HSG 10-PHẦN CƠ HỌC 10

Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Chuyên đề 1: CƠ HỌC LỚP 10 CHỦ ĐỀ 1: CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU A LÝ THUYẾT I Định nghĩa Chuyển động tròn Chuyển động tròn chuyển động có quỹ đạo đường trịn Tốc độ trung bình chuyển động trịn Tốc độ trung bình chuyển động trịn đại lượng đo thương số độ dài cung tròn mà vật thời gian hết cung trịn vtb = s t Chuyển động tròn Chuyển động trịn chuyển động có quỹ đạo trịn có tốc độ trung bình cung trịn II Tốc độ dài tốc độ góc Tốc độ dài v= s t Trong chuyển động trịn tốc độ dài vật có độ lớn không đổi Véc tơ vận tốc chuyển động tròn  s v = t  Véctơ vận tốc chuyển động trịn ln có phương tiếp tuyến với đường tròn quỹ đạo Trong chuyển động tròn véctơ vận tốc có phương ln ln thay đổi Tần số góc, chu kì, tần số a) Tốc độ góc Tốc độ góc chuyển động trịn đại lượng đo góc mà bán kính quay quét đơn vị thời gian   t Tốc độ góc chuyển động trịn đại lượng khơng đổi Đơn vị tốc độ góc rad/s GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học b) Chu kì Chu kì T chuyển động trịn thời gian để vật vòng Liên hệ tốc độ góc chu kì : T= 2  Đơn vị chu kì giây (s) c) Tần số Tần số f chuyển động tròn số vòng mà vật giây Liên hệ chu kì tần số : f = T Đơn vị tần số vòng giây (vòng/s) héc (Hz) d) Liên hệ tốc độ dài tốc độ góc v = r II Gia tốc hướng tâm Hướng véctơ gia tốc chuyển động tròn Trong chuyển động tròn đều, vận tốc có độ lớn khơng đổi, có hướng ln thay đổi, nên chuyển động có gia tốc Gia tốc chuyển động trịn ln hướng vào tâm quỹ đạo nên gọi gia tốc hướng tâm Độ lớn gia tốc hướng tâm aht = v2 = 2r r B BÀI TẬP: Bài 1: Một đĩa quay quanh trục qua tâm O, với vận tốc qua tâm 300vịng/ phút a/ Tính tốc độ góc, chu kì b/ Tính tốc độ dài, gia tốc hướng tâm điểm đĩa cách tâm 10cm, g = 10m/s2 GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Bài 2: Vệ tinh A Việt Nam phòng lên quỹ đạo ngày 19/4/2008 Sau ổn định, vệ tinh chuyển động tròn với v = 2,21 km/h độ cao 24000km so với mặt đất Bán kính TĐ 6389km Tính tốc độ góc, chu kì, tần số vệ tinh Bài 3: Một tàu vũ trụ chuyển động tròn quanh trái đất, vòng 90phút Con tàu bay độ cao h = 320m cách mặt đất Biết bán kính trái đất 6400km Tính tốc độ dài tàu vũ trụ? Bài 4: Chiều dài kim phút đồng hồ gấp 1,5 lần kim nó, chiều dài kim giây gấp 4/3 lần kim phút Hãy so sánh tốc độ góc, tốc độ dài đầu kim phút với đầu kim giờ, đầu kim giây với đầu kim giờ? GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học LỰC HƯỚNG TÂM I Lực hướng tâm Định nghĩa Lực (hay hợp lực lực) tác dụng vào vật chuyển động tròn gây cho vật gia tốc hướng tâm gọi lực hướng tâm Công thức Fht = maht = mv = m2r r Trong đó: F ht lực hướng tâm (N) m khối lượng vật (kg) aht gia tốc hướng tâm (m/s2) v tốc độ dài vật chuyển động trịn (m/s) r bán kính quỹ đạo trịn (m)  tốc độ góc vật chuyển động trịn (rad/s) Ví dụ + Lực hấp dẫn Trái Đất vệ tinh nhân tạo đóng vai trị lực hướng tâm, giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn quanh Trái Đất + Đặt vật bàn quay, lực ma sát nghĩ đóng vai trị lực hướng tâm giữ cho vật chuyển động trịn + Đường ơtơ đường sắt đoạn cong phải làm nghiên phía tâm cong để hợp lực trọng lực phản lực mặt đường tạo lực hướng tâm giữ cho xe, tàu chuyển động dễ dàng quỹ đạo Bài tập : Một ôtô m = 2tấn chuyển động với vkd = 57,6km/h, lấy g = 9,8m/s2 bỏ qua ma sát Tìm lực nén ơtơ lên cầu qua điểm cầu TH a/ Cầu võng xuống bán kính 60cm b/ Cầu võng lên với r = 60cm GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học CHỦ ĐỀ 2: TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH LỰC ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA CHẤT ĐIỂM A Lý thuyết: I Lực Cân lực - Lực đại lượng véc tơ đặc trưng cho tác dụng vật lên vật khác mà kết gây gia tốc cho vật làm cho vật biến dạng - Hai lực cân hai lực tác dụng lên vật, giá, độ lớn ngược chiều - Đơn vị lực Niutơn (N) II Tổng hợp lực Định nghĩa Tổng hợp lực thay lực tác dụng đồng thời vào vật lực có tác dụng giống hệt lực Lực thay gọi hợp lực Qui tắc hình bình hành Nếu hai lực đồng qui làm thành hai cạnh hình bình hành, đường chéo kể từ điểm đồng qui biểu diễn hợp lực chúng    F  F1  F2 III Điều kiện cân chất điểm Muốn cho chất điểm đứng cân hợp lực lực tác dụng lên phải không F  F1  F2   IV Phân tích lực Định nghĩa Phân tích lực thay lực hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt lực Các lực thay gọi lực thành phần Phân tích lực thành hai lực thành phần hai phương cho trước B Bài tập: Tổng hợp lực tác dụng lên vật Cách giải: - Nếu lực phương, chiều lực tổng hợp: F = F1 + F2 có chiều chiều với lực Nếu lực phương, ngược chiều lực tổng hợp: F  F1 - F2 có chiều chiều với lực có độ lớn lớn GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Nếu lực không phương lực tổng hợp: F  F 21  F 2  2.F1.F2 cos có chiều theo quy tắc hình bình hành Bài 1: Cho ba lực đồng quy, đồng phẳng, có độ lớn đơi làm thành góc 1200 Chứng minh hệ lực cân Bài 2: Hai lực đồng quy F1 F2 có độ lớn N N Tìm độ lớn hướng hợp lực F góc hợp hướng F1 F2 là: a)  = 00 b)  = 1800 c)  = 900 Bài 3: Một vật có trọng lượng 60N treo vào vòng nhẫn O ( coi chất điểm) Vòng nhẫn giữ yên dây OA OB Biết OA nằm ngang hợp với OB góc 450 Tìm lực căng dây OA OB GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Bài 4: Một đèn tín hiệu giao thơng treo ngã tư nhờ dây cáp có trọng lượng không đáng kể Hai đầu dây cáp giữ cân hai cột AA A’A’, cách 8m Trọng lượng đèn 60N, treo vào điểm O dây cáp, làm dây võng xuống 0,5m Tính lực căng dây? CHỦ ĐỀ : BA ĐỊNH LUẬT NIUTƠN A Lý thuyết: I Định luật I Newton Định luật I Newton Nếu vật không chịu tác dụng lực chịu tác dụng lực có hợp lực khơng Thì vật đứng yên tiếp tục đứng yên, chuyển động tiếp tục chuyển động thẳng Qn tính Là tính chất vật có xu hướng bảo tồn vận tốc hướng độ lớn Ví dụ: - Đang ngồi xe chuyển động thẳng đều, xe rẽ sang trái, tất hành khách nghiêng sang phải theo hướng chuyển động cũ - Đang ngồi xe chuyển động thẳng đều, xe đột ngột hãm phanh, tất hành khách xe bị chúi phía trước II Định luật II Newton Định luật Gia tốc vật hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn lực tỉ lệ nghịch với khối lượng vật     F a hay F  m a m GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học     Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng F1 , F2 , , Fn F hợp lực lực :     F  F1  F2   Fn Khối lượng mức quán tính a) Định nghĩa Khối lượng đại lượng đặc trưng cho mức quán tính vật b) Tính chất khối lượng + Khối lượng đại lượng vô hướng, dương không đổi vật + Khối lượng có tính chất cộng Trọng lực Trọng lượng a) Trọng lực - Trọng lực lực Trái Đất tác dụng vào vật, gây cho chúng gia tốc rơi tự Trọng lực kí  hiệu P - Ở gần trái đất trọng lực có phương thẳng đứng, chiều từ xuống Điểm đặt trọng lực tác dụng lên vật gọi trọng tâm vật b) Trọng lượng Độ lớn trọng lực tác dụng lên vật gọi trọng lượng vật, kí hiệu P Trọng lượng vật đo lực kế c) Công thức trọng lực   P  mg III Định luật III Newton Sự tương tác vật Khi vật tác dụng lên vật khác lực vật bị vật tác dụng ngược trở lại lực Ta nói vật có tương tác Định luật Trong trường hợp, vật A tác dụng lên vật B lực, vật B tác dụng lại vật A lực Hai lực có giá, độ lớn ngược chiều   FBA   FAB Lực phản lực Một hai lực tương tác hai vật gọi lực tác dụng lực gọi phản lực Đặc điểm lực phản lực : GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học + Lực phản lực luôn xuất (hoặc đi) đồng thời + Lực phản lực có giá, độ lớn ngược chiều Hai lực có đặc điểm gọi hai lực trực đối + Lực phản lực khơng cân chúng đặt vào hai vật khác B Bài tập: Bài 1: Một ơtơ có khối lượng chuyển động với v = 54km/h hãm phanh, chuyển động chậm dần Biết lực hãm 3000N a/ Xác định quãng đường xe dừng lại b/ Xác định thời gian chuyển động dừng lại Bài 2: Lực F truyền cho vật khối lượng m1 vật có gia tốc a1 = 2m/s2, truyền cho vật khối lượng m2 vật có a2 = 3m/s2 Hỏi lực F truyền cho vật có khối lượng m3 = m1 + m2 vật có gia tốc bao nhiêu? GV: Nguyễn Thủy Page Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Bài 3: Một xe tơ có khối lượng m = bắt đầu chuyển động thẳng nhanh dần đều, sau 10s đạt vận tốc 36km/h Bỏ qua ma sát a) Tính lực kéo động xe? b) Nếu tăng lực kéo lên hai lần, sau xe khởi hành 10s tơ có vận tốc bao nhiêu?Muốn xe sau khởi hành đạt vận tốc 10m/s lực kéo động xe bao nhiêu? Bài 4: Một ô tô khối lượng chuyển động đường thẳng nằm ngang với vận tốc 72 km/h tài xế tắt máy, hãm phanh Sau hãm phanh, ô tô chạy thêm 50m dừng hẳn Tìm: a) Lực hãm tác dụng lên tơ Bỏ qua lực cản bên ngồi b) Thời gian từ lúc hãm phanh đến ô tô dừng hẳn? c) Muốn cho ô tô sau hãm phanh 20m dừng hẳn lực hãm phanh bao nhiêu? GV: Nguyễn Thủy Page 10 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Bài 5: Một tên lửa khối lượng tổng cộng m0 = 70tấn bay với v0= 200m/s trái đất tức thời lượng khí m2 = tấn, v2 = 450m/s tên lửa Tính Vận tốc tên lửa sau phút khí Hướng dẫn giải: Theo định luật bảo tồn động lượng ta có: m0 v0 = ( m0 - m2).V + m2(v0 - v) V  m0 v0  m2 (v0  v2 )  234, 6m / s m0  m2 Bài 6: Một lựu đạn ném từ mặt đất với vận tốc v0 = 20 m/s theo phương lệch với phương ngang góc α = 300 Lên tới điểm cao nổ thành hai mảnh có khối lượng Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc đầu v1 = 20 m/s a Tìm hướng độ lớn vận tốc mảnh II b Mảnh II lên tới độ cao cực đại cách mặt đất bao nhiêu? Bài 7: Một viên đạn có khối lượng M = 10 kg bắn theo hướng chếch lên từ mặt đất với vận tốc v0 = 100 m/s hợp với phương ngang góc α = 600, đến độ cao cực đại lại nổ tạo thành hai mảnh Biết mảnh thứ thứ có khối lượng m1 = kg bay theo phương thẳng đứng hướng lên với vận tốc 150 m/s Lấy g = 10 m/s2 a Hỏi mảnh thứ hai bay theo hướng với tốc độ bao nhiêu? b Hai mảnh chạm đất cách bao lâu? GV: Nguyễn Thủy Page 18 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Bài 8: Một lựu đạn ném từ mặt đất với vận tốc v0 = 10 m/s theo phương làm với đường nằm ngang góc α = 300 Lên tới điểm cao nổ làm hai mảnh có khối lượng nhau; khối lượng thuốc nổ không đáng kể Mảnh I rơi thẳng đứng với vận tốc ban đầu v1 = 10 m/s Lấy g = 10 m/s2 a Tính hướng vận tốc ban đầu mảnh II b Tính khoảng cách từ điểm rơi mặt đất hai mảnh đến vị trí ném lựu đạn Bài 9: Một viên đạn khối lượng m = kg bay thẳng đứng lên cao nổ thành hai mảnh: mảnh nhỏ có khối lượng m1 = 0,5 kg bay ngang với vận tốc v1 = 400 m/s, mảnh lớn bay lên cao hợp với đường thẳng đứng góc α = 450 a Tính vận tốc viên đạn trước nổ vận tốc mảnh lớn b Nếu giả sử viên đạn khơng nổ lên cao thêm mét dừng lại (và rơi xuống) Bỏ qua sức cản khơng khí GV: Nguyễn Thủy Page 19 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Bài 10: Một người khối lượng m1=60kg chạy với vận tốc v1= 4m/s nhảy lên xe khối lượng m2=90 kg chạy song song ngang qua người với vận tốc v2=3m/s Sau người xe tiếp tục chuyển động phương cũ Tính vận tốc xe sau người nhảy lên, ban đầu xe người chuyển động : a) chiều b) ngược chiều ĐS: a/ 3,4m/s b/ 0,2 m/s CHỦ ĐỀ : CÔNG VÀ CÔNG SUẤT A Lý thuyết : I Công Định nghĩa công trường hợp tổng quát  Nếu lực không đổi F tác dụng lên vật điểm đặt lực chuyển dời đoạn s theo hướng  hợp với hướng lực góc  cơng lực F tính theo công thức : A = Fscos GV: Nguyễn Thủy Page 20 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Biện luận - Khi 00    90 cos   A   lực thực công dương hay công phát động - Khi   900 A=0  lực F khơng thực cơng lực F vng góc với hướng chuyển động - Khi 900    1800 cos   A   lực thực công âm hay công cản lại chuyển động 3.Đơn vị công Trong hệ SI, đơn vị công jun (kí hiệu J) : 1J = 1Nm II Công suất Công suất công thực đơn vị thời gian Ký hiệu P P A t Trong đó: A cơng thực (J) t thời gian thực công A (s) P công suất (W) Đơn vị công suất oát (W) 1W  1J 1s Chú ý: Trong thực tế, người ta cịn dùng + Đơn vị cơng suất mã lực hay ngựa (HP) 1HP = 736W + Đơn vị công kilowatt (kwh) 1kwh = 3.600.000J B Bài tập: Bài 1: Một gàu nước khối lượng 10kg kéo cho CĐ lên độ cao 5m thời gian phút 40 giây Tính cơng suất lực kéo, g = 10m/s2 GV: Nguyễn Thủy Page 21 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Bài 2: Một xe kéo đường nằm ngang với vkd = 13km/h lực kéo 450N hợp với phương ngang góc 450 Tính cơng suất lực thời gian 0,5h Bài 3: Một cần trục nâng vật khối lượng m=3 tần lên cao 10m 10s Lấy g=10m/s2 a/ Tính cơng lực nâng? b/ Hiệu suất cần trục 80% Tính cơng suất động cần trục? ĐS: a/ 300000J b/ 37500W Bài 4: Một ô tô khối lượng chuyển động thẳng mặt đường nằm ngang với vận tốc 36 km/h Biết công suất động ô tô 5kW Bỏ qua lực cản khơng khí Lấy g=10m/s2 a Tính độ lớn lực ma sát tác dụng lên tơ? b Sau đó, tơ tăng tốc chuyển động thẳng nhanh dần đều, sau thêm 125m đạt vận tốc 54km/h Tính cơng suất trung bình động xe quãng đường này? ĐS: a/ 500N ; b/ 12500W GV: Nguyễn Thủy Page 22 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học CHỦ ĐỀ 3: ĐỘNG NĂNG A Lý thuyết: I Động Định nghĩa: Động dạng lượng vật có chuyển động xác định theo công thức : Wđ = mv 2 Tính chất: - Chỉ phụ thuộc độ lớn vận tốc, không phụ thuộc hướng vận tốc - Là đại lượng vơ hướng, có giá trị dương - Mang tính tương đối Đơn vị: Đơn vị động jun (J) III Công lực tác dụng độ biến thiên động ( Định lý động năng) Độ biến thiên động công ngoại lực tác dụng vào vật, cơng dương động vật tăng, cơng âm động vật giảm 2 mv  mv0  A 2 Trong đó: mv0 động ban đầu vật GV: Nguyễn Thủy Page 23 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học mv động lúc sau vật A công ngoại lực tác dụng vào vật B Bài tập: Bài 1: Một viên đạn m = 1kg bay ngang với v1 = 300m/s xuyên qua gỗ dày 5cm Sau xuyên qua gỗ, đạn có v2 = 100m/s Tính lực cản gỗ tác dụng lên viên đạn Bài 10: Một xe tải có m = 1,2 CĐ thẳng với v1= 36km/h Sau xe tải bị hãm phanh, sau đoạn đường 55m v2 = 23km/h a Tính động lúc đầu xe b Tính độ biến thiên động lực hãm xe đọan đường CHỦ ĐỀ 4: THẾ NĂNG I Thế trọng trường Định nghĩa: Thế trọng trường vật dạng lượng tương tác trái đất vật, phụ thuộc vào vị trí vật trọng trường Nếu chọn mặt đất trọng trường vật có khối lượng m đặt độ cao z là: Wt  mgz GV: Nguyễn Thủy Page 24 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học Tính chất: - Là đại lượng vơ hướng - Có giá trị dương, âm khơng, phụ thuộc vào vị trí chọn làm gốc Đơn vị là: jun (J) CHÚ Ý: Nếu chọn gốc mặt đất mặt đất khơng (Wt = 0) II Thế đàn hồi Công lực đàn hồi - Xét lị xo có độ cứng k, đầu gắn vào vật, đầu giữ cố định - Khi lò xo bị biến dạng với độ biến dạng l = l - lo, lực đàn hồi   F = - k l - Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng trạng thái khơng biến dạng công lực đàn hồi xác định công thức : A= k(l)2 2 Thế đàn hồi + Thế đàn hồi dạng lượng vật chịu tác dụng lực đàn hồi + Cơng thức tính đàn hồi lị xo trạng thái có biến dạng l : Wt  k (l ) 2 +Thế đàn hồi đại lượng vô hướng, dương +Đơn vị đàn hồi jun(J) B Bài tập: Bài 1: Một buồng cáp treo chở người với khối lượng tổng cộng 800kg từ vị trí xuất phát cách mặt đất 10m tới trạm dừng núi độ cao 550m, sau lại tiếp tục tới trạm khác độ cao 1300m a Tìm trọng trường vật vị trí xuất phát trạm trường hợp: - Lấy mặt đất làm mốc năng, g = 9,8m/s2 - Lấy trạm dừng thứ làm mốc b Tính cơng trọng lực thực buồng cáp treo di chuyển từ - Từ vị trí xuất phát đến trạm 1; từ trạm đến trạm Hướng dẫn giải: a.Chọn MĐ làm mốc Ở vị trí xuất phát: Wt1 = mgz1 = 78400 J Ở trạm 1: Wt2 = mgz2 = 4312000 J GV: Nguyễn Thủy Page 25 ... HSG vật lý 10- Phần học Bài 3: Một xe tơ có khối lượng m = bắt đầu chuyển động thẳng nhanh dần đều, sau 10s... GV: Nguyễn Thủy Page 10 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học ... Fdh = P Bài 1: Một lị xo dãn đoạn 3cm treo vật có m = 60g, g = 10m/s2 GV: Nguyễn Thủy Page 12 Chuyên đề bồi dưỡng HSG vật lý 10- Phần học a/ Tính độ cứng lị xo b/ Muốn l = 5cm m’ bao nhiêu?