Giải Vật lí 10 Bài 4 (Kết nối tri thức): Độ dịch chuyển và quãng đường đi được

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 4: Độ dịch chuyển và quãng đường đi được

Video giải Vật lí lớp 10 Bài 4: Độ dịch chuyển và quãng đường đi được

Khởi động trang 21 Vật Lí 10: Một ô tô đi tới điểm O của một ngã tư đường có 4 hướng: Đông, Tây, Nam, Bắc với tốc độ không đổi 36 km/h. Nếu ô tô đi tiếp thì sau 10 s:

a) Quãng đường đi tiếp của ô tô là bao nhiêu mét?

b) Vị trí của ô tô ở điểm nào trên hình vẽ?

Lời giải:

Đổi 36 km/h = 10 m/s.

a) Quãng đường đi tiếp của ô tô sau 10s: $s=v.t=10.10=100\left(m\right).$

b) Nếu ô tô đi về hướng Bắc thì tới điểm B, đi về hướng Nam thì tới điểm E, đi về hướng Đông thì tới điểm L, đi về hướng Tây thì tới điểm H. Do không biết ô tô đi về hướng nào nên ta không thể khẳng định được sau 10s ô tô ở điểm nào.

I. Vị trí của vật chuyển động tại các thời điểm

Câu hỏi trang 22 Vật Lí 10: Hãy dùng bản đồ Việt Nam và hệ tọa độ địa lí, xác định vị trí của thành phố Hải Phòng so với vị trí của Thủ đô Hà Nội.

Lời giải:

Chọn mốc O tại thủ đô HN, dùng thước đo OA và nhân với tỉ lệ xích của bản đồ và đo góc hợp bởi đoạn OA với trục hoành. Khi đó xác định được vị trí của Hải Phòng cách trung tâm thủ đô Hà Nội 120 km về phía Ðông Đông – Bắc.

Câu hỏi trang 22 Vật Lí 10: Xác định vị trí của vật A trên trục Ox vẽ ở Hình 4.3 tại thời điểm 11 h. Biết vật chuyển động thẳng, mỗi giờ đi được 40 km.

Lời giải:

Tốc độ của vật: $v=40\left(km/h\right)$

Thời gian vật đi được từ lúc t₀ = 8h đến t₁ = 11h là: $\Delta t=t_1-t_0=3\left(h\right)$

Quãng đường vật đi trong khoảng thời gian trên là: $\Delta s=v.\Delta t=120\left(km\right).$

Vậy lúc 11h vật đến vị trí A cách O 120 km.

II. Độ dịch chuyển

Câu hỏi trang 23 Vật Lí 10: Hãy xác định các độ lớn độ dịch chuyển mô tả ở Hình 4.5 trong tọa độ địa lí.

Lời giải:

d₁ cho biết vật di chuyển về hướng Bắc một đoạn 200 m.

d₂ cho biết vật di chuyển hướng Đông Bắc (hợp với phương ngang góc 45^o) một đoạn 200 m.

d₃ cho biết vật di chuyển về hướng Đông một đoạn 300 m.

d₄ cho biết vật di chuyển về hướng Tây một đoạn 100 m.

III. Phân biệt độ dịch chuyển và quãng đường đi được

Hoạt động1 trang 23 Vật Lí 10: Hãy so sánh độ lớn của độ dịch chuyển và quãng đường đi được của ba chuyển động ở Hình 4.6

Lời giải:

- Độ dịch chuyển của 3 chuyển động như nhau vì cả 3 chuyển động đều có chung điểm xuất phát và điểm kết thúc.

- Quãng đường đi được của xe sắp xếp theo thứ tự giảm dần: xe 3 (ô tô), xe 1 (xe máy), xe 2 (người đi bộ).

Hoạt động2 trang 23 Vật Lí 10: Theo em, khi nào độ lớn của độ dịch chuyển và quãng đường đi được của một chuyển động bằng nhau?

Lời giải:

Độ lớn của độ dịch chuyển và quãng đường đi được của một chuyển động bằng nhau khi xe chuyển động thẳng theo một chiều.

Câu hỏitrang 24 Vật Lí 10: Bạn A đi xe đạp từ nhà qua trạm xăng, tới siêu thị mua đồ rồi quay về nhà cất đồ, sau đó đi xe đến trường (Hình 4.7).

1. Chọn hệ tọa độ có gốc là vị trí nhà bạn A, trục Ox trùng với đường đi từ nhà bạn A tới trường.

a) Tính quãng đường đi được và độ dịch chuyển của bạn A khi đi từ trạm xăng tới siêu thị.

b) Tính quãng đường đi được và độ dịch chuyển của bạn A trong cả chuyến đi trên.

2. Vẽ bảng 4.1 vào vở và ghi kết quả tính được ở câu 1 vào các ô trống thích hợp.

3. Hãy dựa vào bảng kết quả trên để kiểm tra dự đoán của em trong câu hỏi 2 cuối trang 23 là đúng hay sai.

Lời giải:

1. Chọn hệ tọa độ có gốc là vị trí nhà bạn A, trục Ox trùng với đường đi từ nhà bạn A tới trường

a. Khi đi từ trạm xăng tới siêu thị thì quãng đường đi được bằng với độ dịch chuyển và bằng: $s_1=d_1=800-400=400\left(m\right).$

b. Trong cả chuyến đi quãng đường đi được của A:

$s_2=2s_{N-S}+s_{N-T}=2.800+1200=2800\left(m\right).$

Độ dịch chuyển của A là đoạn đường đo từ lúc bắt đầu xuất phát tại N đến vị trí cuối cùng là trường tại T nên có $d_{N-T}=1200\left(m\right).$

2.

Chuyển động	Quãng đường đi được	Độ dịch chuyển
Từ trạm xăng đến siêu thị	400 m	400 m
Cả chuyến đi	2800 m	1200 m

3. Dự đoán đưa ra là đúng.

IV. Tổng hợp độ dịch chuyển

Câu hỏi 1 trang 25 Vật Lí 10: Một người lái ô tô đi thẳng 6 km theo hướng Tây, sau đó rẽ trái đi thẳng theo hướng Nam 4 km rồi quay sang hướng Đông đi 3 km. Xác định quãng đường đi được và độ dịch chuyển của ô tô.

Lời giải:

Mô tả chuyển động trên hình vẽ:

Quãng đường xe đi được: $s=AB+BC+CD=6+4+3=13\left(km\right)$

Độ dịch chuyển: $d=AD=\sqrt{{\left(6-3\right)}^2+4^2}=5\left(km\right)$theo hướng Tây - Nam

Câu hỏi 2 trang 25 Vật Lí 10: Một người bơi ngang từ bờ bên này sang bờ bên kia của một dòng sông rộng 50 m có dòng chảy theo hướng từ Bắc xuống Nam. Do nước sông chảy mạnh nên khi sang đến bờ bên kia thì người đó đã trôi xuôi theo dòng nước 50 m. Xác định độ dịch chuyển của người đó.

Lời giải:

Người bơi ngang theo hướng AB nhưng do nước chảy mạnh nên người bị trôi xuôi dòng nước 50 m đến vị trí C. Độ dịch chuyển của người là đoạn AC.

$\Rightarrow d=\sqrt{A{B}^2+B{C}^2}=50\sqrt{2}\left(m\right)$hướng 45⁰ Đông – Nam.

Em có thể trang 25 Vật Lí 10: Xác định được vị trí của một địa điểm trên bản đồ.

Lời giải:

Chọn một vị trí làm mốc, chọn hệ tọa độ trùng với hệ tọa độ địa lí để xác định vị trí của một điểm trên bản đồ.

Ví dụ: Bắc Ninh cách Hà Nội 30 km theo hướng Đông Đông Bắc.

I. Vị trí của vật chuyển động tại các thời điểm

- Khi vật chuyển động thì vị trí của vật so với vật được chọn làm mốc thay đổi theo thời gian.

Chuyển động của thuyền là sự thay đổi vị trí theo thời gian của thuyền

so với vật làm mốc là cây cối ven sông

- Để xác định vị trí của vật, người ta dùng hệ tọa độ vuông góc có gốc là vị trí của vật làm mốc, trục hoành Ox và trục tung Oy. Các giá trị trên các trục tọa độ được xác định theo một tỉ lệ xác định.

- Trong thực tế, người ta thường chọn hệ tọa độ trùng với hệ tọa độ địa lí, có gốc là vị trí của vật mốc, trục hoành là đường nối hai hướng địa lí Tây – Đông, trục tung là đường nối hai hướng địa lí Bắc – Nam

Ví dụ: Nếu OA = 2cm và tỉ lệ là $\frac{1}{1000}$ thì vị trí của điểm A cách điểm gốc 20 m theo hướng 45⁰ Đông - Bắc $\mathrm{A}(\mathrm{d}=20\mathrm{m};{45}^{\mathrm{o}}$ Đông – Bắc).

Hệ tọa độ địa lí

- Để xác định thời điểm, người ta phải xác định một mốc thời gian, đo khoảng thời gian từ thời điểm được chọn làm mốc đến thời điểm cần xác định.

Ví dụ: Nếu chọn mốc thời gian là ${\mathrm{t}}_{\mathrm{o}}=8\mathrm{h}$ và thời gian chuyển động là $\mathrm{\Delta t}=2\mathrm{h}$, thì thời điểm khi kết thúc chuyển động là ${\mathrm{t}}_{\mathrm{n}}={\mathrm{t}}_{\mathrm{o}}+\mathrm{\Delta t}=10\mathrm{h}$

- Hệ tọa độ kết hợp với mốc thời gian và đồng hồ đo thời gian được gọi là hệ quy chiếu.

- Khi vật chuyển động trên đường thẳng thì chỉ cần hệ tọa độ có điểm gốc O (vị trí của vật mốc) và trục x trùng với quỹ đạo chuyển động của vật.

II. Độ dịch chuyển

- Độ dịch chuyển là đại lượng vừa cho biết độ dài vừa cho biết hướng của sự thay đổi vị trí của vật.

- Độ dịch chuyển được biểu diễn bằng một mũi tên nối vị trí đầu và vị trí cuối của chuyển động, có độ dài tỉ lệ với độ lớn của độ dịch chuyển. Kí hiệu của độ dịch chuyển là $\overrightarrow{\mathrm{d}}$

III. Phân biệt quãng đường đi được và độ dịch chuyển

- Chuyển động là sự thay đổi vị trí của vật. Trong nhiều trường hợp, quãng đường đi được không thể dùng để mô tả sự thay đổi vị trí của vật.

- Trong bản đồ, khi di chuyển từ Thành phố Cà Mau đến Quảng Trị bằng xe ô tô, chúng có có quãng đường đi được (đường màu xanh) là 1394 km, trong khi độ dịch chuyển (mũi tên màu đỏ) thì ngắn hơn rất nhiều.

Ví dụ: Hình dưới đây mô tả quãng đường đi từ A đến B (đường nét đứt màu xanh) lớn hơn độ dịch chuyển (đường nét liền màu đỏ).

- Độ dịch chuyển và quãng đường đi được trùng nhau khi vật chuyển động thẳng và không đổi chiều chuyển động.

IV. Tổng hợp độ dịch chuyển

Có thể dùng phép cộng vectơ để biểu diễn độ dịch chuyển của vật.

Ví dụ: Hai người đi xe đạp từ A đến C, người thứ nhất đi theo đường từ A đến B, rồi từ B đến C; người thứ 2 đi thẳng từ A đến C. Cả hai đều về đích cùng một lúc.

Hãy tính quãng đường đi được và độ lớn độ dịch chuyển của người thứ nhất và người thứ hai. So sánh và nhận xét kết quả.

- Dựa vào tính toán ta có bảng số liệu sau:

- Nhận xét kết quả thu được

+ Sự dịch chuyển của người thứ nhất và thứ hai là như nhau, từ A đến C nên cả hai người có cùng độ dịch chuyển.

+ Tuy về đích cùng một lúc, nhưng người thứ nhất đi nhanh hơn vì phải đi quãng đường dài hơn.

+ Nếu chỉ chú ý đến sự thay đổi vị trí thì phải coi cả hai đều thay đổi vị trí nhanh như nhau.