Giải Vật Lí 10 Bài 9 (Chân trời sáng tạo): Chuyển động ném

Giải Vật Lí lớp 10 Bài 9: Chuyển động ném

Mở đầu trang 50 Vật Lí 10: Chuyển động ném là một chuyển động thường gặp trong cuộc sống như: máy bay trực thăng thả những thùng hàng cứu trợ (Hình 9.1a), vận động viên đẩy tạ (Hình 9.1b). Trong cả hai trường hợp, vật đều được ném từ một độ cao h so với mặt đất và có vận tốc đầu $\overrightarrow{v_0}$ hợp với phương ngang một góc α ( 0 ≤ α ≤ 90°) . Để thùng hàng rơi trúng vị trí cần thiết, quả tạ bay đi được quãng đường xa nhất, cần phải có những điều kiện gì?

Lời giải:

Để hàng rơi đúng vị trí cần thiết: Cần tính toán vị trí thả rơi và máy bay phải có vận tốc chuyển động phù hợp, phải tính toán được các điều kiện khi thả như sức gió, sức cản không khí.

Để đẩy tạ được xa cần có lực đẩy mạnh để cung cấp vận tốc lớn cho tạ, góc ném phải phù hợp để tạ đi được xa nhất.

1. Chuyển động ném ngang

Câu hỏi 1 trang 50 Vật Lí 10: Quan sát kết quả thí nghiệm trong hình 9.2 và nhận xét về chuyển động của hai viên bi.

Lời giải:

- Viên bi màu đỏ: Rơi tự do.

- Viên bi màu vàng: Chuyển động theo đường cong, hình chiếu theo phương thẳng đứng giống như viên bi màu đỏ. Hình chiếu theo phương ngang sau những khoảng thời gian bằng nhau là giống nhau.

Câu hỏi 2 trang 51 Vật Lí 10: Lập luận để rút ra các phương trình mô tả quỹ đạo chuyển động, thời gian rơi và tầm xa của vật được ném ngang.

Lời giải:

Phương trình chuyển động của vật theo trục Ox: $x=v_{0}t\Rightarrow t=\frac{x}{v_0}$.

Thay vào phương trình chuyển động của vật theo trục Oy: $y=\frac{1}{2}g{t}^2$.

- Ta được $y=\frac{1}{2}\frac{g}{v_0^2}{x}^2$, quỹ đạo có dạng một nhánh đường parabol.

- Tầm xa của vật chính là vị trí của vật tới được chiếu lên Ox trong thời gian rơi t từ độ cao h.

- Ta có thời gian rơi của vật là $t=\sqrt{\frac{2h}{g}}$.

- Tầm xa của vật $L=v_0\sqrt{\frac{2h}{g}}$.

Câu hỏi 3 trang 51 Vật Lí 10: Phân biệt phương trình chuyển động và phương trình quỹ đạo của vật.

Lời giải:

- Phương trình chuyển động là phương trình mô tả sự thay đổi vị trí của chất điểm trong không gian theo thời gian.

- Phương trình quỹ đạo: Là phương trình mô tả vị trí của chất điểm và nó chỉ mô tả mối liên hệ giữa các thành phần tọa độ mà không có sự xuất hiện của thời gian. Có thể hiểu phương trình quỹ đạo thể hiện quỹ đạo mà vật vẽ ra khi chuyển động.

Luyện tập trang 52 Vật Lí 10: Từ một vách đá cao 10 m so với mặt nước biển, một bạn ném ngang một hòn đá nhỏ với tốc độ 5 m/s. Bỏ qua lực cản của không khí và lấy g = 9,81 m/s².

a) Lập các phương trình chuyển động của hòn đá.

b) Xác định tọa độ của hòn đá sau 1 giây.

c) Xác định vị trí và tốc độ của hòn đá ngay trước khi hòn đá chạm mặt nước biển.

Lời giải:

Chọn hệ trục Oxy ứng với Ox nằm ngang, Oy thẳng đứng xuống dưới, gốc tọa độ tại vị trí ném vật.

a, Các phương trình chuyển động của hòn đá

- Theo trục Ox: $x=v_{0}t$.

- Theo trục Oy: $y=\frac{1}{2}g{t}^2$.

b, Tọa độ của hòn đá sau 1s:

$\left\{\begin{array}{l}x=5.1=5m\\ y=\frac{1}{2}9,{8.1}^2=4,9m\end{array}\right.$

c, Ngay trước khi hòn đá chạm mặt biển ta có y = h = 10m. Thời gian hòn đá rơi là

$t=\sqrt{\frac{2h}{g}}=\sqrt{\frac{2.10}{9,8}}=\frac{10}{7}s$.

Vị trí hòn đá khi chạm mặt nước là $x=5.\frac{10}{7}=\frac{50}{7}m$.

Tốc độ của hòn đá ngay khi chạm mặt nước biển: Sử dụng quy tắc cộng vận tốc với thành phần vận tốc v_x và v_y vuông góc nhau:

$$\begin{gathered} v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}=\sqrt{v_x^2+{(g.t)}^2} \\ =\sqrt{5^2+{(9,8.\frac{10}{7})}^2}\approx 14,87m/s \end{gathered}$$.

Vận dụng trang 52 Vật Lí 10: Dựa vào kinh nghiệm trong đời sống và các phương trình chuyển động ném ngang, em hãy nêu những yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa. Từ đó, phân tích cách thức tăng tầm xa khi ném ngang một vật.

Lời giải:

Các yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa của vật khi ném ngang: Vận tốc ném ban đầu, độ cao khi bắt đầu ném vật, gia tốc trọng trường tại nơi ném vật.

Để tăng tầm xa khi ném ngang: Tăng vận tốc ném ban đầu hoặc tăng độ cao ném vật.

2. Chuyển động ném xiên

Câu hỏi 4 trang 52 Vật Lí 10: Khi quả tạ được ném từ độ cao h sao cho vận tốc ban đầu $\overrightarrow{v_0}$ hợp với phương ngang một góc α, hãy dự đoán các yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa quả tạ.

Lời giải:

Các yếu tố ảnh hưởng đến tầm xa của vật khi ném xiên: Vận tốc ném ban đầu, góc ném vật, gia tốc trọng trường tại nơi ném vật, lực cản không khí lên quả tạ.

Câu hỏi 5 trang 53 Vật Lí 10: Nêu những lưu ý khi làm thí nghiệm khảo sát để thu được kết quả chính xác nhất có thể.

Lời giải:

Về dụng cụ: Cần có dụng cụ đo chính xác như thước đo góc, thước đo độ dài với độ chia nhỏ, vật cần ném phải có kích thước ổn định và ít bị cản trở bởi không khí, cơ cấu ném vật phải ổn định không rung lắc và ổn định ở mỗi lần vận hành.

Về tiến hành đo đạc: Người đo phải tiến hành đúng quy trình, khi đọc kết quả phải đúng quy cách, tính toán chính xác các sai số của thông số cần đo.

Bài tập (Trang 53)

Bài 1 trang 53 Vật Lí 10: Một máy bay đang bay ở độ cao 5 km với tốc độ 500 km/h theo phương ngang thì thả rơi một vật. Hỏi người lái máy bay phải thả vật cách mục tiêu bao xa theo phương ngang để vật rơi trúng mục tiêu? Lấy g = 9,8 m/s².

Lời giải:

Đổi đơn vị: v₀ = 500 km/h = $\frac{1250}{9}m/s$, h = 5 km = 5000 m

Chọn hệ trục Oxy ứng với Ox nằm ngang, Oy thẳng đứng xuống dưới, gốc tọa độ tại vị trí thả vật.

Tầm xa mà vật bay được là $L=v_0\sqrt{\frac{2h}{g}}=\frac{1250}{9}\sqrt{\frac{2.5000}{9,8}}\approx 4437m$.

Suy ra người lái phải thả vật từ điểm cách mục tiêu theo phương ngang khoảng 4437m để vật rơi trúng mục tiêu.

Bài 2 trang 53 Vật Lí 10: Một vận động viên ném một quả bóng chày với tốc độ 90 km/h từ độ cao 1,75 m (Hình 9P.1). Giả sử quả bóng chày được ném ngang, lực cản của không khí là không đáng kể và lấy g = 9,8 m/s².

a) Viết phương trình chuyển động của quả bóng chày theo hai trục Ox, Oy.

b) Quả bóng chày đạt tầm xa bao nhiêu? Tính tốc độ của nó ngay trước khi chạm đất.

Lời giải:

Đổi 90 km/h = 25 m/s

a) Viết phương trình chuyển động của quả bóng chày theo hai trục Ox, Oy.

$\left\{\begin{array}{l}x=v_0.t=25t\\ y=\frac{1}{2}g{t}^2=4,9t^2\end{array}\right.$

b) Tầm xa của quả bóng theo phương ngang

$$\begin{gathered} L=v_0\sqrt{\frac{2h}{g}} \\ =25\sqrt{\frac{2.1,75}{9,8}}=14,94m \end{gathered}$$

c, Ngay trước khi hòn đá chạm mặt biển ta có y = h = 10m. Thời gian hòn đá rơi là

$t=\sqrt{\frac{2h}{g}}=\sqrt{\frac{2.10}{9,8}}=\frac{10}{7}s$.

Vận tốc theo phương Oy của quả bóng khi chạm đất

$v_y=g\sqrt{\frac{2h}{g}}=\sqrt{2gh}$

Vận tốc của quả bóng khi chạm đất là

$$\begin{gathered} v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}=\sqrt{v_x^2+2gh} \\ =\sqrt{{25}^2+2.9,8.1,75}\approx 25,7m/s \end{gathered}$$

Lý thuyết Chuyển động ném

1. CHUYỂN ĐỘNG NÉM NGANG

a. Mô tả chuyển động ném ngang

- Quỹ đạo của viên bi vàng có dạng đường cong.

- Trên trục Ox: hình chiếu vị trí của viên bi vàng di chuyển được những quãng đường như nhau sau những khoảng thời gian bằng nhau. Do đó trên phương này, viên bi vàng chuyển động thẳng đều.

- Trên trục Oy: hình chiếu vị trí của viên bi vàng hoàn toàn trùng với vị trí của viên bi màu đỏ ở hình 9.2. Do đó trên phương này, viên bi vàng chuyển động nhanh dần đều.

b. Giải thích chuyển động ném ngang

* Trên trục Ox

- Gia tốc: a_x = 0 nên vật chuyển động thẳng đều trên Ox

- Vận tốc v_x = v_o là hằng số

- Phương trình chuyển động: x = v_o.t

* Trên trục Oy

- Gia tốc: a_y = g là hằng số nên vật chuyển động nhanh dần đều trên Oy (do vecto hình chiếu vận tốc $\overrightarrow{v_y}$ và gia tốc $\overrightarrow{g}$ luôn cùng chiều).

- Vận tốc: v_y = g.t

- Phương trình chuyển động: $y=\frac{1}{2}g.t^2$

- Dạng của quỹ đạo: phương trình quỹ đạo của vật có dạng: $y=\frac{g}{2v_o^2}.x^2$

Như vậy, quỹ đạo của vật là một nhánh của đường parabol

- Thời gian rơi của vật: $t=\sqrt{\frac{2h}{g}}$

- Tầm xa: khoảng cách xa nhất (theo phương ngang) so với vị trí ném được xác định: $L=x_{\text{max}}=v_o.t=v_o.\sqrt{\frac{2h}{g}}$

2. CHUYỂN ĐỘNG NÉM XIÊN

Mục đích: Tìm điều kiện về ném vật trong không khí ở một độ cao h xác định để đạt được tầm xa lớn nhất

- Tầm xa của chuyển động ném xiên phụ thuộc vào góc ném và độ lớn vận tốc tại điểm ném.

Xem thêm lời giải bài tập Vật Lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 1: Khái quát về môn Vật lí

Bài 2: Vấn đề an toàn trong Vật lí

Bài 3: Đơn vị và sai số trong vật lí

Bài 4: Chuyển động thẳng

Bài 5: Chuyển động tổng hợp

Xem thêm tài liệu Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 9: Chuyển động ném