Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 8: Chuyển động biến đổi. Gia tốc

Khởi động trang 37 Vật Lí 10: Hình dưới là ảnh chụp hoạt nghiệm thí nghiệm về sự thay đổi vận tốc của một ô tô đồ chơi chạy bằng pin có gắn anten dùng để điều khiển từ xa, trong ba giai đoạn chuyển động. Vận tốc trong ba giai đoạn chuyển động này có gì giống nhau, khác nhau?

Lời giải:

Hình a xe chuyển động nhanh dần nên vận tốc tăng dần.

Hình b xe đi đều nên vận tốc không đổi,

Hình c xe chuyển động chậm dần nên vận tốc giảm dần.

I. Chuyển động biến đổi

Câu hỏi trang 37 Vật Lí 10: Hãy tìm thêm ví dụ về chuyển động biến đổi trong cuộc sống.

Lời giải:

Ví dụ:

- Xe đạp lên dốc, xuống dốc.

- Tên lửa lúc bắt đầu phóng.

- Thả rơi một quả bóng rổ.

II. Gia tốc của chuyển động biến đổi

Câu hỏi 1 trang 38 Vật Lí 10: Xác định độ biến thiên vận tốc sau 8 s của chuyển động trên.

Lời giải:

Độ biến thiên vận tốc sau 8s: $\Delta v=12,5-0=12,5\left(m/s\right)$

Câu hỏi 2 trang 38 Vật Lí 10: Xác định độ biến thiên của vận tốc sau mỗi giây của chuyển động trên trong 4 s đầu và trong 4 s cuối.

Lời giải:

Trong 4s đầu, độ biến thiên vận tốc trong mỗi giây: $\frac{\Delta v}{4}=\frac{5,28-0}{4}=1,32\left(m/s^2\right)$

Trong 4s cuối, độ biến thiên vận tốc trong mỗi giây: $\frac{\Delta v}{4}=\frac{12,5-5,28}{4}=1,805\left(m/s^2\right)$

Câu hỏi 3 trang 38 Vật Lí 10: Các đại lượng xác định được ở câu 2 cho ta biết điều gì về sự thay đổi vận tốc của chuyển động trên?

Lời giải:

Các đại lượng xác định được ở câu 2 cho ta biết sự thay đổi vận tốc của chuyển động đang tăng dần. Tức là trong 4 s sau vận tốc thay đổi nhiều hơn trong 4 s đầu.

Câu hỏi trang 38 Vật Lí 10: Hãy chứng tỏ khi $\overrightarrow{a}$ cùng chiều với $\overrightarrow{v}$ (a.v > 0) thì chuyển động là nhanh dần, khi $\overrightarrow{a}$ ngược chiều với $\overrightarrow{v}$(a.v < 0) thì chuyển động là chậm dần.

Lời giải:

Biểu thức tính gia tốc: $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{v_2-v_1}{\Delta t}$.

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật nên v > 0.

Khi vật chuyển động nhanh dần thì $v_2>v_1\Rightarrow v_2-v_1>0\Rightarrow a>0\Rightarrow a.v>0$

Khi vật chuyển động chậm dần thì $v_2<v_1\Rightarrow v_2-v_1<0\Rightarrow a<0\Rightarrow a.v<0$

Câu hỏi 1 trang 39 Vật Lí 10:

a) Tính gia tốc của ô tô trên 4 đoạn đường trong Hình 8.1.

b) Gia tốc của ô tô trên đoạn đường 4 có gì đặc biệt so với sự thay đổi vận tốc trên các đoạn đường khác nhau?

Lời giải:

a. Đổi 5 km/h = $\frac{25}{18}$m/s, 29 km/h = $\frac{145}{18}$ m/s, 49 km/h = $\frac{245}{18}$ m/s, 30 km/h = $\frac{25}{3}$ m/s.

Gia tốc của ô tô trên đoạn đường 1: $a_1=\frac{\Delta v_1}{\Delta t_1}=\frac{25}{18.1}=\frac{25}{18}\left(m/s^2\right).$

Gia tốc của ô tô trên đoạn đường 2: $a_2=\frac{\Delta v_2}{\Delta t_2}=\frac{\frac{145}{18}-\frac{25}{18}}{4-1}\approx 2,22\left(m/s^2\right).$

Gia tốc của ô tô trên đoạn đường 3: $a_3=\frac{\Delta v_3}{\Delta t_3}=\frac{\frac{245}{18}-\frac{145}{18}}{6-4}\approx 2,78\left(m/s^2\right).$

Gia tốc của ô tô trên đoạn đường 4: $a_4=\frac{\Delta v_4}{\Delta t_4}=\frac{\frac{25}{3}-\frac{245}{18}}{7-6}\approx -5,28\left(m/s^2\right).$

b. Gia tốc trên đoạn đường 4 có giá trị âm, tức là vận tốc giảm dần. Trên 3 đoạn đường trước đó gia tốc dương nên vận tốc tăng dần.

Câu hỏi 2 trang 39 Vật Lí 10: Một con báo đang chạy với vận tốc 30 m/s thì chuyển động chậm dần khi tới gần một con suối. Trong 3 giây, vận tốc của nó giảm còn 9 m/s. Tính gia tốc của con báo.

Lời giải:

Vận tốc lúc đầu: v₁ = 30 m/s

Vận tốc lúc sau: v₂ = 9 m/s

Khoảng thời gian thay đổi vận tốc là 3 giây.

Gia tốc của con báo: $a=\frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{9-30}{3}=-7\left(m/s^2\right).$

Câu hỏi 3 trang 39 Vật Lí 10: Đồ thị ở Hình 8.2 mô tả sự thay đổi vận tốc theo thời gian trong chuyển động của một ô tô thể thao đang chạy thử về phía Bắc.

Tính gia tốc của ô tô:

a) Trong 4 s đầu.

b) Từ giây thứ 4 đến giây thứ 12.

c) Từ giây thứ 12 đến giây thứ 20.

d) Từ giây thứ 20 đến giây thứ 28.

Lời giải:

a. Trong 4s đầu: $a_1=\frac{\Delta v_1}{\Delta t_1}=\frac{20-0}{4-0}=5\left(m/s^2\right).$

b. Từ giây thứ 4 đến giây thứ 12: vận tốc không đổi nên $\Delta v_2=0\Rightarrow a_2=0\left(m/s^2\right).$

c. Từ giây thứ 12 đến giây thứ 20: $a_3=\frac{\Delta v_3}{\Delta t_3}=\frac{0-20}{20-12}=-2,5\left(m/s^2\right).$

d. Từ giây thứ 20 đến giây thứ 28: $a_4=\frac{\Delta v_4}{\Delta t_4}=\frac{-20-0}{28-20}=-2,5\left(m/s^2\right).$

Em có thể trang 39 Vật Lí 10: Dùng khái niệm gia tốc để giải thích một số hiện tượng về chuyển động dưới tác dụng của lực. Ví dụ như chuyển động rơi của một vật là chuyển động có gia tốc vì vật rơi chịu tác dụng của lực hút Trái Đất.

Lời giải:

- Khi thả rơi một vật, trọng lực có tác dụng làm thay đổi vận tốc của vật trong quá trình rơi nên đây là chuyển động có gia tốc.

- Khi ngưng đạp xe đạp, dưới tác dụng của lực ma sát làm xe chuyển động chậm lại, khi đó chuyển động của xe có gia tốc.