Giáo án môn Vật lý 10 - Chương II: Động lực học chất điểm

Chương II: Động lực học chất điểm I – Tóm tắt kiến thức 1. Tổng hợp và phân tích lực. - Lực là đại lượng véctơ đặc trưng cho tác dụng của vật này vào vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng. O - Tổng hợp lực là thay thế nhiều lực tác dụng đồng thời vào một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như tác dụng của những lực ấy. - Quy tắc hợp lực (quy tắc hình bình hành): Hợp lực của hai lực đồng quy được biểu diễn bằng đường chéo (kẻ từ điểm đồng quy) của hình bình hành mà hai cạnh là những vectơ biểu diễn hai lực thành phần. = + . - Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời và gây hiệu quả giống hệt như lực ấy. 2. Ba định luật Niu-tơn. - Định luật I Niu-tơn: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. - Định luật II Niu-tơn: Gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỷ lệ thuận với lực tác dụng lên vật và tỷ lệ nghịch với khối lượng của nó. = hoặc = m. Đơn vị của lực là Niu-tơn (N): 1N = 1kgm/s2. - Điều kiện cân bằng của một chất điểm là hợp lực của các lực tác dụng lên nó phải bằng không: = + + = . - Khối lượng của vật là đại lượng vô hướng, đặc trưng cho mức quán tính của vật. - Định luật III Niu-tơn: Hai vật tương tác với nhau bằng những lực trực đối: . Hai lực trực đối không cân bằng nhau vì chúng tác dụng lên hai vật khác nhau. Trong hai lực trực đối, ta gọi một lực là lực tác dụng thì lực kia gọi là phản lực. 3. Lực hấp dẫn. - Mọi vật trong tự nhiên đều hút nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn. - Định luật vạn vật hấp dẫn: Hai vật bất kì đều hút nhau. Lực hút giữa hai vật (coi như hai chất điểm) tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Fhd = G Với G là hằng số hấp dẫn, G = 6,67.10-11N.m2/kg2. - Lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên một vật gọi là trọng lực của vật đó. Fhd = G = P = mg. Với M,R là khối lượng và bán kính của Trái Đất, h là độ cao của vật so với mặt đất; P, g là trọng lực và gia tốc rơi tự do của vật. - Biểu thức của gia tốc rơi tự do: g = . - Trường hấp dẫn do Trái Đất gây ra xung quanh nó gọi là trường trọng lực (hay trọng trường). 4. Lực đàn hồi. Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo. Fđh = - kl. Dấu trừ chứng tỏ chiều của lực đàn hồi luôn ngược chiều biến dạng (chiều dịch chuyển của các vòng lò xo); k là hệ số đàn hồi (hoặc độ cứng), có đơn vị N/m. 5. Lực ma sát. - Lực ma sát nghỉ có giá trị: Fmsn nN; Fmsn (max)= nN. Với n là hệ số ma sát nghỉ. - Lực ma sát trượt: Fmst =tN. Với t là hệ số ma sát trượt. - Lực ma sát lăn cũng tỉ lệ với áp lựcN giống như ma sát trượt, nhưng hệ số ma sát lăn nhỏ hơn hệ số ma sát trượt nhiều lần. 6. Hệ quy chiếu có gia tốc (hệ quy chiếu phi quán tính). Hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc gọi là hệ quy chiếu phi quán tính. Trong hệ quy chiếu phi quán tính, các định luật Niu-tơn không được nghiệm đúng. 7. Lực quán tính. Trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra giống như là mỗi vật có khối lượng m chịu thêm một lực bằng - m. Lực này gọi là lực quán tính: = - m. 8. Lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. - Lực hướng tâm: Lực gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm. Với vật chuyển động tròn đều, biểu thức thức của lực hướng tâm có dạng: Fht = maht = m = mr. - Lực quán tính li tâm có cùng độ lớn với lực hướng tâm, nhưng có chiều hướng ra xa tâm. . II – Bài tập tự luận: Bài 2.1 Một vật chuyển động với gia tốc 0,2m/s2 dưới tác dụng của một lực 40N. Vật đó sẽ chuyển động với gia tốc bao nhiêu nếu lực tác dụng là 60N. Bài 2.2 Tác dụng vào vật có khối lượng 4kg đang nằm yên một lực 20N. Sau 2s kể từ lúc chịu tác dụng của lực vật đi được quãng đường là bao nhiêu và vận tốc đạt được khi đó? Bài 2.3 Một chiếc xe có khối lượng m = 2000kg đang chuyển động thì hãm phanh và dừng lại sau đó 3s. Tìm quãng đường vật đã đi thêm được kể từ lúc hãm phanh. Biết lực hãm là 4000N. Bài 2.4 Một xe lăn có khối lượng m = 1kg đang nằm yên trên mặt bàn nhẵn nằm ngang. Tác dụng vào xe một lực F nằm ngang thì xe đi được quãng đường S = 2,5m trong thời gian t. Nếu đặt thêm lên xe một vật có khối lượng m’= 0,25kg thì xe chỉ đi được quãng đường S’ bao nhiêu trong thời gian t. Bỏ qua ma sát. Bài 2.5 Một quả bóng khối lượng 200g bay với vận tốc 15m/s đến đập vuông góc vào tường rồi bật trở lại theo phương cũ với cùng vận tốc. Thời gian va chạm giữa bóng và tường là 0,05s. Tính lực của tường tác dụng lên quả bóng. Bài 2.6 Một lực F truyền cho vật khối lượng m1 một gia tốc 6m/s2, truyền cho vật có khối lượng m2 một gia tốc 4m/s2. Nếu đem ghép hai vật đó lại thành một vật thì lực đó truyền cho vật ghép một gia tốc là bao nhiêu ? Bài 2.7 Một ô tô có khối lượng 1,5 tấn, khởi hành với gia tốc 0,3m/s2. Khi ô tô có chở hàng hóa thì khởi hành với gia tốc 0,2m/s2. Hãy tính khối lượng của hàng hóa. Biết hợp lực tác dụng vào ô tô trong hai trường hợp đều bằng nhau. Bài 2.8 Cho gia tốc rơi tự do trên mặt đất là g0 = 9,8m/s2. Tìm gia tốc rơi ở độ cao h = so với mặt đất. Xem Trái Đất là quả cầu đồng chất. Bài 2.9 Một lò so khi treo vật m1 = 200g sẽ dãn ra một đoạn l1 = 4cm. 1. Tìm độ cứng của lò xo, lấy g = 10m/s2. 2. Tìm độ dãn của lò xo khi treo thêm vật m2 = 100g. Bài 2.10 Có hai lò xo: một lò xo giãn 4cm khi treo vật khối lượng m1 = 2kg; lò xo kia dãn 1cm khi treo vật khối lượng m2 = 1kg. So sánh độ cứng hai lò xo. Bài 2.11 Một xe điện đang chạy với vận tốc 36km/h thì bị hãm lại đột ngột. Bánh xe không lăn nữa mà chỉ trượt lên đường ray. Kể từ lúc hãm, xe điện còn đi được bao xa thì dừng hẳn ? Biết hệ số ma sát trượt giữa bành xe và đường ray là 0,2. Lấy g = 9,8m/s2. Bài 2.12 Cần kéo một vật trọng lượng 20N với một lực bằng bao nhiêu để vật chuyển động đều trên một mặt sàn ngang. Biết hệ số ma sát trượt của vật và sàn là 0,4. Bài 2.13 Một ô tô đang chuyển động với vận tốc 15m/s thì tắt máy, hãm phanh. Tính thời gian và quãng đường ô tô đi thêm được cho đến khi dừng lại. Biết hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường là 0,6. Lấy g = 9,8m/s2. Bài 2.14 Một vật trượt không vận tốc đầu đỉnh dốc nghiêng dài 8m, cao 4m. Bỏ qua ma sát. Lấy g= 10 m/s2. Hỏi 1. Sau bao lâu vật đến chân dốc? 2. Vận tốc của vật ở chân dốc. Bài 2.15 Giải lại bài toán trên khi hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là k = 0,2. Bài 2.16 Một vật trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng dài 5m, nghiêng góc 300 so với phương ngang. Coi ma sát trên mặt nghiêng là không đáng kể. Đến chân mặt phẳng nghiêng, vật sẽ tiếp tục chuyển động trên mặt phẳng ngang trong thời gian là bao nhiêu ? Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng ngang là k = 0,2. Lấy g = 10m/s2. Bài 2,17 Một vật được ném thẳng đứng từ mặt đất lên với vận tốc ban đầu 20 m/s. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g = 10 m/s2. a. Tìm độ cao và vận tốc của vật sau khi ném 1,5s. b. Xác định độ cao tối đa mà vật có thể đạt được và thời gian vận chuyển động trong không khí . c. Sau bao lâu sau khi ném, vật ở cách mặt đất 15m? Lúc đó vật đang đi lên hay đi xuống? Bài 2.18 Từ đỉnh tháp cao 25m, một hòn đá được ném lên với vận tốc ban đầu 5m/s theo phương hợp với mặt phẳng nằm ngang một góc = 300. a. Viết phương trình chuyển động, phương tình đạo của hòn đá. b. Sau bao lâu kể từ lúc ném, hòn đá sẽ chạm đất? Lấy g = 10 m/s2 Bài 2.19 Hai ca nô kéo một xà lan với các lực F1 = 1000N và F2 = 800N. Hai dây kéo hợp với nhau góc = 450 Tính độ lớn lực cản của nước, biết sà lan chuyển động thẳng đều. Bỏ qua sức cản của không khí.