Giải SGK Vật Lí 10 (Cánh diều) Bài tập chủ đề 1 trang 41, 42

Giải Vật Lí 10 Bài tập chủ đề 1 trang 41, 42

Bài 1 trang 41 Vật Lí 10: Trái Đất quay quanh Mặt Trời ở khoảng cách 150 000 000 km.

a) Phải mất bao lâu để ánh sáng từ Mặt Trời đến Trái Đất? Biết tốc độ ánh sáng trong không gian là 3,0.10⁸ m/s.

b) Tính tốc độ quay quanh Mặt Trời của Trái Đất. Giải thích tại sao đây là tốc độ trung bình, không phải là vận tốc của Trái Đất.

Lời giải:

a) Đổi 150 000 000 km = 150 000 000 000 m

Thời gian để ánh sáng từ Mặt Trời đến Trái Đất:

$t=\frac{s}{v}=\frac{150000000000}{{3.10}^8}=500\left(s\right)\approx 8,3$ phút 

b) Trái Đất quay quanh Mặt Trời với chu kì là 365 ngày (năm thường, không xét năm nhuận).

T = 365 ngày = 365.24.60.60 = 31536000 (giây)

Tốc độ quay quanh Mặt Trời của Trái Đất:

$v=r\omega ={150.10}^9.\frac{2\pi }{31536000}=29885,775\left(m/s\right)$ 

Đây là tốc độ trung bình chứ không phải vận tốc của Trái Đất vì:

- Vận tốc được xác định bằng độ dịch chuyển trên khoảng thời gian thực hiện độ dịch chuyển ấy.

- Khi Trái Đất quay được một vòng quanh Mặt Trời thì độ dịch chuyển bằng 0 dẫn đến vận tốc của Trái Đất bằng 0.

Bài 2 trang 41 Vật Lí 10: Một người đi bằng thuyền với tốc độ 2,0 m/s về phía đông. Sau khi đi được 2,2 km, người này lên ô tô về phía bắc trong 15 phút với tốc độ 60 km/h. Bỏ qua thời gian chuyển từ thuyền lên ô tô.

Tìm:

a) Tổng quãng đường đã đi.

b) Độ lớn của độ dịch chuyển tổng hợp.

c) Tổng thời gian đi.

d) Tốc độ trung bình tính bằng m/s.

e) Độ lớn của vận tốc trung bình.

Lời giải:

a) Đổi đơn vị: 60 km/h = $\frac{50}{3}m/s$ và 15 phút = 900 giây; 2,2 km = 2200 m.

Quãng đường người này đi được khi đi về phía Bắc là:

$s_2=v_2{t}_2=\frac{50}{3}.900=15000\left(m\right)$ 

Tổng quãng đường đã đi là

S = s₁ + s₂ = 2200 + 15000 = 17200 (m)

b) Từ hình vẽ xác định độ dịch chuyển là độ dài cạnh huyền của tam giác vuông

$\Delta d=\sqrt{s_1^2+s_2^2}=\sqrt{{2200}^2+{15000}^2}\approx 15160,5\left(m\right)$ 

c) Thời gian người này đi được quãng đường s₁ là:

$t_1=\frac{s_1}{v_1}=\frac{2200}{2}=1100\left(s\right)$ 

Tổng thời gian di chuyển trên hai quãng đường s₁, s₂ là:

$t=t_1+t_2$ = 1100 + 900 = 2000 (s)

d) Tốc độ trung bình trên cả quãng đường đi là:

$v=\frac{s}{t}=\frac{s_1+s_2}{t_1+t_2}=\frac{17200}{2000}=8,6\left(m/s\right)$ 

e) Độ lớn của vận tốc trung bình:

$v=\frac{\Delta d}{\Delta t}=\frac{15160,5}{2000}=7,58\left(m/s\right)$

Bài 3 trang 41 Vật Lí 10: Hai người đi xe đạp theo một con đường thẳng. Tại thời điểm t = 0, người A đang đi với tốc độ không đổi là 3,0 m/s qua chỗ người B đang ngồi trên xe đạp đứng yên. Cũng tại thời điểm đó, người B bắt đầu đuổi theo người A. Tốc độ của người B tăng từ thời điểm t = 0,0 s đến t = 5,0 s, khi đi được 10 m. Sau đó người B tiếp tục đi với tốc độ không đổi là 4 m/s.

a) Vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của người A, từ t = 0,0 s đến t = 12,0 s.

b) Khi nào người B đuổi kịp người A.

c) Người B đi được bao nhiêu mét trong khoảng thời gian đi với tốc độ không đổi (đến khi gặp nhau)?

Lời giải:

a) Vì độ dịch chuyển người A đi được tính theo công thức d = 3.t, ta có bảng sau:

Từ đây ta vẽ được đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của người A, từ t = 0 s đến t = 12 s.

b)

Người B đi từ t₁ = 0 s đến t₂ = 5 s và đi được quãng đường s₂ = 10m.

Vậy, trong thời gian từ t₁ = 0 s đến t₂ = 5 s thì người A đi được quãng đường là

s₁ = v₁.5 = 3.5 = 15 m.

Tính từ thời điểm t = 5 s người B đi với vận tốc không đổi v₂ = 4 m/s, người A vẫn đi với vận tốc 3 m/s.

Ta biểu diễn vị trí của hai người A và B qua sơ đồ như sau:

Giả sử người B đuổi kịp người A vào lúc t(s) tại vị trí C như sơ đồ.

Ta có: s_B – s_A = 5 ⇒ 4.t – 3.t = 5 ⇒ t = 5(s)

Vậy, kể từ lúc xuất phát tới khi người B đuổi kịp người A mất thời gian là:

t_B = 5 + 5 = 10s

c) Quãng đường người B đi được trong khoảng thời gian 5(s) (thời gian gặp người A) với tốc độ không đổi 4m/s là:

s_B = v₂.5 = 4.5 = 20 m.

Bài 4 trang 41 Vật Lí 10: Trước khi đi vào đường cao tốc, người ta làm một đoạn đường nhập làn để ô tô có thể tăng tốc. Giả sử rằng một ô tô bắt đầu vào một đoạn đường nhập làn với tốc độ 36 km/h, tăng tốc với gia tốc 4,0 m/s², đạt tốc độ 72 km/h khi hết đường nhập làn để bắt đầu vào đường cao tốc. Tính độ dài tối thiểu của đường nhập làn.

Lời giải:

Vận tốc ban đầu: v₀ = 36 km/h = 10 m/s

Vận tốc sau khi nhập làn: v = 72 km/h = 20 m/s

Độ dài tối thiểu của đường nhập làn:

$s=\frac{v^2-v_0^2}{2a}=\frac{{20}^2-{10}^2}{2.4}=37,5m$ 

Bài 5 trang 41 Vật Lí 10: Hai xe ô tô A và B chuyển động thẳng cùng chiều. Xe A đang đi với tốc độ không đổi 72 km/h thì vượt xe B tại thời điểm t = 0. Để đuổi kịp xe A, xe B đang đi với tốc độ 45 km/h ngay lập tức tăng tốc đều trong 10 s để đạt tốc độ không đổi 90 km/h. Tính:

a) Quãng đường xe A đi được trong 10 s đầu tiên, kể từ lúc t = 0.

b) Gia tốc và quãng đường đi được của xe B trong 10 s đầu tiên.

c) Thời gian cần thiết để xe B đuổi kịp xe A.

d) Quãng đường mỗi ô tô đi được, kể từ lúc t = 0 đến khi hai xe gặp nhau.

Lời giải:

Đổi đơn vị: 72 km/h = 20 m/s; 45 km/h = 12,5 m/s; 90 km/h = 25 m/s

a) Quãng đường xe A đi được trong 10 s đầu tiên, kể từ lúc t = 0:

s_A = v_A.t = 20.10 = 200 m.

b) Vận tốc ban đầu của xe B là v_1B = 12,5 m/s

Vận tốc sau khi xe B tăng tốc là v_2B = 25 m/s

Gia tốc xe B trong 10 s đầu tiên:

$a=\frac{v_{2B}-v_{1B}}{\Delta t}=\frac{25-12,5}{10}=1,25m/s^2$

Quãng đường xe B đi được trong 10 s đầu tiên:

$s=\frac{v_{2B}^2-v_{1B}^2}{2a}=\frac{{25}^2-12,5^2}{2.1,25}=187,5m$

c) Gọi thời gian cần thiết để xe B đuổi kịp xe A là t

Tính từ thời điểm t = 0, lúc xe A vượt xe B:

Quãng đường xe A di chuyển cho đến khi 2 xe gặp nhau là:

$s_1=v_A.t=20t\left(m\right)$

Quãng đường xe B di chuyển cho đến khi 2 xe gặp nhau là:

$s_2=v_{1B}.t+\frac{1}{2}{a}_B{t}^2=12,5t+\frac{1}{2}.1,25.t^2$

Do 2 xe di chuyển cùng chiều, không đổi hướng nên tính từ thời điểm t = 0 đến khi gặp nhau thì quãng đường di chuyển của 2 xe bằng nhau:

$s_1=s_2\iff 20t=12,5t+\frac{1}{2}.1,25.t^2\Rightarrow t=12s$

Vậy thời gian cần thiết là 12 giây (tính từ lúc xe A vượt xe B) để xe B đuổi kịp xe A.

d) Quãng đường xe A và xe B đi được khi đó: $s_1=s_2=20.12=240m$

uay quanh Mặt Trời ở khoảng cách 150 000 000 km.

a) Phải mất bao lâu để ánh sáng từ Mặt Trời đến Trái Đất? Biết tốc độ ánh sáng trong không gian là 3,0.10⁸ m/s.

b) Tính tốc độ quay quanh Mặt Trời của Trái Đất. Giải thích tại sao đây là tốc độ trung bình, không phải là vận tốc của Trái Đất.

Lời giải:

a) Đổi 150 000 000 km = 150 000 000 000 m

Thời gian để ánh sáng từ Mặt Trời đến Trái Đất:

$t=\frac{s}{v}=\frac{150000000000}{{3.10}^8}=500\left(s\right)\approx 8,3$ phút 

b) Trái Đất quay quanh Mặt Trời với chu kì là 365 ngày (năm thường, không xét năm nhuận).

T = 365 ngày = 365.24.60.60 = 31536000 (giây)

Tốc độ quay quanh Mặt Trời của Trái Đất:

$v=r\omega ={150.10}^9.\frac{2\pi }{31536000}=29885,775\left(m/s\right)$ 

Đây là tốc độ trung bình chứ không phải vận tốc của Trái Đất vì:

- Vận tốc được xác định bằng độ dịch chuyển trên khoảng thời gian thực hiện độ dịch chuyển ấy.

- Khi Trái Đất quay được một vòng quanh Mặt Trời thì độ dịch chuyển bằng 0 dẫn đến vận tốc của Trái Đất bằng 0.

Bài 2 trang 41 Vật Lí 10: Một người đi bằng thuyền với tốc độ 2,0 m/s về phía đông. Sau khi đi được 2,2 km, người này lên ô tô về phía bắc trong 15 phút với tốc độ 60 km/h. Bỏ qua thời gian chuyển từ thuyền lên ô tô.

Tìm:

a) Tổng quãng đường đã đi.

b) Độ lớn của độ dịch chuyển tổng hợp.

c) Tổng thời gian đi.

d) Tốc độ trung bình tính bằng m/s.

e) Độ lớn của vận tốc trung bình.

Lời giải:

a) Đổi đơn vị: 60 km/h = $\frac{50}{3}m/s$ và 15 phút = 900 giây; 2,2 km = 2200 m.

Quãng đường người này đi được khi đi về phía Bắc là:

$s_2=v_2{t}_2=\frac{50}{3}.900=15000\left(m\right)$ 

Tổng quãng đường đã đi là

S = s₁ + s₂ = 2200 + 15000 = 17200 (m)

b) Từ hình vẽ xác định độ dịch chuyển là độ dài cạnh huyền của tam giác vuông

$\Delta d=\sqrt{s_1^2+s_2^2}=\sqrt{{2200}^2+{15000}^2}\approx 15160,5\left(m\right)$ 

c) Thời gian người này đi được quãng đường s₁ là:

$t_1=\frac{s_1}{v_1}=\frac{2200}{2}=1100\left(s\right)$ 

Tổng thời gian di chuyển trên hai quãng đường s₁, s₂ là:

$t=t_1+t_2$ = 1100 + 900 = 2000 (s)

d) Tốc độ trung bình trên cả quãng đường đi là:

$v=\frac{s}{t}=\frac{s_1+s_2}{t_1+t_2}=\frac{17200}{2000}=8,6\left(m/s\right)$ 

e) Độ lớn của vận tốc trung bình:

$v=\frac{\Delta d}{\Delta t}=\frac{15160,5}{2000}=7,58\left(m/s\right)$

Bài 3 trang 41 Vật Lí 10: Hai người đi xe đạp theo một con đường thẳng. Tại thời điểm t = 0, người A đang đi với tốc độ không đổi là 3,0 m/s qua chỗ người B đang ngồi trên xe đạp đứng yên. Cũng tại thời điểm đó, người B bắt đầu đuổi theo người A. Tốc độ của người B tăng từ thời điểm t = 0,0 s đến t = 5,0 s, khi đi được 10 m. Sau đó người B tiếp tục đi với tốc độ không đổi là 4 m/s.

a) Vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của người A, từ t = 0,0 s đến t = 12,0 s.

b) Khi nào người B đuổi kịp người A.

c) Người B đi được bao nhiêu mét trong khoảng thời gian đi với tốc độ không đổi (đến khi gặp nhau)?

Lời giải:

a) Vì độ dịch chuyển người A đi được tính theo công thức d = 3.t, ta có bảng sau:

Từ đây ta vẽ được đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của người A, từ t = 0 s đến t = 12 s.

b)

Người B đi từ t₁ = 0 s đến t₂ = 5 s và đi được quãng đường s₂ = 10m.

Vậy, trong thời gian từ t₁ = 0 s đến t₂ = 5 s thì người A đi được quãng đường là

s₁ = v₁.5 = 3.5 = 15 m.

Tính từ thời điểm t = 5 s người B đi với vận tốc không đổi v₂ = 4 m/s, người A vẫn đi với vận tốc 3 m/s.

Ta biểu diễn vị trí của hai người A và B qua sơ đồ như sau:

Giả sử người B đuổi kịp người A vào lúc t(s) tại vị trí C như sơ đồ.

Ta có: s_B – s_A = 5 ⇒ 4.t – 3.t = 5 ⇒ t = 5(s)

Vậy, kể từ lúc xuất phát tới khi người B đuổi kịp người A mất thời gian là:

t_B = 5 + 5 = 10s

c) Quãng đường người B đi được trong khoảng thời gian 5(s) (thời gian gặp người A) với tốc độ không đổi 4m/s là:

s_B = v₂.5 = 4.5 = 20 m.

Bài 4 trang 41 Vật Lí 10: Trước khi đi vào đường cao tốc, người ta làm một đoạn đường nhập làn để ô tô có thể tăng tốc. Giả sử rằng một ô tô bắt đầu vào một đoạn đường nhập làn với tốc độ 36 km/h, tăng tốc với gia tốc 4,0 m/s², đạt tốc độ 72 km/h khi hết đường nhập làn để bắt đầu vào đường cao tốc. Tính độ dài tối thiểu của đường nhập làn.

Lời giải:

Vận tốc ban đầu: v₀ = 36 km/h = 10 m/s

Vận tốc sau khi nhập làn: v = 72 km/h = 20 m/s

Độ dài tối thiểu của đường nhập làn:

$s=\frac{v^2-v_0^2}{2a}=\frac{{20}^2-{10}^2}{2.4}=37,5m$ 

Bài 5 trang 41 Vật Lí 10: Hai xe ô tô A và B chuyển động thẳng cùng chiều. Xe A đang đi với tốc độ không đổi 72 km/h thì vượt xe B tại thời điểm t = 0. Để đuổi kịp xe A, xe B đang đi với tốc độ 45 km/h ngay lập tức tăng tốc đều trong 10 s để đạt tốc độ không đổi 90 km/h. Tính:

a) Quãng đường xe A đi được trong 10 s đầu tiên, kể từ lúc t = 0.

b) Gia tốc và quãng đường đi được của xe B trong 10 s đầu tiên.

c) Thời gian cần thiết để xe B đuổi kịp xe A.

d) Quãng đường mỗi ô tô đi được, kể từ lúc t = 0 đến khi hai xe gặp nhau.

Lời giải:

Đổi đơn vị: 72 km/h = 20 m/s; 45 km/h = 12,5 m/s; 90 km/h = 25 m/s

a) Quãng đường xe A đi được trong 10 s đầu tiên, kể từ lúc t = 0:

s_A = v_A.t = 20.10 = 200 m.

b) Vận tốc ban đầu của xe B là v_1B = 12,5 m/s

Vận tốc sau khi xe B tăng tốc là v_2B = 25 m/s

Gia tốc xe B trong 10 s đầu tiên:

$a=\frac{v_{2B}-v_{1B}}{\Delta t}=\frac{25-12,5}{10}=1,25m/s^2$

Quãng đường xe B đi được trong 10 s đầu tiên:

$s=\frac{v_{2B}^2-v_{1B}^2}{2a}=\frac{{25}^2-12,5^2}{2.1,25}=187,5m$

c) Gọi thời gian cần thiết để xe B đuổi kịp xe A là t

Tính từ thời điểm t = 0, lúc xe A vượt xe B:

Quãng đường xe A di chuyển cho đến khi 2 xe gặp nhau là:

$s_1=v_A.t=20t\left(m\right)$

Quãng đường xe B di chuyển cho đến khi 2 xe gặp nhau là:

$s_2=v_{1B}.t+\frac{1}{2}{a}_B{t}^2=12,5t+\frac{1}{2}.1,25.t^2$

Do 2 xe di chuyển cùng chiều, không đổi hướng nên tính từ thời điểm t = 0 đến khi gặp nhau thì quãng đường di chuyển của 2 xe bằng nhau:

$s_1=s_2\iff 20t=12,5t+\frac{1}{2}.1,25.t^2\Rightarrow t=12s$

Vậy thời gian cần thiết là 12 giây (tính từ lúc xe A vượt xe B) để xe B đuổi kịp xe A.

d) Quãng đường xe A và xe B đi được khi đó: $s_1=s_2=20.12=240m$

Bài 6 trang 42 Vật Lí 10: Hình 1 biểu diễn đồ thị vận tốc – thời gian của một quả bóng thả rơi chạm đất rồi nảy lên theo phương thẳng đứng. Quả bóng được thả tại A và chạm đất tại B. Quả bóng rời khỏi mặt đất tại D và đạt độ cao cực đại tại E. Có thể bỏ qua tác dụng của lực cản không khí.

a) Tại sao độ dốc của đoạn thẳng AB lại giống độ dốc của đoạn thẳng DE?

b) Diện tích tam giác ABC biểu thị đại lượng nào?

c) Tại sao diện tích tam giác ABC lớn hơn diện tích tam giác CDE.

Lời giải:

a) Chọn chiều dương là chiều từ trên xuống dưới

Đoạn AB mô tả chuyển động của vật: là chuyển động nhanh dần, chiều từ trên xuống.

Đoạn DE mô tả chuyển động của vật: là chuyển động chậm dần đồng thời ngược chiều dương đã chọn.

⇒ Cả 2 đoạn AB, DE đều là chuyển động thẳng biến đổi nên có gia tốc không đổi.

Mà độ dốc của đồ thị vận tốc-thời gian có giá trị bằng gia tốc của chuyển động

nên độ dốc của hai đoạn AB, DE giống nhau.

b) Diện tích tam giác ABC biểu thị đại lượng độ dịch chuyển khi quả bóng chuyển động từ điểm A (vị trí được thả) đến điểm B (vị trí chạm đất) đồng thời độ dịch chuyển này bằng với quãng đường từ A đến B vì trong giai đoạn này quả bóng chuyển động theo một hướng xác định.

c) Do trong quá trình chuyển động rơi của quả bóng, một phần năng lượng ban đầu đã bị chuyển hóa thành nhiệt năng, năng lượng âm thanh khi chạm đất nên năng lượng của quả bóng bị giảm đi trong quá trình nảy lên.

Dẫn đến vận tốc khi rời khỏi mặt đất của vật giảm đi, quãng đường DE đi được ngắn hơn quãng đường AB dẫn đến diện tích của tam giác CDE nhỏ hơn diện tích tam giác ABC.

Bài 7 trang 42 Vật Lí 10: Một quả bóng được thả rơi từ độ cao 1,20 m. Sau khi chạm đất, quả bóng bật lên ở độ cao 0,80 m. Thời gian tiếp xúc giữa bóng và mặt đất là 0,16 s. Lấy g = 9,8 m/s². Bỏ qua sức cản của không khí. Tìm:

a) Tốc độ của quả bóng ngay trước khi chạm đất.

b) Tốc độ của quả bóng ngay khi bắt đầu bật lên.

c) Độ lớn và phương gia tốc của quả bóng khi nó tiếp xúc với mặt đất.

Lời giải:

Công thức quãng đường của vật rơi tự do không vận tốc đầu: $s=\frac{1}{2}g{t}^2$

Chọn trục tọa độ Ox có phương thẳng đứng, chiều dương hướng xuống. 

a) Thời gian bóng rơi từ độ cao 1,2 m đến khi vừa chạm đất là: $t=\sqrt{\frac{2s}{g}}$

Tốc độ của bóng ngay trước khi chạm đất là:

$v=gt=g.\sqrt{\frac{2s}{g}}=\sqrt{2gs}=\sqrt{2.9,8.1,2}\approx 4,85m/s$

b) Do thời gian bóng tiếp xúc với đất là 0,16 s nên tốc độ của bóng ngay khi bắt đầu bật lên là: $v_1=v-gt=4,85-9,8.0,16=3,28m/s$ (vì khi chạm đất, đất là nguyên nhân làm cho quả bóng bị cản lại, gia tốc a = -g).

c) Khi bóng bật lên đến độ cao 0,8 m (ngay tại độ cao đó vận tốc tức thời bằng v₂ = 0)

Gia tốc của quả bóng khi nó tiếp xúc với đất và bật lên:

$a=\frac{v_2^2-v_1^2}{2s\text{'}}=\frac{0^2-3,{28}^2}{2.0,8}=-6,724m/s^2$

Độ lớn của gia tốc là $6,724m/s^2$, phương của gia tốc là phương thẳng đứng và có chiều ngược với chiều chuyển động.

Xem thêm lời giải bài tập SGK Vật lí lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 2: Đồ thị độ dịch chuyển theo thời gian. Độ dịch chuyển tổng hợp và vận tốc tổng hợp

Bài 3: Gia tốc và đồ thị vận tốc–thời gian 

Bài 1: Lực và gia tốc

Bài 2: Một số lực thường gặp

Bài 3: Ba định luật Newton về chuyển động