Giải Vật lí 10 Bài 3 (Cánh diều): Gia tốc và đồ thị vận tốc – thời gian

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 3: Gia tốc và đồ thị vận tốc – thời gian

Video giải Vật lí lớp 10 Bài 3: Gia tốc và đồ thị vận tốc – thời gian

Mở đầu

Mở đầu trang 27 Vật lí 10:

Báo đốm (hình 3.1) có tốc độ tối đa khoảng 30 m/s. Từ lúc đứng yên, sau một vài bước nhảy, một con báo đốm có thể đạt tốc độ 20 m/s chỉ sau 2 s.

Một chiếc ô tô thông thường thì không thể tăng tốc nhanh như vậy trong 2 s, nhưng trên một con đường thẳng và dài, nó có thể dễ dàng đi nhanh hơn một con báo.

Bạn hiểu thế nào là tăng tốc độ?

Lời giải:

Tăng tốc độ có thể hiểu là sự thay đổi của tốc độ theo thời gian, cụ thể là tốc độ lớn dần theo thời gian.

I. Gia tốc

Câu hỏi 1 trang 28 Vật lí 10:

Một ô tô tăng tốc từ lúc đứng yên, sau 6,0 s đạt vận tốc 18 m/s. Tính độ lớn gia tốc của ô tô.

Lời giải:

Gia tốc của ô tô là $a_1=\frac{18-0}{6}=3m/s^2$

Độ lớn gia tốc của ô tô là 3 m/s².

Câu hỏi 2 trang 28 Vật lí 10:

Người lái xe ô tô hãm phanh để xe giảm tốc độ từ 23 m/s đến 11 m/s trong 20 s. Tính độ lớn của gia tốc.

Lời giải:

Gia tốc của ô tô khi hãm phanh là $a_2=\frac{11-23}{20}=-0,6$(m/s²)

Độ lớn gia tốc ô tô khi hãm phanh là: 0,6 m/s².

Luyện tập

Luyện tập 1 trang 28 Vật lí 10:

Trong một cuộc thi chạy, từ trạng thái đứng yên, một vận động viên chạy với gia tốc 5,0 m/s² trong 2,0 giây đầu tiên. Tính vận tốc của vận động viên sau 2,0 s.

Lời giải:

Từ trạng thái đứng yên, một vận động viên chạy với gia tốc 5,0 m/s² trong 2,0 giây đầu tiên.

Vận tốc của vận động viên sau 2,0 s là v = 5,0.2,0 = 10,0 m/s

II. Vẽ đồ thị vận tốc – thời gian trong chuyển động thẳng

Câu hỏi 3 trang 29 Vật lí 10:

Một người lái ô tô đang đi với tốc độ ổn định trên đường cao tốc, chợt nhìn thấy tín hiệu báo có nguy hiểm ở phía trước nên dần dần giảm tốc độ. Ô tô tiến thêm một đoạn thì người này thấy một tai nạn đã xảy ra và phanh gấp để dừng lại. Vẽ phác đồ thị vận tốc – thời gian để biểu diễn chuyển động của ô tô này.

Lời giải:

Ban đầu, ô tô đang đi với tốc độ ổn định (đường màu đỏ), sau đó giảm dần tốc độ (đường màu vàng), sau đó ô tô phanh gấp, tốc độ giảm dần về 0 (đường màu xanh) và xe dừng lại.

Câu hỏi 4 trang 29 Vật lí 10:

Từ độ dốc của đồ thị vận tốc – thời gian của chuyển động thẳng trên hình 3.3, hình nào tương ứng với mỗi phát biểu sau đây?

1. Độ dốc dương, gia tốc không đổi.

2. Độ dốc lớn hơn, gia tốc lớn hơn.

3. Độ dốc bằng không, gia tốc a = 0.

4. Độ dốc âm, gia tốc âm (chuyển động chậm dần).

Lời giải:

1. Độ dốc dương, gia tốc không đổi

2. Độ dốc lớn hơn, gia tốc lớn hơn

3. Độ dốc bằng không, gia tốc a = 0.

4. Độ dốc âm, gia tốc âm (chuyển động chậm dần).

III. Tính gia tốc và độ dịch chuyển từ đồ thị vận tốc – thời gian

1. Tính gia tốc từ đồ thị vận tốc – thời gian

2. Tính độ dịch chuyển từ đồ thị vận tốc – thời gian

Luyện tập 2 trang 30 Vật lí 10:

Bảng 3.2 liệt kê một số giá trị vận tốc của người đi xe máy trong quá trình thử tốc độ dọc theo một con đường thẳng.

Bảng 3.2

Vận tốc (m/s)	0	15	30	30	20	10	0
Thời gian (s)	0	5	10	15	20	25	30

a) Vẽ đồ thị vận tốc – thời gian cho chuyển động này.

b) Từ những số đo trong bảng, hãy suy ra gia tốc của người đi xe máy trong 10 s đầu tiên.

c) Kiểm tra kết quả tính được của bạn bằng cách tìm độ dốc của đồ thị trong 10 s đầu tiên.

d) Xác định gia tốc của người đi xe máy trong thời gian 15 s cuối cùng.

e) Sử dụng đồ thị để tìm tổng quãng đường đã đi trong quá trình thử tốc độ.

Lời giải:

Bảng 3.2

Vận tốc (m/s)	0	15	30	30	20	10	0
Thời gian (s)	0	5	10	15	20	25	30

a) Đồ thị vận tốc – thời gian

b) Trong 10 giây đầu tiên, gia tốc là $a_1=\frac{30-0}{10-0}=3_{}m/s^2$

c) Độ dốc của đồ thị trong 10 giây đầu tiên là $a=\frac{30}{10}=3_{}m/s^2$

Độ dốc của đồ thị trong 10 giây đầu tiên bằng độ lớn gia tốc đã tính ở ý b)

d) Gia tốc trong 15 giây cuối cùng là $a_2=\frac{0-30}{15}=-2$m/s²

e) Quãng dường đi được chính là diện tích hình thang giới hạn bởi đồ thị và trục Ot, ta có

$S=\frac{(5+30).30}{2}={525}_{}m$

Vận dụng trang 31 Vật lí 10:

Đồ thị vận tốc – thời gian (hình 3.7) biểu diễn chuyển động thẳng của ô tô trong khoảng thời gian 30 s.

a) Mô tả chuyển động của ô tô.

b) Từ đồ thị, xác định vận tốc ban đầu và vận tốc cuối cùng của ô tô trong thời gian 30 s.

c) Xác định gia tốc a của ô tô.

d) Bằng cách tính diện tích dưới đồ thị, hãy xác định độ dịch chuyển của ô tô.

e) Tính độ dịch chuyển của ô tô bằng công thức $d=v_{o}t+\frac{1}{2}a{t}^2$. So sánh với kết quả ở phần d.

Lời giải:

a) Ô tô chuyển động chậm dần, vận tốc giảm dần theo thời gian.

b) Tốc độ đầu (ở t = 0s) là 20 m/s; tốc độ cuối (ở t = 30 s) là 8 m/s.

c) Gia tốc của ô tô là $a=\frac{8-20}{30}=-0,4$m/s²

d) Độ dịch chuyển của ô tô là diện tích dưới đồ thị, là diện tích hình thang

$S=\frac{(8+20).30}{2}=420$ m

e) Áp dụng công thức dịch chuyển của ô tô bằng công thức $d=v_{o}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

$d=20.30+\frac{1}{2}.(-0,4){.30}^2={420}_{}m$.

I. Gia tốc

- Bất kì vật nào có tốc độ thay đổi hoặc đang đổi hướng chuyển động đều có gia tốc.

- Gia tốc là độ thay đổi vận tốc trong một đơn vị thời gian.

- Biểu diễn bằng kí hiệu: $\overrightarrow{a}=\frac{\Delta \overrightarrow{v}}{\Delta \overrightarrow{t}}$

Với $\Delta \overrightarrow{v}$ là độ thay đổi vận tốc.

- Gia tốc xét như trên là gia tốc trung bình. Nếu khoảng thời gian là rất nhỏ thì gia tốc được gọi là gia tốc tức thời.

- Gia tốc là đại lượng vecto. Khi xác định gia tốc, cần xác định cả độ lớn và hướng của nó.

- Đơn vị đo của gia tốc là m/s²

II. Vẽ đồ thị vận tốc- thời gian trong chuyển động thẳng.

- Biểu diễn tốc độ thay đổi vận tốc của một vật chuyển động bằng cách vẽ đồ thị vận tốc - thời gian.

- Độ dốc của đồ thị vận tốc – thời gian có giá trị bằng gia tốc của chuyển động.

- Độ dốc càng lớn, gia tốc càng lớn. Nếu độ dốc là âm và vật đang chuyển động với vận tốc theo chiều được quy ước là dương thì gia tốc của vật đạt giá trị âm, nghĩa là vật đang chuyển động chậm dần

- Ví dụ về đồ thị vận tốc - thời gian của chuyển động thẳng.

III. Tính gia tốc và độ dịch chuyển từ đồ thị vận tốc - thời gian

1. Tính gia tốc từ đồ thị vận tốc - thời gian

Ví dụ: Đồ thị vận tốc – thời gian của vật được biểu diễn

- Trong 5s đầu tiên gia tốc có giá trị không đổi

$a=\frac{\Delta v}{\Delta t}=\frac{20-0}{5}=4m/s^2$

2. Tính độ dịch chuyển từ đồ thị vận tốc- thời gian.

- Độ lớn độ dịch chuyển = diện tích dưới đồ thị vận tốc – thời gian.

Ví dụ:

- Chuyển động thẳng với vận tốc không đổi: Độ dịch chuyển bằng tích của vận tốc và thời gian có giá trị bằng diện tích của hình chữ nhật.

Độ dịch chuyển bằng = 20m/s x 15s = 300 m

- Chuyển động thẳng với vận tốc biến đổi đều:

Độ dịch chuyển là diện tích tam giác được tô màu: $d=\frac{1}{2}\times 10m/s\times 5s=25m$