Giải SGK Vật Lí 10 Bài 1 (Cánh diều): Lực và gia tốc

Giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 1: Lực và gia tốc

Video bài giảng Lực và gia tốc – Cánh diều

Giải vật lí 10 trang 43 Cánh diều

Mở đầu trang 43 Vật Lí 10:

Hình 1.1 là một chiếc siêu xe. Nhà sản xuất công bố nó có thể tăng tốc từ 0 km/h đến 100 km/h trong khoảng thời gian dưới 2 giây, tăng tốc từ 0 km/h đến 300 km/h trong khoảng thời gian dưới 12 giây. Tốc độ tối đa khoảng 350 km/h. Một trong những thông số mà các nhà sản xuất ô tô thường cạnh tranh là giảm thời gian tăng tốc. Mối liên hệ giữa lực và gia tốc là cơ sở để các nhà sản xuất cải tiến ô tô nhằm giảm thời gian tăng tốc.

Vậy làm thế nào để rút ngắn thời gian tăng tốc của ô tô?

Lời giải:

Muốn rút ngắn thời gian tăng tốc của ô tô có nhiều cách:

+ Thiết kế hình dạng của ô tô có đường cong mềm mại, nhằm giảm lực cản của không khí.

+ Sử dụng các bộ phận nhẹ hơn để xe giảm được lực tải.

+ Cải tiến động cơ nhằm tăng lực phát động cho xe: tăng số xy-lanh, điều chỉnh ống xả (pô) để tăng mã lực, tăng khí nạp, tăng góc đánh lửa.

Giải vật lí 10 trang 44 Cánh diều

I. Liên hệ giữa gia tốc với lực và khối lượng

Câu hỏi 1 trang 44 Vật Lí 10: Từ số liệu của bảng 1.1, hãy chỉ ra mối liên hệ giữa gia tốc của xe với lực tác dụng lên nó.

Lời giải:

Ta thấy khi lực tác dụng tăng thì gia tốc của xe cũng tăng theo.

Khi $F_1=0,071N$ ứng với $a_1=0,206m/s^2$. Suy ra: $k_1=\frac{F_1}{a_1}\approx 0,345$

Khi $F_2=0,089N$ ứng với $a_2=0,263m/s^2$. Suy ra: $k_2=\frac{F_2}{a_2}\approx 0,338$

Khi $F_3=0,108N$ ứng với $a_3=0,315m/s^2$. Suy ra $k_3=\frac{F_3}{a_3}\approx 0,343$

Khi $F_4=0,127N$ ứng với $a_3=0,369m/s^2$. Suy ra $k_4=\frac{F_4}{a_4}\approx 0,344$

Khi $F_5=0,144N$ ứng với $a_1=0,423m/s^2$. Suy ra $k_5=\frac{F_5}{a_5}\approx 0,340$

Từ đó có thể thấy F và a tỉ lệ thuận với nhau.

Câu hỏi 2 trang 44 Vật Lí 10: Để khảo sát sự phụ thuộc của gia tốc vào khối lượng, ta cần thực hiện thí nghiệm như thế nào?

Lời giải:

Để khảo sát sự phụ thuộc của gia tốc vào khối lượng, ta cần thực hiện thí nghiệm cho các xe có khối lượng m khác nhau, tổng hợp các kết quả đo giá trị a của gia tốc khi cảm biến lực cho giá trị như nhau.

Giải vật lí 10 trang 45 Cánh diều

Tìm hiểu thêm trang 45 Vật Lí 10: Ngoài lực của động cơ, thời gian tăng tốc của ô tô phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như điều kiện mặt đường thử nghiệm, khối lượng xe, điều kiện thời tiết, lốp xe, độ cao so với mực nước biển, vv… Mẫu xe điện có thời gian tăng tốc nhanh nhất được thử nghiệm đã tăng tốc từ 0 km/h đến 97,0 km/h trong 1,98 giây. Hãy tính gia tốc của xe và lực để tạo ra gia tốc đó. Coi xe chuyển động biến đổi đều và khối lượng của mẫu xe này là 2,00 tấn.

Hãy tìm hiểu thêm về hai mẫu xe khác và tính các kết quả tương tự cho mỗi xe

Lời giải:

Đổi đơn vị: 0 km/h = 0 m/s; 97 km/h = 27 m/s; 2 tấn = 2000 kg.

Gia tốc của xe: $a=\frac{v_2-v_1}{t}=\frac{27-0}{1,98}\approx 13,6m/s^2$

Lực để tạo ra gia tốc đó: $F=ma=2000.13,6=27200N$

Lấy ví dụ về 2 mẫu xe khác.

Ví dụ 1: Airspeeder, mẫu xe đua bay có thể tăng tốc từ 0 lên 100 km/h chỉ trong 2,8 giây và chiếc xe này có khối lượng 130 kg.

Đổi đơn vị: 100 km/h = 27,8 m/s

Gia tốc của xe đua: $a=\frac{v_2-v_1}{t}=\frac{27,8-0}{2,8}\approx 9,93m/s^2$

Lực để tạo ra gia tốc đó: $F=ma=130.9,93=1290,9N$

Ví dụ 2: Pininfarina Battista 2020 đang là siêu xe tăng tốc nhanh nhất thế giới khi chỉ mất 1,9 giây để đạt vận tốc 100 km/h có khối lượng khoảng 1996 kg.

Đổi đơn vị: 100 km/h = 27,8 m/s;

Gia tốc của xe đua: $a=\frac{v_2-v_1}{t}=\frac{27,8-0}{1,9}\approx 14,6m/s^2$

Lực để tạo ra gia tốc đó: $F=ma=1996.14,6=29141,6N$

Giải vật lí 10 trang 46 Cánh diều

II. Đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất

Vận dụng 1 trang 46 Vật Lí 10: Thông số của một mẫu xe ô tô được cung cấp nh

a) Hãy đổi các thông số về độ dài, khối lượng, tốc độ ở bảng trên sang giá trị theo đơn vị đo trong hệ SI.

b) Tính lực tác dụng để mẫu xe trên chở đủ tải trọng và tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến tốc độ tối ưu trong 2 giây.

Lời giải:

a) Đổi đơn vị

Khối lượng 2,140 tấn = 2,140.1000 = 2140 kg

Tải trọng 0,710 tấn = 0,710.1000 = 710 kg

Chiều dài cơ sở 2933 mm = 2933.0,001 = 2,933 m

Tốc độ tối ưu 80 km/h = $\frac{80.1000}{3600}=$  22,22 m/s

b) Khi xe chở đủ tải trọng thì khối lượng tổng thể của cả xe lúc này là

m = 2140 + 710 = 2850 kg.

Xe tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến khi đạt tốc độ tối ưu trong 2 giây,

khi đó gia tốc của xe là: $a=\frac{v-v_0}{t}=\frac{22,22-0}{2}=11,11m/s^2$

Lực tác dụng khi đó:

F = m.a = 2850 . 11,11 = 31635 (N)

Giải vật lí 10 trang 47 Cánh diều

Luyện tập trang 47 Vật Lí 10: Hãy chỉ ra tổ hợp đơn vị cơ sở của đơn vị dẫn xuất niutơn.

Lời giải:

Đơn vị dẫn xuất niuton là đơn vị đo của lực.

Ví dụ như lực F = ma trong đó m là khối lượng (có đơn vị là kg); a là gia tốc (có đơn vị là m/s²) khi đó tổ hợp đơn vị cơ sở của đơn vị dẫn xuất niuton là kg.m/s².

Vận dụng 2 trang 47 Vật Lí 10: Chứng tỏ rằng các công thức ở chủ đề trước không vi phạm về đơn vị:

a) $s=v_{o}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

b) $s=\frac{v^2-v_0^2}{2a}$

Lời giải:

a) Biểu thức $s=v_{o}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

Trong đó:

+ vận tốc v₀ có đơn vị là m/s;

+ thời gian t có đơn vị là s;

+ gia tốc a có đơn vị là m/s²,

+ quãng đường s có đơn vị là m.

Dựa vào công thức ta thấy vế phải của biểu thức có tổ hợp đơn vị:

$\frac{m}{s}.s+\frac{m}{s^2}.s^2=m$ (thỏa mãn đơn vị của quãng đường s ở vế trái)

b) Biểu thức $s=\frac{v^2-v_0^2}{2a}$ 

Trong đó:

+ Vận tốc v và v₀ có đơn vị là m/s;

+ Gia tốc a có đơn vị là m/s²,

+ Quãng đường s có đơn vị là m.

Dựa vào công thức ta thấy về phải của biểu thức có tổ hợp đơn vị:

$\frac{{\left(\frac{m}{s}\right)}^2}{\frac{m}{s^2}}=m$ (thỏa mãn đơn vị quãng đường s ở vế trái).

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài tập chủ đề 1

Bài 2: Một số lực thường gặp

Bài 3: Ba định luật Newton về chuyển động

Bài 4: Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng