Giải Vật Lí lớp 10 Bài 9: Chuyển động ném
Mở đầu trang 50 Vật Lí 10: Chuyển động ném là một chuyển động thường gặp trong cuộc sống như: máy bay trực thăng thả những thùng hàng cứu trợ (Hình 9.1a), vận động viên đẩy tạ (Hình 9.1b). Trong cả hai trường hợp, vật đều được ném từ một độ cao h so với mặt đất và có vận tốc đầu v0 hợp với phương ngang một góc α (0 ≤ α ≤ 90°). Để thùng hàng rơi trúng vị trí cần thiết, quả tạ bay đi được quãng đường xa nhất, cần phải có những điều kiện gì?
Lời giải:
Để thùng hàng rơi trúng vị trí cần thiết, quả tạ bay đi được quãng đường xa nhất, cần phải có những điều kiện:
- Máy bay ở một độ cao xác định
- Người ném tạ phải ném quả tạ với một độ cao, vận tốc và góc ném thích hơp để quả tạ bay được xa nhất.
1. Chuyển động ném ngang
Câu hỏi 1 trang 50 Vật Lí 10: Quan sát kết quả thí nghiệm trong hình 9.2 và nhận xét về chuyển động của hai viên bi.
Lời giải:
- Viên bi vàng có quỹ đạo chuyển động cong, viên bi đỏ có quỹ đạo chuyển động thẳng
- Cả hai viên bi chạm đất cùng một lúc.
Câu hỏi 2 trang 51 Vật Lí 10: Lập luận để rút ra các phương trình mô tả quỹ đạo chuyển động, thời gian rơi và tầm xa của vật được ném ngang.
Lời giải:
Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình trên và gốc thời gian lúc thả vật, phân tích trên từng trục cho thấy:
Trên trục Ox:
- Gia tốc: ax = 0 nên vật chuyển động thẳng đều trên Ox.
- Vận tốc: vx = v0 là hằng số.
- Phương trình chuyển động: x = v0.t Trên trục Oy:
- Gia tốc: ay = g là hằng số nên vật chuyển động nhanh dần đều trên Oy (do vectơ hình chiếu vận tốc và gia tốc luôn cùng chiều).
- Vận tốc vy = g.t
- Phương trình chuyển động: y = ½ gt2
Phương trình quỹ đạo của vật có dạng: y=g2v02.x2
Như vậy, quỹ đạo của vật có dạng một nhánh đường parabol - Thời gian rơi của vật: t=2hg
- Tầm xa: khoảng cách xa nhất (theo phương ngang) so với vị trí ném được xác định:
L=xmax=v0.t=v0.2hg
Câu hỏi 3 trang 51 Vật Lí 10: Phân biệt phương trình chuyển động và phương trình quỹ đạo của vật.
Lời giải:
- Phương trình chuyển động: x = v0.t mô tả vị trí của vật theo phương ngang ở từng thời điểm khác nhau.
- Phương trình chuyển động: y = ½ gt2 mô tả vị trí của vật theo phương thẳng đứng ở từng thời điểm khác nhau.
Từ đây, ta có phương trình chuyển động cho biết tọa độ của vật ở đâu tại một thời điểm xác định nào đó.
- Phương trình quỹ đạo của vật có dạng: y=g2v02.x2 cho biết hình dạng quỹ đạo chuyển động của vật.
Luyện tập trang 52 Vật Lí 10: Từ một vách đá cao 10 m so với mặt nước biển, một bạn ném ngang một hòn đá nhỏ với tốc độ 5 m/s. Bỏ qua lực cản của không khí và lấy g = 9,81 m/s2.
a) Lập các phương trình chuyển động của hòn đá.
b) Xác định tọa độ của hòn đá sau 1 giây.
c) Xác định vị trí và tốc độ của hòn đá ngay trước khi hòn đá chạm mặt nước biển.
Lời giải:
a) Chọn hệ trục tọa độ Oxy, có trục Ox nằm ngang, trục Oy thẳng đứng chiều hướng xuống
- Phương trình chuyển động theo phương ngang Ox: x = v0.t = 5t - Phương trình chuyển động theo phương thẳng đứng Oy:
y=12gt2=4,905t2
b) Tọa độ của hòn đá sau 1 giây:
x=5.1=5 my=4,905.12=4,905 m c)
- Thời gian rơi của hòn đá khi chạm mặt nước biển:
t=2hg=2.109,81≈1,43 s - Vị trí của hòn đá khi đó:
x=5.1,43=7,15 my=4,905.1,432=10,03 m - Tốc độ của hòn đá khi chạm mặt nước biển:
v=2gh=2.9,81.10≈14 m/s - Tầm xa:
L = v0.t = 5.1,43 = 7,15 m
Vận dụng trang 52 Vật Lí 10: Dựa vào kinh nghiệm trong đời sống và các phương trình chuyển động ném ngang, em hãy nêu những yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa. Từ đó, phân tích cách thức tăng tầm xa khi ném ngang một vật.
Lời giải:
Những yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa của một vật ném ngang:
- Vận tốc ném ban đầu.
- Độ cao so với mặt đất.
- Vị trí địa lí tại nơi ném (ảnh hưởng đến gia tốc trọng trường).
Để tăng tầm xa khi ném ngang:
- Tăng vận tốc ném ban đầu.
- Tăng độ cao ném so với mặt đất.
2. Chuyển động ném xiên
Câu hỏi 4 trang 52 Vật Lí 10: Khi quả tạ được ném từ độ cao h sao cho vận tốc ban đầu hợp với phương ngang một góc α, hãy dự đoán các yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa quả tạ.
Lời giải:
Yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa của quả tạ:
- Góc ném.
- Vận tốc ném ban đầu.
- Độ cao khi ném.
- Lực cản của không khí.
Câu hỏi 5 trang 53 Vật Lí 10: Nêu những lưu ý khi làm thí nghiệm khảo sát để thu được kết quả chính xác nhất có thể.
Lời giải:
Lưu ý khi làm thí nghiệm khảo sát để thu được kết quả chính xác nhất:
- Lựa chọn vật nặng có kích thước nhỏ để làm vật ném.
- Sử dụng dụng cụ có thể thay đổi góc bắn hoặc độ cao vật nhưng vẫn đảm bảo vận tốc ban đầu có độ lớn không đổi.
Bài tập (trang 53)
Bài 1 trang 53 Vật Lí 10: Một máy bay đang bay ở độ cao 5 km với tốc độ 500 km/h theo phương ngang thì thả rơi một vật. Hỏi người lái máy bay phải vật cách mục tiêu bao xa theo phương ngang để vật rơi trúng mục tiêu? Lấy g = 9,8 m/s2. Lời giải:
Để rơi trúng mục tiêu thì tầm xa của vật ném ngang phải bằng với khoảng cách từ vật đến mục tiêu theo phương ngang.
L=v02hg=5003,6.2.50009,8≈4436,6 m
Bài 2 trang 53 Vật Lí 10: Một vận động viên ném một quả bóng chày với tốc độ 90 km/h từ độ cao 1,75 m (Hình 9P.1). Giả sử quả bóng chày được ném ngang, lực cản của không khí là không đáng kể và lấy g = 9,8 m/s2.
a) Viết phương trình chuyển động của quả bóng chày theo hai trục Ox, Oy.
b) Quả bóng chày đạt tầm xa bao nhiêu? Tính tốc độ của nó ngay trước khi chạm đất.
Lời giải:
Đổi: 90 km/h = 25 m/s
a) Phương trình chuyển động của quả bóng chày:
Ox: x = v0t =25t Oy: y = 12gt2 = 4,9t2 b) Tầm xa:
L=v02hg=25.2.1,759,8=14,94 m Tốc độ trước khi chạm đất:
v=2gh=2.9,8.1,75=5,86 m/s
