Giải Vật lí 10: Bài tập chủ đề 2 sẽ giúp các em học sinh lớp 10 có nhiều gợi ý và mẹo để trả lời các câu hỏi trong Bài tập chủ đề 2: Lực và chuyển động. Bài viết này sẽ cung cấp chi tiết các bước giải cho từng câu hỏi, giúp quý thầy cô tiện tham khảo và soạn giáo án dạy học. Hãy cùng tôi đi vào nội dung chi tiết của Giải Vật lí 10: Bài tập chủ đề 2.
Bài 1
Một người có khối lượng 60,0 kg đi trên xe đạp có khối lượng 20,0 kg. Khi xuất phát, hợp lực tác dụng lên xe đạp là 200 N. Hãy tính vận tốc của xe đạp sau 5,00 s.
Gợi ý đáp án
Tổng khối lượng của hệ (người + xe) là: m = 60 + 20 = 80 kg.
Gia tốc của hệ: a = F / m = 200 / 80 = 2,5 m/s^2.
Vận tốc của xe sau 5 giây: v = v_0 + at = 0 + 2,5 * 5 = 12,5 m/s (coi vận tốc ban đầu bằng 0)
Bài 2
Từ công thức liên quan, hãy biểu diễn đơn vị của áp suất và khối lượng riêng qua các đơn vị cơ bản trong hệ SI.
Gợi ý đáp án
- Công thức tính áp suất: p = F / S.
- Đơn vị lực F là N (niuton).
- Đơn vị diện tích S là m^2.
Đơn vị của áp suất là Pa, 1 Pa = 1 N/m^2.
- Công thức tính khối lượng riêng: ρ = m / V.
- Đơn vị khối lượng m là kg.
- Đơn vị thể tích V là m^3.
Khối lượng riêng có đơn vị là kg/m^3.
Bài 3
Một thiết bị vũ trụ có khối lượng 70,0 kg. Khi thiết bị này cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng, lực nâng hướng thẳng đứng, lên khỏi bề mặt Mặt Trăng do động cơ tác dụng lên thiết bị là 500 N. Gia tốc rơi tự do trên bề mặt Mặt Trăng là 1,60 m/s^2. Hãy xác định:
a) Trọng lượng của thiết bị này khi ở trên Mặt Trăng.
b) Tổng hợp lực nâng của động cơ và lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác dụng lên thiết bị.
c) Gia tốc của thiết bị khi cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng.
Gợi ý đáp án
a) Trọng lượng của thiết bị ở trên Mặt Trăng là: P = m g = 70 1,6 = 112 N.
b) Độ lớn hợp lực tác dụng lên thiết bị là: F = |Fn − P| = |500 − 112| = 388 N.
c) Gia tốc của thiết bị là: a = F / m = 388 / 70 = 5,543 m/s^2.
Bài 4
Gọi tên và mô tả hướng của các lực trong các tình huống thực tế sau:
a) Một vật nằm ở đáy bể.
b) Quả táo rụng xuống đất.
c) Người ngồi trên xích đu.
Gợi ý đáp án
a) Một vật nằm ở đáy bể.
Các lực tác dụng lên vật gồm:
- Trọng lực: có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới.
- Lực đẩy Ác si mét: có phương thẳng đứng, hướng từ dưới lên.
b) Quả táo rụng xuống đất.
Các lực tác dụng lên quả táo gồm:
- Trọng lực: có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới.
- Lực cản không khí (lực ma sát): có phương thẳng đứng, hướng từ dưới lên.
c) Người ngồi trên xích đu.
- Trọng lực: có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới.
- Phản lực của ghế xích đu: có phương thẳng đứng, hướng từ dưới lên.
Bài 5
Người ta thả một quả cầu kim loại vào một ống hình trụ chứa đầy dầu. Lúc đầu, quả cầu chuyển động nhanh dần. Sau một khoảng thời gian thì nó chuyển động với tốc độ không đổi. Hãy giải thích:
a) Tại sao lúc đầu quả cầu tăng tốc?
b) Tại sao sau một thời gian thì quả cầu chuyển động đều?
c) Tại sao nói nếu ống đủ cao thì vận tốc khi quả cầu chuyển động đều là vận tốc cuối của nó?
Gợi ý đáp án
a) Các lực tác dụng lên quả cầu gồm trọng lực và lực đẩy Ác si mét, áp lực của dầu. Do ban đầu trọng lực có độ lớn lớn hơn lực đẩy Ác si mét và áp lực của dầu nên vật sẽ chuyển động nhanh.
b) Sau một thời gian quả cầu càng xuống sâu, nên áp suất càng tăng dẫn đến áp lực của dầu tác dụng lên quả cầu tăng, đến khi áp lực và lực đẩy Ác si mét cân bằng với trọng lực nên quả cầu chuyển động đều.
c) Nếu ống đủ cao khi đó quả cầu sẽ có đủ thời gian để duy trì trạng thái chuyển động. Theo định luật I Newton, vật đang chuyển động đều mà hợp lực tác dụng lên vật bằng không thì vật có xu hướng bảo toàn chuyển động tức là sẽ giữ nguyên trạng thái chuyển động đều đó, vận tốc của chuyển động đều là vận tốc cuối của nó.
Bài 6
Một người kéo dây để giữ thùng hàng như hình 1. Trên hình đã biểu diễn hai lực.
a) Chỉ ra lực còn lại tạo thành cặp lực – phản lực theo định luật III Newton với mỗi lực này. Nêu rõ vật mà lực đó tác dụng lên, hướng của lực và loại lực.
b) Biểu diễn các lực tác dụng lên thùng hàng.
c) Biểu diễn các lực tác dụng lên người.
Gợi ý đáp án
a)
- Đối với thùng hàng:
- Cặp lực – phản lực là: trọng lực và lực căng của sợi dây.
- Trọng lực P của thùng hàng tác dụng vào dây treo, hướng xuống dưới.
- Lực căng dây tác dụng vào thùng hàng, hướng lên trên.
- Đối với người:
- Cặp lực – phản lực là: trọng lực và phản lực của mặt đất tác dụng lên người.
- Trọng lực P của người tác dụng vào mặt đất tạo thành áp lực, hướng xuống dưới.
- Phản lực N của mặt đất tác dụng lên người, hướng lên trên.
b) Thùng hàng chịu tác dụng của trọng lực và lực căng dây.
c) Người chịu tác dụng của trọng lực, phản lực của mặt đất và lực căng dây.
Bài 7
Độ sâu của nước trong một bể bơi thay đổi trong khoảng từ 0,80 m đến 2,40 m. Khối lượng riêng của nước là 1,00 10^3 kg/m^3 và áp suất khí quyển là 1,01 10^5 Pa.
a) Tính áp suất lớn nhất tác dụng lên mỗi điểm ở đáy bể bơi.
b) Ở đáy bể có một nắp ống thoát nước hình tròn, bán kính 10,0 cm. Tính lực cần thiết để nhấc nắp này lên, bỏ qua trọng lượng của nắp.
c) Từ kết quả ở câu b, hãy đề xuất phương án bố trí ống thoát nước của bể bơi để có thể thoát nước dễ dàng hơn.
Gợi ý đáp án
a) Áp suất ở đáy bể: p = p_o + ρgh = 1,01 10^5 + 10^3 9,8 2,4 = 124520 Pa.
b) Khi nhấc nắp thì nắp sẽ chịu tác dụng của áp lực của nước, muốn nhấc được nắp lên thì lực cần thiết phải lớn hơn hoặc bằng áp lực đó.
F = p S = 124520 π 0,1^2 = 3912 N.
c) Nắp ống thoát nước đặt ở vị trí màu đen sẽ dễ dàng thoát nước hơn, vì áp lực của nước tác dụng lên nắp đen nhỏ hơn áp lực của nước tác dụng lên nắp xanh.
Bài 8
Khối lượng riêng của thép là 7850 kg/m^3. Tính khối lượng của một quả cầu thép bán kính 0,150 m. Cho biết công thức tính thể tích của khối cầu là V = (4/3) π r^3, với r là bán kính quả cầu.
Gợi ý đáp án
Thể tích quả cầu: V = (4/3) π r^3 = (4/3) π 0,15^3 = 0,014 m^3.
Khối lượng quả cầu: m = ρ V = 7850 0,014 = 109,9 kg.
Bài 9
Một thùng hàng trọng lượng 500 N đang trượt xuống dốc. Mặt dốc tạo với phương ngang một góc 30,0°. Chọn hệ tọa độ vuông góc xOy sao cho trục Ox theo hướng chuyển động của thùng.
a) Vẽ giản đồ vectơ lực tác dụng lên thùng.
b) Tính các thành phần của trọng lực theo các trục tọa độ vuông góc.
c) Giải thích tại sao lực pháp tuyến của dốc lên thùng hàng không có tác dụng kéo thùng hàng xuống dốc?
d) Xác định hệ số ma sát trượt giữa mặt dốc và thùng hàng nếu đo được gia tốc chuyển động của thùng là 2,00 m/s^2. Bỏ qua lực cản của không khí lên thùng.
Gợi ý đáp án
a) Giản đồ vectơ lực tác dụng lên thùng:
b) Từ hình vẽ phân tích trọng lực P thành 2 lực thành phần: P_x trên trục Ox, P_y trên trục Oy. Dựa vào kiến thức toán học tính được độ lớn các lực thành phần:
P_x = P sinα = 500 sin30° = 250 N
P_y = P cosα = 500 cos30° = 250√3 N
c) Lực pháp tuyến N của dốc lên thùng hàng không có tác dụng kéo thùng hàng xuống dốc, vì:
- Khi phân tích lực pháp tuyến N trên các trục tọa độ thì trên trục Ox không có lực thành phần của N mà toàn bộ sẽ ở trên trục Oy.
- Thùng hàng chuyển động theo phương của trục Ox nên lực N không gây ra tác dụng lực lên phương chuyển động Ox.
d) Xác định hệ số ma sát trượt giữa mặt dốc và thùng hàng:
Dựa vào hình vẽ, ta có công thức: P.sinα − μ.P.cosα = m.a.
Từ đó suy ra: μ = (g.sinα − a) / (g.cosα) = tanα – a / (g.cosα).
Đặt α = 30° và a = 2,00 m/s^2, ta tính được: μ = tan30° – 2.00 / (9.8.cos30°) = 0,342.
