Giải bài tập Vật lý 10 Bài 1: Chuyển động cơ
Chương I: ĐỘNG HỌC CHỐT ĐI€M §1. CHUV€N ĐỘNG cơ KIẾN THỨC Cơ BẢN Chuyển động cơ. Chât điểm Chuyển động cơ Chuyển động cơ của một vật (gọi tắt là chuyển động) là sự thay đổi vị trí của vật đó so với các vật khác theo thời gian. Chất điểm Một vật chuyển động được coi là một chất điểm nếu kích thưôc của nó rất nhỏ so với độ dài đường đi (hoặc so với những khoảng cách mà ta đề cập đến). Quỹ đạo Tập hợp tất cả các vị trí của một chất điểm chuyển động tạo ra một đường nhất định. Đường đó gọi là quỹ đạo của chuyển động. Cách xác định vị trí của vật trong không gian Vật làm mốc. Thước đo Muốn xác định vị trí của chất điểm M chuyển động trên một đường biết trước, ta làm như sau: Chọn một vật làm mốc trên đường đó (trên hình 1.1 là điểm O). Chọn một chiều dương trên đường đi. Dùng thước đo để xác định độ dài s từ o đến M, chú ý đến chiều tử o đến M là dương hay âm. Hệ tọa độ Trong mặt phẳng quỹ đạo, chọn hệ trục tọa độ Để-các xOy vuông góc (hình 1.2). Khi chất điểm ở M, vị trí của chất điểm xác định bởi các tọa độ: xMvà yM. * Trường hợp chất điểm chuyển động trên một đường thẳng: X.M- () M Hình 1.3 Chọn trục x’x trùng với đường thẳng quỹ Xm = - Khi chất điểm ở M, vị trí của chất điểm xác định bởi tọa độ XM = OM . đạo, gốc tọa độ o và chiểu dương là tùy ý (để đơn giản, thường chọn chiều dương là chiều chuyển động) (hình 1.3). * Trường hợp chất điểm chuyển động trong không gian Trong không gian, chọn hệ trục tọa độ Đề-các Oxyz vuông góc. (Hình 1.4) Khi chất điểm ở M, vị trí của chất điểm xác định bởi các tọa độ XM, yM và ZM. Cách xác định thời gian trong chuyển động Để đo, đếm thời gian trong chuyển động, người ta phải chọn một mốc thời gian và dùng đổng hổ. Mốc thời gian là thời điểm chọn trước để bắt đầu tính thời gian. Mốc thời gian có thể chọn tùy ý, nhưng để đơn giản người ta thường chọn mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. Hai loại đổng hổ thường dùng là đổng hổ kiểu đeo tay thông thường và đồng hồ bấm giây. Hệ quy chiếu Hệ quy chiếu gồm: Một vật làm mốc; hệ trục tọa độ cố định gắn trên vật làm mốc; một mốc thời gian và đồng hổ dùng để đo thời gian. HOẠT ĐỘNG (Câu hỏi trong bài học) C1. Cho biết: - Đường kính của Mặt Trời: 1 400 000 km. Đường kính của Trái Đất: 12 000 km. Khoảng cách tử.Trái Đất đến Mặt Trời: 150 000 000 km. Nếu vẽ đường đi của Trái Đất quanh Mặt Trời là một đường tròn, đường kính 15cm thì hình vẽ Trái Đất và Mặt Trời sẽ là những hình tròn có đường kính bao nhiêu xentimét? Có thể coi Trái Đất như một chất điểm trong hệ Mặt Trời được không? Hình 1.5 C2. Có thể lấy vật nào làm mốc để xác định vị trí một chiếc tàu thủy đang chạy trên sông? C3. Hãy cho biết các tọa độ của điểm M nằm chính giữa một bức tường hình chữ nhật ABCD có cạnh AB = 5m, và cạnh AD = 4m (hình 1.5). Lấy trục Ox dọc theo AB, trục Oy dọc theo AD. C4. Cho bảng: Bảng giờ tàu Hà Nội Nam Định Thanh Hóa Vinh Đổng Hói Đông Hà Huế Đà Nang Tam Kỳ giờ 00 phút giờ 56 phút 22 giờ 31 phút 0 giờ 53 phút 4 giò' 42 phút 6 giờ 44 phút 8 giờ 05 phút 10 giò' 54 phút 12 giờ 26 phút Quảng Ngãi Diêu Tri Tuy Hóa Nha Trang Tháp Chàm Sài Gòn 13 giờ 37 phút 16 giờ 31 phút 18 giờ 25 phút 20 giờ 26 phut 22 giờ 05 phút 4 giờ 00 phút Hãy tính xem đoàn tàu chạy từ ga Hà Nội đến ga Sài Gòn trong bao làu? c. CẢU HỎI VÀ BÀI TẬP ' Chát điếm là gì? Nêu cách xác định vị tri cùa một ỏtõ trên một quốc lộ. Nêu cách xác định vị tri cua một vặt trẽn một mặt phổng. Phàn biệt hệ tọa độ và hộ quy chiếu. Trường hợp nào dưới đày có thê coi vật là chát điểm? Trái Đất trong chuyến dộng tự quay quanh mình nó. Hai hòn hi lúc va chạm với nhau. c. Người nháy cầu lúc đang rơi xuống nước. D. Giọt nước mưa lúc dang rơi. Một người chi đường cho một khách du lịch như sau: "Ong hãy di dọc theo phô náy dẽn bờ một hồ lớn. Đứng tại dó, nhìn sang bẽn kia hồ theo hường Tày Ba'c. óng sè tháy tòa nhà cùa khách sạn S". Người chi đường đã xác định vị tri cua khách sạn s theo cách nào? A. Cách dũng đường di VÌ1 vật làm mốc. • B. Cách dùng các trục tọa độ. c. Dùng cá hai cách A và B. D. Không dìing ca hai cách A vá B. Trong các cách chọn hệ trục tọa dộ và mốc thời gian dưới dày. cách nho thích hợp nhất dè xác định vị tri cua một may bay dang hay tren diíímg dài? Khoáng cách đến ba sân hay lớn: t = 0 là lúc máy bay cãt cánh. Khoáng cách đến ba san bay lớn: t = 0 lá 0 giờ quôc tè. c. Kinh dộ. vĩ dộ dịa li và tlộ cao cùa míiy bay; t = 0 là lúc máy bay cất. cánh. D. Kinh dộ. vì độ địa lí vá độ cao ctia máy bay; t = 0 là 0 giờ quốc tẽ. Đê xác định vị tri cúa một tàu biến giữa dại dương, người ta dùng những tọa độ nào? 9 1 Nếu lấy mốc thời gian là lúc 5 giờ 15 phút thì sau ít nhát, bao láu kim phút, đuổi kịp lùm giờ? D. LỜI GIẢI Hoạt động Cl. a) Đường kính đường tròn quỹ đạo của Trái Dât là: 2 X 150 000 000 = 300 000 OOO(km) Gọi d, d’ lần lượt là đường kính Trái Đất,.Mặt Trời trên hình vẽ có: d ' _ d _. 15 Suy ra: d 300000000 = 0,0006 (cm) ì 2000 “ 1400000 15.12000 d’ = = 0,07 (cm) 300000000 15 1400001) 300000000 Kích thước Trái Đất rất nho so với độ dài đường di cua nó nên có thể coi Trái Đất là chát điếm trong hệ Mặt Trời. C2. Có thế chọn một vật đứng yên bất kì ở trên bờ hoặc trên mặt sông làm vật mốc như một bến sông nào đó, 1 chiếc phao đèn, v.v... C3. Nếu chọn 0 s A, Ox dọc theo AB, Oy dọc theo AD thì M có tọa độ X = 2,5 m , , . , . „ như hình 1.6. y = 2 m Nếu chọn 0 = B thì M có tọa độ X = -2,5m y = 2m C4. Tàu chạy từ ga Hà Nội đến ga Sài Gòn hết 33 giờ (24 giờ 00 phút - 19 giờ 00 phút) + (24 giờ 00 phút - 00 giờ 00 phút) + (04 giờ 00 phút - 00 giờ 00 phút) = 33 giờ 00 phút Câu hỏi và bài tập Trang 8. SGK. - Nêu cột sô' km mà ôtô đang đứng ở đó hoặc đang đi qua đó. Ví dụ: Ôtô đang ở km 40 trên quô'c lộ 5 tính từ Hà Nội. Nêu khoảng cách từ ôtô đến một thành phố nào đó. Ví dụ: Ôtô cách Hải Dương 18 km vệ phía Hà Nội. - Coi vật là chất điểm M. Chọn một điểm 0 trên mặt phẳng đó làm gô'c tọa độ dựng hệ trục tọa độ vuông góc Oxy. Gọi H; I lần lượt là hình chiếu của M trên Ox; Oy thì vị trí của điểm M được xác định bởi hai tọa độ X = OH ; y = OI. Hệ quy chiếu bao gồm hệ tọa độ vật làm mốc, mốc thời gian và đồng hồ. Với hệ tọa độ, ta chỉ xác định được vị trí của vật; với hệ quy chiếu ta không chỉ xác định được vị trí của vật, mà còn xác định được sự thay đổi vị trí của vật theo thời gian. D. Giọt nước mưa lúc đang rơi. Ba trường hợp A, B, c không thỏa mãn điều kiện: kích thước vật rất nhỏ so với độ dài đường đi của chúng, chi có trường hợp D thỏa mãn: Giọt nước mưa lúc đang rơi có thế’ coi như một chát điểm. c. Dùng cả hai cách A và B. Để chỉ cho khách du lịch đi đến bờ hồ, người chỉ đường đã dùng cách A: dùng đường đi: “đi dọc theo phố này” và vật làm mốc: “đến bờ hồ” Để khách tìm được khách sạn s từ bờ hồ người chỉ đường đã dùng các trục tọa độ Đóng - Tây và Nam -Bắc : “từ bờ hồ nhìn theo hướng tây bắc” D. Kinh độ, vĩ độ địa lí và độ cao cửa máy bay; t = 0 là lúc 0 giờ quốc tê. (Khó xác định được vị trí của một điểm trong không gian khi biết khoảng cách từ điểm đó đến 3 điểm cô' định cho trước). Chọn t = 0 là lúc máy bay cất cánh thì người khảo sát phải tính • toán lại thời gian theo đồng hồ của mình. Để xác định vị trí của một tàu biển giữa đại dương thì người ta dùng kinh độ, vĩ độ của vị trí tàu. Chọn mốc thời gian là lúc 5 giờ 00 phút. Góc giữa hai kim tại t = 0; <p = —— .360° = 150° 12 Trong 1 phút kim phút quay 1 góc = 6° 60 1 360° Trong 1 phút kim giờ quay 1 góc . 60 = 0,5° Sau mỗi phút góc lệch giữa hai kim giảm một góc a = 6 - 0,5 = 5,5° Thòi gian ngắn nhất để kim phút đuổi kịp kim giờ kể từ 5 giờ 00 phút là: t = — = = 27 phút 16,36 giây. a 5,5 Thòi gian ngắn nhất để kim phút đuổi kịp kim giờ tính từ 5 giò' 15 phút là: t’ = t - 15 phút = 12 phút 16,36 giây.