Giải SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7: Gia tốc - Chuyển động thẳng biến đổi đều

Mở đầu SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 40): Trong giải đua xe F1 (Hình 7.1) các tay đua phải hoàn thành một chặng đua dài khoảng 300 km trong khoảng thời gian ngắn nhất. Trong quá trình đua, các tay đua bắt buộc phải vào trạm dừng thay lốp mới và nạp thêm nhiên liệu. Trong khoảng thời gian từ khi xe vào trạm dừng đến khi xe tăng tốc trở lại đường đua, ta thấy vận tốc của xe đã có sự thay đổi rõ rệt. Đại lượng nào đặc trưng cho sự thay đổi vận tốc của xe?

Trả lời:

- Gia tốc là đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi vận tốc của xe.

1. Đồ thị vận tốc - thời gian trong chuyển động thẳng và khái niệm gia tốc

a. Thí nghiệm khảo sát chuyển động thẳng tiến đổi

Câu hỏi 1 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 40): Làm thế nào ta có thể xác định được vận tốc tức thời dựa vào phương án thí nghiệm gợi ý?

Trả lời: 

- Để xác định được vận tốc tức thời, ta cần đo được độ dịch chuyển trong những khoảng thời gian ngắn bằng nhau.

Câu hỏi 2 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 41): Cần chọn gốc tọa độ, gốc thời gian như thế nào để việc xác định độ dịch chuyển và thời điểm trong thí nghiệm được thuận tiện?

Trả lời: 

- Chọn gốc tọa độ và gốc thời gian tại vị trí cổng quang điện A.

Câu hỏi 3 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 41): Dựa vào bảng số liệu, hãy xác định giá trị trung bình và sai số của phép đo thời gian viên bi chuyển động từ A đến B và thời gian chắn cổng quang điện B. Từ đó xác định giá trị trung bình và sai số của vận tốc tức thời tại B ứng với từng giá trị độ dịch chuyển. Vẽ đồ thị vận tốc tức thời tại B theo thời gian chuyển động tAB vào giấy kẻ ô.

Trả lời:

Vẽ đồ thị vận tốc tức thời tại B theo thời gian t_B

b. Gia tốc

Câu hỏi 4 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 42): Nêu một số ví dụ khác về chuyển động có vận tốc thay đổi theo thời gian.

Trả lời:

+ Một tàu hỏa bắt đầu xuất phát từ nhà gas và chuyển động nhanh dần

+ Một viên bi rơi từ trên cao xuống dưới, chuyển động nhanh dần

+ Một xe máy đang đi trên đường, gặp vật cản thì phanh gấp

Luyện tập SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 43): Một xe buýt bắt đầu rời khỏi bến, khi đang chuyển động thẳng đều thì thấy một chướng ngại vật, người lái xe hãm phanh để dừng lại. Hãy nhận xét tính chất chuyển động của xe buýt, mối liên hệ về hướng của vận tốc và gia tốc từ lúc bắt đầu chuyển động cho tới khi dừng lại.

Lời giải:

- Khi bắt đầu chuyển động thì vận tốc của xe có độ lớn tăng dần, vận tốc và gia tốc trong giai đoạn này cùng hướng.

- Khi xe chuyển động thẳng đều thì vận tốc có hướng và độ lớn không thay đổi, gia tốc trong giai đoạn này bằng 0.

- Khi xe hãm phanh để dừng lại, vận tốc của xe có độ lớn giảm dần, hướng không đổi, vận tốc và gia tốc trong giai đoạn này ngược hướng.

Vận dụng SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 43): Trong cuộc đua xe F₁, hãy giải thích tại sao ngoài tốc độ tối đa thì gia tốc của xe cũng là một yếu tố rất quan trọng quyết định kết quả cuộc đua.

Lời giải:

- Nếu vecto a và vecto v cùng chiều thì xe đi nhanh hơn do xe được tác dụng thêm một lực cùng chiều với hướng chuyển động của xe và ngược lại nếu vecto a và vecto v ngược chiều thì xe sẽ bị một lực cản trở làm xe đi chậm hơn.

c. Vận dụng đồ thị (v - t) để xác định độ dịch chuyển

Câu hỏi 5 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 44): Nhận xét về tính chất chuyển động của vật có đồ thị (v – t) được biểu diễn trong Hình 7.7

Trả lời:

Từ A đến B, vật chuyển động nhanh dần đều

Từ B đến D, vật chuyển động thẳng đều

Từ D đến F, vật chuyển động chậm dần đều

Luyện tập SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 44): Một người chạy xe máy theo một đường thẳng và có vận tốc theo thời gian được biểu diễn bởi đồ thị (v – t) như hình 7.8. Xác định:

a) Gia tốc của người này tại các thời điểm 1 s, 2,5 s và 3,5 s.

b) Độ dịch chuyển của người này từ khi bắt đầu chạy đến thời điểm 4 s.

Lời giải:

a. 

$t=1s:a=\frac{2-0}{1-0}=2m/s^{2}$

$t=2,5s:a=\frac{4-4}{2,5-2}=0m/s^{2}$

$t=3,5s:a=\frac{3-4}{3,5-3}=-2m/s^{2}$

b. 

Độ dịch chuyển của người này từ khi bắt đầu chạy đến thời điểm 4 s bằng diện tích của phần dưới đồ thị đường màu đỏ:

d = S_∆OAE + S_ABCD + S_EADF

$\Rightarrow d=\frac{1}{2}.2.1+\frac{1}{2}.(3-2+4-1).(4-2)+(2-0).(4-1)=11m$

2. Các phương trình của chuyển động thẳng biến đổi đều

Câu hỏi 6 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 7 (trang 45): Rút ra phương trình liên hệ giữa gia tốc, vận tốc và độ dịch chuyển.

Trả lời: