi nên ta vẽ vecto vận tốc dài Liên hệ tốc độ tốc độ góc Luyện tập trang 108 Vật lí 10: Một em bé cưỡi ngựa gỗ sàn quay, cách trục quay 2,1 m Tốc độ góc sàn quay 0,42 rad/s Tính tốc độ ngựa gỗ Trả lời: Tốc độ ngựa gỗ v = ω.r = 0,42.2,1 = 0,882 (m/s) Câu hỏi trang 109 Vật lí 10: Dựa vào đơn vị SI đại lượng, chứng tỏ tính đắn biểu thức (4) Trả lời: Ta có biểu thức (4) v = r = 2 r T Về thứ nguyên: [m/s] = [1/s].[m] = [m]/[s] II Lực hướng tâm gia tốc hướng tâm Lực hướng tâm Câu hỏi trang 109 Vật lí 10: Lực gây gia tốc chuyển động trịn có hướng nào? Trả lời: Lực gây gia tốc chuyển động trịn có phương dọc theo bán kính quỹ đạo hướng vào tâm quỹ đạo tròn Gia tốc hướng tâm Luyện tập trang 110 Vật lí 10: Hai điểm A B nằm bán kính vơ lăng quay đều, cách 20 cm Điểm A phía ngồi có tốc độ 0,6 m/s, điểm B phía (gần trục quay hơn) có tốc độ 0,2 m/s Tính tốc độ góc vơ lăng Trả lời: Gọi khoảng cách từ tâm đến điểm B r (m) khoảng cách từ tâm đến điểm A r + 0,2 (m) Ta có: vB = r.ω = 0,2 (m/s); Và vA = (r + 0,2).ω = 0,6 (m/s) r.ω + 0,2ω = 0,6 ω = 0,4:0,2 = (rad/s) Vậy tốc độ góc vơ lăng rad/s Luyện tập trang 110 Vật lí 10: Áp dụng định luật II Newton rút biểu thức tính độ lớn lực hướng tâm Trả lời: Ta có F = m.a ht = m 2 = m.r.2 r Vận dụng trang 110 Vật lí 10: Trạm khơng gian quốc tế ISS có tổng khối lượng 350 tấn, quay quanh Trái Đất độ cao 340 km, nơi có gia tốc trọng trường 8,8 m/s2 Bán kính Trái Đất 6400 km Tính: a) Lực hướng tâm tác dụng lên Trạm không gian b) Tốc độ Trạm không gian quỹ đạo c) Thời gian Trạm khơng gian quay vịng quanh Trái Đất d) Số vịng Trạm khơng gian quay quanh Trái Đất ngày Trả lời: Đổi đơn vị: m = 350 = 350000 kg; h = 240 km = 240000 m; R = 6400 km = 6400000 m a) Lực hấp dẫn Trái Đất tác dụng lên trạm vũ trụ đóng vai trị lực hướng tâm F = ma = 350000.8,8 = 3080000 (N) b) Lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm nên F=m v2 F.r 3080000.(6400000 + 240000) v= = = 7644 ( m / s ) r m 350000 c) Thời gian quay quanh Trái Đất Trạm không gian là: T= 2r 2(6400000 + 240000) = = 5457,8 (s) = 1,517 v 7644 d) Số vịng Trạm khơng gian thực quanh Trái Đất ngày N= 24 24 = = 15,83 (vòng) T 1,516 Lực hướng tâm số tình chuyển động trịn thực tế Câu hỏi trang 110 Vật lí 10: Trong hình 1.8, tô muốn rẽ với đoạn đường cong rộng với tốc độ lớn Làm để người lái xe rẽ trái an toàn? Trả lời: mv2 Lực ma sát đóng vai trị lực hướng tâm phải thỏa mãn điều kiện F = để ô tô r rẽ trái an tồn với tốc độ v bán kính quỹ đạo r mong muốn Nếu lực ma sát không đủ lớn xe khơng qua khúc cua ý muốn người lái xe Để ô tơ rẽ trái an tồn mặt đường chỗ cua làm nghiêng chút phía trái, có thêm hợp hai lực P N tác dụng lên xe đóng vai trị lực hướng tâm, giúp xe ơm cua an tồn (như hình vẽ) Tìm hiểu thêm trang 111 Vật lí 10: Khi ô tô chuyển động mặt đường nghiêng với góc nghiêng nhỏ (hình 1.9), thành phần theo phương thẳng đứng phản lực N lực ma sát cân với trọng lực P = mg xe, thành phần theo phương nằm ngang phản lực N lực ma sát đóng vai trị lực hướng tâm Do đó, theo phương ngang mv Nsin + Fms cos = r Với r bán kính cung đường, v tốc độ xe Thảo luận yếu tố ảnh hưởng góc nghiêng mặt đường tới an tồn xe vào khúc đường quanh trịn Trả lời: Nếu góc nghiêng mặt đường lớn mà tốc độ ô tô không đủ lớn để thỏa mãn mv biểu thức Nsin + Fms cos = xe bị trượt đường Nếu lực ma sát r không đủ lớn để giữ ô tơ xe bị trơi khỏi mặt đường, gây an toàn Ngược lại, chuyển động với tốc độ lớn có nguy tay lái khơng xử lí kịp gặp vật cản gây nguy hiểm cho người ngồi xe Vận dụng trang 112 SVật lí 10: Trong tình hình 1.10, lực đóng vai trị lực hướng tâm? Thảo luận điều kiện đảm bảo an tồn chuyển động tình 1 Chiếc máy bay lượn vòng Để chuyển hướng, người phi cơng làm nghiêng cánh máy bay (hình 1.10a) Một viên đá buộc vào sợi dây quay trịn mặt phẳng ngang tạo thành hình nón (hình 1.10b) Trả lời: Chiếc máy bay lượn vịng Để chuyển hướng, người phi cơng làm nghiêng cánh máy bay, hợp lực trọng lực lực nâng khơng khí tác dụng lên máy bay đóng vai trị lực hướng tâm Khi nghiêng máy bay cần ý góc nghiêng vận tốc chuyển động máy báy, góc nghiêng lớn, hợp lực lớn, cịn vận tốc chuyển động máy bay khơng đủ lực làm cho máy bay bị đẩy khỏi quỹ đạo chuyển động, thăng bằng, bị lật Ngược lại, chuyển động với vận tốc lớn mà góc nghiêng khơng đủ máy bay khơng chuyển hướng theo ý muốn phi cơng được, bị lái nguy hiểm 2 Một viên đá buộc vào sợi dây quay tròn mặt phẳng ngang tạo thành hình nón, hợp lực trọng lực lực căng dây đóng vai trị lực hướng tâm Nếu vật chuyển động với vận tốc lớn bán kính quỹ đạo r tăng lực căng dây lớn, góc lệch sợi dây phương thẳng đứng tăng Nếu vật chuyển động với vận tốc lớn lực căng dây vượt giới hạn đàn hồi dây dây bị đứt vật bị tuột văng theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo tròn ... rad/s Luyện tập trang 110 Vật lí 10: Áp dụng định luật II Newton rút biểu thức tính độ lớn lực hướng tâm Trả lời: Ta có F = m.a ht = m 2 = m.r.2 r Vận dụng trang 110 Vật lí 10: Trạm khơng gian... độ góc Luyện tập trang 107 Vật lí 10: Đổi góc sau từ độ sang radian: 30o, 90o, 105 o, 120o, 270o Trả lời: Đổi góc sau từ độ sang radian: 30o = rad , 90o = rad, 105 o = 105 7 rad .2 = 360 12... kim phút là: 2 = 2 = (rad / s) 60.60 1800 Câu hỏi trang 108 Vật lí 10: Giải thích tồn mũi tên hình 1.5 vẽ với độ dài Trả lời: Vì vật chuyển động trịn độ lớn vận tốc (tốc độ) khơng đổi, có