Giải SGK Vật lí 10 Cánh Diều Bài 4: Chuyển động biến đổi

Mở đầu (trang 32) SGK Vật Lí 10 Cánh Diều Bài 4: Để điều tra các vụ tai nạn giao thông đường bộ, có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, dựa trên cơ sở của nhiều ngành khoa học, đặc biệt là cơ sở vật lí. Người ta thử nghiệm trên bề mặt đường với các loại ô tô khác nhau để tìm gia tốc của ô tô trong khoảng cách dừng lại (khoảng cách từ lúc bánh xe không quay mà chỉ trượt trên mặt đường đến khi dừng lại). Dựa vào các vết trượt mà bánh xe để lại trên đường, dùng các công thức mô tả chuyển động, có thể suy ra được người lái xe có đi quá tốc độ cho phép khi gây tai nạn giao thông.

Họ đã dựa vào những công thức nào để suy ra được điều này?

Lời giải:

Người ta sử dụng công thức: $v^{2}-v_{0}^{2}=2as$ để xác định tốc độ của người lái xe.

Trong đó:

+ v₀ (m/s) là tốc độ trước khi phanh xe.

+ v = 0 (m/s) là tốc độ khi xe dừng lại

+ s (m) là quãng đường (độ dài vết trượt) trên mặt đường.

+ a (m/s²) là gia tốc của ô tô.

I. Công thức của chuyển động thẳng biến đổi đều

Luyện tập (trang 33) SGK Vật Lí 10 Cánh Diều Bài 4: Một chiếc ô tô có gia tốc trong khoảng cách dừng lại là -70 m/s². Ước tính khoảng cáh dừng lại nếu lúc bắt đầu trượt ô tô này đang chạy ở tốc độ 108 km/h.

Lời giải:

Đổi 108 km/h = 30 m/s

Ta có:

$v=v_{0}+at\Rightarrow t=\frac{v-v_{0}}{a}=\frac{0-30}{-7,0}=\frac{30}{7}(s)$

$d=\frac{v_{0}+v}{2}.t=\frac{30+0}{2}.\frac{30}{7}=64,3(m)$

Vậy ước tính khoảng cách dừng lại nếu lúc bắt đầu trượt ô tô này đang chạy ở tốc độ 108 km/h là 64,3 m.

Vận dụng 1 (trang 35) SGK Vật Lí 10 Cánh Diều Bài 4: Tại hiện trường vụ tai nạn trên một con đường, cảnh sát phát hiện vết trượt kéo dài 50 m. Thử nghiệm trên mặt đường này cho thấy loại ô tô đó có gia tốc trong khoảng cách dừng lại -6,5 m/s2. Biết tốc độ cho phép loại ô tô này chạy trên đường đó là 90 km/h. Ô tô này có chạy quá tốc độ cho phép không?

Lời giải:

Gọi vận tốc từ lúc xe bắt đầu trượt là v₀.

Khi dừng lại xe có vận tốc v = 0 m/s

Áp dụng công thức: $a=\frac{v^{2}-v_{0}^{2}}{2s}\Rightarrow -6,5=\frac{0^{2}-v_{0}^{2}}{2.50}\Rightarrow v_{0}=25,5m/s\approx 92km/h>90km/h$

Chứng tỏ xe này đã chạy vượt quá tốc độ cho phép (tốc độ cho phép 90 km/h)

II. Đo gia tốc rơi tự do

Vận dụng 2 (trang 37) SGK Vật Lí 10 Cánh Diều Bài 4: Đề xuất phương án và đo gia tốc rơi tự do với bộ dụng cụ:

Giá, bi thép, nam châm điện, 2 cổng quang điện, công tắc điều khiển, đồng hồ đo thời gian hiện số.

Đánh giá sơ bộ nguyên nhân ảnh hưởng đến kết quả trong thí nghiệm.

Lời giải:

* Phương án thí nghiệm:

- Lắp các dụng cụ thành bộ như hình trên.

(1) Nam châm điện                 (2) Viên bi thép

(3) Cổng quang điện               (4) Công tắc điều khiển

(5) Đồng hồ đo thời gian         (6) Giá

- Tiến hành:

+ Đặt bi thép dính vào phía dưới nam châm

+ Nhấn công tắc cho bi thép rơi

+ Đọc số chỉ thời gian rơi trên đồng hồ

+ Lặp lại thao tác với khoảng cách từ vị trí vật bắt đầu rơi đến cổng quang điện khác nhau.

* Đánh giá nguyên nhân sơ bộ ảnh hưởng đến kết quả trong thí nghiệm:

- Do tay nhấn công tắc thả viên bi thép giữa các lần đo không đều nhau

- Do yếu tố môi trường

III. Chuyển động của vật bị ném

Câu hỏi (trang 38) SGK Vật Lí 10 Cánh Diều Bài 4: Quãng đường rơi theo phương thẳng đứng và chuyển động theo phương nằm ngang của quả bóng thứ hai trên hình 4.8 được ghi ở bảng 4.3.

Sử dụng số liệu ở bảng 4.3 vẽ đồ thị với trục thẳng đứng là khoảng cách theo phương thẳng đứng, trục nằm ngang là khoảng cách theo phương nằm ngang. Chọn chiều dương hướng thẳng đứng xuống dưới và từ trái sang phải.

- Hình dạng đồ thị này giống hình dạng đồ thị nào đã học?

- Mô tả chuyển động của quả bóng này.

Trả lời:

- Dạng đồ thị này giống hình dạng đồ thị của một nhánh prabol.

- Mô tả chuyển động của quả bóng:

+ Quả bóng thứ nhất rơi theo phương thẳng đứng, quả bóng thứ hai được đẩy sang bên phải theo phương ngang. Hai quả bóng rơi đồng thời và chạm đất cùng một lúc.

+ Thời gian rơi theo phương thẳng đứng của quả bóng thứ nhất bằng thời gian của quả bóng thứ hai.