I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Đo tốc độ dùng đồng hồ bấm giây

a) Dụng cụ đo

Để xác định tốc độ của một vật chuyển động, ta cần đo hai đại lượng:

• Quãng đường $s$: dùng thước (thước cuộn, thước dài…)
• Thời gian $t$: dùng đồng hồ bấm giây (cơ học hoặc điện tử)

Sau đó áp dụng công thức $v = \dfrac{s}{t}$ để tính tốc độ.

Dụng cụ đo tốc độ trực tiếp trên các phương tiện giao thông (ô tô, xe máy…) gọi là tốc kế.

b) Cách đo

Có hai cách đo:

• Cách 1: Chọn quãng đường $s$ trước, đo thời gian $t$ sau (thường dùng trong phòng thực hành).
• Cách 2: Chọn thời gian $t$ trước, đo quãng đường $s$ sau.

Các bước đo tốc độ bằng đồng hồ bấm giây:

1. Dùng thước đo quãng đường $s$. Xác định vạch xuất phát và vạch đích.
2. Dùng đồng hồ bấm giây đo thời gian $t$ từ lúc vật bắt đầu chuyển động tại vạch xuất phát đến khi tới vạch đích.
3. Thực hiện phép đo 3 lần để lấy giá trị trung bình.
4. Lập bảng ghi kết quả, tính trung bình quãng đường và thời gian:

$$\bar{s} = \dfrac{s_1 + s_2 + s_3}{3} \qquad \bar{t} = \dfrac{t_1 + t_2 + t_3}{3}$$

5. Tính tốc độ: $v = \dfrac{\bar{s}}{\bar{t}}$
6. Nhận xét kết quả đo.

Ưu điểm của cách đo bằng đồng hồ bấm giây: dễ sử dụng, tiện lợi, dụng cụ đơn giản.

Hạn chế: Kết quả phụ thuộc vào phản xạ của người bấm (có độ trễ), nên độ chính xác không cao khi đo vật chuyển động nhanh.

Củng cố:

Để đo tốc độ của một người chạy cự li ngắn, ta cần những dụng cụ đo nào? → Thước cuộn và đồng hồ bấm giây (Đáp án A). Thước để đo quãng đường, đồng hồ bấm giây để đo thời gian.

Để xác định tốc độ, ta cần biết những đại lượng nào? → Cần biết thời gian chuyển động và quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian đó (Đáp án D).

2. Dùng đồng hồ đo thời gian hiện số và cổng quang điện

a) Dụng cụ đo

Cách đo này sử dụng cổng quang điện kết hợp với đồng hồ đo thời gian hiện số thay cho đồng hồ bấm giây. Phương pháp này cho kết quả chính xác hơn vì thời gian được đo tự động, không phụ thuộc vào phản xạ của con người.

Các thiết bị gồm:

1. Nam châm điện – giữ viên bi sắt ở vị trí ban đầu
2. Viên bi sắt – vật cần đo tốc độ
3. Cổng quang điện thứ nhất – đặt tại vị trí bắt đầu đo
4. Cổng quang điện thứ hai – đặt tại vị trí kết thúc đo
5. Công tắc – đóng/ngắt nam châm điện để thả bi
6. Đồng hồ đo thời gian hiện số – chọn chế độ A ↔ B để đo thời gian vật chuyển động giữa hai cổng quang điện

b) Nguyên tắc hoạt động

Khi viên bi đi qua cổng quang điện thứ nhất, đồng hồ bắt đầu đếm thời gian. Khi viên bi đi qua cổng quang điện thứ hai, đồng hồ dừng đếm. Thời gian hiển thị trên đồng hồ chính là thời gian vật chuyển động giữa hai cổng.

Sau đó, dùng thước đo khoảng cách giữa hai cổng quang điện ($s$) và áp dụng $v = \dfrac{s}{t}$.

Củng cố:

Trong phòng thí nghiệm, để đo tốc độ vật chuyển động nhanh và kích thước nhỏ, dùng dụng cụ gì? → Thước, đồng hồ đo thời gian hiện số kết nối với cổng quang điện (Đáp án B).

3. Thiết bị bắn tốc độ

Để kiểm tra tốc độ phương tiện giao thông và giảm tai nạn, cảnh sát giao thông sử dụng thiết bị bắn tốc độ (súng bắn tốc độ).

Nguyên tắc hoạt động đơn giản:

1. Một camera theo dõi ô tô chạy trên đường.
2. Camera ghi biển số ô tô và thời gian ô tô chạy qua hai vạch mốc trên mặt đường (cách nhau 5 – 10 m).
3. Máy tính trong camera tính tốc độ: $v = \dfrac{s}{t}$
4. So sánh tốc độ tính được với tốc độ giới hạn của cung đường để phát hiện vi phạm.

Củng cố:

Cảnh sát giao thông kiểm tra tốc độ phương tiện bằng thiết bị nào? → Súng bắn tốc độ (Đáp án A).

4. Đo tốc độ bằng GPS

Một số đồng hồ điện tử đeo tay và điện thoại di động có trang bị phần mềm GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) có thể tự động xác định vị trí người dùng tại các thời điểm khác nhau nhờ tín hiệu vệ tinh. Từ sự thay đổi vị trí, thiết bị tính ra quãng đường và thời gian, rồi tự động tính tốc độ chuyển động.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Tính tốc độ từ phép đo quãng đường và thời gian

Phương pháp

Áp dụng công thức: $v = \dfrac{s}{t}$

Lưu ý đổi đơn vị cho thống nhất trước khi tính.

Ví dụ 1

Một bạn chạy cự li 60 m trên sân vận động. Đồng hồ bấm giây cho biết thời gian chạy từ vạch xuất phát tới vạch đích là 30 s. Tính tốc độ chạy của bạn đó.

Lời giải:

$$v = \dfrac{s}{t} = \dfrac{60}{30} = 2 \text{ (m/s)}$$

Đáp án: A. 2 m/s

Ví dụ 2

Trong thí nghiệm đo tốc độ xe đồ chơi chạy pin, xe chạy qua hai cổng quang điện cách nhau 20 cm trong thời gian 1,02 s (đọc trên đồng hồ hiện số). Tính tốc độ xe.

Lời giải:

$$v = \dfrac{s}{t} = \dfrac{20}{1{,}02} \approx 19{,}6 \text{ (cm/s)}$$

Ví dụ 3

Xác định tốc độ của một người chạy cự li 100 m. Đồng hồ ghi thời gian xuất phát là 00:00, thời gian đến đích là 00:22.

Lời giải:

Thời gian chạy: $t = 22 – 0 = 22$ s

$$v = \dfrac{s}{t} = \dfrac{100}{22} \approx 4{,}54 \text{ (m/s)}$$

Dạng 2: Tính tốc độ từ thiết bị bắn tốc độ và so sánh với tốc độ giới hạn

Phương pháp

Bước 1: Tính tốc độ: $v = \dfrac{s}{t}$ (đơn vị m/s)

Bước 2: Đổi sang km/h (nhân 3,6) nếu cần so sánh với tốc độ giới hạn.

Bước 3: So sánh với tốc độ giới hạn → kết luận có vượt quá hay không.

Ví dụ 1

Camera bắn tốc độ ghi được thời gian ô tô chạy qua hai vạch mốc cách nhau 5 m là 0,35 s. Tính tốc độ ô tô. Nếu tốc độ giới hạn cung đường là 60 km/h thì ô tô có vượt quá không?

Lời giải:

Bước 1: Tính tốc độ:

$$v = \dfrac{s}{t} = \dfrac{5}{0{,}35} \approx 14{,}3 \text{ (m/s)}$$

Bước 2: Đổi sang km/h:

$$v = 14{,}3 \times 3{,}6 \approx 51{,}5 \text{ (km/h)}$$

Bước 3: So sánh: $51{,}5 \text{ km/h} < 60 \text{ km/h}$

→ Ô tô không vượt quá tốc độ giới hạn.

Ví dụ 2

Camera ghi thời gian ô tô chạy qua hai vạch mốc cách nhau 8 m là 0,4 s. Tốc độ giới hạn là 50 km/h. Ô tô có vi phạm không?

Lời giải:

$$v = \dfrac{8}{0{,}4} = 20 \text{ (m/s)} = 20 \times 3{,}6 = 72 \text{ (km/h)}$$

So sánh: $72 \text{ km/h} > 50 \text{ km/h}$

→ Ô tô vượt quá tốc độ giới hạn → vi phạm.

Dạng 3: Tính tốc độ trong các tình huống thực tế đặc biệt

Phương pháp

Xác định quãng đường $s$ và thời gian $t$ từ dữ kiện bài cho (có thể cần tính gián tiếp), sau đó áp dụng $v = \dfrac{s}{t}$.

Ví dụ 1

Một bạn đo tốc độ đi bộ bằng cách đếm bước chân. Biết bạn đếm được 120 bước, mỗi bước trung bình dài 0,5 m và thời gian đi là 50 s. Tính tốc độ đi bộ.

Lời giải:

Quãng đường đi được:

$$s = 120 \times 0{,}5 = 60 \text{ (m)}$$

Tốc độ:

$$v = \dfrac{s}{t} = \dfrac{60}{50} = 1{,}2 \text{ (m/s)}$$

Ví dụ 2

Để đo tốc độ lan truyền âm thanh trong không khí, người ta bố trí hai micro cách nhau 1,2 m. Bộ đếm thời gian hiển thị khoảng thời gian từ lúc micro 1 nhận tín hiệu đến lúc micro 2 nhận tín hiệu là 0,0035 s. Tính tốc độ truyền âm.

Lời giải:

$$v = \dfrac{s}{t} = \dfrac{1{,}2}{0{,}0035} \approx 343 \text{ (m/s)}$$

Tốc độ lan truyền âm thanh trong không khí khoảng 343 m/s.

Ví dụ 3

Để đo tốc độ gió, người ta dùng chong chóng có bán kính 60 cm. Đếm được chong chóng quay 20 vòng trong 4,2 s. Tính tốc độ gió.

Lời giải:

Quãng đường đầu cánh chong chóng đi được (chính là quãng đường gió thổi):

$$s = \text{số vòng} \times 2\pi R = 20 \times 2 \times 3{,}14 \times 0{,}6 = 75{,}36 \text{ (m)}$$

Tốc độ gió:

$$v = \dfrac{s}{t} = \dfrac{75{,}36}{4{,}2} = 17{,}9 \approx 18 \text{ (m/s)}$$

Dạng 4: Tính tốc độ trung bình trên nhiều chặng

Phương pháp

$$v_{tb} = \dfrac{s_{\text{tổng}}}{t_{\text{tổng}}} = \dfrac{s_1 + s_2 + \ldots}{t_1 + t_2 + \ldots}$$

Lưu ý: Tốc độ trung bình KHÔNG bằng trung bình cộng các tốc độ (trừ khi thời gian các chặng bằng nhau).

Ví dụ

Một xe chạy thẳng không đổi chiều, 2 giờ đầu với tốc độ 60 km/h, 3 giờ sau với tốc độ 40 km/h. Tính tốc độ trung bình toàn chặng.

Lời giải:

Quãng đường chặng 1: $s_1 = v_1 \times t_1 = 60 \times 2 = 120$ (km)

Quãng đường chặng 2: $s_2 = v_2 \times t_2 = 40 \times 3 = 120$ (km)

Tổng quãng đường: $s = 120 + 120 = 240$ (km)

Tổng thời gian: $t = 2 + 3 = 5$ (h)

Tốc độ trung bình:

$$v_{tb} = \dfrac{s}{t} = \dfrac{240}{5} = 48 \text{ (km/h)}$$

(Lưu ý: nếu tính trung bình cộng sẽ ra $\dfrac{60+40}{2} = 50$ km/h → sai!)

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

ĐO TỐC ĐỘ

1. Nguyên tắc chung

• 1.1. Cần đo 2 đại lượng: quãng đường $s$ và thời gian $t$
• 1.2. Tính tốc độ: $v = s/t$

2. Phương pháp đo tốc độ

• 2.1. Đồng hồ bấm giây + thước
  • Dụng cụ đơn giản, dễ sử dụng
  • Hạn chế: có độ trễ do phản xạ người bấm
  • Phù hợp: đo tốc độ chạy bộ, xe đạp…
  • Thực hiện 3 lần → lấy trung bình
• 2.2. Cổng quang điện + đồng hồ hiện số
  • Đo thời gian tự động, chính xác hơn
  • Dùng trong phòng thí nghiệm
  • Chế độ A ↔ B: đo thời gian giữa 2 cổng
  • Phù hợp: đo vật nhỏ, chuyển động nhanh
• 2.3. Thiết bị bắn tốc độ
  • Camera + máy tính nhỏ
  • Ghi biển số, đo thời gian qua 2 vạch mốc (5–10 m)
  • So sánh với tốc độ giới hạn → phát hiện vi phạm
  • Dùng trên đường giao thông
• 2.4. GPS
  • Tích hợp trong đồng hồ thông minh, điện thoại
  • Tự động xác định vị trí → tính quãng đường, thời gian → tốc độ

3. Dụng cụ đo tốc độ trên phương tiện

• Tốc kế: gắn trên ô tô, xe máy → đo tốc độ trực tiếp

4. Lưu ý quan trọng

• Đo ít nhất 3 lần, lấy giá trị trung bình
• Tốc độ trung bình = tổng quãng đường / tổng thời gian (không phải trung bình cộng tốc độ)

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu