Bài tập file word vật lí 10 chân trời sáng tạo Bài 10: ba định luật newton về chuyển động

BÀI 10: BA ĐỊNH LUẬT NEWTON VỀ CHUYỂN ĐỘNG

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Nêu Định luật I Newton?

Trả lời:

Nếu không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động thì sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều

Câu 2: Nêu Định luật II Newton?

Trả lời:

Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật

Câu 3: Nêu Định luật III Newton?

Trả lời:

Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều

Câu 4: Quán tính là gì?

Trả lời:

Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc về cả hướng và độ lớn

Câu 5: Chuyển động thẳng đều còn được goi là chuyển động gì?

Trả lời:

Chuyển động thẳng đều còn được gọi là chuyển động theo quán tính

2. THÔNG HIỂU

Câu 6: Một quả bóng khối lượng 200 g bay với vận tốc 90 km/h đến đập vuông góc vào tường rồi bật trở lại theo phương cũ với vận tốc 54 km/h. Thời gian va chạm giữa bóng và tường là 0,05s. Độ lớn lực của tường tác dụng lên quả bóng là nhiêu?

Trả lời:

Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động bật ra của quả bóng

Định luật III Niu Tơn ta có:

Câu 7: Một người có trọng lượng 500 N đứng trên mặt đất. Lực mà mặt đất tác dụng lên người đó có độ lớn?

Trả lời:

Bằng 500 N.

Câu 8: Cho ví dụ về áp dụng Định luật 1 trong thực tế.

Trả lời:

Nếu bạn đẩy một chiếc xe đạp, nó sẽ tiếp tục chuyển động cho đến khi có lực ma sát và lực cản gió tác động lên nó.

Câu 9: Tại sao việc đạp xe đạp cần một lực liên tục để duy trì vận tốc?

Trả lời:

Do có lực ma sát và lực cản gió ngăn cản, cần liên tục áp dụng lực để vượt qua những lực này.

Câu 10: Nêu một ví dụ trong thể thao mà áp dụng Định luật 3 của Newton.

Trả lời:

Trong bơi lội, đẩy nước về phía sau tạo ra lực tác động và người bơi chuyển động về phía trước.

3. VẬN DỤNG

Câu 11: Một vật nhỏ khối lượng m chuyển động theo trục Ox (trên một mặt ngang), dưới tác dụng của lực F→ nằm ngang có độ lớn không đổi. Xác định gia tốc chuyển động của vật trong hai trường hợp:

• a. Không có ma sát.
• b. Hệ số ma sát trượt trên mặt ngang bằng μt

Câu 12: Một học sinh đẩy một hộp đựng sách trượt trên sàn nhà. Lực đẩy ngang là 180 N. Hộp có khối lượng 35 kg. Hệ số ma sát trượt giữa hộp và sàn là 0,27. Hãy tìm gia tốc của hộp. Lấy g = 9,8 m/s2.

Trả lời:

Hộp chịu tác dụng của 4 lực: Trọng lực P→, lực đẩy F→, lực pháp tuyến N→ và lực ma sát trượt của sàn.

Áp dụng định luật II Niu-tơn theo hai trục toạ độ:

Ox: Fx = F – Fms = max = ma

Oy: Fy = N – P = may = 0

Fms = μN

Giải hệ phương trình:

N = P = mg = 35.9,8 = 343 N

Fms = μN= 0.27. 343 = 92.6 N

a = 2,5 m/s2 hướng sang phải.

Câu 13: Hai quả cầu chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, quả cầu 1 chuyển động với vận tốc 4 m/s đến va chạm vào quả cầu 2 đang đứng yên. Sau va chạm cả hai quả cầu cùng chuyển động theo hướng cũ của quả cầu 1 với cùng vận tốc 2 m/s. Tính tỉ số khối lượng của hai quả cầu.

Trả lời:

Ta có: v1 = 4 m/s và v'1 = 2 m/s

v2 = 0 m/s và v’2 = 2 m/s

Gọi t là thời gian tương tác giữa hai quả cầu và chọn chiều dương là chiều chuyển động của quả cầu 1. Áp dụng định luật 3 Niu Tơn ta có:

m2a2 = m1a1 suy ra m1(v’1 – v1)/t = m2(v’2 – v2)/t

Vậy m1/m2 = 1

Câu 14: Hai xe A và B cùng đặt trên mặt phẳng nằm ngang, đầu xe A có gắn mộ lò xo nhẹ. Đặt hai xe sát nhau để lò xo bị nén rồi buông nhẹ để hai xe chuyển động ngược chiều nhau. Tính từ lúc thả tay, xe A và B đi được quãng đường lần lượt là 1 m và 2 m trong cùng một khoảng thời gian. Biết lực cản của môi trường tỉ lệ với khối lượng của xe. Tỉ số khối lượng của xe A và xe B là?

Trả lời:

Vận tốc của vật bị bật bị bật ra sau khi buông tay là

F1 = F2 nên 

Do lực cản nên chuyển động chậm dần và lực cản tỉ lệ với khối lượng nên:

Theo định luật 3 Niu tơn ta có:

FAB = - FBA ⇒ mAaA = mBaB

Vậy mA/mB = aB/aA (1)

Lại có s = (1/2).at2 suy ra sB/sA = aB/aA = 2 (2)

Từ (1) và (2) suy ra 

Câu 15: Một viên bi A có khối lượng 300 g đang chuyển động với vận tốc 3 m/s thì va chạm vào viên bi B có khối lượng 600 g đang đứng yên trên mặt bàn nhẵn, nằm ngang. Biết sau thời gian va cham 0,2 s, bi B chuyển động với vận tốc 0,5 m/s cùng chiều chuyển động ban đầu của bi A. Bỏ qua mọi ma sát, tốc đọ chuyển động của bi A ngay sau va chạm là?

Trả lời:

Gia tốc chuyển động của bi B

Lực tương tác giữa hai viên bi: FAB = - FBA = mBaB = 0,6.2,5 = 1,5 N

Định luật III Niu Tơn:

Chọn chiều dương cùng chiều chuyển động ban đầu của viên bi A

Chiếu lên chiều dương ta có: 0.3(vA – 3) = -0.6(0.5 – 0) ⇒ vA = 2 m/s

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 16: Hai vật cùng khối lượng m = 1 kg được nối với nhau bằng sợi dây không dẫn và khối lượng không đáng kể. Một trong 2 vật chịu tác động của lực kéo F→ hợp với phương ngang góc a = 30°. Hai vật có thể trượt trên mặt bàn nằm ngang góc α = 30°. Hệ số ma sát giữa vật và bàn là 0,268. Biết rằng dây chỉ chịu được lực căng lớn nhất là 10 N. Tính lực kéo lớn nhất để dây không đứt. Lấy √3 = 1,732.

Trả lời:

Vật 1 có:

Chiếu xuống Ox ta có: F.cos 30° - T1 - F1ms = m1a1

Chiếu xuống Oy: F.sin30° - P1 + N1 = 0

Và F1ms = k.N1 = k (mg - Fsin30°)

⇒ F.cos30° - T1k.(mg - Fsin30°) = m1a1 (1)

Vật 2 có:

Chiếu xuống Ox ta có: T - F2ms = m2a2

Chiếu xuống Oy: - P2 + N2 = 0

Mà F2ms = k N2 = km2g

⇒ T2 - k m2g = m2a2

Hơn nữa vì m1 = m2 = m; T1 = T2 = T ; a1 = a2 = a

⇒ F.cos30° - T – k (mg - Fsin30°) = ma (3)

⇒ T - kmg = ma (4)

Từ (3) và (4)

Vậy Fmax = 20 N.

Câu 17: Một xe trượt không vận tốc đầu từ đỉnh mặt phẳng nghiêng góc α = 30°. Hệ số ma sát trượt là m = 0,3464. Chiều dài mặt phẳng nghiêng là l = 1 m. lấy g = 10 m/s2và hệ số ma sát μ = 1,732. Tính gia tốc chuyển động của vật.

Trả lời:

Các lực tác dụng vào vật:

1. Trọng lực P→

2. Lực ma sát fms→

3. Phản lực N→ của mặt phẳng nghiêng

4. Hợp lực fms→ + P→ + N→ = m.a→

Chiếu lên trục Oy: - Pcosα + N = 0

⇒ N = mgcosα (1)

Chiếu lên trục Ox: Psinα - Fms = max

⇒ mgsinα - μN = max (2)

Từ (1) và (2) ⇒ mgsinα - mgcosα = max

⇒ax = g(sina - μcosa) = 2 m/s2

Câu 18: Một quyển sách được thả trượt từ đỉnh của một bàn nghiêng một góc α = 35° so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt giữa mặt dưới của quyển sách với mặt bàn là μ = 0.5. Tìm gia tốc của quyển sách. Lấy g = 9.8 m/s2.

Trả lời:

Quyển sách chịu tác dụng của ba lực: trọng lực P→, lực pháp tuyến N→ và lực ma sát Fms→ của mặt bàn.

Áp dụng định luật II Niu-tơn theo hai trục toạ độ.

Ox: Fx = Psinα – Fms = max = ma

Oy: Fy = N – Pcosα = may = 0

Fms = μN

Giải hệ phương trình ta được:

a = g. (sinα - μcosα) = 9.8.(sin35° - 0,50.cos35°)

⇒ a = l.6 m/s2, hướng dọc theo bàn xuống dưới.

Câu 19: Trên mặt nằm ngang không ma sát xe một chuyển động với độ lớn vận tốc 5 m/s đến va chạm vào xe hai đang đứng yên. Sau va chạm xe một bật lại với vận tốc 150 cm/s; xe hai chuyển động với vận tốc 200 cm/s. Biết khối lượng xe hai là 400g; tính khối lượng xe một?

Trả lời:

Ta có v1 = 5m/s; v’1 = 1.5 m/s; v2 = 0; v’2 = 2 m/s; m2 = 0.4 kg

Gọi t là thời gian tương tác giữa hai xe

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe một trước va chạm

Áp dụng định luật 3 Niuton ta có:

FAB = - FBA ⇒ mAaA = mBaB

Câu 20: Một xe A đang chuyển động với vận tốc 3.6 km/h đến đụng vào mộ xe B đang đứng yên. Sau khi va chạm xe A dội ngược lại với vận tốc 0.1 m/s còn xe B chạy tiếp với vận tốc 0.55 m/s. Cho mB = 200g; tìm mA?

Trả lời:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của xe A

Áp dụng định luật 3 Niuton cho hai xe trên ta có

FAB = - FBA ⇒ mAaA = mBaB