Bài 15: Định luật 2 Newton | Giải bài tập Vật lý 10 | Chương 3: Động Lực Học - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

Khởi động trang 63 Vật Lí 10: Đẩy một xe chở hàng cho nó chuyển động và nhận xét xem gia tốc của xe tăng hay giảm, nếu:

a) Giữ nguyên lực đẩy nhưng khối lượng xe tăng lên (Hình a và b).

b) Giữ nguyên khối lượng nhưng lực đẩy tăng lên (Hình b và c).

Lời giải:

a) Khi giữ nguyên lực đẩy nhưng khối lượng xe tăng lên thì gia tốc của xe giảm.

b) Khi giữ nguyên khối lượng nhưng lực đẩy tăng lên thì gia tốc của xe tăng.

II. Khối lượng và quán tính

Câu hỏi 1 trang 64 Vật Lí 10: Nêu một số ví dụ cho thấy khối lượng của vật càng lớn thì mức quán tính của vật càng lớn. Điều này có ý nghĩa gì trong thực tiễn?

Lời giải:

Ví dụ cho thấy khối lượng của vật càng lớn thì mức quán tính của vật càng lớn.

- Trường hợp xe ô tô con và xe tải chuyển động cùng vận tốc, tuy nhiên, khi hãm phanh lại với lực cùng độ lớn thì xe tải sẽ có thời gian dừng lại lâu hơn.

- Một người tác dụng cùng một lực vào cái ghế nhựa và cái ghế gỗ thì thấy ghế nhựa chuyển động được một đoạn dài hơn do ghế nhựa có khối lượng nhỏ hơn ghế gỗ nên dễ thay đổi vận tốc hơn.

- Ý nghĩa trong thực tiễn:

+ Cho phép ta so sánh được khối lượng của những vật làm bằng các chất khác nhau. Chúng sẽ có khối lượng và gia tốc bằng nhau nếu như dưới tác dụng của hợp lực như nhau.

+ Dựa vào mối quan hệ giữa khối lượng và quán tính, người ta có thể đưa ra các giới hạn về tốc độ cho các phương tiện tham gia giao thông trên các đoạn đường có địa hình khác nhau.

Câu hỏi 2 trang 64 Vật Lí 10: Cho đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa các lực tác dụng lên một vật và gia tốc gây ra tương ứng (Hình 15.1). Khối lượng của vật là

A. 1,0 kg.

B. 2,0 kg.

C. 0,5 kg.

D. 1,5 kg.

Lời giải:

Trên đồ thị, ta thấy: F = 0,5 N thì a = 1 m/s2

Khối lượng của vật là:

Đáp án đúng là: C

III. Thí nghiệm minh họa định luật 2 Newton

Hoạt động trang 64 Vật Lí 10: Thí nghiệm được thiết lập như Hình 15.2.

Dụng cụ:

- Một xe trượt có khối lượng  M = 200 g được buộc vào một sợi dây vắt qua rãnh của ròng rọc. Coi dây không dãn và có khối lượng không đáng kể.

- Một hộp đựng 10 quả nặng giống nhau, có cùng khối lượng m = 50 g.

- Một máng trượt đệm khí với các lỗ nhỏ thổi không khí (nhằm giảm tối đa ma sát khi xe di chuyển trên máng trượt).

- Bộ đếm thời gian gồm: một đồng hồ điện tử, hai cổng quang (đặt cách nhau 0,5 m) và tấm chắn sáng dài 10 cm.

- Vật ở thí nghiệm này phải được hiểu là hệ vật gồm xe trượt và các quả nặng. Như vậy khối lượng của vật có thể là (M + m), (M + 2.m), … còn lực kéo F là trọng lượng của các quả nặng, cụ thể là F1 = m.g, F2 = 2.m.g

Tiến hành:

Bước 1: Lực kéo F có độ lớn tăng dần 1 N, 2 N và 3 N (bằng cách móc thêm các quả nặng vào đầu dây vắt qua ròng rọc).

Bước 2: Ghi vào Bảng 15.1 độ lớn lực kéo F và tổng khối lượng của hệ (gồm xe trượt và các quả nặng đặt vào xe), ứng với mỗi lần thí nghiệm.

Bước 3: Đo thời gian chuyển động t của xe; từ khi đồng hồ bắt đầu đếm từ lúc tấm chắn sáng đi qua cổng quang điện 1 và kết thúc đếm khi tấm chắn vượt qua cổng quang điện 2.

Bước 4: Gia tốc a được tính từ công thức: d = v₀.t + 1/2.a.t² (đặt xe trượt có gắn tấm chắn sáng sao cho tấm chắn này sát với cổng quang điện 1 để v0 = 0; d = 0,5 m là khoảng cách giữa hai cổng quang điện trong thí nghiệm). Đo thời gian t ứng với mỗi lần thí nghiệm, ta tính được:  (m/s2). Ghi giá trị của gia tốc a vào Bảng 15.1.

Thảo luận:

a) Dựa vào số liệu trong Bảng 15.1, hãy vẽ đồ thị chỉ sự phụ thuộc của gia tốc a:

- Vào F (ứng với m + M = 0,5 kg), (Hình 15.3a). Đồ thị có phải là đường thẳng không? Tại sao?

- Vào (ứng với F = 1 N), (Hình 15.3b). Đồ thị có phải là đường thẳng không? Tại sao?

b) Nêu kết luận về sự phụ thuộc của gia tốc vào độ lớn của lực tác dụng và khối lượng của vật.

Lời giải:

a) Đồ thị biểu diễn cho hai trường hợp:

Nhận xét: mỗi quan hệ giữa các đại lượng ở hai đồ thị trên đều là đường thẳng

b) Ta có:

- Khi (m + M) không đổi, F tăng thì a cũng tăng ⇒ Gia tốc a tỉ lệ thuận với lực F.

- Khi F không đổi, a giảm thì (m+M) tăng ⇒ Gia tốc a tỉ lệ nghịch với khối lượng.

⇒ Kết luận: Gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng.

Câu hỏi 1 trang 66 Vật Lí 10: Trong các cách viết hệ thức của định luật 2 Newton sau đây, cách viết nào đúng?

Lời giải:

Từ định luật 2 Newton:

Đáp án đúng là: C

Câu hỏi 2 trang 66 Vật Lí 10: Một quả bóng khối lượng 0,50 kg đang nằm yên trên mặt đất. Một cầu thủ đá bóng với một lực 250 N. Thời gian chân tác dụng vào quả bóng là 0,02 s. Quả bóng bay đi với tốc độ:

A. 0,01 m/s.

B. 0,10 m/s.

C. 2,50 m/s.

D. 10,00 m/s.

Lời giải:

- Gia tốc chuyển động của quả bóng là:

- Quả bóng bay đi với tốc độ là:

v = v₀ + at = 0 + 500.0,02 = 10,00 m/s

Đáp án đúng là: D

Câu hỏi 3 trang 66 Vật Lí 10: Dưới tác dụng của hợp lực 20 N, một chiếc xe đồ chơi chuyển động với gia tốc 0,4 m/s2. Dưới tác dụng của hợp lực 50 N, chiếc xe sẽ chuyển động với gia tốc bao nhiêu?

Lời giải:

Câu hỏi 4 trang 66 Vật Lí 10: Tại sao máy bay khối lượng càng lớn thì đường băng phải càng dài?

Lời giải:

Vật nào có khối lượng càng lớn thì có quán tính càng lớn, máy bay càng nặng thì "tính ì" của nó càng lớn. Khi cất cánh, máy bay phải có vận tốc đủ lớn mới có thể cất cánh được, muốn vậy đường băng phải đủ dài để máy bay có đủ thời gian để tăng tốc đến vận tốc cần thiết khi cất cánh. Vậy nên, máy bay khối lượng càng lớn thì đường băng phải càng dài.

Em có thể 1 trang 66 Vật Lí 10: Đề xuất được một thí nghiệm chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào:

a) Độ lớn của lực tác dụng lên vật.

b) Khối lượng của vật.

Lời giải:

Dụng cụ:

- Một số chiếc bút bi có nẫy bấm

- Một số cục tẩy mới, giống nhau

- Thước đo độ dài

Tiến hành thí nghiệm:

a) Chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào: Độ lớn của lực tác dụng lên vật.

- Đặt bút bi gần với cục tẩy, sau đó bấm nẫy để bút bi tác dụng lực vào cục tẩy, đẩy cục tẩy di chuyển, xác định khoảng cách cục tẩy di chuyển.

- Đặt 2 chiếc bút bi sát cạnh nhau sau cho đầu nẫy ngang bằng nhau, vẫn thao tác bấm nẫy bút bi như trên (lưu ý khoảng cách từ đầu bút bi đến cục tẩy trong các lần thí nghiệm như nhau).

- So sánh khoảng cách khi tăng lực tác dụng (dùng 2 chiếc bút gián tiếp tăng lực tác dụng).

Kết quả: Khi tăng lực tác dụng lên cùng một vật thì vật chuyển động được xa hơn, chứng tỏ gia tốc phụ thuộc vào lực tác dụng.

b) Chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào: Khối lượng của vật.

- Lần lượt bố trí thí nghiệm đơn giản như hình vẽ.

- Đặt bút bi gần với cục tẩy, sau đó bấm nẫy để bút bi tác dụng lực vào cục tẩy, đẩy cục tẩy di chuyển, xác định khoảng cách cục tẩy di chuyển.

- Đặt 2 cục tẩy chồng lên nhau, vẫn thao tác bấm nẫy bút bi như trên (lưu ý khoảng cách từ đầu bút bi đến cục tẩy trong các lần thí nghiệm như nhau).

- So sánh khoảng cách khi tăng khối lượng vật chịu lực tác dụng.

Kết quả: Khối lượng tăng lên, quãng đường cục tẩy di chuyển khác nhau dẫn đến gia tốc khác nhau.

Em có thể 2 trang 66 Vật Lí 10: Giải thích được khối lượng của vật càng lớn thì quán tính của vật càng lớn.

Lời giải:

Theo định luật 2 Newton, nếu có nhiều vật khác nhau lần lượt chịu tác dụng của cùng một lực không đổi, thì vật nào có khối lượng lớn hơn sẽ có gia tốc nhỏ hơn. Vậy, vật nào có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, tức là có mức quán tính lớn hơn. Hay nói cách khác: Khối lượng của vật càng lớn thì quán tính của vật càng lớn.

Em có thể 3 trang 66 Vật Lí 10: Giải thích tại sao trong tham gia giao thông, khi ô tô chở hàng nặng khó hãm phanh hơn khi ô tô không chở hàng.

Lời giải:

Theo định luật 2 Newton: khối lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.

Khi ô tô chở hàng nặng thì sẽ có khối lượng lớn hơn khi ô tô không chở hàng nên ô tô đó có quán tính lớn hơn dẫn đến khó hãm phanh hơn khi ô tô không chở hàng.