Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Khởi động trang 69
Đề bài: Các tình huống ở hình dưới đây liên quan đến những loại lực nào?
Lời giải:
- a) Bé gái thả diều: liên quan đến trọng lực (kéo diều xuống), lực căng của dây diều (giữa tay người và diều) và lực đẩy của gió.
- b) Người kéo xe đồ chơi: liên quan đến trọng lực, lực căng của dây kéo và lực ma sát giữa xe với mặt sàn.
- c) Người chèo thuyền: liên quan đến trọng lực, lực đẩy của mái chèo và lực cản của nước.
- d) Người chơi cầu lông: liên quan đến trọng lực, lực đánh của vợt và lực cản của không khí.
I. Trọng lực
Hoạt động mục I
Đề bài: Thảo luận tình huống được đề cập trong Hình 17.1: Tại sao khi được buông ra, các vật quanh ta đều rơi xuống đất?
Lời giải:
Khi được buông ra, các vật quanh ta đều rơi xuống đất là do chịu tác dụng của trọng lực – lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên vật.
Trọng lực có:
- Phương thẳng đứng.
- Chiều từ trên xuống dưới (hướng về tâm Trái Đất).
Câu hỏi mục I.2
Đề bài: Lực kế trong Hình 17.2 đang chỉ ở vạch 1 N.
a) Tính trọng lượng và khối lượng của vật. Lấy $g \approx 9{,}8$ m/s².
b) Biểu diễn các lực tác dụng lên vật (xem vật là chất điểm).
Lời giải:
a) Vì vật đang đứng yên, lực kế chỉ giá trị đúng bằng trọng lượng của vật:
$$P = 1 \text{ N}$$
Khối lượng của vật:
$$m = \dfrac{P}{g} = \dfrac{1}{9{,}8} \approx 0{,}102 \text{ kg} = 102 \text{ g}$$
b) Biểu diễn các lực tác dụng lên vật:
Vật chịu hai lực cân bằng:
- Trọng lực $\vec{P}$: phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống, độ lớn 1 N.
- Lực đàn hồi của lò xo $\vec{F_{đh}}$: phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên, độ lớn 1 N.
Hai lực này có cùng độ lớn, ngược chiều, cùng đặt vào vật → vật cân bằng.
Câu hỏi mục I.3
Đề bài: Đo trọng lượng của một vật ở một điểm trên Trái Đất có gia tốc rơi tự do là 9,80 m/s², ta được $P = 9{,}80$ N. Nếu đem vật này tới một địa điểm khác có gia tốc rơi tự do 9,78 m/s² thì khối lượng và trọng lượng của nó đo được là bao nhiêu?
Lời giải:
Bước 1: Tính khối lượng của vật tại địa điểm đầu (khối lượng không đổi khi chuyển từ nơi này đến nơi khác):
$$m = \dfrac{P}{g_1} = \dfrac{9{,}80}{9{,}80} = 1 \text{ kg}$$
Bước 2: Khi đem đến địa điểm khác, khối lượng vẫn là $m = 1$ kg (không thay đổi).
Bước 3: Trọng lượng tại địa điểm mới:
$$P’ = m \cdot g_2 = 1 \times 9{,}78 = 9{,}78 \text{ N}$$
Hoạt động mục I.3
Đề bài: Xác định trọng tâm của một vật phẳng, mỏng.
- Chuẩn bị: một số tấm bìa các-tông phẳng, mỏng; dây treo; thước thẳng; bút chì; kéo.
- Tiến hành:
- Thí nghiệm 1: Hãy xác định trọng tâm của tấm bìa các-tông ở Hình 17.3 và giải thích rõ cách làm của em.
- Thí nghiệm 2: Cắt một số tấm bìa các-tông thành hình tròn, hình vuông, hình tam giác đều. Hãy tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng kết luận: “Trọng tâm của các vật phẳng, mỏng và có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật”.
Lời giải:
Thí nghiệm 1: Xác định trọng tâm của tấm bìa
- Bước 1: Đục một lỗ nhỏ tại một điểm A trên mép tấm bìa. Dùng dây treo tấm bìa qua điểm A. Khi bìa cân bằng, dùng bút chì kẻ một đường thẳng dọc theo phương dây treo (đi qua A).
- Bước 2: Đục thêm lỗ tại một điểm B khác trên mép tấm bìa. Làm tương tự như bước 1, kẻ đường thẳng đi qua B theo phương dây treo.
- Bước 3: Giao điểm G của hai đường thẳng vừa kẻ chính là trọng tâm của tấm bìa.
Lí do: khi vật cân bằng, trọng tâm luôn nằm trên đường thẳng đi qua điểm treo theo phương thẳng đứng. Giao điểm của hai đường thẳng đó chính là trọng tâm.
Thí nghiệm 2: Kiểm chứng với các hình đối xứng
Cắt các tấm bìa thành hình tròn, hình vuông, hình tam giác đều rồi tiến hành như Thí nghiệm 1. Em sẽ thấy trọng tâm:
- Hình tròn: trùng với tâm hình tròn.
- Hình vuông: trùng với giao điểm hai đường chéo.
- Hình tam giác đều: trùng với giao điểm ba đường trung tuyến (cũng là tâm đối xứng).
→ Kết luận trên là đúng.
II. Lực căng
Hoạt động mục II
Đề bài:
- Dựa vào Hình 17.4, hãy thảo luận và phân tích để làm sáng tỏ các ý sau đây:
- Những vật nào chịu lực căng của dây?
- Lực căng có phương, chiều thế nào?
Từ đó, nêu những đặc điểm (về phương, chiều, điểm đặt) của lực căng.
- Hãy chỉ ra điểm đặt, phương, chiều của lực căng trong Hình 17.5a và 17.5b.
Lời giải:
1. Phân tích Hình 17.4:
- Những vật chịu lực căng: hai vật ở hai đầu sợi dây (ví dụ ở Hình 17.4a là khối vật và bàn tay).
- Phương, chiều của lực căng: lực căng có phương dọc theo sợi dây, chiều hướng từ điểm đặt vào trong sợi dây (tức là kéo hai đầu dây lại gần nhau).
Đặc điểm chung của lực căng $\vec{T}$:
- Điểm đặt: tại điểm tiếp xúc giữa dây và vật (ở hai đầu dây).
- Phương: trùng với phương của sợi dây.
- Chiều: hướng từ vật vào trong sợi dây (ngược với chiều mà vật kéo dây).
2. Điểm đặt, phương, chiều của lực căng ở Hình 17.5:
- Hình 17.5a (kéo co): Hai đội đứng đối diện, cùng kéo một sợi dây.
- Điểm đặt: tại tay mỗi người.
- Phương: dọc theo sợi dây (phương ngang).
- Chiều: với mỗi người, lực căng có chiều hướng từ người đó về phía đội đối diện.
- Hình 17.5b (kéo xe): Người dùng sợi dây kéo chiếc xe.
- Lực căng tác dụng lên xe: điểm đặt tại xe, phương dọc theo dây, chiều hướng về phía người kéo.
- Lực căng tác dụng lên tay người: điểm đặt tại tay, phương dọc theo dây, chiều hướng về phía xe.
Câu hỏi 1 mục II
Đề bài: Một bóng đèn có khối lượng 500 g được treo thẳng đứng vào trần nhà bằng một sợi dây và đang ở trạng thái cân bằng.
a) Biểu diễn các lực tác dụng lên bóng đèn. b) Tính độ lớn của lực căng. c) Nếu dây treo chỉ chịu được một lực căng giới hạn 5,5 N thì nó có bị đứt không?
Lời giải:
Đổi đơn vị: $m = 500 \text{ g} = 0{,}5$ kg.
a) Bóng đèn chịu hai lực:
- Trọng lực $\vec{P}$: phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống, đặt tại trọng tâm bóng đèn.
- Lực căng $\vec{T}$: phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên, đặt tại điểm bóng đèn gắn với dây.
Hai lực này cùng phương, ngược chiều, cùng đặt vào bóng đèn.
b) Vì bóng đèn cân bằng nên hai lực này có độ lớn bằng nhau:
$$T = P = m \cdot g = 0{,}5 \times 9{,}8 = 4{,}9 \text{ N}$$
c) So sánh với lực căng giới hạn:
$$T = 4{,}9 \text{ N} < 5{,}5 \text{ N}$$
→ Lực căng nhỏ hơn lực căng giới hạn nên dây không bị đứt.
Câu hỏi 2 mục II
Đề bài: Một con khỉ biểu diễn xiếc. Nó dùng tay nắm vào dây để đứng yên treo mình như Hình 17.7. Hãy cho biết trong hai lực căng xuất hiện trên dây ($\vec{T_1}$ và $\vec{T_2}$), lực nào có độ lớn lớn hơn. Tại sao?
Lời giải:
Con khỉ cân bằng dưới tác dụng của ba lực: trọng lực $\vec{P}$ (hướng xuống), lực căng $\vec{T_1}$ (theo dây trái) và lực căng $\vec{T_2}$ (theo dây phải).
Phân tích cân bằng theo phương ngang (trục $Ox$):
Vì khỉ đứng yên nên các thành phần lực theo phương ngang phải triệt tiêu:
$$T_1 \cos 14^\circ = T_2 \cos 20^\circ$$
Suy ra:
$$\dfrac{T_2}{T_1} = \dfrac{\cos 14^\circ}{\cos 20^\circ}$$
So sánh: vì $14^\circ < 20^\circ$ và hàm cosin giảm trên khoảng $[0^\circ; 90^\circ]$ nên:
$$\cos 14^\circ > \cos 20^\circ$$
$$\Rightarrow \dfrac{T_2}{T_1} > 1 \Rightarrow T_2 > T_1$$
Vậy lực căng $\vec{T_2}$ có độ lớn lớn hơn $\vec{T_1}$.
Giải thích định tính: dây phải (góc $20^\circ$) dốc hơn dây trái (góc $14^\circ$), nghĩa là dây phải gần phương thẳng đứng hơn. Do đó dây phải phải tạo ra một lực căng lớn hơn để cân bằng thành phần ngang với dây trái.
Em có thể trang 71
Đề bài:
- Giải thích được trọng tâm của các vật phẳng, đồng chất, có dạng hình học đối xứng nằm ở tâm đối xứng của vật.
- Giải thích được tại sao các vệ tinh nhân tạo của Trái Đất cuối cùng đều rơi xuống Trái Đất.
Lời giải:
1. Với vật phẳng, đồng chất thì khối lượng phân bố đều khắp vật. Khi vật có dạng hình học đối xứng (hình tròn, hình vuông, hình tam giác đều,…), khối lượng phân bố đối xứng quanh tâm đối xứng.
Khi treo vật ở các điểm khác nhau và xác định trọng tâm theo phương pháp dây dọi, các đường thẳng đứng đi qua điểm treo đều đi qua tâm đối xứng của vật. Vì các đường này cắt nhau tại tâm đối xứng nên trọng tâm chính là tâm đối xứng của vật.
2. Các vệ tinh nhân tạo chuyển động quanh Trái Đất ở độ cao có không khí rất loãng (chứ không hoàn toàn là chân không).
- Lực cản của không khí (dù rất nhỏ) làm vệ tinh mất dần năng lượng trong quá trình chuyển động.
- Do năng lượng giảm, vệ tinh hạ độ cao dần dần.
- Khi hạ xuống thấp, vệ tinh vào lớp không khí dày hơn, lực cản tăng nhanh khiến vệ tinh nóng lên và cuối cùng rơi xuống Trái Đất.
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn