Giải Vật lí 10 Bài 10: Ba định luật Newton về chuyển động

Giải Vật lí 10 bài 10 sách Chân trời sáng tạo có đáp án chi tiết cho từng bài tập trong sách giáo khoa vật lí 10 chân trời sáng tạo. Mời các em học sinh cùng quý phụ huynh tham khảo.

Vật lí 10 bài 10 trang 55

Vật lí 10 trang 55 MĐ

Trên đường đi du lịch hè, xe ô tô chở gia đình bạn Tuấn bất chợt gặp sự cố về máy và không thể tiếp tục di chuyển. Bố của Tuấn đã nhờ xe cứu hộ đến và kéo xe ô tô về nơi sửa chữa (Hình 10.1). Tác động nào giúp chiếc xe của gia đình Tuấn có thể chuyển động được từ khi đứng yên?

Lời giải:

Chiếc xe của gia đình Tuấn có thể chuyển động được từ khi đứng yên là nhờ một lực đẩy và lực kéo của xe cứu hộ.

Vật lí 10 trang 55 Câu hỏi 1

Hãy nêu tên một số lực mà em đã biết hoặc đã học trong môn Khoa học tự nhiên.

Lời giải:

Một số lực mà em đã học là:

+ Lực đẩy

+ Lực kéo

+ Lực ma sát

+ Lực đàn hồi

+ Lực hút…

Vật lí 10 bài 10 trang 56

Vật lí 10 trang 56

Quan sát Hình 10.4, dự đoán về chuyển động của vật sau khi được đẩy đi trên các bề mặt khác nhau:

a) mặt bàn

b) mặt băng

c) mặt đệm không khí.

Lời giải:

Từ Hình 10.4, ta thấy rằng chuyển động của các vật tăng dần từ mặt bàn đến mặt băng và mặt đệm không khí.

Vật lí 10 bài 10 trang 57

Vật lí 10 trang 57 Câu hỏi 3

Đưa ra nhận định và giải thích về sự tồn tại của vật tự do trên thực tế.

Lời giải:

Nhận định: Một vật nếu không chịu tác dụng của lực nào (vật tự do) thì vật đó giữ nguyên trạng thái đứng yên, hoặc chuyển động thẳng đều mãi mãi.

Vật lí 10 trang 57 LT

Aristotle nhận định rằng “Lực là nguyên nhân của chuyển động”. Nhận định này đã tồn tại hàng ngàn năm trước thời đại của Newton. Hãy nêu một số ví dụ minh họa để phản bác nhận định này.

Lời giải:

VD:

+ Một cái tủ đang đứng lên, dùng tay đẩy tủ, tủ vẫn đứng yên.

+ Một chiếc xe đang chuyển động, dùng tay hãm lại sự chuyển động đó, chiếc xe giảm tốc độ xuống nhưng một lúc sau mới dừng hẳn.

=> Lực không phải là nguyên nhân của chuyển động mà là nguyên nhân làm thay đổi vận tốc chuyển động của vật.

Vật lí 10 trang 57 VD

Một quả bóng được đặt trong một toa tàu ban đầu đứng yên, giả sử lực ma sát giữa quả bóng và sàn tàu không đáng kể. Tàu bắt đầu chuyển động nhanh dần đều. Hãy nhận xét về chuyển động của quả bóng đối với bạn học sinh đứng ở sân ga (Hình 10.7). Giải thích tính chất của chuyển động này.

Lời giải:

Khi toa tàu bắt đầu chuyển động ra xa bạn học sinh thì quả bóng có xu hướng lại gần bạn học sinh.

Giải thích: Vật luôn có xu hướng bảo toàn vận tốc chuyển động của mình. Tính chất này được gọi là quán tính của vật nên khi toa tàu đi về phía trước thì quả bóng sẽ đi về phía ngược lại.

Vật lí 10 bài 10 trang 59

Vật lí 10 trang 59 Câu hỏi 4

Dựa vào đồ thị 1, trả lời các Câu hỏi sau:

a) Đồ thị 1 có dạng gì?

b) Gia tốc của vật có mối liên hệ như thế nào với lực tác dụng vào vật khi khối lượng của vật không đổi.

Lời giải:

a) Đồ thị 1 có dạng đường thẳng

b) Khi khối lượng của vật không đổi, gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng.

Vật lí 10 bài 10 trang 60

Vật lí 10 trang 60 Câu hỏi 5

Từ kết quả thí nghiệm, hãy nhận xét về mối liên hệ giữa gia tốc mà vật thu được với độ lớn của lực tác dụng vào vật.

Lời giải:

Gia tốc của vật có cùng hướng với lực tác dụng. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực tác dụng vào vật.

Vật lí 10 bài 10 trang 61

Vật lí 10 trang 61 Câu hỏi 6

Dựa vào đồ thị 2, trả lời các Câu hỏi sau:

a) Đồ thị 2 có dạng gì?

b) Gia tốc của vật có mối liên hệ như thế nào với khối lượng của vật khi vật lực tác dụng vào vật không đổi?

Lời giải:

a) Đồ thị 2 có dạng đường thẳng

b) Khi lực tác dụng vào vật không đổi thì gia tốc của vật tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Vật lí 10 bài 10 trang 62

Vật lí 10 trang 62 Câu hỏi 7

Quan sát Hình 10.10, nhận xét trong trường hợp nào thì ta có thể dễ dàng làm xe chuyển động từ trạng thái đứng yên. Giả sử lực tác dụng trong hai trường hợp có độ lớn tương đương nhau. Giải thích.

Lời giải:

Quan sát trong Hình 10.10, ta thấy khối lượng ô tô lớn hơn khối lượng xe máy. Lực tác dụng trong hai trường hợp như nhau nên gia tốc trong rường hợp 1 nhỏ hơn gia tốc trong trường hợp 2, vì vậy ta có thể làm xe máy dễ dàng chuyển động hơn ô tô.

Vật lí 10 trang 62 Câu hỏi 8

Áp dụng công thức định luật II Newton (10.1) để lập luận rẳng khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.

Lời giải:

Qua biểu thức của định luật II Newton, ta thấy khi vật có khối lượng càng lớn thì gia tốc của vật càng nhỏ, tức vật càng khó thay đổi vận tốc, nghĩa là vật có quán tính càng lớn. Ngược lại, vật có khối lượng càng nhỏ thì càng dễ dàng thay đổi vận tốc, nghĩa là vật có quán tính càng nhỏ. Như vậy khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.

Vật lí 10 trang 62 LT

Một xe bán tải khối lượng 2,5 tấn đang di chuyển trên cao tốc với tốc độ 90 km/h. Các xe cần giữ khoảng cách an toàn so với xe chạy phía trước 70 m. Khi xe đi trước có sự cố và dừng lại đột ngột. Hãy xác định lực cản tối thiểu để xe bán tải có thể dừng lại an toàn

Lời giải:

Ta có: v = 90 km/h = 25 m/s; v₀ = 0; s = 70 m; m = 2,5 tấn = 2500 kg.

Gia tốc tối thiểu của xe là:

\(a = \frac{{{v^2} – v_0^2}}{{2.s}} = \frac{{{{25}^2}}}{{2.70}} = \frac{{125}}{{28}}(m/{s^2})\)

=> Lực tối thiểu để xe bán tải dừng lại an toàn: \(F = m.a = 2500.\frac{{125}}{{28}} \approx 11160,71(N)\)

Vật lí 10 trang 62 VD

Trong trò chơi thổi viên bi, mỗi bạn sử dụng một ống bơm khí từ vật liệu đơn giản như Hình 10.11, thổi khí vào viên bi được đặt trên ray định hướng. Người chơi sẽ chiến thắng khi thổi viên bi đi xa hơn sau ba lần. Hãy sử dụng định luật II Newton giải thích làm thế nào để có thể chiến thắng trò chơi này.

Lời giải:

Áp dụng định luật II Newton, ta có lực càng lớn thì gia tốc càng lớn, vật sẽ càng đi được xa. Ta bóp ở cuối chai thì sẽ tạo ra lực lớn.

Vật lí 10 bài 10 trang 63

Vật lí 10 trang 63 Câu hỏi 9

Nhận xét về chuyển động của thùng hàng khi chịu tác dụng của lực đẩy và kéo cùng độ lớn trong Hình 10.12 và chuyển động của quyển sách khi lần lượt chịu tác dụng của lực theo các hướng khác nhau như trong Hình 10.13.

Lời giải:

Hình 10.12: Khi hai em bé lần lượt đẩy và kéo thùng hàng đang đứng yên với hai lực bằng nhau thì thùng hàng chuyển động với gia tốc như nhau.

Hình 10.13: Lực tác dụng lên quyển sách khác nhau về hướng thì quyển sách sẽ chuyển động theo hướng khác nhau và gia tốc khác nhau.

Vật lí 10 trang 63 Câu hỏi 10

Hãy xác định các cặp lực bằng nhau, không bằng nhau tác dụng lên tạ và tên lửa trong Hình 10.14

Lời giải:

Hình 14.10a: Hai lực cân bằng nhau là lực đẩy từ tay của vận động viên và trọng lực từ tạ

Hình 10.14b: Hai lực không cân bằng là phản lực và trọng lực.

Vật lí 10 bài 10 trang 64

Vật lí 10 trang 64

Quan sát Hình 10.15 và trả lời các Câu hỏi:

a) Khi ta đấm (tác dụng lực) vào bao cát thì tay ta có chịu lực tác dụng không?

b) Khi đưa hai cực cùng tên của hai nam châm thẳng lại gần nhau thì lực tác dụng lên từng nam châm có tính chất gì?

Lời giải:

a) Khi ta đấm vào bao cát, bao cát chuyển động, bao cát chịu một lực từ tay ta, tay ta cảm thấy đau, tay ta cũng bị bao cát tác dụng lên một lực.

b) Khi đưa hai cực cùng tên của hai nam châm thẳng lại gần nhau thì lực tác dụng lên từng nam châm là lực hút.

Vật lí 10 bài 10 trang 65

Vật lí 10 trang 65 LT

Xét trường hợp con ngựa kéo xe như Hình 10.17. Khi ngựa tác dụng một lực kéo lên xe, theo định luật III Newton sẽ xuất hiện một phản lực có cùng độ lớn nhưng ngược hướng so với lực kéo. Vậy tại sao xe vẫn chuyển động về phía trước? Giải thích hiện tượng.

Lời giải:

Do hai lực tác dụng vào hai vật (xe, ngựa) khác nhau nên hai lực này không thể triệt tiêu nhau lẫn nhau được nên xe vẫn chuyển động về phái trước.

Vật lí 10 trang 65 VD

Hãy tìm hiểu và trình bày những hiện tượng trong đời sống liên quan đến định luật III Newton

Lời giải:

Những hiện tượng liên quan đến định luật III Newton: Trò chơi kéo co; hiện tượng đẩy người về phía trước…

Bài 1 trang 65 Vật lí 10

Khi đang chạy nếu vấp ngã, người chạy sẽ có xu hướng ngã về phía trước. Còn khi đang bước đi nếu trượt chân, người đi sẽ có xu hướng ngã về phía sau. Vận dụng các kiến thức đã học, hãy giải thích hiện tượng trên.

Lời giải

Theo định luật I Newton, vật đang chuyển động sẽ có xu hướng bảo toàn trạng thái chuyển động cũ.

– Khi bị vấp ngã, phần cơ thể bên dưới bị giữ lại do chướng ngại vật, phần cơ thể phía trên vẫn có xu hướng bảo toàn trạng thái chuyển động nên sẽ bị đổ người về phía trước.

– Tương tự khi bị trượt chân, người vẫn có xu hướng giữ nguyên vận tốc cũ nên chân sẽ trượt về phía trước, do mất thăng bằng nên người sẽ đổ về phía sau.

Bài 2 trang 65 Vật lí 10

Một máy bay chở khách có khối lượng tổng cộng là 300 tấn. Lực đẩy tối đa của động cơ là 444 kN. Máy bay phải đạt tốc độ 285 km/h mới có thể cất cánh. Hãy tính chiều dài tối thiểu của đường băng để đảm bảo máy bay cất cánh được, bỏ qua ma sát giữa bánh xe của máy bay và mặt đường băng và lực cản của không khí.

Lời giải

Đổi đơn vị: 300 tấn = 300000 kg, 444 kN = 444000 N, 285 km/h = 79,2 m/s

Gia tốc của máy bay: \(a\;=\;\frac Fm\;=\;\frac{444000}{300000}\;=\;1,48\;m/s^2\)

Độ dài tối thiểu của đường băng: \(s\;=\;\frac{v^2\;-\;v_0^2}{2a}\;=\;\frac{79,2^2\;-\;0^2}{2.1,48}\;=\;2119,1\;m\)

Bài 3 trang 65 Vật lí 10

Một vật nặng nằm yên trên bàn như Hình 10P.1, các lực tác dụng vào vật gồm trọng lực và lực của bàn. Hãy xác định điểm đặt, phương, chiều của các cặp lực và phản lực của hai lực trên.

Lời giải

– Trọng lực là lực hút của trái đất tác dụng lên vật, có điểm đặt tại tâm vật, phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống. Phản lực là \(\overrightarrow{P’}\) là lực hút của vật tác dụng lên trái đất, có điểm đặt tại tâm trái đất, phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên.

– Phản lực \(\overrightarrow N\) là phản lực của mặt bàn tác dụng lên vật, có điểm đặt tại vật, phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên. Áp lực \(\overrightarrow Q\) của vật tác dụng lên bàn chính là phản lực của \(\overrightarrow N\), có điểm đặt tại bàn, phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống.