Trả lời nhanh
Định luật 2 Newton: gia tốc của vật cùng hướng với hợp lực tác dụng lên vật, có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn hợp lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng, tức a = F/m hay F = m·a (dạng vectơ). Các đáp án chính của bài: câu 2 trang 64 chọn C (0,5 kg); câu 1 trang 66 chọn C; câu 2 trang 66 chọn D (10 m/s); câu 3 trang 66 gia tốc là 1 m/s².
Tóm tắt kiến thức cần nhớ trước khi làm bài
- Định luật 2 Newton: a = F/m, trong đó F là hợp lực tác dụng lên vật (đơn vị N), m là khối lượng (kg), a là gia tốc (m/s2). Viết dưới dạng F = ma.
- Hướng: gia tốc luôn cùng hướng với hợp lực. Vì m > 0 nên hai vectơ này không bao giờ ngược chiều nhau.
- Khối lượng và quán tính: khối lượng là số đo mức quán tính – vật càng nặng càng khó thay đổi vận tốc.
- Định nghĩa 1 N: là lực truyền cho vật khối lượng 1 kg gia tốc 1 m/s2.
- Kết hợp với động học: khi biết a thì dùng v = v0 + at, s = v0t + ½at2, v2 − v02 = 2as để tìm vận tốc, quãng đường.
Muốn xem hệ thống kiến thức đầy đủ hơn, em đọc thêm: Lý thuyết Định luật II Newton. Bài trước là Bài 14: Định luật 1 Newton.
Giải bài tập trang 64 – Khối lượng và quán tính
Câu hỏi 1 trang 64: Ví dụ cho thấy khối lượng càng lớn thì quán tính càng lớn
Ví dụ:
- Cùng đẩy bằng một lực, chiếc xe đẩy hàng rỗng tăng tốc nhanh hơn nhiều so với xe chất đầy hàng. Xe nặng khó thay đổi vận tốc hơn.
- Xe tải chở nặng cần quãng đường phanh dài hơn xe máy đang chạy cùng tốc độ, vì khó dừng lại hơn.
- Muốn làm quả tạ 5 kg đang lăn chậm lại thì phải ghìm mạnh hơn so với quả bóng tennis.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Có thể so sánh khối lượng các vật làm từ chất khác nhau: hai vật chịu hợp lực như nhau mà gia tốc bằng nhau thì khối lượng bằng nhau.
- Giải thích các quy định an toàn: xe càng nặng càng phải giữ khoảng cách an toàn lớn, giảm tốc độ sớm.
Câu hỏi 2 trang 64: Đọc khối lượng của vật từ đồ thị (Hình 15.1)
Từ định luật 2: a = F/m ⇒ m = F/a. Chọn một điểm rõ ràng trên đồ thị, chẳng hạn F = 0,5 N ứng với a = 1,0 m/s2:
m = 0,5 / 1,0 = 0,5 kg ⇒ chọn C.
- A (1,0 kg) sai do em lấy nhầm giá trị a làm khối lượng.
- B (2,0 kg) sai do em lấy tỉ số a/F thay vì F/a (đảo ngược).
- D (1,5 kg) không ứng với tỉ số nào đọc được trên đồ thị.
Mẹo: nếu đồ thị a theo F là đường thẳng qua gốc toạ độ thì độ dốc bằng 1/m, nên m = 1/độ dốc.
Hoạt động trang 64 – Thí nghiệm minh hoạ định luật 2 Newton
Thí nghiệm (Hình 15.2) đo gia tốc của xe khi thay đổi lực kéo F hoặc thay đổi tổng khối lượng m + M. Dưới đây là cách phân tích số liệu trong Bảng 15.1.
a) Hai đồ thị có phải là đường thẳng không?
Đồ thị a theo F (giữ m + M = 0,5 kg):
| F (N) | a (m/s2) | F/a |
|---|---|---|
| 1 | 1,99 | ≈ 0,5 |
| 2 | 4,03 | ≈ 0,5 |
| 3 | 5,67 | ≈ 0,5 |
Tỉ số F/a gần như không đổi (bằng m + M) nên các điểm gần như nằm trên một đường thẳng đi qua gốc toạ độ.
Đồ thị a theo 1/(m + M) (giữ F = 1 N):
| 1/(m+M) (kg−1) | a (m/s2) | a·(m+M) |
|---|---|---|
| 10/3 ≈ 3,33 | 3,31 | ≈ 0,99 |
| 2,5 | 2,44 | ≈ 0,98 |
| 2,0 | 1,99 | ≈ 1,0 |
Tích a·(m + M) xấp xỉ 1 (đúng bằng F = 1 N) nên a tỉ lệ bậc nhất với 1/(m + M): đồ thị cũng là đường thẳng qua gốc toạ độ. Sai số nhỏ là do ma sát và sai số đo.
b) Kết luận
- Khối lượng không đổi, lực tăng thì gia tốc tăng theo tỉ lệ: a tỉ lệ thuận với F.
- Lực không đổi, khối lượng tăng thì gia tốc giảm: a tỉ lệ nghịch với m.
Gộp hai kết luận ta có a = F/m, đó chính là định luật 2 Newton.
Giải bài tập trang 66 – Vận dụng định luật 2 Newton
Câu hỏi 1 trang 66: Cách viết hệ thức đúng
Từ a = F/m suy ra F = ma (cả hai vế đều là vectơ). Chọn C.
- A: viết F = m·a không có dấu vectơ trên a – vế trái là vectơ còn vế phải là số, không cùng bản chất.
- B: có dấu trừ, nghĩa là lực ngược hướng gia tốc – sai vì hai vectơ luôn cùng hướng.
- D: dấu trừ ở vế trái, sai vì cùng lý do.
Câu hỏi 2 trang 66: Quả bóng bay đi với tốc độ bao nhiêu?
Cho m = 0,5 kg; v0 = 0; F = 250 N; t = 0,02 s.
- Gia tốc: a = F/m = 250/0,5 = 500 m/s2.
- Tốc độ: v = v0 + at = 0 + 500 × 0,02 = 10 m/s.
Chọn D (10,00 m/s).
Lỗi hay gặp: chọn C (2,50) khi em nhân F với t rồi quên chia cho m; hoặc chọn A, B do bấm nhầm bậc luỹ thừa. Mẹo kiểm tra: F·t = 250 × 0,02 = 5 N·s, chia cho m = 0,5 kg được 10 m/s. Cách này không cần tính gia tốc.
Lưu ý: ta coi trong lúc chân chạm bóng lực không đổi và bỏ qua các lực cản – đây là mô hình gần đúng.
Câu hỏi 3 trang 66: Xe đồ chơi dưới hợp lực 50 N
Với F1 = 20 N, a1 = 0,4 m/s2, khối lượng xe là m = F1/a1 = 20/0,4 = 50 kg.
Với F2 = 50 N: a2 = F2/m = 50/50 = 1 m/s2.
Cách nhanh: khối lượng không đổi nên a tỉ lệ thuận với F: a2 = a1·F2/F1 = 0,4 × 50/20 = 1 m/s2. (Xe đồ chơi nặng 50 kg là dữ kiện của đề, em không cần thắc mắc.)
Câu hỏi 4 trang 66: Vì sao máy bay khối lượng càng lớn thì đường băng càng dài?
- Để cất cánh, máy bay phải đạt một tốc độ v nhất định (tốc độ cất cánh).
- Lực đẩy động cơ F có giới hạn. Theo định luật 2, a = F/m: máy bay càng nặng thì gia tốc càng nhỏ.
- Quãng đường chạy đà (xuất phát từ nghỉ): s = v2/(2a) = m·v2/(2F). Tốc độ cất cánh và lực đẩy cho trước thì s tỉ lệ thuận với m.
Vì vậy máy bay càng nặng càng cần đường băng dài. Thực tế, máy bay nặng thường cần tốc độ cất cánh lớn hơn nữa, nên đường băng còn phải dài hơn.
Những lỗi sai thường gặp ở Bài 15
- Dùng một lực thay vì hợp lực. F trong công thức là tổng vectơ các lực. Nếu vật chịu lực kéo và lực ma sát thì phải trừ đi lực ma sát.
- Quên đổi đơn vị. Khối lượng phải đổi ra kg, thời gian ra giây; 1 tấn = 1000 kg.
- Nhầm “có lực thì có vận tốc”. Lực gây ra gia tốc, không phải vận tốc. Vật vẫn có thể chuyển động khi hợp lực bằng 0 (định luật 1).
- Nhầm dấu của gia tốc khi hãm. Lực hãm ngược chiều chuyển động nên gia tốc âm nếu chọn chiều dương là chiều chuyển động.
Bài luyện tập có đáp án
- Vật 2 kg đang đứng yên, chịu hợp lực không đổi 6 N. Tính tốc độ sau 3 s và quãng đường đi được trong thời gian đó.
Đáp án: a = 6/2 = 3 m/s2; v = 3 × 3 = 9 m/s; s = ½ × 3 × 32 = 13,5 m. - Ô tô 1000 kg chạy 20 m/s, phanh gấp và dừng sau 50 m. Tính độ lớn lực hãm (coi không đổi).
Đáp án: a = (0 − 202)/(2 × 50) = −4 m/s2; F = 1000 × 4 = 4000 N. - Cùng một lực F, vật m1 có gia tốc 2 m/s2, vật m2 có gia tốc 6 m/s2. Nếu buộc hai vật làm một và tác dụng lực F thì gia tốc là bao nhiêu?
Đáp án: m1 = F/2, m2 = F/6, tổng khối lượng = 2F/3 ⇒ a = F/(2F/3) = 1,5 m/s2.
Tài liệu cùng bài học
- 20 câu trắc nghiệm Định luật II Newton có đáp án
- Sách bài tập Vật Lí 10 Bài 15
- Bài 16: Định luật 3 Newton
- Giải SGK Vật Lí 10 – Kết nối tri thức (mục lục cả sách)
Câu hỏi thường gặp
Công thức định luật 2 Newton là gì?
Dạng vectơ: a = F/m, hay F = m·a, trong đó F là hợp lực tác dụng lên vật (N), m là khối lượng (kg) và a là gia tốc (m/s²). Gia tốc luôn cùng hướng với hợp lực.
Vì sao đồ thị gia tốc theo lực là đường thẳng qua gốc toạ độ?
Vì khi khối lượng không đổi thì a = F/m tỉ lệ bậc nhất với F, độ dốc của đường thẳng bằng 1/m. Khi F = 0 thì a = 0 nên đường thẳng đi qua gốc toạ độ.
Một newton (1 N) được định nghĩa thế nào?
1 N là lực truyền cho vật có khối lượng 1 kg một gia tốc 1 m/s². Vì vậy 1 N = 1 kg·m/s².
Khối lượng và quán tính liên quan thế nào?
Khối lượng là số đo mức quán tính của vật. Vật có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, nên với cùng một lực thì gia tốc thu được càng nhỏ.