Giải SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 5: Tốc độ và vận tốc - Giải SGK Vật lí 10 - Kết nối tri thức

Khởi động: Trong đời sống, tốc độ và vận tốc là hai đại lượng đều dùng để mô tả sự nhanh chậm của chuyển động. Em đã từng sử dụng hai đại lượng này trong những trường hợp cụ thể nào?

Lời giải:

Em đã từng sử dụng hai đại lượng này khi nói:

- Xe máy đi với tốc độ 40 km/h.

- Ca nô chạy với tốc độ 12 m/s.

- Máy bay đang bay theo hướng Bắc với vận tốc 200 m/s.

- Đàn chim đang bay về phía Nam với vận tốc 30 km/h.

I. Tốc độ

1. Tốc độ trung bình

Hoạt động: Một vận động viên người Nam Phi đã lập kỉ lục thế giới về chạy ba cự li: 100 m, 200 m và 400 m (Bảng 5.1). Hãy dùng hai cách trên để xác định vận động viên này chạy nhanh nhất ở cự li nào.

Một vận động viên người Nam Phi đã lập kỉ lục thế giới về chạy ba cự li: 100 m, 200 m

Lời giải:

Câu hỏi 1: Tại sao tốc độ trong công thức (5.1b) được gọi là tốc độ trung bình?

Lời giải:

- Bởi vì trên cả quãng đường, có lúc đi với tốc độ cao hơn khi lại thấp hơn. Đây chỉ là vận tốc đại diện cho cả quãng đường.

Câu hỏi 2: Hãy tính tốc độ trung bình ra đơn vị m/s và km/h của nữ vận động viên tại một số giải thi đấu dựa vào Bảng 5.2.

Hãy tính tốc độ trung bình ra đơn vị m/s và km/h của nữ vận động viên

Lời giải:

Tốc độ trung bình của nữ vận động viên tại các giải thi đấu là:

- Giải điền kinh quốc gia 2016:

v1 = $\frac{s_{1}}{t_{1}} = \frac{100}{11, 64}$ ≈ 8,59m/s ≈ 30,92 km/s

- Giải SEA Games 29 (2017):

v2 = $\frac{s_{2}}{t_{2}} = \frac{100}{11, 56}$ ≈ 8,65m/s ≈ 31,14 km/s

- Giải SEA Games 30 (2019):

v3 = $\frac{s_{3}}{t_{3}} = \frac{100}{11, 54}$ ≈ 8,67m/s ≈ 31,21 km/s

2. Tốc độ tức thời

Câu hỏi: Bố bạn A đưa A đi học bằng xe máy vào lúc 7 giờ. Sau 5 phút xe đạt tốc độ 30 km/h. Sau 10 phút nữa, xe tăng tốc độ lên thêm 15 km/h. Đến gần trường, xe giảm dần tốc độ và dừng trước cổng trường lúc 7 giờ 30 phút.

a) Tính tốc độ trung bình của xe máy chở A khi đi từ nhà đến trường. Biết quãng đường từ nhà đến trường dài 15 km.

b) Tính tốc độ của xe vào lúc 7 giờ 15 phút và 7 giờ 30 phút. Tốc độ này là tốc độ gì?

Lời giải:

Tốc độ trung bình là : 15 : 0.5 = 30 km/h

Tốc độ của xe lúc 7h15 là : 30 +15=45 km/h -> là tốc độ tức thời

Tốc độ của xe lúc 7h30 là :0 km/h -> là tốc độ tức thời.

II. Vận tốc

1. Vận tốc trung bình

Câu hỏi: Một người đi xe máy qua ngã tư (Hình 5.1) với tốc độ trung bình 30 km/h theo hướng Bắc. Sau 3 phút người đó đi đến vị trí nào trên hình?

Một người đi xe máy qua ngã tư (Hình 5.1) với tốc độ trung bình 30 km/h theo hướng Bắc

Lời giải:

Câu hỏi: Theo em, biểu thức nào sau đây xác định giá trị vận tốc? Tại sao?

a) $\frac{s}{t}$ ;

b) vt;

c) $\frac{d}{t}$ ;

d) d.t

Lời giải:

Biểu thức xác định giá trị vận tốc là: v = $\frac{d}{t}$ .

Vì vận tốc được tính bằng thương số của độ dịch chuyển của vật và khoảng thời gian vật thực hiện độ dịch chuyển đó.

2. Vận tốc tức thời

Câu hỏi: Bạn A đi học từ nhà đến trường theo lộ trình ABC (Hình 5.2). Biết bạn A đi đoạn đường AB = 400 m hết 6 phút, đoạn đường BC = 300 m hết 4 phút. Xác định tốc độ trung bình và vận tốc trung bình của bạn A khi đi từ nhà đến trường.

Bạn A đi học từ nhà đến trường theo lộ trình ABC (Hình 5.2). Biết bạn A đi đoạn đường AB = 400 m

Lời giải:

Độ dịch chuyển của bạn A đến trường chính là độ dài : 4002+3002−−−−−−−−−−√ = 500m

Tốc độ trung bình v=s/t = (300+400)/((6+4)x60)= 1.17m/s

Vận tốc trung bình v'=d/t=500/((6+4)x60) = 0.83 m/s

3. Tổng hợp vận tốc

Câu hỏi 1: Hãy xác định vận tốc của hành khách đối với mặt đường nếu người này chuyển động về cuối đoàn tàu với vận tốc có cùng độ lớn 1 m/s.

Lời giải:

Câu hỏi 2: Một người bơi trong bể bơi yên lặng có thể đạt tới vận tốc 1 m/s. Nếu người này bơi xuôi dòng sông có dòng chảy với vận tốc 1 m/s thì có thể đạt vận tốc tối đa là bao nhiêu?

Lời giải:

Gọi ${\vec{v}}_{1, 2}$ là vận tốc của người so với nước.

${\vec{v}}_{2, 3}$ là vận tốc của nước so với bờ sông.

${\vec{v}}_{1, 3}$ là vận tốc của người so với bờ sông.

Vì các chuyển động trên đều là chuyển động thẳng theo hướng của người bơi.

Nên người này bơi xuôi dòng sông có dòng chảy với vận tốc 1 m/s thì có thể đạt vận tốc tối đa là:

v1,3 = v1,2 + v2,3 = 1 + 1 = 2m/s

Câu hỏi 3: Một ca nô chạy hết tốc lực trên mặt nước yên lặng có thể đạt 21,5 km/h. Ca nô này chạy xuôi dòng sông trong 1 giờ rồi quay lại thì phải mất 2 giờ nữa mới về tới vị trí ban đầu. Hãy tính vận tốc chảy của dòng sông.

Lời giải:

Gọi vận tốc chảy của dòng sông là x. Ta có :

(21.5+x).1=(21.5-x).2. Suy ra 3x=21.5=>x=7.17

Vậy vận tốc chảy của dòng sông là : 7.17km/h

Câu hỏi 1: Một máy bay đang bay theo hướng Bắc với vận tốc 200 m/s thì bị gió từ hướng Tây thổi vào với vận tốc 20 m/s. Xác định vận tốc tổng hợp của máy bay lúc này.

Lời giải:

Câu hỏi 2: Một người lái máy bay thể thao đang tập bay ngang. Khi bay từ A đến B thì vận tốc tổng hợp của máy bay là 15 m/s theo hướng 60° Đông – Bắc và vận tốc của gió là 7,5 m/s theo hướng Bắc.

Hãy chứng minh rằng khi bay từ A đến B thì người lái phải luôn hướng máy bay về hướng Đông.

Lời giải:

Gọi vận tốc của gió theo hướng Bắc là ${\vec{v}}_{1}$ có độ lớn là 7,5 m/s.

Vận tốc tổng hợp của máy bay: $\vec{v}$ có hướng 60o Đông – Bắc có độ lớn là 15 m/s.

Gọi vận tốc của máy bay theo phương ngang là ${\vec{v}}_{2}$ sẽ thỏa mãn $\vec{v} = {\vec{v}}_{1} + {\vec{v}}_{2}$

Sử dụng quy tắc cộng vectơ trong toán học xác định được ${\vec{v}}_{2}$ như hình vẽ dưới.

Một người lái máy bay thể thao đang tập bay ngang. Khi bay từ A đến B thì vận tốc

Xét tam giác ABC có v = 2v1 và $\hat{C A B} = 60^{o}$ nên ∆ABC là tam giác vuông tại C. Suy ra α = 30°.

Chứng tỏ ${\vec{v}}_{2}$ vuông góc với ${\vec{v}}_{1}$ và có hướng Đông, tức là người lái phải luôn hướng máy bay về hướng Đông.

Em có thể?

Tự xác định được tốc độ chuyển động của mình trong một số trường hợp đơn giản.

Lời giải:

1. Quãng đường từ nhà em đến trường dài 3 km. Hằng ngày em đạp xe đến trường mất 15 phút.

Hướng dẫn : Đổi 3km = 3000m, 15 phút = 15 x 60 = 900s

Tốc độ chuyển động của em là: v= st=3000900 = 3,3 m/s

2. Sử dụng đúng các thuật ngữ tốc độ và vận tốc trong các tình huống khác nhau.

Lời giải:

Để sử dụng đúng các thuật ngữ tốc độ và vận tốc, em cần phân biệt được tốc độ và vận tốc: