Giải Vật lí 10 Bài 20: Động học của Câu hỏi chuyển động tròn

Giải Vật lí 10 bài 20 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 20 trang 126

Vật lí 10 trang 126 MĐ

Quỹ đạo của vệ tinh nhân tạo của Trái Đất (Hình 20.1) có hình dạng gì? Tốc độ chuyển động của vệ tinh có phụ thuộc độ cao của vệ tinh đối với Trái Đất hay không?

Lời giải:

– Quỹ đạo của vệ tinh nhân tạo của Trái Đất có hình tròn.

– Tốc độ chuyển động của vệ tinh phụ thuộc vào độ cao của vệ tinh đối với Trái Đất (minh chứng sẽ được học trong bài).

Vật lí 10 trang 126 Câu hỏi 1

Khi cánh quạt quay, mọi điểm trên cánh quạt đều quét một cung tròn (Hình 20.2). ta có thể tính trực tiếp chiều dài cung tròn này nếu biết được góc quét bởi cánh quạt không?

Lời giải:

Theo công thức tính chu vi đường tròn có bán kính R, ta có chiều dài của nửa đường tròn bằng πR.

Vì cung tròn của đường tròn có chiều dài là R tương ứng với góc 1 rad nên chiều dài tương ứng với góc π rad.

Vật lí 10 bài 20 trang 127

Vật lí 10 trang 127 Câu hỏi 2

Nêu công thức tính chiều dài cung tròn s mà các em đã được học. Trong công thức này, đơn vị của góc là gì? Hãy đề xuất công thức tính chiều dài cung tròn trực tiếp và đơn giản hơn.

Lời giải:

– Công thức tính chiều dài cung tròn s đã được học là: \(s = \frac{{\pi .R.\alpha }}{{180}}\)

– Trong công thức trên, α được tính theo đơn vị là độ.

– Công thức tính chiều dài đơn giản hơn: \(s = \alpha .R\); trong đó α có đơn vị là rad.

Với \({\alpha ^0} = \alpha (rad).\frac{{{{180}^0}}}{\pi }\)

Vật lí 10 trang 127 LT

Hãy xác định số đo góc đặc biệt theo radian.

Lời giải:

Vật lí 10 trang 127 Câu hỏi 3

Khi cánh quạt trần quay một góc α, điểm A trên cánh quạt đi quãng đường s dài bằng bao nhiêu (Hình 20.6)?

Lời giải:

Quãng đường điểm A đi được là: s = α _(radian) .R.

Vật lí 10 trang 127 Câu hỏi 4

Ta cần lưu ý gì khi sử dụng công thức (20.2) để tính độ lớn của một góc chắn cung tròn có chiều dài s.

Lời giải:

Lưu ý khi sử dung biểu thức \(s = \alpha .R\) là góc α có đơn vị là radian.

Với \({\alpha ^0} = \alpha (rad).\frac{{{{180}^0}}}{\pi }\)

Vật lí 10 bài 20 trang 128

Vật lí 10 trang 128 Câu hỏi 5

Em đứng yên trên mặt đất. Vì Trái Đất tự quay quanh trục của nó nên em cũng chuyển động theo. Tốc độ chuyển động của em phụ thuộc những yếu tố nào?

Lời giải:

Tốc độ chuyển động của em phụ thuộc vào tốc độ góc (góc quay được trong một đơn vị thời gian).

Vật lí 10 bài 20 trang 129

Vật lí 10 trang 129 LT

Các vệ tinh của hệ thống GPS (hệ thống định vị toán cầu) (Hình 20.9) quay một vòng quanh Trái Đất sau một thời gian 12 giờ (gọi là chu kì). Hãy xác định tốc độ góc của các vệ tinh này.

Lời giải:

Đổi T = 12 giờ = 12.86400 s = 1.036.800 s

Tốc độ góc của các vệ tinh là: \(\omega  = \frac{{2\pi }}{T} = \frac{{2\pi }}{{1036800}} \approx 6,{06.10^{ – 6}}(rad/s)\)

Vật lí 10 trang 129 Câu hỏi 6

Quan sát Hình 20.10, giải thích tại sao ta thấy phần cánh quạt ở gần trục quay rõ hơn phần ở xa trục quay? Biết rằng khi vật chuyển động càng nhanh, mắt ta sẽ càng khó để nhìn.

Lời giải:

– Trong chuyển động tròn, mỗi điểm trên bán kính đều có cùng tốc độ góc, nhưng vì mỗi điểm này có quãng đường khác nhau nên vận tốc khác nhau.

– Những điểm thuộc phần trục quay có quãng đường nhỏ hơn những điểm ở xa trục trục quay nên vận tốc của những điểm ở gần trục quay nhỏ hơn vận tốc ở những điểm xa trục quay

=> Phần cánh quạt ở gần trục quay rõ hơn phần ở xa trục quay.

Vật lí 10 trang 129 Câu hỏi 7

Trong chuyển động tròn đều, tốc độ của vật là không đổi. Vậy, chuyển động tròn đều có gia tốc không?

Lời giải:

Trong chuyển động tròn đều, tuy vận tốc có độ lớn không đổi nhưng lại có phương luôn thay đổi. Vì gia tốc đặc trưng cho sự thay đổi của vận tốc nên chuyển động tròn đều có gia tốc.

Vật lí 10 bài 20 trang 130

Vật lí 10 trang 130 VD

Hãy suy ra gia tốc hướng tâm của một điểm ở chính giữa một nan hoa xe đạp trong ví dụ trên. Từ đó, có thể suy ra điều gì?

Lời giải:

+ Gia tốc hướng tâm của một điểm chính giữa nan hoa xe đạp: \({a_{ht}} = {\omega ^2}.R\)

+ Ta có \(\omega \) luôn không đổi trong quá trình chuyển động, nên những điểm càng xa tâm thì gia tốc càng lớn và ngược lại.

=> Gia tốc hướng tâm phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm tới tâm.

Vật lí 10 trang 130 BÀI 1

Em hãy điền vào chỗ trống ở bảng dưới đây:

Lời giải:

+ \({15^0} = \frac{{15.\pi }}{{180}} = \frac{\pi }{{12}}radian\)

+ \(\frac{{3\pi }}{4} = \frac{3}{4}.180 = {135^0}\)

+ \({150^0} = \frac{{150.\pi }}{{180}} = \frac{{5\pi }}{6}radian\)

+ \(\frac{\pi }{{10}} = \frac{1}{{10}}.180 = {18^0}\)

Vật lí 10 trang 130 BÀI 2

Tìm chiều dài của một cung tròn của đường tròn có bán kính 1,2 m, được chắn bởi góc 200⁰ .

Lời giải:

Đổi \({200^0} = \frac{{200.\pi }}{{180}} = \frac{{10\pi }}{9}(radian)\)

=> Chiều dài của cung tròn là: \(s = \alpha .R = {200^0} = \frac{{10\pi }}{9}.1,2 \approx 4,2(m)\)

Vật lí 10 trang 130 BÀI 3

Trong hệ thống GPS (hệ thống định vị toàn cầu), mỗi vệ tinh nhân tạo quay xung quanh Trái Đất được hai vòng trong một giây, có độ cao khoảng 20 200 km so với mặt đất. Tính tốc độ và gia tốc hướng tâm của mỗi vệ tinh. Cho bán kính của Trái Đất bằng 6400 km.

Lời giải:

Ta có \(\omega \)= 2 vòng/s = 2.2π = 12,57 rad/s; R = 20 200 + 6400 = 26 600 km = 2,66.10⁷ m

Tốc độ của mỗi vệ tinh là:

\(v = \omega .R = 12,57.2,{66.10^7} \approx 3,{34.1010^8}(m/s)\)

Gia tốc hướng tâm của mỗi vệ tinh là:

\({a_{ht}} = {\omega ^2}.R = 12,{57^2}.2,{66.10^7} \approx 4,{2.10^9}(m/{s^2})\)