Giải Vật lí 10 Bài 14 (Kết nối tri thức): Định luật 1 Newton

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 14: Định luật 1 Newton

Khởi động trang 60 Vật Lí 10: Hình bên cho thấy một trong hai con tàu vũ trụ Voyager đang làm nhiệm vụ thăm dò các hành tinh nằm xa Trái Đất trong hệ Mặt Trời. Chúng được phóng lên từ mũi Canaveral, Florida (Hoa Kì) vào năm 1977 và hiện nay cả hai con tàu đã ra khỏi hệ Mặt Trời, đang tiếp tục hoạt động và gửi thông tin về Trái Đất.

Điều gì đã giúp cho tàu Voyager tiếp tục chuyển động rời xa Trái Đất, mặc dù trên thực tế không còn lực nào tác dụng lên chúng nữa?

Lời giải:

Tàu Voyager tiếp tục chuyển động rời xa Trái Đất được là do có quán tính.

I. Lực và chuyển động

Câu hỏi trang 60 Vật Lí 10: Một quyển sách đang nằm yên trên mặt bàn. Ta phải đẩy nó thì nó mới dịch chuyển và khi ngừng đẩy thì nó dừng lại. Nếu em đặt mình vào thời của nhà khoa học Hy Lạp Aristotle (384 – 322 TCN), khi mà mọi người chưa biết đến ma sát, thì em sẽ trả lời câu hỏi nêu ra như thế nào?

Lời giải:

- Khi quyển sách đang nằm yên trên bàn, nó chuyển động được là có lực tác dụng vào nó. Khi thôi tác dụng lực thì quyển sách dừng lại.

- Nếu chưa biết đến lực ma sát thì rõ ràng là đã có 1 lực giữ quyển sách không bị trượt trên mặt bàn.

II. Định luật 1 Newton

Câu hỏi trang 61 Vật Lí 10: Quan sát các vật trong Hình 14.2.

1. Giải thích tại sao quả cầu đứng yên.

2. Tại sao người trượt ván có thể giữ nguyên vận tốc của mình?

Lời giải:

1. Quả cầu đứng yên do chịu tác dụng của hai lực cân bằng là trọng lực $\overrightarrow{P}$ và lực căng đây $\overrightarrow{T}$.

2. Ván chịu tác dụng của trọng lực $\overrightarrow{P}$, phản lực $\overrightarrow{N}$, lực ma sát lăn $\overrightarrow{F_{ms}}$_­ và lực đẩy của người. Hai lực $\overrightarrow{P}$ và $\overrightarrow{N}$ là 2 lực cân bằng nên triệt tiêu nhau, nếu lực đẩy của người cũng cân bằng với lực ma sát thì tổng hợp lực tác dụng lên vật bằng không nên ván sẽ chuyển động thẳng đều với vận tốc không đổi.

III. Quán tính

Hoạt động trang 61 Vật Lí 10: Thí nghiệm Hình 14.3 giúp minh họa quán tính của vật.

- Chuẩn bị: Một tấm ván dài khoảng 1m làm mặt phẳng nghiêng, xe lăn, vật nhỏ đặt trên xe lăn, vật chắn (có thể dùng quyển sách dày) (Hình 14.3)

- Tiến hành:

+ Đặt các vật nhỏ lên xe lăn. Giữ các vật và xe đứng yên trên đỉnh mặt phẳng nghiêng.

+ Thả cho xe trượt xuống dốc, dọc theo mặt phẳng nghiêng.

+ Quan sát hiện tượng xảy ra đối với xe và các vật trên xe.

- Thảo luận:

1. Giải thích tại sao khi xe trượt xuống dốc và bị cản lại ở cuối dốc thì vật nhỏ bị văng về phía trước.

2. Làm thế nào để giữ cho vật trên xe không bị văng đi?

Lời giải:

1. Khi xe đang trượt xuống dốc và bị cản lại ở cuối dốc thì xe bị cản lại còn các vật nhỏ không bị cản vì theo quán tính các vật nhỏ vẫn có xu hướng bảo toàn vận tốc như cũ nên bị văng về phía trước.

2. Để giữ vật trên xe không bị văng thì ta cần gắn chặt các vật vào xe (bằng dây nối hoặc keo dán,…).

Câu hỏi 1 trang 61 Vật Lí 10: Mô tả và giải thích điều gì xảy ra đối với một hành khách ngồi trông ô tô ở các tình huống sau:

a) Xe đột ngột tăng tốc.

b) Xe phanh gấp.

c) Xe rẽ nhanh sang trái.

Lời giải:

a. Khi xe đột ngột tăng tốc thì nửa trên của người ngồi trên xe không gắn với sàn xe sẽ bảo toàn vận tốc đang có, nên có kết quả sẽ ngả về phía sau.

b. Khi xe phanh gấp thì vận tốc giảm đột ngột, người đang ngồi yên theo quán tính sẽ bị chúi người về phía trước.

c. Khi xe rẽ nhanh sang trái thì người sẽ bị ngả về bên phải.

Câu hỏi 2 trang 61 Vật Lí 10: Một vật đang chuyển động với vận tốc 3 m/s dưới tác dụng của các lực. Nếu bỗng nhiên các lực này mất đi thì:

A. Vật dừng lại ngay.

B. Vật đổi hướng chuyển động.

C. Vật chuyển động chậm dần rồi dừng lại.

D. Vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s.

Lời giải:

Theo định luật I Newton vật có vận tốc 3m/s không chịu thêm tác dụng của lực nào thì vật sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều với vận tốc là 3 m/s.

Đáp án đúng là D.

Câu hỏi 3 trang 61 Vật Lí 10: Một vật đang nằm yên trên mặt bàn nằm ngang. Tại sao ta có thể khẳng định rằng bàn đã tác dụng một lực lên nó.

Lời giải:

Vật đang nằm yên trên mặt bàn chứng tỏ hợp lực tác dụng lên vật bằng 0. Vì vật luôn chịu tác dụng của trọng lực có phương thẳng đứng và chiều hướng xuống nên cần có thêm 1 lực cân bằng với lực này. Vậy lực này chính là phản lực của mặt bàn tác dụng lên vật, lực này có phương thẳng đứng, chiều hướng lên trên, độ lớn bằng với độ lớn trọng lực tác dụng lên vật.

Câu hỏi 1 trang 62 Vật Lí 10: Khi ngồi trên ô tô, tàu lượn cao tốc hoặc máy bay, hành khách luôn được nhắc thắt dây an toàn. Giải thích điều này.

Lời giải:

Khi ngồi trên ô tô, tàu lượn cao tốc hoặc máy bay, hành khách luôn được nhắc thắt dây an toàn để khi xe thay đổi vận tốc đột ngột (tăng tốc đột ngột hoặc phanh gấp) thì người sẽ luôn được giữ lại an toàn mà không bị văng ra do quán tính.

Câu hỏi 2 trang 62 Vật Lí 10: Để tra đầu búa vào cán, nên chọn cách nào dưới đây? Giải thích tại sao.

a) Đập mạnh cán búa xuống đất như Hình 14.4a.

b) Đập mạnh đầu búa xuống đất như Hình 14.4b.

Lời giải:

Để tra búa vào cán, ta nên đập mạnh cán búa xuống đất, vì khi đập, khi cán búa dừng lại đột ngột thì đầu búa vẫn có xu hướng bảo toàn vận tốc nên sẽ vẫn tiếp tục đi xuống, khi đó đầu búa sẽ ngập sâu vào cán búa và được gắn chắc chắn hơn.

Ngoài ra còn có tác dụng khác, nếu thực hiện như hình 14.4b thì tay ta theo quán tính sẽ bị trơn trượt xuống dưới nên nếu để đầu búa ở dưới thì dễ gây thương tích ở tay.

Em có thể 1 trang 62 Vật Lí 10: Dùng khái niệm quán tính để giải thích hiện tượng trong Hình 14.5: Khi dùng tay kéo từ từ tờ giấy và khi giật mạnh tờ giấy.

Lời giải:

Khi kéo từ từ tờ giấy thì cốc phía trên thay đổi vận tốc từ từ nên sẽ chuyển động theo tờ giấy. Khi giật mạnh tờ giấy thì tờ giấy bị thay đổi vận tốc đột ngột còn cốc phía trên do có quán tính nên vẫn có xu hướng bảo toàn trạng thái đứng nên rút được tờ giấy ra mà cốc vẫn đứng yên không bị đổ.

Em có thể 2 trang 62 Vật Lí 10: Giải thích được nguyên nhân của nhiều vụ tai nạn giao thông liên quan đến quán tính. Chuẩn bị một bài thuyết trình (dài khoảng 15 phút) về đề tài sau đây: Rất nhiều vụ tai nạn giao thông có nguyên nhân từ quán tính. Em hãy nêu một số ví dụ về điều đó và cách phòng tránh những tai nạn này.

Lời giải:

Ví dụ 1: Khi xe đang đi, đột ngột gặp một chiếc xe khác lao tới, dù đã phanh gấp nhưng do quán tính nên xe không thể dừng lại ngay được, kết quả là 2 xe vẫn bị đâm vào nhau gây tai nạn. Để khắc phục, người tham gia giao thông cần tuân thủ đúng luật giao thông, đi đúng làn đường của mình, đi chậm để kịp thời xử lý các sự cố, tuân thủ các biển báo,…

Ví dụ 2: Khi xe đi trước gặp sự cố, xe phía sau đi quá gần xe trước nên không kịp xử lý, dù đã phanh xe nhưng xe vẫn không dừng lại ngay được do quán tính, kết quả là tai nạn vẫn xảy ra. Để khắc phục, người tham gia giao thông cần đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các xe để kịp thời xử lý các tình huống xảy ra phía trước.

Học sinh có thể dựa vào các ví dụ để xây dựng bài thuyết trình của mình.

Lý thuyết Định luật 1 Newton

I. Lực và chuyển động

- Galilei bố trí thí nghiệm như hình bên dưới, rồi thả hòn bi cho lăn xuống máng nghiêng số 1. Ông nhận thấy hòn bi lăn lên máng số 2 đến một độ cao thấp hơn độ cao ban đầu (hình a)

Minh họa thí nghiệm của Galilei

- Khi hạ thấp độ nghiêng của máng 2, ông thấy hòn bi lăn trên máng 2 được một đoạn dài hơn (hình b). Ông cho rằng hòn bi không lăn được đến độ cao ban đầu vì có ma sát.

- Ông tiên đoán rằng nếu không có ma sát và nếu máng nghiêng số 2 nằm ngang thì hòn bi sẽ lăn mãi mãi với vận tốc không đổi (hình c).

II. Định luật 1 Newton

- Năm 1687, nhà vật lí người Anh Newton đã khái quát kết quả nghiên cứu của mình, đồng thời phát triển các ý tưởng của Galilei thành một định luật chuyển động, sau này được gọi là định luật 1 Newton

- Nội dung định luật 1 Newton: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động thì sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.

- Ví dụ

+ Quả cầu đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên vì hợp lực tác dụng lên nó bằng 0

III. Quán tính

1. Quán tính

- Quán tính là tính chất của vật, luôn có xu hướng bảo toàn trạng thái đứng yên hay chuyển động của vật đó.

- Do có quán tính mà mọi vật đều có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn.

- Định luật 1 Newton còn có tên gọi khác là định luật quán tính

Ví dụ

+ Một người đang đạp xe và di chuyển về phía trước, bất ngờ vì một lý do nào đó khiến xe dừng chuyển động (đụng vật cản), thì theo định luật 1 Newton, người đó vẫn tiếp tục chuyển động về phía trước.

+ Một hành khách ngồi trong một chiếc xe đang di chuyển về phía trước, khi chiếc xe dừng lại đột ngột, hành khách bị xô về phía trước.

+ Nếu một hành khách xuống xe buýt khi xe chưa dừng hẳn, thì hành khách đó thường sẽ bước dài chân về chiều chuyển động của xe để không bị ngã.

+ Một vận động viên chạy trong một cuộc đua sẽ tiếp tục chạy thêm một đoạn nữa ngay cả sau khi đạt đến vạch đích.

2. Ứng dụng của quán tính trong đời sống

+ Khi cho hạt đường vào hũ nhựa, trong quá trình đó, người ta thường nhấc hũ đường lên và gõ nhẹ xuống mặt bàn, theo quán tính, các hạt đường sẽ di chuyển xuống, nhờ đó mà người ta có thể cho thêm nhiều đường hơn.

+ Khi tra đầu búa vào cán, người ta thường đập mạnh cán búa xuống đất, vì theo quán tính, đầu búa sẽ di chuyển xuống.

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 15: Định luật 2 Newton

Bài 16: Định luật 3 Newton

Bài 17: Trọng lực và lực căng

Bài 18: Lực ma sát

Bài 19: Lực cản và lực nâng

Xem thêm lời tài liệu Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 14: Định luật 1 Newton