Khởi động trang 34

Đề bài: Hãy nhớ lại kiến thức đã học về đồ thị của chuyển động trong môn Khoa học tự nhiên 7 để phát hiện ra tính chất của các chuyển động thẳng có đồ thị mô tả ở những hình sau.

Lời giải:

Quan sát từng đồ thị:

• a) Hai đường thẳng đi lên từ O → hai vật cùng chuyển động thẳng đều theo chiều dương với hai tốc độ khác nhau.
• b) Đường nằm ngang → độ dịch chuyển không thay đổi theo thời gian → vật đứng yên.
• c) Hai đường thẳng đi lên với độ dốc khác nhau → hai vật chuyển động thẳng đều, vật (1) nhanh hơn vật (2).
• d) Đường (1) đi lên → vật (1) chuyển động theo chiều dương. Đường (2) đi xuống → vật (2) chuyển động theo chiều ngược lại (chiều âm).

I. Chuyển động thẳng

Câu hỏi mục I

Đề bài: Hãy tính quãng đường đi được, độ dịch chuyển, tốc độ, vận tốc của bạn A khi đi từ nhà đến trường và khi đi từ trường đến siêu thị (Hình 7.1). Coi chuyển động của bạn A là chuyển động đều và biết cứ 100 m bạn A đi hết 25 s.

Lời giải:

Bước 1: Tính tốc độ của bạn A. Vì cứ 100 m đi hết 25 s nên:

$$v = \dfrac{100}{25} = 4 \text{ m/s}$$

Bước 2: Chọn chiều dương là chiều từ nhà đến trường. Vị trí: nhà = 0, siêu thị = 800 m, trường = 1000 m.

a) Khi đi từ nhà đến trường (từ 0 đến 1000 m):

• Quãng đường: $s_1 = 1000$ m.
• Độ dịch chuyển: $d_1 = 1000 – 0 = +1000$ m.
• Thời gian: $t_1 = \dfrac{1000}{4} = 250$ s.
• Tốc độ: $v = 4$ m/s.
• Vận tốc: $\overline{v} = +4$ m/s (theo chiều dương).

b) Khi đi từ trường đến siêu thị (từ 1000 m về 800 m):

• Quãng đường: $s_2 = 1000 – 800 = 200$ m.
• Độ dịch chuyển: $d_2 = 800 – 1000 = -200$ m (ngược chiều dương).
• Thời gian: $t_2 = \dfrac{200}{4} = 50$ s.
• Tốc độ: $v = 4$ m/s.
• Vận tốc: $\overline{v} = -4$ m/s.

II. Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian trong chuyển động thẳng

Hoạt động mục II.1

Đề bài: Hãy vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian trong chuyển động của bạn A nêu ở trên theo trình tự sau đây:

1. Lập bảng ghi số liệu vào vở.

2. Vẽ đồ thị: trên trục tung (trục độ dịch chuyển) 1 cm ứng với 200 m; trên trục hoành (trục thời gian) 1 cm ứng với 50 s.

Lời giải:

Cách vẽ:

• Bước 1: Vẽ hệ trục $Otd$, với trục hoành Ot biểu diễn thời gian (đơn vị: giây), trục tung Od biểu diễn độ dịch chuyển (đơn vị: mét). Chọn tỉ xích theo đề bài.
• Bước 2: Đánh dấu 7 điểm có toạ độ như trong bảng số liệu.
• Bước 3: Nối các điểm lại bằng đoạn thẳng. Đồ thị gồm hai đoạn:
  • Từ $(0;,0)$ đến $(250;,1000)$: đường thẳng đi lên (bạn A đi từ nhà đến trường).
  • Từ $(250;,1000)$ đến $(300;,800)$: đường thẳng đi xuống (bạn A đi từ trường về siêu thị).

Hoạt động mục II.2

Đề bài: Hình 7.2 là đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của một người đang bơi trong một bể bơi dài 50 m. Đồ thị này cho biết những gì về chuyển động của người đó?

1. Trong 25 giây đầu mỗi giây người đó bơi được bao nhiêu mét? Tính vận tốc của người đó ra m/s.
2. Từ giây nào đến giây nào người đó không bơi?
3. Từ giây 35 đến giây 60 người đó bơi theo chiều nào?
4. Trong 20 giây cuối cùng, mỗi giây người đó bơi được bao nhiêu mét? Tính vận tốc của người đó ra m/s.
5. Xác định độ dịch chuyển và vận tốc của người đó khi bơi từ B đến C.
6. Xác định độ dịch chuyển và vận tốc của người đó trong cả quá trình bơi.

Lời giải:

1. Trong 25 giây đầu, người đó bơi từ $d = 0$ đến $d = 50$ m. Mỗi giây bơi được:

$$\dfrac{50}{25} = 2 \text{ m}$$

Vận tốc: $\overline{v} = \dfrac{50 – 0}{25 – 0} = +2$ m/s.

2. Từ giây 25 đến giây 35 (đoạn AB nằm ngang): độ dịch chuyển không đổi → người đó không bơi (đứng nghỉ ở cuối bể).

3. Từ giây 35 đến giây 60 (đoạn BC đi xuống): độ dịch chuyển giảm → người đó bơi theo chiều ngược lại (chiều âm so với ban đầu).

4. Trong 20 giây cuối, tức từ giây 40 đến giây 60. Vì đoạn BC là đường thẳng (chuyển động đều), nên vận tốc bằng độ dốc đường BC:

$$\overline{v}_{BC} = \dfrac{20 – 50}{60 – 35} = \dfrac{-30}{25} = -1{,}2 \text{ m/s}$$

Mỗi giây bơi được 1,2 m (theo chiều ngược lại); vận tốc $\overline{v} = -1{,}2$ m/s.

5. Từ B(35; 50) đến C(60; 20):

• Độ dịch chuyển: $d_{BC} = 20 – 50 = -30$ m.
• Thời gian: $\Delta t = 60 – 35 = 25$ s.
• Vận tốc: $\overline{v}_{BC} = \dfrac{-30}{25} = -1{,}2$ m/s.

6. Trong cả quá trình bơi (từ $t = 0$ đến $t = 60$ s):

• Độ dịch chuyển: $d = 20 – 0 = +20$ m (vị trí cuối − vị trí đầu).
• Vận tốc trung bình: $\overline{v} = \dfrac{20}{60} \approx 0{,}33$ m/s.

Câu hỏi mục II.2

Đề bài: Hãy xác định vận tốc và tốc độ của người bơi từ giây 45 đến giây 60 bằng đồ thị ở Hình 7.2.

Lời giải:

Giai đoạn từ giây 45 đến giây 60 nằm trên đoạn BC, mà BC là đường thẳng (chuyển động đều), nên vận tốc trong giai đoạn này bằng độ dốc của BC.

Tính vị trí tại $t = 45$ s (dựa vào đường thẳng đi qua B và C):

$$d(45) = 50 – 1{,}2 \times (45 – 35) = 50 – 12 = 38 \text{ m}$$

Vị trí tại $t = 60$ s: $d(60) = 20$ m.

• Độ dịch chuyển: $\Delta d = 20 – 38 = -18$ m.
• Thời gian: $\Delta t = 60 – 45 = 15$ s.
• Vận tốc: $\overline{v} = \dfrac{-18}{15} = -1{,}2$ m/s.
• Tốc độ: $v = \dfrac{|\Delta d|}{\Delta t} = \dfrac{18}{15} = 1{,}2$ m/s.

III. Vận tốc và đồ thị độ dịch chuyển – thời gian trong chuyển động thẳng

Vận dụng 1 mục III

Đề bài: Số liệu về độ dịch chuyển và thời gian của chuyển động thẳng của một xe ô tô đồ chơi chạy bằng pin được ghi trong bảng bên:

a) Vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của chuyển động. b) Mô tả chuyển động của xe. c) Tính vận tốc của xe trong 3 s đầu.

Lời giải:

a) Vẽ đồ thị:

Cách vẽ: vẽ hệ trục $Otd$, đánh dấu 6 điểm theo bảng số liệu, rồi nối lại bằng đoạn thẳng.

b) Mô tả chuyển động:

• Từ 0 đến 3 s: đồ thị là đường thẳng đi lên → xe chuyển động thẳng đều theo chiều dương, độ dịch chuyển tăng đều từ 1 m đến 7 m.
• Từ 3 s đến 5 s: đồ thị là đường nằm ngang ($d = 7$ m) → xe đứng yên.

c) Vận tốc trong 3 s đầu:

$$\overline{v} = \dfrac{\Delta d}{\Delta t} = \dfrac{7 – 1}{3 – 0} = \dfrac{6}{3} = 2 \text{ m/s}$$

Vận dụng 2 mục III

Đề bài: Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian trong chuyển động thẳng của một xe ô tô đồ chơi điều khiển từ xa được vẽ ở Hình 7.4.

a) Mô tả chuyển động của xe. b) Xác định vị trí của xe so với điểm xuất phát của xe ở giây thứ 2, giây thứ 4, giây thứ 8 và giây thứ 10. c) Xác định tốc độ và vận tốc của xe trong 2 giây đầu, từ giây thứ 2 đến giây thứ 4 và từ giây thứ 4 đến giây thứ 8. d) Xác định quãng đường đi được và độ dịch chuyển của xe sau 10 giây chuyển động. Tại sao giá trị của chúng không giống nhau?

Lời giải:

a) Mô tả chuyển động:

• Từ 0 đến 2 s: xe chuyển động thẳng đều theo chiều dương (đồ thị đi lên).
• Từ 2 s đến 4 s: xe đứng yên (đồ thị nằm ngang).
• Từ 4 s đến 9 s: xe chuyển động thẳng đều theo chiều ngược lại (đồ thị đi xuống, đi qua vị trí xuất phát ở giây thứ 8 và tiếp tục về phía âm).
• Từ 9 s đến 10 s: xe đứng yên (đồ thị nằm ngang ở $d = -1$ m).

b) Vị trí của xe so với điểm xuất phát:

c) Tốc độ và vận tốc:

• 2 giây đầu (0 → 2 s): $\Delta d = 4 – 0 = 4$ m, $\Delta t = 2$ s.

$$\overline{v} = \dfrac{4}{2} = +2 \text{ m/s}; \quad v_{tb} = \dfrac{|\Delta d|}{\Delta t} = 2 \text{ m/s}$$

• Giây 2 → giây 4: $\Delta d = 0$ → xe đứng yên.

$$\overline{v} = 0; \quad v_{tb} = 0$$

• Giây 4 → giây 8: $\Delta d = 0 – 4 = -4$ m, $\Delta t = 4$ s.

$$\overline{v} = \dfrac{-4}{4} = -1 \text{ m/s}; \quad v_{tb} = \dfrac{4}{4} = 1 \text{ m/s}$$

d) Quãng đường và độ dịch chuyển sau 10 s:

Cộng quãng đường từng giai đoạn (lấy giá trị tuyệt đối từng đoạn):

• 0 → 2 s: 4 m
• 2 → 4 s: 0 m
• 4 → 9 s: $|{-1} – 4| = 5$ m
• 9 → 10 s: 0 m

$$s = 4 + 0 + 5 + 0 = 9 \text{ m}$$

Độ dịch chuyển sau 10 s:

$$d = d_{cuối} – d_{đầu} = -1 – 0 = -1 \text{ m}$$

Vì sao $s \ne d$? Vì trong quá trình chuyển động, xe đã đổi chiều (đi tới rồi đi lùi). Quãng đường tính tổng độ dài đường đi (luôn dương), còn độ dịch chuyển chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối nên có thể nhỏ hơn hoặc thậm chí âm.

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