Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 2: Động lực học chất điểm - Chuyên đề 2: Các định luật Niu-tơn

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 2: Động lực học chất điểm - Chuyên đề 2: Các định luật Niu-tơn

1. CHUYÊN ĐỀ 2: CÁC ĐỊNH LUẬT NIU-TƠN PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Các câu hỏi lí thuyết 1. Phương pháp giải Vận dụng lí thuyết về các định luật để trả lời câu Ví dụ: Một vật đang chuyển động với vận tốc hỏi. v = 3m/s. Nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên nó mất đi thì vật sẽ tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s (theo định luật I) 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Chọn câu đúng? Cặp "lực và phản lực" trong định luật III Niutơn A. tác dụng vào cùng một vật B. tác dụng vào hai vật khác nhau C. không bằng nhau về độ lớn D. bằng nhau về độ lớn nhưng không cùng giá Hướng dẫn Trang 1
2. Cặp lực và phản lực trong định luật III Niu tơn cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn và tác dụng vào hai vật khác nhau. Do đó chúng không triệt tiêu lẫn nhau Chọn B Ví dụ 2: Câu nào sau đây là đúng? A. Không có lực tác dụng thì vật không thể chuyển động B. Một vật bất kì chịu tác dụng của một lực có độ lớn tăng dần thì chuyển động nhanh dần C. Một vật có thể chịu tác dụng đồng thời của nhiều lực mà vẫn chuyển động thẳng đều D. Không vật nào có thể chuyển động ngược chiều với lực tác dụng lên nó Hướng dẫn Theo định luật I Niu tơn ta thấy rằng một vật đang chuyển động mà không có lực tác dụng thì nó vẫn chuyển động thẳng đều, suy ra phát biểu A là sai. Theo định luật II Niu-tơn, nếu lực tác dụng ngược hướng vận tốc thì nó gây gia tốc ngược hướng chuyển động do đó vật sẽ chuyển động chậm dần, suy ra phát biểu B sai. Khi các lực tác dụng lên vật có hợp lực bằng 0 thì vật vẫn chuyển động thẳng đều theo định luật I suy ra phát biểu C đúng. Khi vật đang chuyển động mà có lực tác dụng ngược hướng chuyển động thì vật vẫn chuyển động nhưng chậm dần, suy ra phát biểu D sai. Chọn C Ví dụ 3: Khi đang đi xe đạp trên đường nằm ngang, nếu ta ngừng đạp, xe vẫn tự di chuyển. Đó là nhờ A. trọng lượng của xe B. lực ma sát C. quán tính của xe D. phản lực của mặt đường Hướng dẫn Khi ta ngưng đạp xe, xe đạp vẫn đang có vận tốc, bây giờ ta ngưng đạp, xe có xu hướng bảo toàn vận tốc do quán tính nên vẫn chạy tiếp Chọn C Dạng 2: Áp dụng các biểu thức định luật 1. Phương pháp giải Các bài tập dạng này thường liên quan đến biểu Ví dụ: Dưới tác dụng của một lực có độ lớn bằng thức định luật II Niu-tơn và chuyển động thẳng 10 N cùng hướng chuyển động, một vật có khối biến đổi đều. Ta cần vận dụng định luật để tìm các lượng 1 kg sẽ chuyển động với gia tốc bằng đại lượng đề bài yêu cầu. Hướng dẫn Theo định luật II Niu-tơn F 10 a 10m / s2 m 1 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một quả bóng khối lượng 500 g đang nằm yên trên mặt đất. Một cầu thủ sút vào quả bóng bằng một lực 250 N. Thời gian lực tác dụng vào quả bóng là 0,04 s. Quả bóng bay đi với tốc độ bằng Trang 2
3. A. 15m/s B. 20m/s C. 25m/s D. 50m/s Hướng dẫn Ta biết khối lượng của vật m = 500, g = 0,5 kg và lực tác dụng vào nó F = 250 N. Theo định luật II Niu- tơn, gia tốc của quả bóng thu được bằng: F 250 a 500m / s2 m 0,5 Trong thời gian 0,04 s lực tác dụng, gia tốc không đổi nên quả bóng chuyển động nhanh dần đều. Vận tốc của nó sau 0,04 s là: v v0 a.t 0 500.0,04 20m / s Chọn B Ví dụ 2: Một đoàn tàu khối lượng 10 tấn bắt đầu khởi hành từ nhà ga. Sau khi khởi hành được 10 giây nó đi được 100 m. Lực kéo của đầu tàu bằng A. 5000N B. 10000N C. 15000N D. 20000N Hướng dẫn Ta đã biết khối lượng của vật: m = 10 tấn = 10000 kg. Nếu biết được gia tốc của vật ta sẽ tính được lực kéo theo định luật II Niu-tơn. Tàu khởi hành nên vận tốc đầu bằng 0. Quãng đường nó đi được là: 1 2s 2.100 s at2 a 2m / s2 2 t2 102 Theo định luật II Niu-tơn: F m.a 10000.2 20000N Chọn D Ví dụ 3: Một chiếc xe khối lượng m = 100 kg đang chạy với vận tốc 36 km/h thì hãm phanh. Biết lực hãm phanh là 250 N. Tìm quãng đường xe còn chạy thêm đến khi dừng hẳn A. 10m B. 20m C. 30m D. 50m Hướng dẫn Đổi đơn vị: 36 km/h = 10 m/s. F 250 Theo định luật II Niu-tơn, gia tốc của vật có độ lớn: a 2,5m / s2 m 100 Vì lực hãm nên nó ngược hướng chuyển động, làm cho vật chuyển động chậm dần đều. Do đó gia tốc của vật phải có giá trị âm: a = -2,5 m/s2. Xe dừng lại hẳn khi vận tốc của nó bằng 0. Áp dụng hệ thức độc lập với thời gian, ta có: v2 v2 02 102 s 0 20m 2a 2.( 2,5) Chọn B 2 Ví dụ 4: Lực F truyền cho vật có khối lượng m1 gia tốc 2 m/s , truyền cho vật có khối lượng m2 gia tốc 2 3m/s . Hỏi lực F sẽ truyền cho vật có khối lượng m m1 m2 một gia tốc bằng bao nhiêu? A. 1m / s2 B. 1,2m / s2 C. 1,5m / s2 D. 2m / s2 Hướng dẫn Trang 3
4. F 2 Theo định luât II Niu-tơn, lực F truyền cho vật m1, gia tốc: a1 2m / s m1 F 2 Lực F truyền cho vật m2 gia tốc: a2 3m / s m2 F F Lực F truyền cho vật m m1 m2 gia tốc: a m m1 m2 1 m m m m 1 1 1 1 1 1 2 1 2 a 1,2m / s2 a F F F a1 a2 a 2 3 Chọn B Ví dụ 5: Vật chịu tác dụng lực ngang F ngược chiều chuyển động thẳng trong 6 s,vận tốc giảm từ 8 m/s còn 5 m/s. Trong 10 s tiếp theo lực tác dụng tăng gấp đôi về độ lớn còn hướng không đổi. Tính vận tốc vật ở thời điểm cuối? A. 2 m/s. B. 0. C. -2 m/s. D. -5 m/s. Hướng dẫn v v 5 8 Lực F là lực cản, gia tốc của vật bằng: a 0 0,5m / s2 t 6 Trong 10 s tiếp theo, lực tăng gấp đôi về độ lớn, mà theo định luật II Niu-tơn: F = m.a, suy ra F tăng gấp đôi thì a cũng tăng gấp đôi: a ' 2a 1m / s2 Lúc này, vận tốc vật đang bằng v0 5m / s . Sau 10 giây vận tốc vật bằng: 2 v v0 a '.t 5 1.10 5m / s Chọn D Ví dụ 6: Một xe tải chở hàng có tổng khối lượng xe và hàng là 4 tấn, khởi hành với gia tốc 0,3 m/s 2. Khi không chở hàng xe tải khởi hành với gia tốc 0,6 m/s2. Biết rằng lực tác dụng vào ô tô trong hai trường hợp đều bằng nhau. Khối lượng của xe lúc không chở hàng là: A. 1,0 tấn. B. 1,5 tấn. C. 2,0 tấn. D. 2,5 tấn Hướng dẫn Gọi khối lượng xe là m, khối lượng hàng là m’, lực tác dụng lên xe không đổi bằng F Ta có: m + m’ = 4 (tấn) = 4000 kg. Khi chở đầy hàng, dưới tác dụng của lực F gia tốc của xe bằng 0,3 m/s2. Theo định luật II Niu-tơn: F m m' .a 1200N Khi không có hàng, khối lượng của xe là m, dưới tác dụng của lực F = 1200 N, xe chuyển động với gia tốc 0,6 m/s2. Theo định luật II Niu-tơn, ta có: F m.a 1200 m.0,6 m 2000kg Chọn C PHẦN 3. BÀI TẬP TỔNG HỢP Câu 1. Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Nếu không chịu lực nào tác dụng thì vật phải đứng yên Trang 4
5. B. Vật chuyển động được là nhờ có lực tác dụng lên nó C. Khi vận tốc của vật thay đổi thì chắc chắn đã có lực tác dụng lên vật D. Khi không chịu lực nào tác dụng lên vật nữa thì vật đang chuyển động sẽ lập tức dừng lại Câu 2. Tìm kết luận chưa chính xác? A. Nếu chỉ có một lực duy nhất tác dụng lên vật thì vận tốc của vật thay đổi B. Nếu có lực tác dụng lên vật thì độ lớn vận tốc của vật bị thay đổi C. Nếu có nhiều lực tác dụng lên vật mà các lực này cân bằng nhau thì vận tốc của vật không thay đổi. D. Nếu vận tốc của vật không đổi thì không có lực nào tác dụng lên vật hoặc các lực tác dụng lên vật cân bằng Câu 3. Chọn câu đúng? Cặp "lực và phản lực" trong định luật III Niutơn A. tác dụng vào cùng một vật B. tác dụng vào hai vật khác nhau C. không bằng nhau về độ lớn D. bằng nhau về độ lớn nhưng không cùng giá Câu 4. Một lực không đổi tác dụng vào một vật có khối lượng 5 kg làm vận tốc của nó tăng dần từ 2 m/s đến 8 m/s trong 3 s. Độ lớn của lực tác dụng vào vật là A. 2NB. 5NC. 10ND. 50N 2 2 Câu 5. Lực F truyền cho vật khối lượng m1 gia tốc 4 m/s , truyền cho vật khối lượng m2 gia tốc 6m/s . Hỏi lực F sẽ truyền cho vật có khối lượng m m1 m2 một gia tốc là bao nhiêu? A. 10m/s2 B. 1m/s2 C. 2m/s2 D. 12m/s2 Câu 6. Một hòn đá có trọng lượng P = 100N rơi từ độ cao 3 m xuống đất mềm và đào trong đó một hố có chiều sâu 30 cm. Coi chuyển động của hòn đá trong không khí và trong đất là biến đổi đều, lực cản của không khí là 40 N. Hãy tìm độ lớn lực cản trong đất? Lấy g = 10 m/s2. A. 400NB. 600NC. 768ND. 1000N Câu 7. Một ô tô khối lượng 1 tấn đang chuyển động với tốc độ 72 km/h thì hãm phanh, đi thêm được 500m rồi dừng lại. Chọn chiều dương là chiều chuyển động. Lực hãm tác dụng lên xe là A. 800NB. -800NC. 400ND. -400N Câu 8. Một vật khối lượng 2 kg đang chuyển động với vận tốc 18 km/h thì bắt đầu chịu tác dụng của lực 4 N theo chiều chuyển động. Tìm đoạn đường vật đi được trong 10 s đầu tiên kể từ lúc bắt đầu tác dụng lực? A. 120mB. 160mC. 150mD. 175m Câu 9. Một ô tô khi không chở hàng có khối lượng 2 tấn, khởi hành với gia tốc 0,4 m/s 2. Cũng ô tô đó, khi chở hàng khởi hành với gia tốc 0,2 m/s2. Biết rằng hợp lực tác dụng vào ô tô trong hai trường hợp đều bằng nhau. Tính khối lượng của hàng hóa? A. 1 tấnB. 0,5 tấnC. 2 tấnD. 2,5 tấn Câu 10. Một vật có khối lượng 2 kg đang chuyển động thẳng đều với vận tốc 3 m/s thì bắt đầu chịu tác dụng của một lực 8 N cùng chiều với chiều chuyển động. Hỏi vật sẽ chuyển động 2 m tiếp theo trong thời gian bao nhiêu kể từ lúc tác dụng lực? A. 0,5sB. 1sC. 1,5sD. 2s Trang 5
6. Câu 11. Vật chuyển động trên đoạn đường AB chịu tác dụng của lực F 1 và tăng vận tốc từ 0 đến 10 m/s trong thời gian t. Trên đoạn đường BC tiếp theo vật chịu tác dụng của lực F 2 và tăng vận tốc đến 15 m/s F cũng trong thời gian t. Tỉ số 1 bằng: F2 A. 0,5B. 2C. 0,25D. 4 Đáp án: 1 – C 2 - B 3 – B 4 – C 5 – D 6 – B 7 – D 8 – C 9 – C 10 – A 11 - B Trang 6