Lời giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 5: Tốc độ và vận tốc sách Kết nối tri thức ngắn gọn, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Vật Lí 10 Bài 5 từ đó học tốt môn Lí 10.

Giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 5: Tốc độ và vận tốc

Video bài giảng Tốc độ và vận tốc - Kết nối tri thức

Giải vật lí 10 trang 26 Tập 1 Kết nối tri thức

I. Tốc độ

Hoạt động trang 26 Vật Lí 10: Một vận động viên người Nam Phi đã lập kỉ lục thế giới về chạy ba cự li: 100 m, 200 m và 400 m (Bảng 5.1). Hãy dùng hai cách trên để xác định vận động viên này chạy nhanh nhất ở cự li nào?

 Phương pháp giải:

- So sánh quãng đường đi được trong cùng một thời gian.

- So sánh thời gian để đi cùng một quãng đường.

Lời giải:

* Cách 1: So sánh quãng đường đi được trong cùng một thời gian.

- Quãng đường vận động viên đi được trong 1 s ở mỗi cự li là:

+ Cự li 100 m: $s_1=\frac{100}{9,98}=10,02\left(m\right)$

+ Cự li 200 m: $s_2=\frac{200}{19,94}=10,03\left(m\right)$

+ Cự li 400 m: $s_3=\frac{400}{43,45}=9,21\left(m\right)$

=> Vận động viên chạy nhanh nhất trong cự li 200 m.

* Cách 2: So sánh thời gian để đi cùng một quãng đường.

- Thời gian để vận động viên chạy quãng đường 100 m ở mỗi cự li là:

+ Cự li 100 m: $t_1=9,98\left(s\right)$

+ Cự li 200 m: $t_2=100:\frac{200}{19,94}=9,97(s)$

+ Cự li 400 m: $t_3=100:\frac{400}{43,45}=10,86(s)$

=> Vận động viên chạy nhanh nhất ở cự li 200 m

Câu hỏi 1 trang 26 Vật Lí 10: Tại sao tốc độ trong công thức (5.1b) được gọi là tốc độ trung bình?

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính tốc độ trung bình của chuyển động.

Lời giải:

Tốc độ này được gọi là tốc độ trung bình vì nó cho biết quãng đường vật đi được trong một thời gian xác định. 

Câu hỏi 2 trang 26 Vật Lí lớp 10: Hãy tính tốc độ trung bình ra m/s và km/h của nữ vận động viên tại một số giải thi đấu. Hãy tính tốc độ trung bình ra m/s và km/h của nữ vận động viên tại một số giải thi đấu dựa vào Bảng 5.2.

 Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính tốc độ trung bình của chuyển động.

Lời giải:

Tốc độ trung bình của nữ vận động viên tại các giải thi đấu là:

- Điền kinh quốc gia 2016:

$v=\frac{100}{11,64}=8,59\left(m/s\right)=30,92\left(km/h\right)$

- SEA Games 29 (2017):

$v=\frac{100}{11,56}=8,65\left(m/s\right)=31,14\left(km/h\right)$

- SEA Games 29 (2019):

$v=\frac{100}{11,54}=8,67\left(m/s\right)=31,21\left(km/h\right)$

Giải vật lí 10 trang 27 Tập 1 Kết nối tri thức

Câu hỏi trang 27 Vật Lí 10: Bố bạn A đưa A đi học bằng xe máy vào lúc 7 giờ. Sau 5 phút xe đạt tốc độ 30 km/h. Sau 10 phút nữa, xe tăng tốc lên thêm 15 km/h. Đến gần trường, xe giảm dần tốc độ và dừng trước cổng trường lúc 7 giờ 30 phút.

a) Tính tốc độ trung bình của xe máy chở A khi đi từ nhà đến trường. Biết quãng đường từ nhà đến trường dài 15 km.

b) Tính tốc độ của xe vào lúc 7 giờ 15 phút và 7 giờ 30 phút. Tốc độ này là tốc độ gì?

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính tốc độ trung bình:

$v=\frac{\mathrm{\Delta }s}{\mathrm{\Delta }t}$

Lời giải:

a)

- Thời gian xe máy đi từ nhà đến trường là:

$\mathrm{\Delta }t=7h30-7h=30phút=0,5h$

- Tốc độ trung bình của xe máy chở A khi đi từ nhà đến trường là:

$v=\frac{\mathrm{\Delta }s}{\mathrm{\Delta }t}=\frac{15}{0,5}=30\left(km/h\right)$

b)

Theo đề bài ta có:

+ Sau 5 phút kể từ khi xuất phát, xe đạt tốc độ 30 km/h

+ Sau 10 phút nữa, xe tăng tốc lên thêm 15 km/h

Suy ra, tốc độ của xe vào lúc 7 giờ 15 phút là: $v_1=30+15=45\left(km/h\right)$

+ Xe dừng trước cổng trường lúc 7 giờ 30 phút => Tốc độ của xe lúc 7 giờ 30 phút là: $v_2=0\left(km/h\right)$

=> Tốc độ này là tốc độ tức thời.

II. Vận tốc

Câu hỏi trang 27 Vật Lí 10: Một người đi xe máy đi từ ngã tư (Hình 5.1) với tốc độ trung bình 30 km/h theo hướng Bắc. Sau 3 phút người đó đến vị trí nào trên hình?

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức: $v=\frac{s}{t}$

Lời giải:

Đổi: 3 phút = 0,05 giờ

Quãng đường người đó đi được sau 3 phút là:

Ta có: $v=\frac{s}{t}\Rightarrow s=v.t=30.0,05=1,5\left(km\right)$

Vậy sau 3 phút, người đó đến vị trí E trên hình.

Câu hỏi trang 27 Vật Lí 10: Theo em, biểu thức nào sau đây xác định giá trị vận tốc? Tại sao?

a) $\frac{s}{t}$                   b) $vt$                      

c) $\frac{d}{t}$                   d) $d.t$

Lời giải:

Biểu thức xác định giá trị vận tốc là biểu thức : c) $\frac{d}{t}$

Vì d là độ dịch chuyển của vật sẽ cho chúng ta biết được độ dịch chuyển của vật trong một đơn vị thời gian xác định.

Giải vật lí 10 trang 28 Tập 1 Kết nối tri thức

Câu hỏi trang 28 Vật Lí 10: Bạn A đi học từ nhà đến trường theo lộ trình ABC (Hình 5.2). Biết bạn A đi đoạn đường AB = 400 m hết 6 phút, đoạn đường BC = 300 m hết 4 phút. Xác định tốc độ trung bình và vận tốc trung bình của bạn A khi đi từ nhà đến trường.

 Phương pháp giải:

- Xác định độ dài quãng đường từ nhà đến trường

- Xác định thời gian từ nhà đến trường

- Xác định độ dịch chuyển từ nhà đến trường

- Sử dụng công thức tính tốc độ trung bình và vận tốc trung bình.

Lời giải:

- Độ dài quãng đường từ nhà đến trường là:

$s=AB+BC=400+300=700\left(m\right)$

- Thời gian đi từ nhà đến trường là:

$t=6+4=10$ (phút)

- Tốc độ trung bình của bạn A khi đi từ nhà đến trường là:

$v=\frac{s}{t}=\frac{700}{10}=70(m/ph\text{'}ut)\approx 1,167(m/s)$

- Độ dịch chuyển của bạn A là:

$d=AC=\sqrt{A{B}^2+B{C}^2}=\sqrt{{400}^2+{300}^2}=500\left(m\right)$

- Vận tốc trung bình của bạn A khi đi từ nhà đến trường là:

$v=\frac{d}{t}=\frac{500}{6+4}=50(m/ph\text{'}ut)\approx 0,83(m/s)$

Câu hỏi 1 trang 28 Vật Lí 10: Hãy xác định vận tốc của hành khách đối với mặt đường nếu người này chuyển động về cuối đoàn tàu với vận tốc có cùng độ lớn 1 m/s.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tổng hợp vận tốc.

Lời giải:

Đổi: 36 km/h = 10 m/s

Gọi:

${\overrightarrow{v}}_{1,2}$ là vận tốc của hành khách so với tàu

${\overrightarrow{v}}_{2,3}$ là vận tốc của tàu so với mặt đường

${\overrightarrow{v}}_{1,3}$ là vận tốc của hành khách so với mặt đường

Suy ra, ta có: ${\overrightarrow{v}}_{1,3}={\overrightarrow{v}}_{1,2}+{\overrightarrow{v}}_{2,3}$

Do hành khách chuyển động về cuối đoàn tàu, tức là ngược chiều chuyển động của đoàn tàu nên ta có:

$v_{1,3}=-v_{1,2}+v_{2,3}=-1+10=9\left(m/s\right)$

Vậy vận tốc của hành khách đối với mặt đường trong trường hợp này là 9 m/s.

Câu hỏi 2 trang 28 Vật Lí 10: Một người bơi trong bể bơi yên lặng có thể đạt tới vận tốc 1 m/s. Nếu người này bơi xuôi dòng sông có dòng chảy với vận tốc 1 m/s thì có thể đạt vận tốc tối đa là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tổng hợp vận tốc.

Lời giải:

Gọi:

${\overrightarrow{v}}_{1,2}$ là vận tốc của người so với nước

${\overrightarrow{v}}_{2,3}$ là vận tốc của nước so với bờ

${\overrightarrow{v}}_{1,3}$ là vận tốc của người so với bờ

Ta có: ${\overrightarrow{v}}_{1,3}={\overrightarrow{v}}_{1,2}+{\overrightarrow{v}}_{2,3}$

- Khi người bơi trong bể nước yên lặng, tức $v_{2,3}=0$, ta có:

$v_{1,2}=v_{1,3}=1\left(m/s\right)$

- Khi người này bơi xuôi dòng chảy với vận tốc $v_{2,3}=1\left(m/s\right)$, ta có:

$v_{1,3}=v_{1,2}+v_{2,3}=1+1=2\left(m/s\right)$

Vậy nếu người này bơi xuôi dòng sông có dòng chảy với vận tốc 1 m/s thì có thể đạt vận tốc tối đa là 2 m/s.

Câu hỏi 3 trang 28 Vật Lí 10: Một canô chạy hết tốc lực trên mặt nước yên lặng có thể đạt 21,5 km/h. Canô này chạy xuôi dòng sông trong 1 giờ rồi quay lại thì phải mất 2 giờ nữa mới về tới vị trí ban đầu. Hãy tính vận tốc chảy của dòng sông.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tổng hợp vận tốc.

Lời giải:

Gọi:

${\overrightarrow{v}}_{1,2}$ là vận tốc của canô so với nước

${\overrightarrow{v}}_{2,3}$ là vận tốc của nước so với bờ

${\overrightarrow{v}}_{1,3}$ là vận tốc của canô so với bờ

Ta có: ${\overrightarrow{v}}_{1,3}={\overrightarrow{v}}_{1,2}+{\overrightarrow{v}}_{2,3}$

- Khi canô chạy trên mặt nước yên lặng, tức $v_{2,3}=0$, ta có:

$v_{1,2}=v_{1,3}=21,5\left(km/h\right)$

- Khi canô chạy xuôi dòng sông, ta có:

$v{}_{1,3}^{\prime }=v_{1,2}+v_{2,3}=21,5+v_{2,3}$

$\Rightarrow t_1=\frac{d}{21,5+v_{2,3}}\iff 1=\frac{d}{21,5+v_{2,3}}\iff 21,5=d-v_{2,3}$  (1)

- Khi canô quay lại, ta có:

$v{}_{1,3}^{\prime }=v_{1,2}-v_{2,3}=21,5-v_{2,3}$

$\Rightarrow t_1=\frac{d}{21,5-v_{2,3}}\iff 2=\frac{d}{21,5-v_{2,3}}\iff 43=d+2v_{2,3}$  (2)

- Từ (1) và (2) ta suy ra: $\{\begin{array}{l}d=28,67\left(km\right)\\ v_{2,3}=7,17\left(km/h\right)\end{array}$

Vậy vận tốc chảy của dòng sông là 7,17 km/h.

Giải vật lí 10 trang 29 Tập 1 Kết nối tri thức

Câu hỏi 1 trang 29 Vật Lí 10: Một máy bay đang bay theo hướng Bắc với vận tốc 200 m/s thì bị gió từ hướng Tây thổi vào với vận tốc 20 m/s. Xác định vận tốc tổng hợp của máy bay lúc này.

Phương pháp giải:

- Sử dụng lý thuyết tổng hợp hai vận tốc vuông góc với nhau.- Sử dụng công thức tính tốc độ trung bình.

Lời giải:

Gọi:

${\overrightarrow{v}}_{1,2}$ là vận tốc của máy bay so với gió

${\overrightarrow{v}}_{2,3}$ là vận tốc của gió so với đường bay

${\overrightarrow{v}}_{1,3}$ là vận tốc của máy bay so với đường bay

Suy ra:

Vận tốc tổng hợp của máy bay lúc này là:

$v_{1,3}=\sqrt{v_{1,2}^2+v_{2,3}^2}=\sqrt{{200}^2+{20}^2}=201\left(m/s\right)$

Câu hỏi 2 trang 29 Vật Lí 10: Một người lái máy bay thể thao đang tập bay ngang. Khi bay từ A đến B thì vận tốc tổng hợp của máy bay là 15 m/s theo hướng 60⁰ Đông – Bắc và vận tốc của gió là 7,5 m/s theo hướng Bắc.

a) Hãy chứng minh rằng khi bay từ A đến B thì người lái phải luôn hướng máy bay về hướng Đông.

b) Sau khi bay 5 km từ A đến B, máy bay quay lại theo đường BA với vận tốc tổng hợp 13,5 m/s. Coi thời gian ở lại B là không đáng kể, tính tốc độ trung bình trên cả tuyến đường từ A đến B rồi trở lại A.

 Phương pháp giải:

- Sử dụng lý thuyết tổng hợp hai vận tốc vuông góc với nhau.

- Sử dụng công thức tính tốc độ trung bình.

Lời giải:

a)

b)

Quãng đường máy bay đã đi là:

$s=2AB=2.5=10km$

Thời gian máy bay, bay từ A đến B là:

$t_1=\frac{AB}{v_1}=\frac{5000}{15}=333\left(s\right)$

Thời gian máy bay, bay từ B về A là:

$t_2=\frac{BA}{13,5}=\frac{5000}{13,5}=370\left(s\right)$

Tốc độ trung bình trên cả tuyến đường bay là:

$v=\frac{s}{t_1+t_2}=\frac{10000}{333+370}=14,2\left(m/s\right)$

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 4: Độ dịch chuyển và quãng đường đi được 

Bài 6: Thực hành: Đo tốc độ của vật chuyển động

Bài 7: Đồ thị độ dịch chuyển - thời gian

Bài 8: Chuyển động biến đổi. Gia tốc

Lý thuyết Tốc độ và vận tốc

I. Tốc độ

1. Tốc độ trung bình

- Có hai cách để xác định độ nhanh hay chậm của chuyển động:

+ So sánh quãng đường đi được trong một đơn vị thời gian.

+ So sánh thời gian đi cùng một quãng đường.

- Người ta thường dùng quãng đường đi được trong cùng một đơn vị thời gian để xác định độ nhanh chậm của chuyển động. Đó là tốc độ trung bình, có kí hiệu là $\mathrm{v}$

$\mathrm{v}=\frac{\mathrm{s}}{\mathrm{t}}$

2. Tốc độ tức thời

Trên xe máy và ôtô, đồng hồ đo tốc độ (tốc kế) đặt trước mặt người lái xe, chỉ tốc độ mà xe đang chạy vào thời điểm người lái xe đọc số chỉ của tốc kế. Tốc độ này được gọi là tốc độ tức thời.

Một tốc kế trên xe máy đang chỉ tốc độ tức thời của xe hơn 40km/h

II. Vận tốc

1. Vận tốc trung bình

- Vận tốc trung bình là thương số của độ dịch chuyển và thời gian dịch chuyển, dùng để xác định độ nhanh, chậm của chuyển động theo một hướng xác định.

- Vận tốc trung bình có kí hiệu $\overrightarrow{\text{v}}$

$\overrightarrow{\text{v}}\text{ = }\frac{\overrightarrow{\text{d}}}{\text{t}}$

Vì độ dịch chuyển là một đại lượng vectơ nên vận tốc cũng là một đại lượng vectơ. Vectơ vận tốc có:

+ Gốc nằm trên vật chuyển động

+ Hướng là hướng của độ dịch chuyển

+ Độ dài tỉ lệ với độ lớn của vận tốc

2. Vận tốc tức thời

Vận tốc tức thời là vận tốc tại một thời điểm xác định, được ký hiệu là $\overrightarrow{{\text{v}}_{\text{t}}}$

$\overrightarrow{{\text{v}}_{\text{t}}}\text{=}\frac{\mathrm{\Delta }\overrightarrow{\text{d}}}{\mathrm{\Delta }\text{t}}$ với $\mathrm{\Delta }\text{t}$ rất nhỏ.

3. Tổng hợp vận tốc

a. Tổng hợp hai vận tốc cùng phương

Ví dụ: Trên đoàn tàu đang chạy thẳng với vận tốc trung bình 36 km/h so với mặt đường, một hành khách đi về phía đầu tàu với vận tốc 1m/s so với mặt sàn tàu.

a. Hành khách này tham gia mấy chuyển động?

b. Làm cách nào để xác định được vận tốc của hành khách đối với mặt đường?

Hướng dẫn:

a. Hành khách này tham gia hai chuyển động:

+ Chuyển động với vận tốc 1m/s so với sàn tàu

+ Chuyển động do tàu kéo đi với vận tốc bằng vận tốc của tàu so với mặt đường (vận tốc kéo theo).

b. Gọi

+ $\overrightarrow{{\text{v}}_{1,2}}$là vận tốc của hành khách so với tàu

+ $\overrightarrow{{\text{v}}_{2,3}}$là vận tốc của tàu so với mặt đường

+ $\overrightarrow{{\text{v}}_{1,3}}$là vận tốc của hành khách so với mặt đường

Ta có $\overrightarrow{{\text{v}}_{1,3}}=\overrightarrow{{\text{v}}_{1,2}}+\overrightarrow{{\text{v}}_{2,3}}$

Vì các chuyển động trên đều là chuyển động thẳng theo hướng của đoàn tàu nên:

${\text{v}}_{\text{1,3}}{\text{= v}}_{\text{1,2}}{\text{+ v}}_{\text{2,3}}\text{ = 1m/s + 10m/s = 11m/s}$

Hướng của vận tốc là hướng của đoàn tàu chạy.

b. Tổng hợp hai vận tốc vuông góc với nhau

Ví dụ: Một ca nô chạy trong hồ nước yên lặng có vận tốc tối đa 18 km/h. Nếu ca nô chạy ngang một con sông có dòng chảy theo hướng Bắc – Nam với vận tốc lên tới 5m/s thì vận tốc tối đa nó có thể đạt được so với bờ sông là bao nhiêu và theo hướng nào?

Gọi vận tốc của ca nô đối với mặt nước là $\overrightarrow{{\text{v}}_{12}}$; vận tốc của nước chạy đối với bờ sông là $\overrightarrow{{\text{v}}_{23}}$.

Vận tốc của ca nô đối với bờ sông là

$\overrightarrow{v_{1,3}}=\overrightarrow{v_{1,2}}+\overrightarrow{v_{2,3}}$

Suy ra $\overrightarrow{{\text{v}}_{\text{13}}}\text{=}\overrightarrow{{\text{v}}_{\text{12}}}\text{+}\overrightarrow{{\text{v}}_{\text{23}}}$

${\text{v}}_{\text{1,3}}\text{ = }\sqrt{{{\text{v}}^{\text{2}}}_{\text{12}}{{\text{+v}}^{\text{2}}}_{\text{23}}}\text{= }\sqrt{{\text{5}}^{\text{2}}{\text{+5}}^{\text{2}}}\text{= 7,07m/s}$

Vì AB = BC nên $\mathrm{\Delta }\text{ABC}$ là tam giác vuông cân và $\widehat{\text{BAC}}{\text{ = 45}}^{\text{o}}$. Hướng của vận tốc nghiêng ${\text{45}}^{\text{o}}$ theo hướng Đông - Nam