Giải Vật lí 10 Bài 1 (Cánh diều): Lực và gia tốc

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 1: Lực và gia tốc

Mở đầu

Mở đầu trang 43 Vật lí 10:

Hình 1.1 là một chiếc siêu xe. Nhà sản xuất công bố nó có thể tăng tốc từ 0 km/h đến 100 km/h trong khoảng thời gian dưới 2 giây, tăng tốc từ 0 km/h đến 300 km/h trong khoảng thời gian dưới 12 giây. Tốc độ tối đa khoảng 350 km/h. Một trong những thông số mà các nhà sản xuất ô tô thường cạnh tranh là giảm thời gian tăng tốc. Mối liên hệ giữa lực và gia tốc là cơ sở để các nhà sản xuất cải tiến ô tô nhằm giảm thời gian tăng tốc.

Vậy làm thế nào để rút ngắn thời gian tăng tốc của ô tô?

Lời giải:

Có thể rút ngắn thời gian tăng tốc của ô tô bằng cách tăng lực tác dụng (tăng sức mạnh của động cơ) hoặc làm giảm khối của xe.

I. Liên hệ giữa gia tốc với lực và khối lượng

Câu hỏi 1 trang 44 Vật lí 10:

Từ số liệu của bảng 1.1, hãy chỉ ra mối liên hệ giữa gia tốc của xe với lực tác dụng lên nó.

Lời giải:

Khi lực tác dụng tăng thì gia tốc của xe tăng.

Câu hỏi 2 trang 44 Vật lí 10:

Để khảo sát sự phụ thuộc của gia tốc vào khối lượng, ta cần thực hiện thí nghiệm như thế nào?

Lời giải:

Để khảo sát sự phụ thuộc của gia tốc vào khối lượng, ta cần thực hiện thí nghiệm thay đổi khối lượng của vật, giữ nguyên độ lớn lực tác dụng, đo gia tốc của vật.

Lập bảng số liệu

Khối lượng
Gia tốc

Tìm hiểu thêm trang 45 Vật lí 10:

Ngoài lực của động cơ, thời gian tăng tốc của ô tô phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như điều kiện mặt đường thử nghiệm, khối lượng xe, điều kiện thời tiết, lốp xe, độ cao so với mực nước biển, vv… Mẫu xe điện có thời gian tăng tốc nhanh nhất được thử nghiệm đã tăng tốc từ 0 km/h đến 97,0 km/h trong 1,98 giây. Hãy tính gia tốc của xe và lực để tạo ra gia tốc đó. Coi xe chuyển động biến đổi đều và khối lượng của mẫu xe này là 2,00 tấn.

Hãy tìm hiểu thêm về hai mẫu xe khác và tính các kết quả tương tự cho mỗi xe.

Lời giải:

a) Đổi 97 km/h = 26,94 m/s.

Gia tốc của xe khi tăng tốc từ 0 đến 97 km/h trong thời gian 1,98 giây là

$a=\frac{26,94-0}{1,98}=13,61$ m/s²

Lực tác dụng lên xe là F = ma = 2000.13,61 = 27220 N

b) Các ví dụ khác

- Xe DBS Superleggera có khối lượng 1800 kg có thể tăng tốc từ 0 đến 100 km/h chỉ trong 3,4 giây.

Gia tốc của xe trong 3,4 giây tăng tốc là $a=\frac{\frac{100000}{3600}-0}{3,4}=8,17$(m/s²)

Lực của xe khi đó là F = ma = 1800.8,17 = 14706 N

- Xe SF90 Stradale có khối lượng 1600 kg tăng tốc từ 0 đến 100 km/h chỉ trong 2,5 giây.

Gia tốc của xe trong 2,5 giây tăng tốc là $a=\frac{\frac{100000}{3600}-0}{2,5}=11,11$(m/s²)

Lực của xe khi đó là F = ma = 1600.11,11 = 17777,78 N

II. Đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất

Vận dụng 1 trang 46 Vật lí 10:

Thông số của một mẫu xe ô tô được cung cấp như bảng dưới đây.

a) Hãy đổi các thông số về độ dài, khối lượng, tốc độ ở bảng trên sang giá trị theo đơn vị đo trong hệ SI.

b) Tính lực tác dụng để mẫu xe trên chở đủ tải trọng và tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến tốc độ tối ưu trong 2 giây.

Lời giải:

a)

b) Tổng khối lượng của xe và tải trọng là m = 2140 + 710 = 2850 kg.

Lực tác dụng để xe có thể đạt tốc độ tối đa trong 2 giây là

F = ma = m.$\frac{v-0}{t}=2850.\frac{22,22-0}{2}$= 31663,5 N

Luyện tập

Luyện tập trang 47 Vật lí 10:

Hãy chỉ ra tổ hợp đơn vị cơ sở của đơn vị dẫn xuất niutơn.

Lời giải:

Ta có F = m.a

[N] = [kg].[m/s²]

Vận dụng 2 trang 47 Vật lí 10:

Chứng tỏ rằng các công thức ở chủ đề trước không vi phạm về đơn vị:

a) $s=v_{o}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

b) $s=\frac{v^2-v_0^2}{2a}$

Lời giải:

a) [m] = [m/s].[s] + [m/s²].[s²] = [m]

b) [m] = $\frac{{\left.m/s\right]}^2-{\left.m/s\right]}^2}{\text{[}m/s^2\text{]}}=$[m]

I. Liên hệ giữa gia tốc với lực và khối lượng

- Lực có thể làm thay đổi độ nhanh chậm hoặc hướng của chuyển động. Ta nói rằng lực có thể gây ra gia tốc cho vật.

- Ví dụ khảo sát: Sử dụng xe có khối lượng không đổi m = 0,334 (kg), thay đổi giá trị F của lực tác dụng lên xe và xác định giá trị a của gia tốc xe.

- Kết quả thí nghiệm: $a~F$

- Ví dụ: Sử dụng xe có khối lượng khác nhau, kết quả đo giá trị a của gia tốc khi lực có giá trị như nhau ta được bảng:

- Kết quả thí nghiệm: $a~\frac{1}{m}$$\Rightarrow a=\frac{F}{m}$

Kết luận:

- Độ lớn gia tốc của một vật có khối lượng xác định tỉ lệ thuận với độ lớn của lực gây ra gia tốc cho vật.

- Một lực có độ lớn xác định gây ra cho các vật có khối lượng khác nhau các gia tốc có độ lớn tỉ lệ nghịch với khối lượng của mỗi vật.

II. Đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn suất

- Mọi phép đo phải được thực hiện trên cùng một hệ đơn vị.

- Trong hệ SI có 7 đơn vị là đơn vị cơ bản.

- Các đơn vị khác đều có thể được biểu diễn qua các đơn vị cơ bản và được gọi là đơn vị dẫn xuất.

- Đơn vị dẫn xuất để đo một đại lượng được xác định bằng cách sử dụng định nghĩa hoặc biểu thức tính của đại lượng đó.

III. Định nghĩa đơn vị lực.

- Một Niuton là độ lớn của một lực gây ra gia tốc 1m/s² cho vật có khối lượng 1kg. Do đó 1N = 1kg. 1m/s² = 1kg.m/s²