Lý thuyết Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm (Chân trời sáng tạo 2024) hay, chi tiết

Lý thuyết Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm (Chân trời sáng tạo 2024) hay, chi tiết | Vật Lí 10

Phạm Minh Châu Ngày: 08-03-2024 Lớp 10

Tải xuống 2 2.9 K 28

Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 21: Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết cùng với bài tập trắc nghiệm chọn lọc có đáp án giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí 10.

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 21: Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm

A. Lý thuyết Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm

1. Lực hướng tâm

Lực hướng tâm $\vec{F_{h t}}$ có phương dọc theo bán kính, chiều hướng vào tâm quỹ đạo và được gọi là lực hướng tâm có độ lớn không đổi, bằng:

$F_{h t} = m . a_{h t} = m . \frac{v^{2}}{R} = m . ω^{2} . R$

Lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm

2. Ứng dụng trong thực tế của chuyển động tròn

a. Trường hợp xe chạy theo đường vòng cung trên mặt đường ngang

Trong trường hợp này, lực ma sát đóng vai trò lực hướng tâm, có tác dụng giúp xe chạy vòng theo cung tròn.

b. Trường hợp xe chạy theo đường vòng cung có mặt đường nghiêng

Trong trường hợp này, hợp lực hướng vào tâm đường tròn và đóng vai trò lực hướng tâm, bảo đảm cho xe chạy vòng theo quỹ đạo tròn. Dù vậy tốc độ của xe cũng bị giới hạn để xe không bị trượt ra khỏi cung tròn

B. Trắc nghiệm Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm

Câu 1: Một người buộc một hòn đá vào đầu một sợi dây và quay dây sao cho vật chuyển động tròn đều trong mặt phẳng nằm ngang, sợi dây lệch so với phương thẳng đứng một góc nhọn. Muốn hòn đá chuyển động trên đường tròn bán kính 3 m với tốc độ 2 m/s thì người ấy phải giữ dây với một lực bằng 10 N. Lấy $g = 10 m / s^{2}$ . Khối lượng của hòn đá bằng

A. 0,99 kg.

B. 0,92 kg.

C. 2,58 kg.

D. 1,53 kg.

Đáp án đúng là: A.

Trắc nghiệm Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo Bài 21 (có đáp án): Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm (ảnh 1)

Ta có ${\vec{F}}_{h t} = m . \vec{g} + \vec{T}$

Từ hình vẽ ta có

$T^{2} = F_{h t}^{2} + {(m . g)}^{2} \Rightarrow T^{2} = {(\frac{m . ν^{2}}{R})}^{2} + {(m . g)}^{2}$

$\Rightarrow m = \frac{T}{\sqrt{g^{2} + \frac{ν^{4}}{R^{2}}}} = \frac{10}{\sqrt{10^{2} + \frac{2^{4}}{3^{2}}}} = 0, 99 (k g)$

Câu 2: Một vật khối lượng m đặt trên đĩa quay đều với vận tốc góc w. Vật đã vạch nên đường tròn bán kính R. Vật đã chuyển động tròn đều nên lực đóng vai trò lực hướng tâm là:

A. Trọng lực.

B. Phản lực của đĩa.

C. Lực ma sát nghỉ.

D. Hợp lực của 3 lực trên.

Đáp án đúng là: D.

D - đúng, vì ${\vec{F}}_{h t} = \vec{P} + \vec{N} + {\vec{F}}_{m s n}$

Câu 3: Gia tốc tự do trên bề mặt của Mặt Trăng là $g = 1, 6 m / s^{2}$ . Bán kính của Mặt Trăng là $1, {7.10}^{6}$ m. Chu kì của vệ tinh trên quỹ đạo gần Mặt Trăng gần đúng bằng

A. $1, {0.10}^{3} s$

B. $6, {5.10}^{3} s$

C. $5, {0.10}^{6} s$

D. $7, {1.10}^{12} s$

Đáp án đúng là: B.

Lực đóng vai trò lực hướng tâm là lực hấp dẫn (lực hút của Mặt Trăng tác dụng lên vệ tinh): $F = m . g = \frac{m . ν^{2}}{R} \Rightarrow ν = \sqrt{g . R}$

Chu kì của vệ tinh là:

$T = \frac{2. π . R}{ν} = \frac{2. π . R}{\sqrt{g . R}} = 2. π . \sqrt{\frac{1, {7.10}^{6}}{1, 6}} \approx 6, {5.10}^{3} (s)$

Câu 4: Một vật đặt trên một cái bàn quay, nếu hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn là 0,25 và vận tốc góc của mặt bàn là 3 rad/s thì phải đặt vật trên mặt bàn, trong phạm vi một hình tròn có tâm nằm trên trục quay, bán kính bao nhiêu để nó không bị trượt đi.

A. 0,277 m.

B. 1 m.

C. 2 m.

D. 2,5 m.

Đáp án đúng là: A.

Khi bàn quay tốc độ giới hạn để vật không bị văng khỏi quỹ đạo là

$ν = \sqrt{μ . g . R}$

$\Rightarrow R . ω = \sqrt{μ . g . R}$

$\Rightarrow R^{2} . ω^{2} = μ . g . R$

$\Rightarrow R = \frac{μ . g}{ω^{2}} = \frac{0, 25.10}{3^{2}} = 0, 277 (m)$

Câu 5: Một vệ tinh nhân tạo có khối lượng 100 kg, được phóng lên quỹ đạo quanh Trái Đất ở độ cao 153 km. Chu kì của vệ tinh là ${5.10}^{3}$ s và bán kính của Trái Đất là R = 6400 km. Tính lực hướng tâm tác dụng lên vệ tinh?

A. 1035 N.

B. 1500 N.

C. 2000 N.

D. 1600 N.

Đáp án đúng là: A.

Tốc độ góc của vệ tinh là $ω = \frac{2. π}{T} = \frac{2. π}{{5.10}^{3}}$ (rad/s)

Tính lực hướng tâm tác dụng lên vệ tinh:

$F_{h t} = m . a_{h t} = m . ω^{2} . (R + h)$

$= 100. {(\frac{2. π}{{5.10}^{3}})}^{2} . (6400 + 153) .1000 = 1035 N$

Câu 6: Chọn đáp án đúng. Lực hướng tâm

A. có phương dọc theo bán kính, chiều hướng vào tâm quỹ đạo

B. có độ lớn không đổi bằng $F_{h t} = m . a_{h t} = m . \frac{ν^{2}}{R} = m . ω^{2} . R$

C. là lực giữ cho vật chuyển động tròn đều

D. Cả ba đáp án trên đều đúng.

Đáp án đúng là: D.

Điều kiện để vật chuyển động tròn đều là hợp lực tác dụng lên vật phải hướng vào tâm của quỹ đạo của vật, hợp lực này là lực hướng tâm.

+ có phương dọc theo bán kính, chiều hướng vào tâm quỹ đạo

+ có độ lớn không đổi bằng $F_{h t} = m . a_{h t} = m . \frac{ν^{2}}{R} = m . ω^{2} . R$

Câu 7: Một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất thì lực nào đóng vai trò lực hướng tâm.

A. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh.

B. Lực cản của không khí.

C. Lực đẩy Acsimet của không khí.

D. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng.

Đáp án đúng là: A.

Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất.

Câu 8: Chọn phát biểu sai.

A. Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất do lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm.

B.Xe chuyển động vào một đoạn đường cong (khúc cua có mặt đường nghiêng), lực đóng vai trò hướng tâm luôn là lực ma sát.

C. Xe chuyển động đều trên đỉnh một cầu võng, hợp lực của trọng lực và phản lực vuông góc đóng vai trò lực hướng tâm.

D. Vật nằm yên đối với mặt bàn nằm ngang đang quay đều quanh trục thẳng đứng thì lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm.

Đáp án đúng là: B.

Xe chuyển động vào một đoạn đường cong (khúc cua có mặt đường nghiêng), lực đóng vai trò hướng tâm là hợp lực của trọng lực và phản lực của mặt đường.

Câu 9: Một tài xế điều khiển một ôtô có khối lượng 1000 kg chuyển động quanh vòng tròn có bán kính 100 m nằm trên một mặt phẳng nằm ngang với vận tốc có độ lớn là 10 m/s. Lực ma sát nghỉ cực đại giữa lốp xe và mặt đường là 900 N. Ôtô sẽ:

A. trượt vào phía trong của vòng tròn.

B.trượt ra khỏi đường tròn.

C. chạy chậm lại vì tác dụng của lực li tâm.

D. Chưa đủ cơ sở để kết luận

Đáp án đúng là: B.

Hệ số ma sát nghỉ giữa xe và mặt đường là:

$F_{m s n} = μ . N = μ . m . g \Rightarrow μ = \frac{F_{m s n}}{m . g} = \frac{900}{1000.10} = 0, 09$

Tốc độ giới hạn của xe khi chuyển động quanh cung tròn là

$ν = \sqrt{μ . g . R} = \sqrt{0, 09.10.100} = \sqrt{90} ≃ 9, 48 m / s$

Vì tốc độ của xe là $10 m / s > 9, 48 m / s$ nên xe trượt khỏi đường tròn.

Câu 10: Một xe đua chạy quanh một đường tròn nằm ngang, bán kính 250 m. Vận tốc xe không đổi có độ lớn là 50 m/s. Khối lượng xe là 2.10³ kg. Độ lớn của lực hướng tâm của chiếc xe là:

A 10 N.

B. 4.10² N.

C. 4.10³ N.

D. 2.10⁴ N.

Đáp án đúng là: D.

Ta có: $F_{h t} = m . a_{h t} = m . \frac{ν^{2}}{R} = {2.10}^{3} . \frac{50^{2}}{250} = 20000 (N)$