Giải sách bài tập Vật lí lớp 10 Bài 5: Chuyển động tổng hợp

A. Trắc nghiệm

Câu 5.1 trang 17 SBT Vật lí 10: Trong các phát biểu sau đây, phát biểu nào là đúng?

(1) Chuyển động có tính chất tương đối.

(2) Hệ quy chiếu đứng yên là hệ quy chiếu gắn với vật làm gốc được quy ước là đứng yên.

(3) Độ lớn của vận tốc tuyệt đối luôn lớn hơn tổng độ lớn của vận tốc tương đối và vận tốc kéo theo.

(4) Độ lớn của vận tốc tuyệt đối luôn nhỏ hơn độ lớn của vận tốc tương đối.

(5) Hình dạng quỹ đạo chuyển động của vật cũng có tính chất tương đối và phụ thuộc vào hệ quy chiếu của người quan sát.

A. (1), (2), (5).

B. (1), (3), (5).

C. (2), (4), (5).

D. (2), (3), (5).

Lời giải

Đáp án đúng là: A

Các phát biểu đúng:

(1) Chuyển động có tính chất tương đối.

(2) Hệ quy chiếu đứng yên là hệ quy chiếu gắn với vật làm gốc được quy ước là đứng yên.

(5) Hình dạng quỹ đạo chuyển động của vật cũng có tính chất tương đối và phụ thuộc vào hệ quy chiếu của người quan sát.

Các phát biểu (3) và (4) sai vì độ lớn của vận tốc tuyệt đối còn phụ thuộc vào phương, chiều của vận tốc kéo theo và vận tốc tương đối.

Câu 5.2 trang 17 SBT Vật lí 10: Một xe tải chạy với tốc độ 40 km/h và vượt qua một xe gắn máy đang chạy với tốc độ 30 km/h. Vận tốc của xe máy so với xe tải bằng bao nhiêu?

A. 5 km/h.

B. 10 km/h.

C. 5 km/h.

D. 10 km/h.

Lời giải

Đáp án đúng là: D

Quy ước:

Xe máy số 1 Vật chuyển động

Xe tải số 2 Hệ quy chiếu chuyển động

Mặt đường số 3 Hệ quy chiếu đứng yên

- Công thức cộng vận tốc: 

$$\begin{gathered} \overrightarrow{v_{13}}=\overrightarrow{v_{12}}+\overrightarrow{v} \\ \Rightarrow \overrightarrow{v_{12}}=\overrightarrow{v_{13}}-\overrightarrow{v_{23}} \end{gathered}$$

- Vận tốc của xe máy so với xe tải là:

$v_{12}=v_{13}-v_{23}=30-40=-10km/h$

Câu 5.3 trang 18 SBT Vật lí 10: Nhà của Bách và trường nằm trên cùng một con đường nên hằng ngày Bách đều đi học bằng xe đạp từ nhà đến trường với tốc độ không đổi bằng 4 m/s (khi trời lặng gió). Trong một lần Bách đạp xe từ nhà đến trường, có một cơn gió thổi ngược chiều trong khoảng thời gian 90 s. Hình 5.1 mô tả đồ thị độ dịch chuyển thời gian của Bách trong 5 phút đầu tiên. Tốc độ của gió so với mặt đất là bao nhiêu?

A. 1,2 m/s.

B. 1,5 m/s.

C. 2 m/s.

D. 2,5 m/s.

Lời giải

Đáp án đúng là: C

- Gọi $\overrightarrow{v_{13}},\overrightarrow{v_{23}},\overrightarrow{v_{12}}$ lần lượt là vận tốc của Bách so với đất (khi không có gió); của gió so với đất và của Bách so với gió.

Ta có: $v_{13}=4m/s$

- Từ đồ thị, gió thổi trong khoảng thời gian từ giây 110 đến giây 200, ta có:

$v_{12}=\frac{\Delta d}{\Delta t}=\frac{620-440}{200-110}=2m/s$

- Công thức cộng vận tốc: 

$$\begin{gathered} \overrightarrow{v_{13}}=\overrightarrow{v_{12}}+\overrightarrow{v_{23}} \\ \Rightarrow \overrightarrow{v_{23}}=\overrightarrow{v_{13}}-\overrightarrow{v_{12}} \end{gathered}$$

$\Rightarrow v_{23}=v_{13}-v_{12}=4-2=2m/s$

- Như vậy, tốc độ của gió là 2 m/s và thổi ngược chiều so với chiều chuyển động của Bách.

B. Tự luận

Bài 5.1 trang 18 SBT Vật lí 10: Hãy nêu mối liên hệ giữa vận tốc tuyệt đối, vận tốc tương đối và vận tốc kéo theo.

Lời giải

Vận tốc tuyệt đối bằng tổng vận tốc tương đối và vận tốc kéo theo: $\overrightarrow{v_{13}}=\overrightarrow{v_{12}}+\overrightarrow{v_{23}}$

Trong đó:

+ Số 1 là vật chuyển động đang xét.

+ Số 2 là vật chuyển động được chọn làm gốc của hệ quy chiếu chuyển động.

+ Số 3 là vật đứng yên được chọn làm gốc của hệ quy chiếu đứng yên.

Bài 5.2 trang 18 SBT Vật lí 10: Một chiếc tàu chở hàng đang rời khỏi bến cảng để bắt đầu chuyến hải trình với tốc độ 15 hải lí/h. Hãy xác định tốc độ rời bến cảng của tàu so với cảng trong hai trường hợp sau:

a. Khi tàu rời cảng, nước chảy cùng chiều chuyển động của tàu với tốc độ 3 hải lí/h.

b. Khi tàu rời cảng, nước chảy ngược chiều chuyển động của tàu với tốc độ 2 hải lí/h.

Lời giải

Gọi số 1, 2, 3 lần lượt là tàu, dòng nước và bến cảng, ta có:

Công thức cộng vận tốc: $\overrightarrow{v_{13}}=\overrightarrow{v_{12}}+\overrightarrow{v_{23}}$

a. Khi tàu rời cảng, nước chảy cùng chiều chuyển động của tàu với tốc độ 3 hải lí/h

$v_{13}=v_{12}+v_{23}=15+3=18$ hải lí/h

b. Khi tàu rời cảng, nước chảy ngược chiều chuyển động của tàu với tốc độ 2 hải lí/h.

$v{\text{'}}_{13}=v_{12}-v_{23}=15-2=13$ hải lí/h.

Bài 5.3 trang 18 SBT Vật lí 10: Một người lái tàu vận chuyển hàng hóa xuôi dòng từ sông Đồng Nai đến khu vực cảng Sài Gòn với tốc độ là 40 km/h so với bờ. Sau khi hoàn thành công việc, lái tàu quay lại sông Đồng Nai theo lộ trình cũ với tốc độ là 30km/h so với bờ. Biết rằng chiều và tốc độ của dòng nước đối với bờ không thay đổi trong suốt quá trình tàu di chuyển, ngoài ra tốc độ của tàu so với nước cũng được xem là không đổi. Hãy xác định tốc độ của dòng nước so với bờ.

Lời giải

Gọi số 1, 2, 3 lần lượt là tàu, dòng nước và bờ.

Công thức cộng vận tốc: $\overrightarrow{v_{13}}=\overrightarrow{v_{12}}+\overrightarrow{v_{23}}$

- Khi tàu đi xuôi dòng: $v_{13}=v_{12}+v_{23}$

- Khi tàu đi ngược dòng: $v{\text{'}}_{13}=v_{12}-v_{23}$

- Suy ra tốc độ của dòng nước so với bờ là:

$$\begin{gathered} v_{23}=\frac{1}{2}\left(v_{13}-v{\text{'}}_{13}\right) \\ =\frac{1}{2}\left(40-30\right)=5km/h \end{gathered}$$

Bài 5.4 trang 19 SBT Vật lí 10: Hai xe buýt xuất phát cùng lúc từ hai bến A và B cách nhau 40 km. Xe buýt xuất phát từ A đến B với tốc độ 30 km/h và xe buýt xuất phát từ B đến A với tốc độ 20 km/h. Giả sử hai xe buýt chuyển động thẳng đều.

a. Sau khi rời bến bao lâu thì hai xe gặp nhau trên đường?

b. Tính quãng đường của hai xe đã đi được khi hai xe gặp nhau.

Lời giải

a. Hai xe chuyển động ngược chiều.

 Gọi thời gian từ lúc hai xe xuất phát đến khi gặp nhau là t.

Tổng quãng đường hai xe đi được cho đến khi gặp nhau bằng độ dài đoạn đường AB.

$AB=s_A+s_B=v_{A}t+v_{B}t$

$\Rightarrow t=\frac{AB}{v_A+v_B}=\frac{40}{30+20}=0,8h$

b. Quãng đường của hai xe xuất phát từ A và B đi được khi hai xe gặp nhau lần lượt là:

$s_A=v_A.t=30.0,8=24km$ và $s_B=v_B.t=20.0,8=16km$

Bài 5.5 trang 19 SBT Vật lí 10: Tại một thời điểm, ở vị trí M trên đoạn đường thẳng có xe máy A chạy qua với tốc độ 30 km/h. Sau 10 phút, cũng tại vị trí M, có xe máy B chạy qua với tốc độ 40 km/h để đuổi theo xe máy A. Giả sử hai xe máy chuyển động thẳng với tốc độ xem như không đổi.

a. Tính thời gian để xe máy B đuổi kịp xe máy A.

b. Tính quãng đường mà xe máy A đã đi được đến khi xe máy B đuổi kịp.

Lời giải

a. Đổi 10 phút = $\frac{1}{6}h$

Quãng đường mà xe máy A đã đi được sau 10 phút:

$s=v_A.\Delta t=30.\frac{1}{6}=5km$

Hai xe chuyển động cùng chiều nên thời gian để xe máy B đuổi kịp xe máy A là:

$t_B=\frac{s}{v_B-v_A}=\frac{5}{40-30}=0,5h$

b. Quãng đường mà xe máy A đã đi được đến khi xe máy B đuổi kịp là:

$$\begin{gathered} s_A=v_A.t_A=v_A.\left(\Delta t+t_B\right) \\ =30\left(\frac{1}{6}+\frac{1}{2}\right)=20km \end{gathered}$$