Xin giới thiệu đến các em học sinh bài giảng Bài 20: Một số ví dụ về cách giải các bài toán thuộc phần động lực học chương trình SGK Kết nối tri thức được DapAnHay biên soạn và tổng hợp nhằm giúp các em tìm hiểu các vấn đề liên quan cách giải một số dạng bài toán liên quan đến môn Lý 10... Để đi sâu vào tìm hiểu và nghiên cứu nội dung vài học, mời các em cùng tham khảo nội dung chi tiết trong bài giảng sau đây.
- Chọn vật khảo sát chuyển động. Biểu diễn các lực tác dụng lên vật, trong đó làm rõ phương, chiều và điểm đặt của từng lực.
- Chọn hai trục vuông góc Ox và Oy; trong đó trục Ox cùng hướng với chuyển động của vật hay cùng hướng với lực kéo khi vật đứng yên. Phân tích các lực theo hai trục này. Áp dụng định luật 2 Newton theo hai trục toạ độ Ox và Oy.
\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{Ox:{\rm{ }}{F_x} - {F_{1x}}{\rm{ }} + {\rm{ }}{F_{2x}}{\rm{ }} + ... = m.{a_x}{\rm{ }}\left( 1 \right)}\\
{Oy:{\rm{ }}{F_y} = {F_{1y}}{\rm{ }} + {\rm{ }}{F_{2y}}{\rm{ }} + {\rm{ }}.. = 0{\rm{ }}\left( 2 \right)}
\end{array}} \right.\)
- Giải hệ phương trình (1) và (2) để tìm gia tốc hay tìm lực, tuỳ từng bài toán.
a. Bài toán xác định gia tốc của vật khi biết lực tác dụng vào vật
Ví dụ. Một người đẩy một thùng hàng, khối lượng 50 kg, trượt trên sàn nhà. Lực đẩy có phương nằm ngang với độ lớn là 180 N. Tính gia tốc của thùng hàng, biết hệ số ma sát trượt giữa thùng hàng và sàn nhà là 0,25. Lấy g = 9,8 m/s2.
Giải
Thùng hàng chịu tác dụng của bốn lực: trọng lực \(\overrightarrow P \), lực đẩy \(\overrightarrow F \), phản lực \(\overrightarrow N \) và lực ma sát trượt \(\overrightarrow F \)ms của sàn (Hình 20.1a).
Coi thùng hàng như một chất điểm (Hình 20.1b).
Hình 20.1
Áp dụng định luật 2 Newton cho chuyển động của vật theo hai trục Ox, Oy:
\(\left\{ \begin{array}{l}
Ox:{\rm{ }}{F_x} - F - {\rm{ }}{F_{ms}}{\rm{ }} = {\rm{ }}m.{a_x}{\rm{ }} - {\rm{ }}ma{\rm{ }}\left( 1 \right){\rm{ }}\\
Oy:{\rm{ }}{F_y} = N - P = 0
\end{array} \right.\)
Giải hệ phương trình:
N=m.g = 50.9,8 = 490 N
Fms = \(\mu \). N = 0,25.490 = 122,5 N
\(a = \frac{{F - {F_{ms}}}}{m} = \frac{{180 - 122,5}}{{50}} = 1,15m/{s^2}\)
Thùng hàng trượt với gia tốc a= 1,15 m/s2 cùng chiều với trục Ox.
b. Bài toán xác định lực tác dụng vào vật khi biết gia tốc
Ví dụ 1. Một người dùng dây buộc để kéo một thùng gỗ theo phương nằm ngang bằng một lực \(\overrightarrow F \) (Hình 20.2). Khối lượng của thùng là 35 kg. Hệ số ma sát giữa sàn và đáy thùng là 0,3. Lấy g = 9,8 m/s2.
Tính độ lớn của lực kéo trong hai trường hợp:
a) Thùng trượt với gia tốc 0,2 m/s2.
b) Thùng trộn đều.
Hình 20.2
Giải
Thùng chịu tác dụng của bốn lực: trọng lực \(\overrightarrow P = m.\overrightarrow g \), lực kéo \(\overrightarrow F \), phản lực \(\overrightarrow N \) và lực ma sát trượt \(\overrightarrow Fms \) của mặt sản (Hình 20.3a).
Hinh 20.3
Coi thùng như một chất điểm (Hình 20.3b) và áp dụng định luật 2 Newton cho các lực thành phần theo các phương Ox, Oy.
\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
\begin{array}{l}
Ox:{\rm{ }}{F_x}{\rm{ }} = {\rm{ }}F - {\rm{ }}{F_{ms}}{\rm{ }} = {\rm{ }}m{a_x}{\rm{ }} = {\rm{ }}ma{\rm{ }}\left( 1 \right){\rm{ }}\\
Oy:{\rm{ }}{F_y} = N - P = 0{\rm{ }}\left( 2 \right)
\end{array}\\
{{F_{ms}} = \mu N\;}
\end{array}} \right.\)
Giải hệ phương trình:
Từ (2) → N = mg
Suy ra: Fms = \(\mu \)N = \(\mu \)mg
Thay vào (1), ta được:
F = m.a + \(\mu \).m.g
F = m(a + \(\mu \).g)
a) Thùng trượt với gia tốc a= 0,2 m/s2
F= m(a + \(\mu \).g) = 35(0,2 +0,3.9,8) = 109,9 N.
b) Thùng trượt đều (a = 0)
F= \(\mu \)m.g = 0,3.35.9,8 = 102,9 N.
Ví dụ 2. Một chiếc hộp gỗ được thả trượt không vận tốc ban đầu, từ đầu trên của một tấm gỗ dài L= 2 m. Tấm gỗ đặt nghiêng 30° so với phương ngang. Hệ số ma sát giữa đáy hộp và mặt gỗ là 0,2. Lấy g = 9,8 m/s2. Hỏi sau bao lâu thì hộp trượt xuống đến đầu dưới của tấm gỗ?
Giải
Hộp (coi là chất điểm) chịu tác dụng của ba lực: trọng lực \(\overrightarrow P \), phản lực \(\overrightarrow N \) và lực ma sát trượt \(\overrightarrow Fms \)
Hình 20.4
Phân tích trọng lực \(\overrightarrow P \) thành hai lực thành phần \(\overrightarrow Px \), \(\overrightarrow Py \) (Hình 20.4b) và áp dụng định luật 2 Newton theo hai trục Ox, Oy:
\(\left\{ \begin{array}{l}
Ox:{\rm{ }}{F_x}{\rm{ }} = {\rm{ }}m.g.sin\alpha - {F_{ms}} = m{a_x} = ma{\rm{ }}\left( 1 \right){\rm{ }}\\
Oy:{\rm{ }}{F_y} - N - m.g.cos\alpha {\rm{ }} = {\rm{ }}0\,\,\,(2)\\
{F_{ms}}{\rm{ }} = {\rm{ }}\mu N
\end{array} \right.\)
Giải hệ phương trình: \(a = g(\sin \alpha - \mu \cos \alpha )\)
Thay số, ta được: a = g(sin30o – 0,2cos30o)= 3,2 m/s2
Hộp trượt xuống với gia tốc a= 0,64 m/s2, cùng chiều với trục Ox.
Áp dụng công thức:
\(L = \frac{1}{2}a{t^2} \to t = \sqrt {\frac{{2L}}{a}} = \sqrt {\frac{{2.2}}{{3,2}}} \approx 1,1s\)
Bài 1: Khối lượng Mặt Trăng nhỏ hơn khối lượng Trái Đất 81 lần, khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng gấp 60 lần bán kính Trái Đất. Lực hút của Trái Đất và của Mặt Trăng tác dụng vào cùng một vật bằng nhau tại điểm nào trên đường thẳng nối tâm của chúng?
Hướng dẫn giải
Gọi khối lượng Mặt Trăng là M ⇒ khối lượng Trái Đất là 81 M
Bán kính Trái Đất là R thì khoảng cách giữa tâm Trái Đất và tâm Mặt Trăng là 60 R
Gọi h là khoảng cách điểm cần tìm đến tâm Trái Đất ⇒ khoảng cách từ điểm đó đến tâm Mặt Trăng là 60R - h (R, h > 0)
Theo bài ra: lực hút của Trái Đất tác dụng vào vật đó cân bằng với lực hút từ Mặt trăng tác dụng vào vật
Fhd1 = Fhd2
Bài 2: Một quyển sách được thả trượt từ đỉnh của một bàn nghiêng một góc α = 35° so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt giữa mặt dưới của quyển sách với mặt bàn là μ = 0.5. Tìm gia tốc của quyển sách. Lấy g = 9.8 m/s2.
Hướng dẫn giải
Quyển sách chịu tác dụng của ba lực: trọng lực F , lực pháp tuyến N và lực ma sát Fms của mặt bàn.
Áp dụng định luật II Niu-tơn theo hai trục toạ độ.
Ox: Fx = Psinα – Fms = max = ma
Oy: Fy = N – Pcosα = may = 0
Fms = μN
Giải hệ phương trình ta được:
a = g. (sinα - μcosα) = 9.8.(sin35° - 0,50.cos35°)
⇒ a = l.6 m/s2, hướng dọc theo bàn xuống dưới.
Bài 3: Hai vật có khối lượng lần lượt là m1 = 5 kg và m2 = 10 kg được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn và được đặt trên một mặt sàn nằm ngang. Kéo vật 1 bằng một lực \(\overrightarrow F \)nằm ngang có độ lớn F = 45 N. Hệ số ma sát giữa mỗi vật và mặt sàn là \(\mu = 0,2\). Lấy \(g = 9,8m/{s^2}\). Tính gia tốc của mỗi vật và lực căng của dây nối.
Hướng dẫn giải
Chọn hệ quy chiếu như hình vẽ:
Theo định luật 2 Newton cho hệ vật, ta có:
\(\overrightarrow {{P_1}} + \overrightarrow {{P_2}} + \overrightarrow {{N_1}} + \overrightarrow {{N_2}} + \overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{ms1}}} + \overrightarrow {{F_{ms2}}} + \overrightarrow {{T_1}} + \overrightarrow {{T_2}} = ({m_1} + {m_2}).\overrightarrow a \) (1)
Chiếu (1) lên Ox, ta có
\(\begin{array}{l}F - {F_{ms1}} - {F_{ms2}} - {T_1} + {T_2} = ({m_1} + {m_2}).a\\ \Leftrightarrow F - \mu ({N_1} + {N_2}) = ({m_1} + {m_2}).a\end{array}\)
\( \Leftrightarrow a = \frac{{F - \mu ({N_1} + {N_2})}}{{{m_1} + {m_2}}}\) (2)
(do \({T_1} = {T_2}\))
Chiếu (1) lên Oy, ta có:
\(\begin{array}{l}{N_1} + {N_2} - {P_1} - {P_2} = 0\\ \Leftrightarrow {N_1} + {N_2} = {P_1} + {P_2}\\ \Leftrightarrow {N_1} + {N_2} = ({m_1} + {m_2}).g\end{array}\)
Thay \({N_1} + {N_2} = ({m_1} + {m_2}).g\) vào (2), ta có:
\(\begin{array}{l}a = \frac{{F - \mu .g({m_1} + {m_2})}}{{{m_1} + {m_2}}}\\ \Leftrightarrow a = \frac{{45 - 0,2.9,8.(5 + 10)}}{{5 + 10}}\\ \Leftrightarrow a = 1,04(m/{s^2})\end{array}\)
Xét vật 1
Theo định luật 2 Newton, ta có
\(\overrightarrow {{P_1}} + \overrightarrow {{N_1}} + \overrightarrow F + \overrightarrow {{F_{ms1}}} + \overrightarrow {{T_1}} = {m_1}.\overrightarrow a \) (3)
Chiếu (3) lên Ox, có
\(\begin{array}{l}F - {F_{ms1}} - {T_1} = {m_1}.a\\ \Leftrightarrow {T_1} = F - \mu {N_1} - {m_1}.a\end{array}\)
Chiếu (3) lên Oy, ta có \({N_1} = {P_1} = {m_1}.g\)
\(\begin{array}{l} \Rightarrow {T_1} = F - \mu {m_1}g - {m_1}.a\\ \Leftrightarrow {T_1} = 45 - 0,2.5.9,8 - 5.1,04\\ \Leftrightarrow {T_1} = 30(N)\end{array}\)
Vậy gia tốc của hai vật là 1,04 m/s2 và lực căng của dây nối là 30 N.
Sau bài học này, học sinh có thể:
- Hiểu được rõ mối quan hệ giữa các đại lượng của môn Vật lý
- Biết vận dụng định kiến thức để giải một số dạng bài tập liên quan.
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 20 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Hòn bi A có khối lượng lớn gấp đôi hòn bi B. Cùng một lúc từ độ cao h, bi A được thả rơi còn bi B được ném theo phương ngang. Bỏ qua sức cản của không khí. Hãy cho biết câu nào dưới đây là đúng?
Hai vật có khối lượng lần lượt là m1 = 5 kg và m2 = 10 kg được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn và được đặt trên một mặt sàn nằm ngang. Kéo vật 1 bằng một lực \(\overrightarrow F \) nằm ngang có độ lớn F = 45 N. Hệ số ma sát giữa mỗi vật và mặt sàn là \(\mu = 0,2\). Lấy \(g = 9,8m/{s^2}\). Tính gia tốc của mỗi vật và lực căng của dây nối.
Trong môn trượt tuyết, một vận động viên sau khi trượt trên đoạn đường dốc thì trượt ra khỏi dốc theo phương ngang ở độ cao 90m so với mặt đất. Người đó bay xa được 180m trước khi chạm đất. Hỏi tốc độ của vận động viên đó ngay trước khi chạm đất là bao nhiêu ? Lấy g = 9,8m/s2.
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 20để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Giải câu hỏi 1 trang 82 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 82 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 3 trang 82 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 4 trang 82 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 10 DapAnHay
Hòn bi A có khối lượng lớn gấp đôi hòn bi B. Cùng một lúc từ độ cao h, bi A được thả rơi còn bi B được ném theo phương ngang. Bỏ qua sức cản của không khí. Hãy cho biết câu nào dưới đây là đúng?
Hai vật có khối lượng lần lượt là m1 = 5 kg và m2 = 10 kg được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn và được đặt trên một mặt sàn nằm ngang. Kéo vật 1 bằng một lực \(\overrightarrow F \) nằm ngang có độ lớn F = 45 N. Hệ số ma sát giữa mỗi vật và mặt sàn là \(\mu = 0,2\). Lấy \(g = 9,8m/{s^2}\). Tính gia tốc của mỗi vật và lực căng của dây nối.
Trong môn trượt tuyết, một vận động viên sau khi trượt trên đoạn đường dốc thì trượt ra khỏi dốc theo phương ngang ở độ cao 90m so với mặt đất. Người đó bay xa được 180m trước khi chạm đất. Hỏi tốc độ của vận động viên đó ngay trước khi chạm đất là bao nhiêu ? Lấy g = 9,8m/s2.
Một người đẩy một thùng hàng, khối lượng 50 kg, trượt trên sàn nhà. Lực đẩy có phương nằm ngang với độ lớn là 180 N. Tính gia tốc của thùng hàng, biết hệ số ma sát trượt giữa thùng hàng và sàn nhà là 0,25. Lấy g = 9,8 m/s2.
Một hòn bi lăn dọc theo một cạnh của một mặt bàn hình chữ nhật nằm ngang cao h = 1,25m. Khi ra khỏi mép bàn, nó rơi xuống nền nhà tại điểm cách mép bàn L = 1,50m (theo phương ngang). Lấy g = 10m/s2. Thời gian rơi của bi và vận tốc ban đầu của hòn bi khi còn lăn trên mặt ngang
Một vật có khối lượng 1,0 kg đang nằm yên trên sàn nhà. Người ta kéo vật bằng một lực nằm ngang làm nó đi được 80 cm trong 2 s. Hệ số ma sát trượt giữa vật và sàn là 0,30. Lấy g = 9,8 m/s2. Lực kéo có độ lớn là
Một xe trượt khối lượng m =80 kg, trượt từ trên đỉnh núi xuống. Sau khi đã thu được vận tốc 5 m/s nó tiếp tục chuyển động trên đường nằm ngang. Tính lực ma sát tác dụng lên xe trên đoạn đường nằm ngang, nếu biết rằng xe đó dừng lại sau khi đã đi được 40m?
Bi A có khối lượng gấp đôi bi B. Cùng một lúc tại cùng một vị trí, bi A được thả rơi còn bi B được ném theo phương ngang với tốc độ v0. Bỏ qua sức cản của không khí. Hiện tượng nào xảy ra sau đây?
Một vật được ném từ độ cao h = 45m với vận tốc đầu v0 = 20m/s theo phương nằm ngang. Bỏ qua sức cản của không khí, lấy g = 10m/s2. Tầm ném xa của vật là.
Xe đạp của một vận động viên chuyển động thẳng đều với v = 36km/h. Biết bán kính của lốp bánh xe là 40cm. Tốc độ góc và gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp bánh xe lần lượt là bao nhiêu?
Người ta đẩy một cái thùng có khối lượng 55 kg theo phương ngang với lực 220 N làm thùng chuyển động trên mặt phẳng ngang. Hệ số ma sát trượt giữa thùng và mặt phẳng là 0,35. Tính gia tốc của thùng. Lấy g = 9,8 m/s2 .
Một quyển sách đặt trên mặt bàn nghiêng và được thả cho trượt xuống. Cho biết góc nghiêng \(\alpha = {30^ \circ }\) so với phương ngang và hệ số ma sát giữa quyển sách và mặt bàn là \(\mu = 0,3\). Lấy g = 9,8 m/s2 . Tính gia tốc của quyển sách và quãng đường đi được của nó sau 2 s.
Một học sinh dùng dây kéo một thùng sách nặng 10 kg chuyển động trên mặt sàn nằm ngang. Dây nghiêng một góc chếch lên trên 450 so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt giữa đáy thùng và mặt sàn là \(\mu = 0,2\)(lấy \(g = 9,8m/{s^2}\)). Hãy xác định độ lớn của lực kéo để thùng sách chuyển động thẳng đều.
Hai vật có khối lượng lần lượt là m1 = 5 kg và m2 = 10 kg được nối với nhau bằng một sợi dây không dãn và được đặt trên một mặt sàn nằm ngang. Kéo vật 1 bằng một lực \(\overrightarrow F \)nằm ngang có độ lớn F = 45 N. Hệ số ma sát giữa mỗi vật và mặt sàn là \(\mu = 0,2\). Lấy \(g = 9,8m/{s^2}\). Tính gia tốc của mỗi vật và lực căng của dây nối.
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *