Giải Vật lí 10 Bài 7 (Kết nối tri thức): Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 7: Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian

Video giải Vật lí lớp 10 Bài 7: Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian

Khời động trang 34 Vật Lí 10: 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:

a. Đồ thị s - t là đường thẳng đi qua gốc tọa độ nên là hàm phụ thuộc bậc nhất $\frac{s}{t}=const=v$ nên vật chuyển động thẳng đều.

b. Đồ thị s - t là đường nằm ngang tức là ở mọi thời điểm quãng đường đi được không thay đổi nên đồ thị mô tả vật đang đứng yên.

c. Đồ thị (1) và (2) đều là đường thẳng đi qua gốc tọa độ hướng lên nên mô tả các chuyển động thẳng đều cùng chiều, tuy nhiên đồ thị (1) có độ dốc lớn hơn đồ thị (2) nên vật 1 chuyển động nhanh hơn vật (2).

d. Đồ thị (1) và (2) đều là các đường thẳng mô tả chuyển động thẳng đều. Hai đồ thị xuất phát tại 2 điểm khác nhau chứng tỏ 2 chuyển động xuất phát ở 2 địa điểm khác nhau, đồng thời 1 đồ thị đi lên còn 1 đồ thị đi xuống và có giao nhau nên 2 chuyển động này ngược chiều và chúng có gặp nhau tại một thời điểm.

I. Chuyển động thẳng

Câu hỏi trang 34 Vật Lí 10: 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:

Coi chuyển động của bạn A là chuyển động đều và biết cứ 100 m bạn A đi hết 25 s.

Chọn chiều dương là chiều đi từ nhà đến trường.

Đi từ nhà đến trường:

Quãng đường đi được của A: s = 1000 m.

Độ dịch chuyển bằng với quãng đường đi được của A do A đi thẳng và không đổi chiều (đi cùng chiều dương): d = s = 1000 m.

Vận tốc của A bằng tốc độ của A: $v=\frac{s}{t}=\frac{1000}{25.\frac{1000}{100}}=4\left(m/s\right).$

Đi từ trường đến siêu thị:

Quãng đường đi được của A: s = 1000 – 800 = 200 m.

Do lúc này A đi ngược chiều dương nên: d = -200 m.

Tốc độ của A: $v=\frac{s}{t}=\frac{200}{25.\frac{200}{100}}=4\left(m/s\right).$

Vận tốc của A: $v=\frac{d}{t}=\frac{-200}{25.\frac{200}{100}}=-4\left(m/s\right).$

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

Hoạt động trang 35 Vật Lí 10: 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:

1. Bảng số liệu:

2. Vẽ đồ thị:

Hoạt động trang 35 Vật Lí 10: 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 bơi thẳng từ O đến A và không đổi chiều nên độ dịch chuyển trong 25s đầu là d = 50 m.

Vận tốc của người: $v=\frac{d}{t}=\frac{50}{25}=2\left(m/s\right).$

Vậy mỗi giây người đó bơi được 2 m.

2. Từ đồ thị ta thấy khi người di chuyển từ A đến B, đồ thị là đường nằm ngang nên người này không bơi, tức là người không bơi từ giây thứ 25 đến giây thứ 35.

3. Từ giây 35 đến giây 60, đồ thị là đoạn BC hướng xuống nên người bơi theo chiều ngược chiều dương..

4. Dựa vào đồ thị ta có:

Độ dịch chuyển ở giây thứ 40: d₁ = 45 m.

Độ dịch chuyển ở giây thứ 60: d₂ = 25 m.

Như vậy trong 20s cuối, mỗi giây người đó bơi được: $\frac{\left|d_2-d_1\right|}{\Delta t}=\frac{\left|25-45\right|}{20}=1\left(m\right).$

Vận tốc của người: $v=\frac{\Delta d}{\Delta t}=\frac{d_2-d_1}{\Delta t}=\frac{25-45}{20}=-1\left(m/s\right).$

5. Tại B: d_B = 50 m, t_B = 35 s.

Tại C: d_C = 25 m, t_C = 60 s.

Độ dịch chuyển $\Delta d=d_C-d_B=-25m.$

Vận tốc: $v=\frac{\Delta d}{\Delta t}=\frac{d_C-d_B}{t_C-t_B}=-1\left(m/s\right).$

6. Độ dịch chuyển trong cả quá trình bơi: $\Delta d=d_C-d_O=25-0=25m.$

Vận tốc của người trong cả quá trình bơi: $v=\frac{\Delta d}{\Delta t}=\frac{25}{60}=\frac{5}{12}\left(m/s\right).$

Câu hỏi trang 35 Vật Lí 10: 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:

Dựa vào đồ thị có:

Tại giây t₁ = 45: $d_1=40\left(m\right).$

Tại giây t₂ = 60: $d_2=25\left(m\right).$

Vận tốc: $v=\frac{d_2-d_1}{t_2-t_1}=\frac{25-40}{60-45}=-1\left(m/s\right).$

Từ giây 45 đến giây 60 người bơi theo đường thẳng ngược chiều dương nên tốc độ: $v=\frac{\left|d_2-d_1\right|}{t_2-t_1}=\frac{\left|25-40\right|}{60-45}=1\left(m/s\right).$

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

Hoạt động 1 trang 36 Vật Lí 10: 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:

Dựa vào bảng này để:

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. Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của chuyển động.

b. Từ 0s đến 3s: xe chuyển động thẳng đều.

Từ 3s đến 5s: xe đứng yên.

c. Vận tốc của xe trong 3s đầu: $v=\frac{\Delta d}{\Delta t}=\frac{7-1}{3}=2\left(m/s\right).$

Hoạt động 2 trang 36 Vật Lí 10: 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 2 đến giây 4 và từ giây 4 đến giây 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 của xe:

- Trong 2 giây đầu: xe chuyển động thẳng đều.

- Từ giây thứ 2 đến giây thứ 4: xe đứng yên.

- Từ giây thứ 4 đến giây thứ 9: xe chuyển động thẳng đều theo chiều ngược lại.

- Từ giây thứ 9 đến giây thứ 10: xe đứng yên.

b. Ở giây thứ 2: xe ở vị trí cách điểm xuất phát 4 m.

- Ở giây thứ 4: xe ở vị trí cách điểm xuất phát 4 m.

- Ở giây thứ 8: xe trở về vị trí xuất phát.

- Ở giây thứ 10: xe ở vị trí cách điểm xuất phát 1 m theo chiều âm.

c. Trong 2s đầu, xe chuyển động thẳng đều không đổi chiều nên tốc độ bằng vận tốc: $v=\frac{d}{t}=\frac{4}{2}=2\left(m/s\right).$

Từ giây thứ 2 đến giây thứ 4: Xe đứng yên nên vận tốc bằng tốc độ và bằng 0.

Từ giây thứ 4 đến giây thứ 8 xe chuyển động ngược chiều dương nên có:

Độ dịch chuyển $\Delta d=d_2-d_1=0-4=-4\left(m\right).$

Vận tốc: $v=\frac{\Delta d}{\Delta t}=\frac{-4}{8-4}=-1\left(m/s\right).$

Tốc độ: $v=\frac{\Delta s}{\Delta t}=\frac{4}{4}=1\left(m/s\right).$

d. Quãng đường xe sau 10s dịch chuyển: $s=s_1+s_2+s_3=4+4+1=9\left(m\right).$

Độ dịch chuyển của xe sau 10s: $\Delta d=-1-0=-1\left(m\right).$

Quãng đường đi được và độ dịch chuyển trong khoảng thời gian này không giống nhau vì trong quá trình chuyển động xe đã đổi chiều chuyển động.

Em có thể 1 trang 36 Vật Lí 10: Vẽ được đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của chuyển động thẳng.

Lời giải:

Các em tự vẽ đồ thị theo nguyên tắc:

Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của chuyển động thẳng là các đường thẳng hướng lên nếu vật đi theo chiều dương, đường thẳng hướng xuống nếu vật đi ngược chiều dương và đường thẳng nằm ngang nếu vật đứng yên.

Ví dụ: Sự thay đổi vị trí của một vật chuyển động trên đường thẳng

Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian

Em có thể 2 trang 36 Vật Lí 10: Dựa vào đồ thị độ dịch chuyển – thời gian, xác định được vị trí và vận tốc của vật ở bất kì thời điểm nào.

Lời giải:

Xác định vị trí của vật ở bất kì một thời điểm nào bằng cách gióng thời điểm đó lên đồ thị, từ đồ thị gióng sang trục d để tìm vị trí.

Xác định vận tốc theo công thức: $v=\frac{\Delta d}{\Delta t}$

Lý thuyết Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian

I. Chuyển động thẳng

- Chuyển động thẳng là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng.

Ví dụ: Chuyển động của ô tô trên một đoạn đường thẳng.

Ví dụ: Chuyển động của quả táo rơi từ trên cây

- Nếu vật chuyển động thẳng theo một chiều không đổi thì

+ Độ dịch chuyển d và quãng đường đi được s là như nhau: $\text{d = s}$

+ Tốc độ $\text{υ}$ và vận tốc $\text{v}$ có độ lớn như nhau: $\text{v = υ}$

- Khi vật chuyển động thẳng theo chiều dương, nếu đổi chiều chuyển động thì trong khoảng thời gian chuyển động ngược chiều đó,

+ Quãng đường đi được vẫn có giá trị dương, còn độ dịch chuyển có giá trị âm

+ Tốc độ có giá trị dương còn vận tốc có giá trị âm $\text{v = - υ}$

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

- Đồ thị độ dịch chuyển - thời gian của một chuyển động không những cho phép mô tả được chuyển động mà còn có thể cho biết thêm nhiều thông tin khác nữa về chuyển động.

1. Cách vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian (d – t) trong chuyển động thẳng đều

Trong chuyển động thẳng đều thì $\text{d = v.t}$ (với v là hằng số). Biểu thức $\text{d = v.t}$ có dạng giống biểu thức của hàm số $\text{y = a.x}$ trong môn toán nên có đường biểu diễn là một đường thẳng.

Một dạng đồ thị độ dịch chuyển – thời gian

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

Độ dốc của đồ thị độ dịch chuyển – thời gian trong chuyển động thẳng cho biết độ lớn vận tốc chuyển động.

Trong đồ thị trên, hệ số góc (độ dốc) của đường biểu diễn OA là:

$\frac{\mathrm{\Delta d}}{\mathrm{\Delta t}}=\frac{50-0}{25-0}=\frac{50}{25}=2\mathrm{m}/\mathrm{s}$

Đây là độ lớn vận tốc của người bơi trong 50 m đầu.

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

Bài 8: Chuyển động biến đổi. Gia tốc

Bài 9: Chuyển động thẳng biến đổi đều

Bài 10: Sự rơi tự do

Bài 11: Thực hành: Đo gia tốc rơi tự do

Bài 12: Chuyển động ném

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

Lý thuyết Bài 7: Đồ thị độ dịch chuyển – thời gian