Mở đầu trang 24 Vật lí 10: Hai bạn đều xuất phát từ cùng một vị trí để đi đến lớp học (Hình 4.1), một bạn đi bộ và một bạn đi xe đạp. Mặc dù đi chậm hơn nhưng bạn đi bộ lại đến lớp trước bạn đi xe đạp do bạn đi xe đạp dừng lại ở hiệu sách để mua bút và tài liệu học tập. Điều này được lí giải như thế nào theo góc độ vật lí?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về chuyển động thẳng đã học ở KHTN 7

Lời giải:

Quãng đường hai bạn đi được là như nhau, nhưng do bạn đi xe đạp sử dụng thời gian nhiều hơn bạn đi bộ nên bạn đi xe đạp đến lớp muộn hơn.

I. Một số khái niệm cơ bản trong chuyển động

Câu hỏi 1 trang 24 Vật lí 10: Vị trí và tọa độ của một vật có phụ thuộc vào vật làm gốc không? Cho một ví dụ trong thực tiễn để minh họa cho câu trả lời của em.

Phương pháp giải:

Liên hiệ thực tiễn

Lời giải:

Vị trí và tọa độ của một vật có phụ thuộc vào vật làm gốc.

Ví dụ: Từ nhà tới hiệu sách là 2 km, từ hiệu sách đến trường là 1 km. Nếu chọn gốc tại nhà thì tọa độ của hiệu sách là 2 km, của trường là 3 km. Nếu chọn gốc tại hiệu sách thì tọa độ của trường là 1 km, của nhà là – 2 km.

Giải vật lí 10 trang 25 Chân trời sáng tạo

II. Tốc độ

Câu hỏi 2 trang 25 Vật lí 10: Một vận động viên bơi lội người Mỹ đã từng lập kỉ lục thế giới ở nội dung bơi bướm 100 m và 200 m với thời gian lần lượt là 49,82 s và 111,51 s. Hãy lập luận để xác định vận động viên này bơi nhanh hơn trong trường hợp nào. (Nguồn số liệu: Giải vô địch các môn thể thao dưới nước thế giới năm 2009).

Phương pháp giải:

Biểu thức tính tốc độ:

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

Trong đó:

+ s: quãng đường vật đi được (m)

+ v: tốc độ của vật (m/s)

+ t: thời gian đi được của vật (s)

Lời giải:

Để xác định vận động ciên này bơi nhanh hơn trong trường hợp nào thì ta so sánh tốc độ trong hai trường hợp.

- Trường hợp 1: s = 100 m; t = 49,82 s

Tốc độ của vận động viên là: $v=\frac{s}{t}=\frac{100}{49,82}\approx 2(m/s)$

- Trường hợp 2: s = 200 m; t = 111,51 s

Tốc độ của vận động viên là: $v=\frac{s}{t}=\frac{200}{111,51}\approx 1,79(m/s)$

=> Tốc độ của vận động viên trong trường hợp 1 nhanh hơn trường hợp 2 nên vận động viên trong trường hợp 1 bơi nhanh hơn trường hợp 2.

Câu hỏi 3 trang 25 Vật lí 10: Nêu một số tình huống thực tiễn chứng tỏ tốc độ trung bình không diễn tả đúng tính nhanh chậm của chuyển động.

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tiễn

Lời giải:

Một người đi xe máy từ nhà đến trường với tốc độ trung bình là 30 km/h. Nhưng trong quá trình di chuyển, 5 phút đầu tiên người đi xe đi với vận tốc là 50 km/h, sau đó đến đoạn đường trơn, người này giảm vận tốc xuống 25 km/h.

Từ ví dụ trên, ta thấy rằng có đoạn đường thì xe đi nhanh, có đoạn đường thì xe đi chậm

=> Tốc độ trung bình không diễn tả đúng tính nhanh chậm của chuyển động.

Luyện tập trang 25 Vật lí 10: Trong truyện ngụ ngôn Rùa và Thỏ, tốc độ nào cho thấy Thỏ được xem là chạy nhanh hơn Rùa? Tuy nhiên, Rùa lại chiến thắng trong cuộc đua này, hãy so sánh tốc độ trung bình của Rùa và Thỏ

Phương pháp giải:

Vận dụng hiểu biết của em về câu chuyện Rùa và Thỏ, liên hệ với kiến thức bài học.

Lời giải:

Trong truyện ngụ ngôn Rùa và Thỏ, vận tốc tức thời cho thấy Thỏ được xem là chạy nhanh hơn Rùa.

Tuy nhiên, Rùa lại chiến thắng trong cuộc đua, vì vậy tốc độ trung bình của Rùa lớn của Thỏ.

Giải vật lí 10 trang 26 Chân trời sáng tạo

III. Vận tốc

Câu hỏi 4 trang 26 Vật lí 10: Quan sát hình 4.4 và đọc hai tình huống để xác định quãng đường đi được và chiều chuyển động của hai xe trong hình 4.4a và vận động viên trong hình 4.4b sau khoảng thời gian đã xác định

Phương pháp giải:

Quan sát hình vẽ

Lời giải:

Quãng đường đi được = Khoảng cách từ vị trí đầu đến vị trí cuối trong quá trình chuyển động.

Chiều chuyển động của hai xe trong hình 4.4a:

+ Xe A chuyển động theo chiều dương

+ Xe B chuyển động ngược chiều dương

Chiều chuyển động của vận động viên bơi; Vận động viên bơi theo chiều dương.

Câu hỏi 5 trang 26 Vật lí 10: Xác định quãng đường đi được và độ dịch chuyển của hai xe trong tình huống 1 (Hình 4.4a) và vận động viên trong tình huống 2 (Hình 4.4b).

Phương pháp giải:

Quãng đường = Khoảng cách từ vị trí đầu đến vị trí cuối

Độ dịch chuyển = Tọa độ cuối – Tọa độ đầu.

Lời giải:

- Tình huống 1 (Hình 4.4a)

+ Quãng đường đi được của hai xe là: sA = sB = xB – xA

+ Độ dịch chuyển của xe A: dA = xB – xA

+ Độ dịch chuyển của xe B: dB = xA – xB

- Tình huống 2 (Hình 4.4b)

+ Quãng đường và độ dịch chuyển của vận động bằng nhau và đều bằng l

Giải vật lí 10 trang 27 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 27 Vật lí 10: Xét quãng đường AB dài 1000 m với A ;à vị trí nhà của em và B là vị trí của bưu điện (Hình 4.6). Tiệm tạp hóa nằm tại vị trí C là trung điểm của AB. Nếu chọn nhà em làm gốc tọa độ và chiều dương hướng từ nhà em đến bưu điện. Hãy xác định độ dịch chuyển của em trong các trường hợp:

a) Đi từ nhà đến bưu điện.

b) Đi từ nhà đến bưu điện rồi quay về tiệm tạp hóa.

c) Đi từ nhà đến tiệm tạp hóa rồi quay về.

Phương pháp giải:

Độ dịch chuyển = Tọa độ cuối – Tọa độ đầu.

Lời giải:

a) Vị trí đầu: nhà, x1 = 0

Vị trí cuối: bưu điện, x2 = AB

=> Độ dịch chuyển: d = x2 – x1 = AB.

b) Vị trí đầu: nhà, x1 = 0

Vị trí cuối: tiệm tạp hóa, x2 = AC

=> Độ dịch chuyển: d = x2 – x1 = AC.

c) Vị trí đầu: nhà, x1 = 0

Vị trí cuối: nhà, x2 = 0

=> Độ dịch chuyển: d = x2 – x1 = 0.

Câu hỏi 6 trang 27 Vật lí 10: Xét hai xe máy cùng xuất phát tại bưu điện trong Hình 4.6 đang chuyển động thẳng với cùng tốc độ. Thảo luận để xem xét đã đủ dữ kiện để xác định vị trí của hai xe sau một khoảng thời gian xác định hay không.

Phương pháp giải:

Cách xác định vị trí:

+ Bước 1: Chọn gốc tọa độ, mốc thời gian, chọn chiều dương cho chuyển động

+ Bước 2: Xác định vị trí của vật

Lời giải:

Chưa đủ dữ kiện để xác định vị trí của hai xe, ta chưa biết là xe chuyển động theo chiều nào, có đổi chiều chuyển động hay không nên không thể xác định.

Giải vật lí 10 trang 28 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 28 Vật lí 10: Xác định vận tốc trung bình và tốc độ trung bình của vận động viên trong tình huống 2 ở Hình 4.4b, biết thời gian bơi của vận động viên là t.

Vận tốc trung bình = Quãng đường : thời gian

Tốc độ trung bình = Độ dịch chuyển : thời gian

Lời giải:

Do vận động viên bơi không đổi chiều chuyển động nên độ dịch chuyển bằng quãng đường

=> Vận tốc trung bình = Tốc độ trung bình = l/t

IV. Đồ thị độ dịch chuyển - thời gian

Câu hỏi 7 trang 28 Vật lí 10: Dùng số liệu của hai chuyển động trong Hình 4.7 và 4.8

a) Xác định độ dịch chuyển trong các khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau của mỗi chuyển động.

b) Vẽ vào vở đồ thị dịch chuyển – thời gian (d – t) ứng với mỗi chuyển động

Phương pháp giải:

Độ dịch chuyển = Tọa độ cuối – Tọa độ đầu

Lời giải:

a)

- Hình 4.7

$\begin{array}{l}\mathrm{\Delta }{d}_1=x_2-x_1=0,5-0=0,5(m)\\ \mathrm{\Delta }{d}_2=x_3-x_2=1,0-0,5=0,5(m)\\ \mathrm{\Delta }{d}_3=x_4-x_3=1,5-1,0=0,5(m)\\ \mathrm{\Delta }{d}_4=x_5-x_4=2,0-1,5=0,5(m)\end{array}$

- Hình 4.8

$\begin{array}{l}\mathrm{\Delta }{d}_1=x_2-x_1=0,049-0=0,049(m)\\ \mathrm{\Delta }{d}_2=x_3-x_2=0,196-0,049=0,147(m)\\ \mathrm{\Delta }{d}_3=x_4-x_3=0,441-0,196=0,245(m)\\ \mathrm{\Delta }{d}_4=x_5-x_4=0,784-0,441=0,343(m)\\ \mathrm{\Delta }{d}_5=x_6-x_5=1,225-0,784=0,441(m)\end{array}$

b)

- Hình 4.7

- Hình 4.8

Giải vật lí 10 trang 29 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 8 trang 29 Vật lí 10: Nêu những lưu ý về dấu của độ dốc của một đường thẳng. Từ đó, hãy phân tích để suy ra được tốc độ từ độ dốc của đồ thị (d – t).

Lời giải:

Lưu ý về dấu của độ dốc:

+ Trong những khoảng thời gian bằng nhau, độ dịch chuyển dương thì độ dốc dương

+ Trong những khoảng thời gian bằng nhau, độ dịc chuyển âm thì độ dốc âm

=> Tốc độ = độ dốc.

Giải vật lí 10 trang 30 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 30 Vật lí 10: Một vật chuyển động thẳng có đồ thị  (d – t) được mô tả như Hình 4.11. Hãy xác định tốc độ tức thời của vật tại các vị trí A, B và C.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính tốc độ tức thời:

v = d/t

Lời giải:

Tốc độ tức thời tại vị trí A: $v_A=\frac{d_A}{t_A}=\frac{2}{1}=2(m/s)$

Tốc độ tức thời tại vị trí B: $v_B=\frac{d_B}{t_B}=\frac{4}{2,5}=1,6(m/s)$

Tốc độ tức thời tại vị trí C: $v_C=\frac{d_C}{t_C}=\frac{3}{3,5}\approx 0,86(m/s)$

Vận dụng trang 30 Vật lí 10: Một chiếc xe đồ chơi điều khiển từ xa đang chuyển động trên một đoạn đường thẳng có độ dịch chuyển tại các thời điểm khác nhau được cho trong bảng dưới đây.

a) Hãy vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của xe đồ chơi.

b) Hãy xác định vận tốc và tốc độ tức thời tại các thời điểm 2 s, 4 s, 6 s, 10 s và 16 s.

Phương pháp giải:

Vận tốc tức thời = Độ dịch chuyển : Thời gian

Tốc độ tức thời = Quãng đường : Thời gian

Lời giải:

a)

b)

- Vận tốc tức thời:

+ t = 2 s: $v=\frac{d}{t}=\frac{2}{2}=1(m/s)$

+ t = 4 s: $v=\frac{d}{t}=\frac{4}{4}=1(m/s)$

+ t = 6 s: $v=\frac{d}{t}=\frac{4}{6}\approx 0,67(m/s)$

+ t = 10 s: $v=\frac{d}{t}=\frac{7}{10}=0,7(m/s)$

+ t = 16 s: $v=\frac{d}{t}=\frac{6}{16}=0,375(m/s)$

- Tốc độ tức thời:

+ t = 2 s: $v=\frac{s}{t}=\frac{2}{2}=1(m/s)$

+ t = 4 s: $v=\frac{s}{t}=\frac{2+4}{4}=1,5(m/s)$

+ t = 6 s: $v=\frac{s}{t}=\frac{2+4+4}{6}\approx 1,67(m/s)$

+ t = 10 s: $v=\frac{s}{t}=\frac{2+4+4+4+7}{10}=2,1(m/s)$

+ t = 16 s: $v=\frac{s}{t}=\frac{2+4+4+4+7+10+8+6}{16}=2,8125(m/s)$

Giải vật lí 10 trang 31 Chân trời sáng tạo

Bài tập (trang 31)

Bài 1 trang 31 Vật lí 10: Hai xe chuyển động ngược chiều nhau trên cùng đoạn đường thẳng với các tốc độ không đổi. Lúc đầu, hai xe ở các vị trí A và B cách nhau 50 km và cùng xuất phát vào lúc 8 giờ 30 phút. Xe xuất phát từ A có tốc độ 60 km/h. Chọn gốc tọa độ và chiều dương tùy ý.

a) Dựa vào định nghĩa của vận tốc, hãy lập hệ thức liên hệ giữa tọa độ và vận tốc của mỗi xe. Khi hai xe gặp nhau, có mối liên hệ nào giữa các tọa độ?

b) Cho biết hai xe gặp nhau lúc 9 giờ. Tìm vận tốc của xe xuất phát từ B.

Lời giải:

a) Hệ thức liên hệ giữa tọa độ và vận tốc là: x = x0 + v.t

Với x0 là tọa độ ban đầu của vật so với gốc tọa độ; v là tốc độ của vật.

Khi hai xe gặp nhau thì tọa độ của các xe bằng nhau.

b) Chọn gốc tọa độ tại A, chiều dương từ A đến B, mốc thời gian là lúc hai xe bắt đầu xuất phát (8 giờ 30 phút).

Biểu thức tọa độ của xe A là: xA = x0A + vA .t = 0 + 60.t (km)

Biểu thức tọa độ của xe B là: xB = x0B + vB .t = 50 – vB .t (km)

Thời gian hai xe di chuyển đến lúc gặp nhau là: 9 giờ - 8 giờ 30 phút = 30 phút = 0,5 giờ

Khi hai xe gặp nhau:

$\begin{array}{l}{x}_A=x_B\iff 60.t=50-v_B.t\\ \iff 60.0,5=50-v_B.0,5\\ \Rightarrow v_B=40(km/h)\end{array}$

Bài 2 trang 31 Vật lí 10: Hình 4P.1 là đồ thị dịch chuyển – thời gian của một chất điểm chuyển động trên đường thẳng.

Hãy sắp xếp các điểm trên đồ thị theo thứ tự:

a) Vận tốc tức thời từ âm sang dương.

b) Tốc độ tức thời tăng dần.

Lời giải:

a) Vận tốc tức thời từ âm sang dương là: S – R – Q – P.

b) Tốc độ tức thời tăng dần: R – P – S – Q.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 3: Đơn vị và sai số trong Vật lí

Bài 5: Chuyển động tổng hợp

Bài 6: Thực hành đo tốc độ của vật chuyển động thẳng đều

Bài 7: Gia tốc - Chuyển động thẳng biến đổi đều

Lý thuyết Chuyển động thẳng

1. Một số khái niệm cơ bản trong chuyển động

- Chất điểm: Một vật chuyển động được coi là chất điểm nếu kích thước của nó rất nhỏ so với quãng đường đi được hoặc so với khoảng cách mà ta đề cập đến.

Các hành tinh trong hệ Mặt Trời xem là chất điểm khi xét trong không không gian

(Hình tỉ lệ chỉ mang tính tương đối)

- Vị trí: Để xác định vị trí của vật, ta cần chọn một vật khác làm gốc. Sau đó gắn vào vật này một trục Ox hoặc hệ tọa độ Oxy. Khi đó, vị trí của vật có thể được xác định bởi tọa độ $x=\overline{OM}$. Vật làm gốc, hệ trục tọa độ kết hợp với đồng hồ đo thời gian tạo thành hệ quy chiếu.

- Thời điểm: Thời gian có thể biểu diễn thành một trục gọi là trục thời gian. Chọn một điểm nhất định làm gốc thời gian thì mọi điểm khác trên trục thời gian được gọi là thời điểm.

- Quỹ đạo: Đường nối những vị trí liên tiếp của vật theo thời gian trong quá trình chuyển động.

2. Tốc độ

a. Tốc độ trung bình

- Tốc độ trung bình của vật (kí hiệu v_tb) được xác định bằng thương số giữa quãng đường vật đi được và thời gian để vật thực hiện quãng đường đó

$v_{tb}=\frac{s}{\Delta t}$

Trong hệ SI, đơn vị của tốc độ là m/s

Một số đơn vị thường dùng khác của tốc độ là km/h, km/s, cm/s,…

b. Tốc độ tức thời

- Tốc độ trung bình tính trong khoảng thời gian rất nhỏ là tốc độ tức thời (kí hiệu v) diễn tả sự nhanh, chậm của chuyển động tại thời điểm đó.

Giá trị trên tốc kế cho biết tốc độ tức thời

3. Vận tốc

a. Độ dịch chuyển

- Độ dịch chuyển được xác định bằng độ biến thiên tọa độ của vật

$d=x_2-x_1=\Delta x$

- Độ dịch chuyển là đại lượng vecto, kí hiệu là $\overrightarrow{d}$

- Độ dịch chuyển có thể nhận giá trị dương, âm hoặc bằng không. Quãng đường là đại lượng không âm.

b. Vận tốc

- Vận tốc trung bình là đại lượng vecto được xác định bằng thương số giữa độ dịch chuyển của vật và thời gian để vật thực hiện độ dịch chuyển đó

${\overrightarrow{v}}_{tb}=\frac{\overrightarrow{d}}{\Delta t}=\frac{\Delta \overrightarrow{x}}{\Delta t}$

- Xét trong một khoảng thời gian rất nhỏ, vận tốc trung bình sẽ trở thành vận tốc tức thời. Độ lớn của vật tốc tức thời chính là tốc độ tức thời.

- Tốc độ trung bình chỉ bằng độ lớn của vận tốc trung bình khi vật chuyển động thẳng không đổi chiều.

4. Đồ thị độ dịch chuyển - Thời gian

a. Vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian dựa vào số liệu cho trước

Ví dụ:

Từ số liệu này có thể vẽ được đồ thị độ dịch chuyển – thời gian

- Đồ thị có dạng đường thẳng, đi qua gốc tọa độ nên chuyển động của con rùa là chuyển động thẳng đều.

b. Xác định vận tốc từ độ dốc của đồ thị (d – t)

- Vận tốc tức thời của vật tại một thời điểm được xác định bởi độ dốc của tiếp tuyến với đồ thị (d – t) tại thời điểm đang xét.

- Tốc độ tức thời tại một thời điểm chính là độ lớn của độ dốc tiếp tuyến của đồ thị (d – t) tại điểm đó.