Bài tập chủ đề 3 trang 76, 77, 78 Vật Lí 10 Cánh diều

Câu hỏi tr 76 Bài 1

Một người có khối lượng 60,0 kg đi trên xe đạp có khối lượng 20,0 kg. Khi xuất phát, hợp lực tác dụng lên xe đạp là 200 N. Giả sử hợp lực tác dụng lên xe đạp không đổi, hãy tính vận tốc của xe đạp sau 5,00 s.

Phương pháp giải:

- Sử dụng biểu thức định luật II Niuton: F = m.a

- Sử dụng công thức tính vận tốc: \(v = {v_0} + at\)

Lời giải chi tiết:

Xe đạp đi với gia tốc là:

\(a = \frac{F}{m} = \frac{{200}}{{60 + 20}} = 2,5\left( {m/{s^2}} \right)\)

Vận tốc của xe đạp sau 5,00 s là:

\(v = {v_0} + at = 0 + 2,5.5 = 12,5\left( {m/s} \right)\)

Câu hỏi tr 76 Bài 2

Từ công thức liên quan, hãy biểu diễn đơn vị của áp suất và khối lượng riêng qua các đơn vị cơ bản trong hệ SI.

Phương pháp giải:

Sử dụng bảng sau:

Lời giải chi tiết:

- Áp suất: \(p = \frac{F}{S}\)

+ F: đơn vị N

+ S: đơn vị \({m^2}\)

=> Đơn vị p là \(N/{m^2} = Pa\)

- Khối lượng riêng: \(\rho  = \frac{m}{V}\)

+ m: đơn vị kg

+ V: đơn vị \({m^3}\)

=> Đơn vị của \(\rho \) là \(kg/{m^3}\)

Câu hỏi tr 76 Bài 3

Một thiết bị vũ trụ có khối lượng 70,0 kg. Khi thiết bị này cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng, lực nâng hướng thẳng đứng, lên khỏi bề mặt Mặt Trăng do động cơ tác dụng lên thiết bị là 500 N. Gia tốc rơi tự do trên bề mặt Mặt Trăng là \(1,6m/{s^2}\). Hãy xác định:

a) Trọng lượng của thiết bị này khi ở trên Mặt Trăng.

b) Tổng hợp lực nâng của động cơ và lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác dụng lên thiết bị.

c) Gia tốc của thiết bị khi cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng.

Phương pháp giải:

- Sử dụng công thức: P = mg

- Sử dụng công thức tổng hợp hai lực cùng phương, ngược chiều.

- Sử dụng biểu thức định luật II Niuton.

Lời giải chi tiết:

a)

Trọng lượng của thiết bị này khi ở trên Mặt Trăng là:

\(P = m.g = 70,0.1,60 = 112N\)

b)

Ta có:

- Lực nâng của động cơ: \({F_n} = 500N\)

- Lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác dụng lên thiết bị: P = 112 N

Hai lực này cùng phương, ngược chiều.

- Tổng hợp lực nâng của động cơ và lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác dụng lên thiết bị là:

\(F = {F_n} - P = 500 - 112 = 388N\)

c)

Gia tốc của thiết bị khi cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng là:

\(a = \frac{F}{m} = \frac{{388}}{{70}} = 5,53\left( {m/{s^2}} \right)\)

Câu hỏi tr 76 Bài 4

Gọi tên và mô tả hướng của các lực trong các tình huống thực tế sau:

a) Một vật nằm ở đáy bể

b) Quả táo rụng xuống đất

c) Người ngồi trên xích đu

Phương pháp giải:

Phân tích các lực tác dụng lên vật.

Lời giải chi tiết:

a)

Một vật nằm ở đáy bể chịu tác dụng của:

+ Trọng lực: hướng thẳng đứng xuống dưới

+ Lực nâng của nước: hướng thẳng đứng lên trên

b)

Quả táo rụng xuống đất chịu tác dụng của lực hút Trái đất hướng thẳng đứng xuống dưới.

c)

Người ngồi trên xích đu chịu tác dụng của:

+ Trọng lực: hướng thẳng đứng xuống dưới

+ Lực nâng: hướng thẳng đứng lên trên

+ Lực đẩy: nằm ngang, hướng về phía trước

+ Lực ma sát: nằm ngang, hướng về phía sau

Câu hỏi tr 77 Bài 5

Người ta thả một quả cầu kim loại vào một ống hình trụ chứa đầy dầu. Lúc đầu, quả cầu chuyển động nhanh dần. Sau một khoảng thời gian thì nó chuyển động với tốc độ không đổi. Hãy giải thích:

a) Tại sao lúc đầu quả cầu tăng tốc?

b) Tại sao sau một thời gian thì quả cầu chuyển động đều?

c) Tại sao nói nếu ống đủ cao thì vận tốc khi quả cầu chuyển động đều là vận tốc cuối của nó?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về động lực học

Lời giải chi tiết:

a) Lúc đầu quả cầu tăng tốc do trọng lực lớn hơn lực đẩy Ác-si-mét,.

b) Sau một thời gian thì quả cầu chuyển động đều vì lúc này quả cầu đã ngập trong dầu, lực đẩy cân bằng với trọng lực.

c) Nếu ống đủ cao thì vận tốc khi quả cầu chuyển động đều là vận tốc cuối của nó vì khi đó quả cầu sẽ có đủ thời gian để duy trì trạng thái chuyển động.

Câu hỏi tr 77 Bài 6

Một người kéo dây để giữ thùng hàng như hình 1.

Trên hình đã biểu diễn hai lực.

a) Chỉ ra lực còn lại tạo thành cặp lực – phản lực theo định luật III Newton với mỗi lực này. Nêu rõ vật mà lực đó tác dụng lên, hướng của lực và loại lực.

b) Biểu diễn các lực tác dụng lên thùng hàng.

c) Biểu diễn các lực tác dụng lên người.

Phương pháp giải:

Phân tích các lực tác dụng lên vật.

Lời giải chi tiết:

a)

- Trọng lực P tác dụng lên thùng hàng và lực căng T của sợi dây (lực kéo của người)

- Trọng lực P tác dụng lên người và phản lực N tác dụng lên người

- Lực kéo của người tác dụng lên sợi dây và lực căng T của sợi dây tác dụng lên người.

b)

Các lực tác dụng lên thùng hàng gồm trọng lực P và lực căng của dây (lực kéo của người).

c)

Các lực tác dụng lên người:

Câu hỏi tr 77 Bài 7

Độ sâu của nước trong một bể bơi thay đổi trong khoảng từ 0,80 m đến 2,4 m. Khối lượng riêng của nước \( = 1,{00.10^3}kg/{m^3}\) và áp suất khí quyển là \(1,{01.10^5}Pa\).

a) Tính áp suất lớn nhất tác dụng lên mỗi điểm ở đáy bể bơi.

b) Ở đáy bể có một nắp ống thoát nước hình tròn, bán kính 10,0 cm. Tính lực cần thiết để nhấc nắp này lên, bỏ qua trọng lượng của nắp.

c) Từ kết quả ở câu b, hãy đề xuất phương án bố trí ống thoát nước của bể bơi để có thể thoát nước dễ dàng hơn.

Phương pháp giải:

- Sử dụng công thức: \(p = {p_0} + \rho gh\)

- Sử dụng công thức: \(p = \frac{F}{S}\)

Lời giải chi tiết:

a)

Áp suất lớn nhất tác dụng lên mỗi điểm ở đáy bể bơi là:

\(p = {p_0} + \rho gh = 1,{01.10^5} + 1,{00.10^3}.10.2,4 = 1,{25.10^5}\left( {Pa} \right)\)

b)

Diện tích của nắp ống thoát nước hình tròn là:

\(S = \pi {r^2} = \pi .0,{1^2} = 0,01\pi \left( {{m^2}} \right)\)

Lực cần thiết để nhấc nắp này lên là:

\(F = p.S = 1,{25.10^5}.0,01\pi  = 1250\pi  \approx 3927\left( N \right)\)

Câu hỏi tr 77 Bài 8

Khối lượng riêng của thép là \(7850kg/{m^3}\). Tính khối lượng của một quả cầu thép bán kính 0,15 m. Cho biết công thức tính thể tích của khối cầu là \(V = \frac{4}{3}\pi {r^3}\), với r là bán kính quả cầu.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức: \(p = mg = \rho Vg\)

Lời giải chi tiết:

Thể tích của quả cầu thép là:

\(V = \frac{4}{3}\pi {r^3} = \frac{4}{3}\pi .0,{15^3} = 0,014\left( {{m^3}} \right)\)

Khối lượng của quả cầu thép là:

\(m = \rho V = 7850.0,014 = 110\left( {kg} \right)\)

Câu hỏi tr 77 Bài 9

Một thùng hàng trọng lượng 500 N đang trượt xuống dốc. Mặt dốc tạo với phương ngang một góc \(30,{0^0}\). Chọn hệ tọa độ vuông góc xOy sao cho trục Ox theo hướng chuyển động của thùng.

a) Vẽ giản đồ vectơ lực tác dụng lên thùng.

b) Tính các thành phần của trọng lực theo các trục tọa độ vuông góc.

c) Giải thích tại sao lực pháp tuyến của dốc lên thùng hàng không có tác dụng kéo thùng hàng xuống dốc.

d) Xác định hệ số ma sát trượt giữa mặt dốc và thùng hàng nếu đo được gia tốc chuyển động của thùng là \(2,00m/{s^2}\). Bỏ qua lực cản của không khí lên thùng.

Phương pháp giải:

- Phân tích các lực tác dụng lên vật

- Chiếu các lực lên các trục tọa tọa độ

Lời giải chi tiết:

a)

Giản đồ vectơ các lực tác dụng lên thùng hàng:

b)

Ta có:

\({P_x} = P.\sin \alpha  = 500.\sin {30^0} = 250N\)

\({P_y} = P.\cos \alpha  = 500.\cos {30^0} = 500.\frac{{\sqrt 3 }}{2} = 250\sqrt 3 N\)

c)

Lực pháp tuyến của dốc lên thùng hàng không có tác dụng kéo thùng hàng xuống dốc vì nó cân bằng với thành phần \(\overrightarrow {{P_y}} \) của trọng lực.

d)

Chiếu các lực tác dụng lên trục Ox ta được:

\({F_k} - {F_{ms}} = ma \Leftrightarrow {F_k} - \mu N = ma\)                    (1)

Chiếu các lực tác dụng lên trục Oy ta được:

\(N - P.\cos \alpha  = 0 \Leftrightarrow N = P.\cos \alpha  = 250\sqrt 3 N\)                (2)

Thay vào  (1) ta được:

\(250 - \mu .250\sqrt 3  = \frac{{500}}{{10}}.2,00\)

\( \Leftrightarrow \mu  = \frac{{150}}{{250\sqrt 3 }} = \frac{{\sqrt 3 }}{5} \approx 0,346\)

Vậy hệ số ma sát trượt giữa mặt dốc và thùng hàng là 0,346.

Câu hỏi tr 78 Bài 10

Nêu ý nghĩa của:

a) Ngẫu lực

b) Mômen lực

Phương pháp giải:

Sử dụng lý thuyết về ngẫu lực và mômen lực.

Lời giải chi tiết:

a) Ý nghĩa của ngẫu lực là có tác dụng làm quay vật.

b) Ý nghĩa của momen lực là có tác dụng làm quay cặp lực tạo thành ngẫu lực.

Câu hỏi tr 78 Bài 11

Hình 2 mô tả cấu trúc bên trong của một cánh tay người đang giữ một vật nặng. Búi cơ cung cấp một lực hướng lên. Lực của búi cơ có tác dụng làm cẳng tay quay ngược chiều kim đồng hồ quanh trục quay là khớp khuỷu tay. Tay sẽ giữ được vật nặng nếu mômen của lực tác dụng bởi búi cơ bằng với mômen lực gây ra bởi trọng lượng của vật nặng đối với khớp khuỷu tay. Biết người này đang giữ vật nặng có trọng lượng 50 N. Hãy xác định độ lớn của lực sinh ra bởi búi cơ.

Phương pháp giải:

Tổng mômen của các lực tác dụng lên vật đối với trục quay bất kì bằng 0.

Lời giải chi tiết:

Ta có:

\({F_1}{d_1} = {F_2}{d_2} \Leftrightarrow 50.0,35 = {F_2}.0,04 \Leftrightarrow {F_2} = 437,5N\)

Vậy độ lớn lực sinh ra bởi búi cơ là 437,5 N.