Đáp án Vật lí 10 cánh diều Chủ đề 5 bài 1 Chuyển động tròn

CHỦ ĐỀ 5 BÀI 1 CHUYỂN ĐỘNG TRÒN

Câu 1: Các đối tượng chuyển động tròn được gặp khá thường xuyên. ở mọi mức độ. Các bánh xe, bánh răng ròng rọc, vận động viên đua mô tô khi vào khúc quanh hay vệ tinh của Trái Đất - tất cả đêu tham gia chuyên động tròn. Cái gì làm một vật chuyển động tròn? Sự hiểu biết về chuyển động tròn giữ vai trò quan trọng như thể nào trong cuộc sống, khoa học và kĩ thuật?

Trả lời: 

Một vật chuyển động tròn được là nhờ có lực hướng tâm, giữ cho vật chuyển động ổn định trên quỹ đạo tròn. Sự hiểu biết về chuyển động tròn giữ vai trò quan trọng trong cuộc sống, khoa học và kĩ thuật:
+ Giữ cho xe khi vào cua, khúc quanh an toàn nhờ có lực hướng tâm.
+ Nghiên cứu chuyển động của các hành tinh quay quanh Mặt Trời, chuyển động của các vệ tinh xung quanh Trái Đất.
+ Chế tạo các thiết bị, đồ dùng, dụng cụ để phục vụ cuộc sống, hoạt động vui chơi giải trí (tàu lượn siêu tốc, đồng hồ có kim chỉ giờ, ....)

I. MÔ TẢ CHUYỂN ĐỘNG TRÒN

Câu 1: Lấy các ví dụ thực tế và thảo luận xem chuyển động nào là chuyển động tròn.

Trả lời: 

Chuyển động của đầu kim đồng hồ là chuyển động tròn

Trái Đất chuyển động xung quanh mặt trời là chuyển động tròn

Chuyển động của van xe quanh trục bánh xe là chuyển động tròn

Chuyển động của bánh răng ròng rọc là chuyển động tròn

Câu 2:

1,Đổi các độ sau ra radian: 30^o , 90^o, 105^o , 120^o, 270^o.
2, Đổi các góc từ radian sang độ 0,5 rad, 0,75 rad,  rad

Trả lời:

1, Đổi độ sang radian
30^o => 30.    / 180 =       / 6 rad
90^o => 90.       / 180  =       /2 rad
105^o => 105.       / 180  = 7      /12 rad
270^o => 270.        / 180 = 3      /2  rad

2, Đổi radian sang độ

0,5 rad => 0,5. 57,3 =  28,65^o
0,75 rad => 0,75 . 57,3 = 42,975^o
      rad =>   .180/  = 180^o

Câu 3:

3, So sánh tốc độ của đầu kim giây, đầu kim phút và đầu kim giờ ?
4, Một đồng hồ điểm 3h30'. Hãy tính góc quay từ vị tí 12h đến vị trí của kim phút và kim giờ.
5, Tính tốc độ góc của kim giờ và kim phút của đồng hồ.

Trả lời:

3, Chu kỳ T của kim giây là 60s, của kim phút là 3600s, của kim giờ là 216000s

Tốc độ của kim giây là 2.3,14.r /60

Tốc độ của kim phút là 2.3,14 r/3600

Tốc độ của kim giờ là 2.3,14 r / 216000

=> Tốc độ của kim giây lớn nhất  sau đó tới kim phút và cuối cùng là kim giây.

4,
Góc quay của kim phút từ vị trí 12h đến 3h30' là 180^o

Góc quay của kim giờ từ vị trí 12h đến 3h30' là 105^o ( không phải 90^o vì khi 3h30' kim giờ nằm ở vị trí chính giữa 3h và 4h)

5, Công thức tính tốc độ góc: 

Kim phút và kim giờ khi quay được một vòng tức là quét được một góc:  rad

+ Kim phút quay 1 vòng hết 1 giờ hay 3600 giây.

+ Kim giờ quay 1 vòng hết 24 giờ hay 86400 giây.

Áp dụng công thức:

+ Tốc độ góc của kim phút: 

+ Tốc độ góc của kim giờ: 

Câu 4: Giải thích vì sao toàn bộ các mũi tên trên hình 1,5 đều được vẽ với một độ dài như nhau.

Trả lời:

Trong chuyển động tròn đều, tốc độ của vật không đổi, tức là độ lớn cuat vận tốc không đổi. Đó là lí do giải thích cho việc toàn bộ mũi tên trên hình 1.5 đều được vẽ với độ dài như nhau.

Câu 5: Một em bé cưỡi ngựa gỗ trên sàn quay, ở cách trục quay 2,1m. Tốc độ góc của sàn quay là 0,42 rad/s. Tính tốc độ của ngựa gỗ.

Trả lời:

Tốc độ của ngựa gỗ là: v= . r = 0,42. 2,1= 0.882 (m/s)

Câu 6: Dựa vào đơn vị SI của các đại lượng, hãy chứng tỏ tính đúng đắn của biểu thức :                  v=. r           (4)

Trả lời:

  = S/(r.t) 

mà S có đơn vị là m, r đơn vị là m, t có đơn vị là s

=>   đơn vị là s^-1

r có đơn vị là m

=> v= .r = m.s^-1 = m/s 

Vậy biểu thức (4) là đúng đắn.

II. LỰC HƯỚNG TÂM VÀ GIA TỐC HƯỚNG TÂM

Câu 1: Lực gây ra gia tốc của chuyển động tròn đều có hướng như thế nào ? 

Trả lời:

Lực gây ra gia tốc của chuyển động tròn đều có hướng vào tâm quỹ đạo tròn gọi là lực hướng tâm.

Câu 2: Hai điểm A và B nằm trên cùng một bán kính của một vô lăng đang quay đều, cách nhau 20 cm. Điểm A ở phía ngoài có tốc độ 0,6 m/s, điểm B ở phía trong (gần trục quay hơn) có tốc độ 0,2 m/s. Tính tốc độ góc của vô lăng.

Trả lời:

Tại điểm A
 = v/r = 0,6/r  (1)
Tại điểm B
 = v/(r-0,2) = 0,2/(r-0,2)     (2)

=> Từ (1) và (2) suy ra:

              0,6/r= 0,2/(r-0,2)
=> 0,6 (r-0,2)= 0,2.r
=> 0,6r-0,12 =0,2r
=>          0,4r= 0,12
=>               r= 0,3 (m)
=>               = v/r= 0,6/0,3= 2 (rad/s)

Câu 3: Áp dụng định luật II Newton, hãy rút ra biểu thức tính độ lớn của lực hướng tâm. 

Trả lời:

Theo định luật II Newton F=m.a kết hợp với biểu thức (6) a=r.

=> biểu thức tính độ lớn của lực hướng tâm là:  F= m. r.

Câu 4: Trạm không gian quốc tế ISS có tổng khối lượng là 350 tấn, quay quanh Trái Đất ở độ cao 340 km, nơi có gia tốc trọng trường 8,8 m/s² . Bán kính Trái Đất là 6400 km. Tính:

a, Lực hướng tâm tác dụng lên trạm không gian. 
b, Tốc độ của trạm không gian trên quỹ đạo
c, Thời gian quay quanh Trái Đất của trạm không gian
d, Số vòng trạm không gian thực hiện quanh Trái Đất trong một ngày.

Trả lời:

a, Lực hướng tâm tác dụng lên trạm không gian là:
F=m.a= 350 000. 8,8 = 3 080 000 (N)

b, v=  =  = 7701,43 (m/s)

c, Chu vi quỹ đạo của trạm không gian là: C = 2 = 2.3,14. (340000+ 6400000) = 42 348 668,97 (m)
Thời gian quay quanh Trái Đất 1 vòng là:
C/v= 42 348 668,97/ 7701,43 =5 498,8 (s)

d, Đổi 1 ngày = 86400 s
Số vòng Trạm không gian thực hiện trong 1 ngày là: 5498,8 / 86400 =0,064 (vòng) 

Câu 5: Trong hình 1.8, ô tô muốn rẽ với khúc cua rộng hơn. Làm thế nào để người lái xe rẽ trái an toàn? 

Trả lời:

Trong hình 1.8, ô tô muốn rẽ với khúc cua rộng hơn, để rẽ trái an toàn thì ô tô phải đi với vận tốc chậm.

Câu 6: Trong mỗi tình huống trong hình 1.10, lực nào đóng vai trò là lưc hướng tâm? Thảo luận về các điều kiên đảm bảo an toàn của chuyển động trong tính huống.

1, Chiếc máy bay đang lượn vòng. Để chuyển hướng, người phi công làm nghiêng cánh máy bay ( hình 1.10a)
2, Một viên đá được buộc vào một sợi dây và quay tròn trong mặt phẳng tạo thành hình nón. (hình 1.10b)

Trả lời:

1, Lực từ động cơ máy bay đóng vai trò là lực hướng tâm.
2, Lực căng dây đóng vai trò là lực hướng tâm.