Giải SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 15: Định luật 2 Newton - Giải SGK Vật lí 10 - Kết nối tri thức

Khởi động: 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).

Đẩy một xe chở hàng cho nó chuyển động và nhận xét xem gia tốc của xe tăng hay giảm

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: 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 : Khi chơi ô tô đồ chơi trò đẩy mạnh xe húc vào tường, với cùng một lực như nhau và cùng va vào một bức tường như nhau, xe có khối lượng nhẹ hơn thì khi húc vào tường sẽ bị văng ra xa hơn xe có khối lượng nặng hơn.

+ Ứng dụng thực tiễn : Người ta sẽ dựa vào công dụng của từng món đồ vật mà sẽ dùng các chất liệu, có khối lượng khác nhau để làm ra chúng.

Câu hỏi 2: 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.

Cho đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa các lực tác dụng lên một vật và gia tốc

Lời giải:

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

Khối lượng của vật là: a = $\frac{F}{m}$ => m = $\frac{F}{a} = \frac{0, 5}{1}$ = 0,5kg

Đáp án đúng là: C

III. Thí nghiệm minh họa định luật 2 Newton

Hoạt động: 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

Thí nghiệm được thiết lập như Hình 15.2

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 + $\frac{1}{2}$ .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: a = $\frac{2. d}{t^{2}} = \frac{2.0, 5}{t^{2}} = \frac{1}{t^{2}}$ (m/s2). Ghi giá trị của gia tốc a vào Bảng 15.1.

Thí nghiệm được thiết lập như Hình 15.2

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 $\frac{1}{m + M}$ (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.

Thí nghiệm được thiết lập như Hình 15.2

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: Trong các cách viết hệ thức của định luật 2 Newton sau đây, cách viết nào đúng?

A. $\vec{F}$ = m.a.

B. $\vec{F} = - m . \vec{a} .$

C. $\vec{F} = m . \vec{a} .$

D. $- \vec{F} = m . \vec{a} .$

Lời giải:

Câu hỏi 2: 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:

a = $\frac{F}{m} = \frac{250}{0, 5}$ = 500m/s2

- 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: 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: Tại sao máy bay khối lượng càng lớn thì đường băng phải càng dài?

Lời giải:

Vì: Máy bay có khối lượng quá lớn, lại bay với tốc độ rất cao nên muốn hạ cánh và dừng lại máy bay cần đường băng dài, thời gian hãm trên đường băng lâu hơn.

Em có thể?

1. 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

Đề xuất được một thí nghiệm chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào

- Một số cục tẩy mới, giống nhau

Đề xuất được một thí nghiệm chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào

- Thước đo độ dài

Đề xuất được một thí nghiệm chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào

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.

Đề xuất được một thí nghiệm chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào

- 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.

2. 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. => vận tốc khó thay đổi hơn, tức là có mức quán tính lớn hơn. Điều này đồng nghĩa với Khối lượng của vật càng lớn thì quán tính của vật càng lớn.

3. 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.