Giải SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9: Chuyển động ném

Mở đầu SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 50): Chuyển động ném là một chuyển động thường gặp trong cuộc sống như: máy bay trực thăng thr những thùng hàng cứu trợ (Hình 9.1a), vận động viên đẩy tạ (Hình 9.1b). Trong cả hai trường hợp, vật đều được ném từ một độ cao h so với mặt đất và có vận tốc đầu $\underset{v_{0}}{\rightarrow}$ hợp với phương ngang một góc α ( 0 ≤ α ≤ 900 ). Để thùng hàng rơi trúng vị trí cần thiết, quả tạ bay đi được quãng đường xa nhất, cần phải có những điều kiện gì?

Trả lời:

- Để thùng hàng rơi trúng vị trí cần thiết, quả tạ bay được quãng đường xa nhất thì cần phải có điều kiện: quỹ đạo của vật được ném đúng tầm, đúng độ cao.

1. Chuyển động ném ngang

a. Mô tả chuyển động ném ngang

Câu hỏi 1 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 50): Quan sát kết quả thí nghiệm trong Hình 9.2 và nhận xét về chuyển động của hai viên bi.

Trả lời:

- Chuyển động của viên bi vàng là chuyển động cong đường parabol, chuyển động của viên bị đỏ là chuyển động thẳng.

b. Giải thích chuyển động ném ngang

Câu hỏi 2 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 51): Lập luận để rút ra các phương trình mô tả quỹ đạo chuyển động, thời gian rơi và tầm xa của vật được ném ngang.

Trả lời:

- Xét chuyển động ném ngang trong mặt phẳng, vật luôn có gia tốc rơi tự do $\underset{g}{\rightarrow}$ thẳng đứng hướng xuống và vuông góc với vận tốc ban đầu $\underset{v_{0}}{\rightarrow}$

Chọn hệ trục tọa độ Oxy như Hình 9.4, gốc thời gian là lúc thả vật

* Trên trục Ox:

- Gia tốc: a_x = 0 nên vật chuyển động thẳng đều trên O_x.

- Vận tốc: v_x = v₀ là hằng số.

- Phương trình chuyển động: x = v₀ .t.

* Trên trục Oy:

- Gia tốc: a_y = g là hằng số nên vật chuyển động nhanh dần đều trên O_y

- Vận tốc: v_y = g.t

- Phương trình chuyển động: $y=\frac{1}{2}gt^{2}$

Câu hỏi 3 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 51): Phân biệt phương trình chuyển động và phương trình quỹ đạo của vật.

Trả lời:

- Phương trình chuyển động: x = v₀.t mô tả vị trí của vật theo phương ngang ở từng thời điểm khác nhau.

- Phương trình chuyển động: y = ½ gt²  mô tả vị trí của vật theo phương thẳng đứng ở từng thời điểm khác nhau.

Từ đây, ta có phương trình chuyển động cho biết tọa độ của vật ở đâu tại một thời điểm xác định nào đó.

- Phương trình quỹ đạo của vật có dạng: $y=\frac{g}{2v_{0}^{2}}.x^{2}$ cho biết hình dạng quỹ đạo chuyển động của vật.

Luyện tập SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 52): Từ một vách đá cao 10 m so với mặt nước biển, một bạn ném ngang một hòn đá nhỏ với tốc độ 5 m/s. Bỏ qua lực cản của không khí và lấy g = 9,81 m/s² .

a) Lập các phương trình chuyển động của hòn đá.

b) Xác định tọa độ của hòn đá sau 1 giây.

c) Xác định vị trí và tốc độ của hòn đá ngay trước khi hòn đá chạm mặt nước biển.

Lời giải:

Ta có: v₀ = 5 m/s, h = 10 m.

a) Phương trình chuyển động của hòn đá là:

+ Ox: x = v₀ .t = 5.t

+ Oy: $y=\frac{1}{2}gt^{2}=\frac{1}{2}.9,8.t^{2}=4,905.t^{2}$

b) Tọa độ của hòn đá sau 1 s là:

x = 5.t = 5.1 = 5 (m)

$y=\frac{1}{2}.9,8.t^{2}=4,905.t^{2}=4,905.1^{2}=19,62(m)$

c) Thời gian rơi của vật: $t=\sqrt{\frac{2h}{g}}=\sqrt{\frac{2.10}{9,81}}\approx 2(s)$

$y=4,905t^{2}=4,905.2^{2}=19,62(m)$

Tốc độ của hòn đá trước khi chạm mặt nước biển là:

$v=\sqrt{2gh}=\sqrt{2.9,81.10}\approx 14(m/s)$

Vận dụng SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 52): Dựa vào kinh nghiệm trong đời sống và các phương trình chuyển động ném ngang, em hãy nêu những yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa. Từ đó, phân tích cách thức tăng tầm xa khi ném ngang một vật.

Lời giải:

* Những yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa của một vật ném ngang:

- Vận tốc ném ban đầu.

- Độ cao so với mặt đất.

- Vị trí địa lí tại nơi ném (ảnh hưởng đến gia tốc trọng trường).

* Để tăng tầm xa khi ném ngang:

- Tăng vận tốc ném ban đầu.

- Tăng độ cao ném so với mặt đất.

2. Chuyển động ném xiên

Câu hỏi 4 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 52): Khi quả tạ được ném từ độ cao h sao cho vận tốc ban đầu $\underset{v_{0}}{\rightarrow}$ hợp với phương ngang một góc α, hãy dự đoán các yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa của quả tạ.

Trả lời:

Yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa của quả tạ:

+ Góc ném

+ Vận tốc ném ban đầu

+ Độ cao ném

+ Lực cản của không khí

Câu hỏi 5 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 53): Nêu những lưu ý khi làm thí nghiệm khảo sát để thu được kết quả chính xác nhất có thể.

Lưu ý khi làm thí nghiệm khảo sát để thu được kết quả chính xác nhất:

- Lựa chọn vật nặng có kích thước nhỏ để làm vật ném.

- Sử dụng dụng cụ có thể thay đổi góc bắn hoặc độ cao vật nhưng vẫn đảm bảo vận tốc ban đầu có độ lớn không đổi.

Bài tập

Bài tập 1 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 53): Một máy bay đang bay ở độ cao 5 km với tốc độ 500 km/h theo phương ngang thì thả rơi một vật. Hỏi người lái bay phải thả vật cách mục tiêu bao xa theo phương ngang để vật rơi trúng mục tiêu? Lấy g = 9,8 m/s²

Lời giải:

Ta có:

v₀ = 500 km/h = 138,89 m/s

h = 5 km = 5000 m

Người lái máy bay phải thả vật cách mục tiêu là:  $L=v_{0}\sqrt{\frac{2h}{g}}=138,89.\sqrt{\frac{2.5000}{9,8}}\approx 4436,68(m)$

Bài tập 2 SGK Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 9 (trang 53): Một vận động viên ném một quả bóng chày với tốc độ 90 km/h từ độ cao 1,75 m (Hình 9P.1). Giả sử quả bóng chày được ném ngang, lực cản của không khí là không đáng kể là lấy g = 9,8 m/s² .

a) Viết phương trình chuyển động của quả bóng chày theo hai trục Ox, Oy.

b) Quả bóng chày đạt tầm xa bao nhiêu? Tính tốc độ của nó trước khi chạm đất.

Lời giải:

a) Ta có v₀ = 90 km/h = 25 m/s; h = 1,75 m.

Phương trình chuyển động của vật:

+ Ox: x = v₀ .t = 25.t (m)

+ Oy: $y=\frac{1}{2}gt^{2}=\frac{1}{2}.9,8t^{2}=4,9.t^{2}(m)$

b) Tầm xa của quả bóng là: $L=v_{0}.\sqrt{\frac{2h}{g}}=25.\sqrt{\frac{2.1,75}{9,8}}\approx 14,94(m)$

Tốc độ của quả bóng trước khi chạm đất: $v=\sqrt{2.g.h}=\sqrt{2.9,8.1,75}\approx 5,86(m/s)$