PHAN CƠ HỌC LỚP 10 THPT 3.1. Chủ đề 1: Động học chất điểm
s
Học sinh hãy xây dựng bài tập vật lý phù hợp với phương trình trên.
Giải
> Phân tích ý nghĩa của phương trìnk
- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là gia tốc (đơn vị là m/s’), vận tốc (đơn vị là m/s) và chiều dai (đơn vị là m).
- Có hai vật có vị trí ban đầu khác nhau, vận tốc có độ lớn khác nhau và ngược chiều nhưng có gia tốc bằng nhau.
- Phương trình này diễn tả hai vật gặp nhau (x, = x;), vật một xuất phát
từ gốc tog độ có vận tốc ban đầu 1,5 m/s theo chiều đương, vật hai xuất phát ở vị trí cách gốc toa độ 130 m có vận tốc ban đầu 5 m/s theo ngược chiều
dương
> Bai tập vật lý phù hợp với phương trình
Hai người đi xe đạp khởi hành cùng một lúc và đi ngược chiều nhau.
Người thứ nhất có vận tốc đầu là 1,5 m/s đang thả dốc dốc nhanh dan đều với gia tốc 0,1 m/s”. Người thứ hai có vận tốc ban đầu là 5 m/s di chuyển lên dốc chậm dẫn đều với cùng gia tốc với người thứ nhất. Khoảng cách ban đầu giữa
hai người là 130 m. Hỏi hai người gặp nhau tại vị trí nào?
> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng
~ Ta chọn:
+ Gốc toạ độ tại đỉnh dốc.
24
+ Chiều dương hướng từ đỉnh đốc xuống chân dốc.
+ Gốc thời gian là lúc khởi hành chung của hai xe.
Ta có
a,=015 a, = 0,1 m/s?m
Xe 14uạ; =1,5— xe 2 4 Uọ;ạ = —5 m/s xạ; =Om Xo2 = 130 ms ơ
- Phương trình chuyển động của hai xe
n= (1s =) t+ (01 5) t?
x, = 130m + (5=) t+(01<)t?
- Hai xe gặp nhau x = X2
(15—)e +(01 =) t? = 130m + (-5=) t+(04 =) t?
(65—)e = 130m
~t=20s
Do đó: x, = (157) (20s) + (0,12) (20 s)? = 60m
Vậy hai xe gặp nhau tại vị trí cách đinh đốc một khoảng 60 m.
Học sinh hãy xây dựng bai tập vat ly phù hợp với phương trình trên.
Giải
“+ Phân tích ý nghĩa của phương trình
- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là vận tốc (đơn vị là
km⁄“h), thời gian (đơn vị là h). Đại lượng cú kớ hiệu ỉ cũng là đại lượng vận
tốc vì đại lượng này có thứ nguyên là [km/h].
25
- Có ba giá trị vận tốc khác nhau là vị = 60 km/h, v; = 40 km/h và ở
tương ứng với những khoảng thời gian lat; = 2 h, tạ = 3 h vả t = tị + t; = Š h.
- Do đó, phương trình nay diễn ta một xe ô tô chuyển động trên một đoạn
đường 100 km trong khoảng thời gian 5 h. Trong 2 h đầu tiên, xe chuyển
động đều với vận tốc 60 km/h, trong khoảng thời gian còn lại, xe chuyển động đều với vận tốc 40 kmh.
% Bài tập vật lý phù hợp với phương trình
Một xe ô tô di chuyển từ thành phố Hồ Chi Minh đến khu lăng mộ cụ Nguyễn Đình Chiều ở tinh Bến Tre trong khoảng thời gian 5 h. Trên 2 h đầu tiên, xe chuyển động đều với vận tốc vị = 60 km/h. Trong khoảng thời gian còn lại, do đường đang trong giai đoạn sửa chữa nên xe đi chuyển chậm hơn lúc đầu với vận tốc v; = 40 km/h. Hỏi vận tốc trung bình của xe ô tô là bao
nhiêu?
> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng
- Chọn gốc thời gian lúc xuất phát lúc xe xuất phát và gốc toạ độ tại
điểm xuất phát.
- Goi ứ là vận tốc trung bỡnh của xe ụ tụ, t là tổng thời gian xe ụ tụ đi chuyển.
Ta có
0= Vt, + Vat,
t
km km
(60%) (2n) + (40%) (3)
Sh ử = 48 km/h
Vậy vận tốc trung bình của xe ô tô là 48 km⁄h
Học sinh hãy xây dựng bài tập vật lý phù hợp với phương trình trên.
26
Giải
> Phân tích ý nghĩa của phương trình
- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là vận tốc (đơn vị là
m/s), thời gian (đơn vị là s), quãng đường (đơn vị là m). Đại lượng có ki hiệu
a là gia tốc vì đại lượng này có thứ nguyên là [m/s’].
- Phương trình này diễn tả quãng đường của một vật chuyển động nhanh dan đều trong giây thứ tư là 12 m,
+ Bài tập vật lý phù hợp với phương trình
Nam cùng với ông nội của mình thường chạy xe đạp vào buổi sáng để
vận động thân thể. Trong một lần chạy, Nam đã tiến hành khảo sát chuyển
động của xe đạp ông nội mình. Nam chọn vị trí lúc xe của ông đạt được vận
tốc 5 m/s đang ở trên cầu và bắt đầu tính thời gian. Nam đã thu được kết quá là quãng đường mà ông đã đi được trong giây thứ 4 là 12 m. Hỏi gia tốc xe
đạp của ông nội của Nam là bao nhiêu ?
> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng
- Chọn gốc thời gian và gốc toạ độ tại vị trí xe ông nội của Nam đạt được vận tốc 5 m/s.
- Phương trình đường đi của xe đạp của ông nội Nam là
ssweke kã= Vot +5
Trong thời gian 3 s: s; = (5) (3 s) + 2a. (3 s)?
Trong thời gian 4 s: s, = (sẼ)( s) +a. (4s)?
~ Quảng đường di được trong giây thứ 4 S¿ — Sạ = 12m
[(s<)4ằ +5a(4 | : |(s=) (3s)+ sa.(39) =12m
ơa=( s*)(12m-5m) = 2 m/s?
Vậy gia tốc của xe đạp của nội Nam là 2 m/s?.
27
Bài 4: Cho phương trình
Học sinh hãy xây dựng bai tập vật lý phù hợp với phương trình trên.
Giải
* Phân tích ý nghĩa của phương trình
- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là quãng đường (đơn vị la m), gia tốc rơi tự do (m/s?), thời gian t (có thứ nguyên Ia [s]).
- Có hai giá trị thời gian khác nhau là (t - 1) giây và t giây, tương ứng là
hai quãng đường rơi tự do khác nhau. Do đó. phương trình trên diễn tả quãng
đường một vật rơi tự do trong giây thứ t.
+ Bài tập vật lý phù hợp với phương trình
Một viên gach đang rơi tự do tại nơi có gia tốc g = 9,8 m/s’, Trong giây
thứ t, quãng đường viên gạch rơi được là 24.5 m. Giá trị của t là bao nhiêu?
> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng
Trong chuyển động rơi tự do, quãng đường viên gạch rơi được trong t giây là
= EU =2.(98 SO?
Quãng đường viên gạch rơi được trong (t — 1) giây là
sại = 298 S)(t— 1?
Do đó, quãng đường viên gạch rơi được trong gidy thứ t là
As = 5 — Sị~¡
1 m 1 m
= kem) Ý (ạt VEẾP —\(t—1)2
245m = 2(9,8 5) (0) - 5(98 5) (t— Ð
~t=3s
28
Giải
+ Phân tích ý nghĩa của đồ thị
- Ban đầu, tọa độ của vật không đổi theo thời gian. Vậy vật không chuyển động theo phương trục tọa độ.
- Tiếp theo, tọa độ giảm dan đều theo thời gian xuống gốc tọa độ. Do đó, vật chuyển động với vận tốc âm không đổi theo ngược chiều dương.
~ Sau đó, tọa độ vật bằng 0 và không đổi theo thời gian.
- Vậy ban đầu vật đứng yên tai vị trí tọa độ đương. Sau đó, chuyển động về gốc tọa độ với vận tốc âm không đổi. Cuối củng, vật đứng yén tại gốc tọa
độ.
+ Tình huéng vật lý phù hợp với đồ thị
Trong | phút đá bù giờ cuối cùng của trận đấu giữa đội tuyển bóng đá Việt Nam và đội tuyển Thái Lan, tiền đạo Công Vinh đã vượt qua hang tiền vệ
của đội tuyển Thái Lan và anh đang giữ bóng trong khu vực cắm của đội Thái Lan, Sau vài giây suy nghĩ, anh quyết định sút bóng vào khung thành của đội tuyển Thái Lan (xem như quả bóng chuyển động đều, bỏ qua mọi ma sát).
Nhanh như chóp, thủ thành của đội tuyển Thái Lan đã dự đoán được hưởng của quá bóng và bắt dính quả bóng vào người. Đó cũng là lúc trọng tài thỏi còi kết thúc trận đấu.
29
Giải
+ Phân tích ý nghĩa của độ thị
- Trong 2 giây dau, tọa độ của vật tăng đều theo thời gian từ 0, điều đó cho thấy vật chuyển động đều với vận tốc dương không đổi theo chiều dương.
- Trong 2 giây tiếp theo, toa độ vật không đổi, vật không chuyển động.
Vậy vận tốc của vật bằng 0.
- Trong giây cuối, tọa độ giảm đều về 0. Vậy vật chuyển động với vận tốc âm không đổi. Trong đồ thị tọa độ theo thời gian, khi vật chuyển động đều thì hệ số góc biểu thị vận tốc của vật. Đoạn dé thị của giây cuối dốc hơn ở 2
giây đầu nên độ lớn vận tốc lúc này sẽ có độ lớn lớn hơn vận tốc trong 2 giây đầu,
+ Tình huống vật lý phù hợp với dé thị
Một vật bắt đầu chuyển động theo chiều dương từ gốc toa độ đến vị trí A với vận tốc không đổi trong thời gian 2 giây. Tiếp theo, vật đứng yên tại A trong thời gian 2 giây. Trong giây cuối, vật chuyển động ngược chiều dương trở về gốc toạ độ với tốc độ lớn hơn so với tốc độ trong 2 giây đầu.
30
Bài 7: Quan sát đồ thị gia tốc theo thời gian của một vật được cho bên dưới. Hãy xây dựng tình huống vật lý phù hợp với dé thị.
+ Phân tích ý nghĩa của dé thi
- Từ thời điểm t = 0 s đến thời điểm t = 1 s và từ thời điểm t = 3 s đến
thời điểm t = 4 s gia tốc bằng 0. Vậy trong 2 khoảng thời gian này vận tốc không đổi.
- Từ thời điểm t = 1 s đến thời điểm t = 3 s, gia tốc a, không đổi nhưng có giá trị âm. Vậy vận tốc của vật giảm đều.
- Từ thời điểm t = 4 s đến thời điểm t = 5 s gia tốc a; không đổi và có giá trị dương, nên vận tốc tăng đều. Tuy nhiên độ lớn của ay nhỏ hơn a)..
+ Tình huống vật lý phù hợp với đồ thị
Một hòn bi thực hiện quá trình chuyển động trong thời gian 5 giây.
Trong giây đầu tiên, hòn bi chuyển động thăng đều với vận tốc vị. Trong 2 giây tiếp theo, vận tốc của hòn bi giảm đều đến giá trị vp. Trong giây thứ 4, vật chuyển động thăng đều với vận tốc v; và hòn bi bắt đầu tăng tốc trong giây cuối cùng.
31
Bai 8: Quan sát đồ thị vận tốc theo thời gian của một vật được cho bên dưới. Hãy xây dựng bài tập vật lý phù hợp với dé thị.
BERR Ree
Ltr tT
7 8 9 10
Thời gian (S)
+ Phân tích ý nghĩa của đồ thị
- Trong 2,5 s dau, vận tốc của vật tăng tuyến tính từ giá trị bằng 0 đến giá trị 3 m/s. Do đó, vật đang chuyển động nhanh dẫn.
- Thời điểm t = 2,5 s đến t = 9 s, đồ thị là một đường nằm ngang vuông góc với trục vận tốc nên chuyển động của vật là chuyển động đều với vận tốc
3 ms.
- Từ thời điểm t = 9 s đến t = 10 s, đồ thị cong về phía trục thời gian nên
vật chuyển động chậm dan.
+ Bài tập vật lý phù hợp với đồ thị
Một hòn bi thực hiện một chuyển động trong thời gian 10 s. Ban đầu, hòn bi được giữ ở vị trí đỉnh dốc, sau đó thì được thả ra và hòn bi đạt được vận
tốc 3 m/s tại chân đốc trong thời gian 2,5 s đầu. Sau đó, hòn bi chuyển động đều trên mặt phẳng trơn nhẫn nằm ngang từ thởi điểm t = 2,5 s đến thời điểm t
= 93, Trong Is cudi cùng, hòn bi chuyển động trên đoạn đường gd ghé nằm ngang nên vận tốc của hòn bi giảm dan. Tính quãng đường mà hòn bi đi được trong khoảng thời gian từ t = 4 s đến t = 8 s?
32
3.2. Chủ đề 2: Động lực học chất điểm
Bài 1: Cho phương trình
m3 s
Học sinh hãy xây dựng tình huống vật ly phù hợp với phương trình trên.
Giải
® Phân tích ý nghĩa của phương trinh
- Phương trình trên dé cập đến các đại lượng vật lý là khói lượng (đơn vị là kg), gia tốc trọng trường (đơn vị là m/s’), khối lượng riêng (đơn vị là kg/m’)
và thé tích (đơn vị là m’).
- Phương trình này điển tả trọng lực của một vật có khối lượng 1,39 kg cân bằng với lực day Acsimet của khối chất lỏng có khối lượng riêng 780 kg/m’ tác dụng lên vật khi phần thé tích của vật chìm trong chat lỏng là 1,78.
10° mỶ.
+ Tình huống vật lý phù hợp với phương trình
Một vật có khối lượng 1,39 kg được thả vào một khối chất lỏng có khối lượng riêng là 780 kg/m’, phần thé tích của vật bị chìm trong chất lỏng là 1,78.
10° mì. Lúc đó, vật lơ lững trong khối chất lỏng vi trọng lực của vật cân bằng
với lực đây Acsimet của chất lỏng tác dụng vào vật.
Bài 2: Cho phương trình
Học sinh hãy xây dựng bai tập vật lý phù hợp với phương trình trên.
Giải
+ Phân ý nghia nt
33
- Phương trình trên dé cập đến các đại lượng vật lý là khối lượng (đơn vị là kg), gia tốc (đơn vị là m/s’), đại lượng có kí hiệu mạ là khối lượng vì có thứ
nguyên là [kg].
- Có hai giá trị khác nhau của khối lượng trong phương trình tương ứng sẽ có hai vật khác nhau là m, và mp. Hai vật này tạo thành một hệ - chuyển
động với cùng gia tốc là a = | m/s’.
- Phương trình này điển tả hai vật mạ và m; được treo vào một cái mặt
mặt nghiêng một góc 30”, trên mặt phẳng nghiêng có gắn một ròng rọc cế định dé cho hệ hai vật chuyển động. Vật m; chuyển động theo phương thăng đứng.
còn vật m; chuyển động theo phương mặt phẳng nghiêng.
+% Bài tập vật lý phù hợp với phương trình
Vật m, = 2 kg được nối với vật mạ thông qua một sợi đây được mắc vào một rong roc cố định gắn với một mặt phẳng nghiêng có góc a = 30°. Vật mạ
chuyển động theo phương thing đứng xuống dưới, kéo theo vật m; chuyển động với cùng gia tốc a = | m/s”. Tìm giá trị của m; để hệ vật thực hiện được
xu hưởng chuyển động như trên?
> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng
Tóm tắt
mị = 2 kg
a = 30°
a=l ms?
g=10ms?
mM) = 2?
Giải
- Chọn hệ trục toạ độ theo chiều chuyển động của hệ hai vật.
- Phương trình định luật II Newton cho hệ hai vật
Pị+Tị +P +T; + ẹ; = (m + m;)ẩ (1)
Chiếu (1) lên chiều đương của trục toa độ:
Pị — Tị + Tạ — P. sina = (m, + mạ)a
34
Do T, = Tạ nên
P, — P;. sin œ = (m; + m;)a
m m m
(2kg) (10 =;) ~ mạ. (10 —).sin 30 = (2 kg + mz). (1
S
—>m; = 3 kg
Vậy giá trị khối lượng của m; là 3 kg.
Giải
> Phân tích ý nghĩa của phương trình
- Phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là khói lượng (đơn vị là kg), gia tốc (đơn vị là m/s’), hệ số ma sắt trượt /.
- Phương trình này diễn tả hình chiếu của phương trình định luật II Newton cho một vật có khối lượng 50 kg đang trượt xuống mặt phẳng nghiêng
có góc nghiêng a = 30°.
> Bài tập vật lý pha hợp với phượng trìnk
Một vận động viên trượt tuyết có khối lượng 50 kg, đang trượt từ đỉnh
xuống chân của một dốc núi với gia tốc bằng 3,2 m/s’. Dốc núi có góc nghiêng œ = 309, hãy tìm hệ số ma sát trượt giữa tuyết và bề mặt ván trượt ?
> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng
Tóm tắt Y
Giải
35
- Chọn hệ trục toa độ Oxy như trong hình vẽ.
- Phương trình định luật II Newton cho vận động viên trượt tuyết P +N + Fongt = ma (1)
Chiếu (1) lên trục Ox, ta được:
P sin œ — u¿N = ma (2)
Chiếu (1) lên trục Oy, ta được:
Pcos a = N (3) Từ (2) va (3), ta được
Psina — tyP cosa = ma
my. m
(50 kg) (9.8 =) sin 30 — jy. (50 kg) (9,8 a) cos 30
= (50 kg). (3,2 5)
— ly = 0,2
Vậy hệ số ma sát trượt giữa tuyết và bẻ mặt van trượt là 0,2.
Học sinh hãy xây dựng bài tập vật lý phù hợp với phương trình trên.
Giải
+ Phân tích ý nghĩa của phương trình
- Phương trình trên dé cập đến các đại lượng vật lý là khối lượng (don vị là kg), gia tốc (đơn vị là m/s”), hệ số ma sat trượt (không có thứ nguyên), đại lượng có kí hiệu F là lực vì có thứ nguyên là [kg.m/s’].
- Phương trình diễn tả hình chiếu của phương trình định luật II Newton cho một vật có khối lượng 1 kg, được gia tốc bởi một lực kéo F có phương
hợp với phương ngang một góc a = 30°.
36
> Bài tập vật lý phù hợp với phương trình
Một đứa bé đang kéo một xe đồ chơi có khối lượng | kg bằng một lực F thông qua một sợi đây được cột vào một đầu xe, phương của sơi đây hợp với
phương ngang một góc a = 30°. Biết rằng gia tốc của xe là 0,83 m/s’ và hệ
số ma sắt trượt giữa các bánh xe và mặt đất là 0,1. Tính giá trị của lực kéo F?
> Tiến hành giải bài tập vừa xây dựng
Tóm tắt
m= lkg
a = 30°
a= 0,83 m/s?
uy = 0,1 F=?
Giai
- Chọn hệ trục toa độ vuông góc như hình vẽ trên.
~ Phương trình định luật II Newton cho xe
E+EP+N+F„„= mẩọ(1)
Chiếu (1) lờn trục Ox: Fcosư — u/Nẹ = ma (2) Chiếu (1) lên trục Oy:
Fsina+N—-P=0
~ N=P-—Fsina(3)
Thé (3) vao (2) ta duge
F cos œ — u,(P — Fsina) = ma
F.cos 30 = 0,1. [(1 kg) (10 4) ~ F.sin 30] = (1 kg) (0.83 =)
+~F=2N
Vậy lực kéo mà đứa bé tác dung lên xe là 2 N.
37
Bài 5: Cho hệ phương trình
Tạ — 0,15. (28 kg) (9,8 =) = (28kg)a,
Học sinh hãy xây dựng tinh huống vật lý phù hợp với phương trình trên.
Giải + Phân tích ý nghĩa của hệ phương trình
- Hệ phương trình trên đề cập đến các đại lượng vật lý là khối lượng (đơn vị là kg). gia tốc (đơn vị là m/s’), hệ số ma sát trượt (không có thứ nguyên),
các đại lượng có kí hiệu T;. T›, F là lực vì có thứ nguyên là [kg.m/s’].
- Hệ phương trình trên diễn tả hình chiếu trên trục Ox của phương trình định luật II Newton áp dung cho hệ gồm hai vật có khối lượng khác nhau, liên
kết với nhau bởi sợi đây không dan, khối lượng rất nhỏ.
+ Tình huống vật lý phù hợp với hệ phương trình
Một hệ gồm hai vật có khối lượng 71 kg và 28 kg, hai vật được nỗi với nhau bởi một dây không dan, khối lượng rat nhỏ. Hệ hai vật chuyển động theo
phương ngang đưới tác dụng của lực kéo F với cùng gia tốc.
m
||
Bài 6: Giản đồ lực của một vật được cho như bên dưới. Học sinh hãy xây
dựng tinh huống vật lý phù hợp giản đỏ.
ml
38
Giải
* Phân tích ý nghĩa của giản db
- Giản đồ thé hiện một vật chịu tác dụng của bổn lực là lực kéo, trọng
lực, phản lực và lực ma sat. Trong đó, lực kéo vả lực ma sát có cùng độ lớn
nhưng ngược chiều; trọng lực và phản lực cũng củng độ lớn và ngược chiêu.
- Téng hợp lực tác dụng lên vật bằng 0.
+ Tình huống vật lý phù hợp với giản đô
Một chiếc xe đồ chơi trẻ em chuyển động đều trên mặt bàn đưới tác
đụng của lực kéo có độ lớn 3 N.
Bài 7: Gian đồ lực của một vật được cho như bên đưới. Học sinh hãy xây dựng tinh huồng vật lý phù hợp giản đồ.
+ Phân tích ý nghĩa của giản đồ
- Giản đỏ thé hiện một vật chịu tác dụng của ba lực là trọng lực, phản lực
va lực ma sát trượt. Trong đó, trọng lực và phản lực cũng cùng độ lớn va
ngược chiêu.