1. Bài 3. Chuyển động thẳng

Tốc độ là đại lượng đặc trưng cho:

A. tính chất nhanh hay chậm của chuyển động.

B. sự thay đổi hướng của chuyển động.

C. khả năng duy trì chuyển động của vật.

D. sự thay đổi vị trí của vật trong không gian.

Phương pháp giải:

Nắm vững định nghĩa về tốc độ.

Lời giải chi tiết:

Đại lượng đặc trưng cho tính chất nhanh, chậm của chuyển động chính là tốc độ.

=> Chọn A

Đồ thị vận tốc – thời gian của chuyển động thẳng đều là một đường thẳng

A. đi qua gốc tọa độ.                                       B. song song với trục hoành.             

C. bất kì.                                                        D. song song với trục tung.

Phương pháp giải:

Vận dụng về kiến thức vận tốc của vật trong chuyển động thẳng đều.

Lời giải chi tiết:

Trong chuyển động thẳng đều, vận tốc của vật luôn không thay đổi trong suốt quá trình chuyển động nên đồ thị vận tốc – thời gian lúc này là một đường thẳng song song với trục hoành.

=> Chọn B

Chọn phát biểu đúng:

A. Vectơ độ dịch chuyển thay đổi phương liên tục khi vật chuyển động.

B. Vectơ độ dịch chuyển có độ lớn luôn bằng quãng đường đi được của chất điểm.           

C. Khi vật chuyển động thẳng không đổi chiều, độ lớn của vectơ độ dịch chuyển bằng quãng đường đi được.

D. Vận tốc tức thời cho ta biết chiều của chuyển động nên luôn có giá trị dương.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về độ dịch chuyển và vận tốc tức thời.

Lời giải chi tiết:

A. Sai, vì phương của vectơ độ dịch chuyển sẽ không thay đổi nếu quỹ đạo chuyển động của vật là đường thẳng.

B. Sai, độ lớn của vectơ độ dịch chuyển bằng khoảng cách từ điểm đầu tới điểm cuối của quỹ đạo chuyển động chứ không phụ thuộc vào hình dạng quỹ đạo chuyển động, và khác với quãng đường đi được của chất điểm trong trường hợp tổng quát.

C. Đúng, lúc này khoảng cách từ điểm đầu tới điểm cuối của chuyển động chính bằng quãng đường vật đi được.

D. Sai, vận tốc tức thời của chuyển động có thể có giá trị âm nếu vật chuyển động ngược chiều dương đã chọn.

=> Chọn C

Chỉ ra phát biểu sai.

A. Vectơ độ dịch chuyển là một vectơ nối vị trí đầu và vị trí cuối của vật chuyển động.

B. Vectơ độ dịch chuyển có độ lớn luôn bằng quãng đường đi được của vật.                      

C. Khi vật đi từ điểm A đến điểm B, sau đó đến điểm C, rồi quay về A thì độ dịch chuyển của vật có độ lớn bằng 0.

D. Độ dịch chuyển có thể có giá trị âm, dương hoặc bằng không.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về độ dịch chuyển và vectơ độ dịch chuyển.

Lời giải chi tiết:

B. Sai, độ lớn của vectơ độ dịch chuyển bằng khoảng cách từ điểm đầu tới điểm cuối của quỹ đạo chuyển động chứ không phụ thuộc vào hình dạng quỹ đạo chuyển động, và khác với quãng đường đi được của chất điểm trong trường hợp tổng quát.

=> Chọn B

Chuyển động nào sau đây là chuyển động nhanh dần?

A. Chuyển động của xe ô tô khi bắt đầu chuyển động.                                 

B. Chuyển động của xe buýt khi vào trạm.               

C. Chuyển động của xe máy khi tắc đường.                         

D. Chuyển động của đầu kim đồng hồ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về các dạng chuyển động.

Lời giải chi tiết:

A. Chuyển động nhanh dần (từ trạng thái đứng yên, tăng tốc dần để xe lăn bánh).

B. Chuyển động chậm dần (từ trạng thái đang chuyển động, hãm phanh để đi chậm dần và dừng hẳn).

C. Chuyển động chậm dần (từ trạng thái đang chuyển động, hãm phanh để đi chậm dần và dừng hẳn).

D. Chuyển động tròn đều.

=> Chọn A

Cho đồ thị dịch chuyển – thời gian của một vật như Hình 4.1. Trong những khoảng thời gian nào, vật chuyển động thẳng đều?

A. Trong khoảng thời gian từ 0 đến t1 và từ t1 và t2.             

B. Trong khoảng thời gian từ t1 đến t2.                                  

C. Trong khoảng thời gian từ 0 đến t3.                      

D. Trong khoảng thời gian từ 0 đến t1 và từ t2 đến t3.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về dạng đồ thị của các dạng chuyển động khác nhau.

Lời giải chi tiết:

Trong quá trình vật chuyển động thẳng đều, đồ thị biểu diễn độ dịch chuyển – thời gian của vật là một đoạn thẳng.

=> Chọn D

Đồ thị tọa độ - thời gian của hai xe 1 và 2 được biểu diễn như Hình 4.2. Hai xe gặp nhau tại vị trí cách vị trí xuất phát của xe 2 một khoảng

A. 40 km.                                B. 30 km.                               

C. 35 km.                                D. 70 km.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về giải quyết bài toán đồ thị tọa độ - thời gian.

Lời giải chi tiết:

Từ đồ thị ta thấy, ở thời điểm ban đầu (t = 0), vật 2 ở vị trí tọa độ x = 0.

Vào thời điểm 2 xe gặp nhau (điểm giao nhau của đường (1) và (2)), hai vật lúc này đang ở tọa độ x = 40 km. Vị trí này cách vị trí xuất phát của xe 2 một khoảng 40 km.

=> Chọn A

Hình 4.3 mô tả đồ thị tọa độ - thời gian của hai chiếc xe trong cùng một khoảng thời gian.

a) Xe nào có vận tốc tức thời lớn hơn? Tại sao?

b) Xe nào có tốc độ tức thời lớn hơn? Tại sao?

Phương pháp giải:

Vận dụng cách đọc đồ thị tọa độ - thời gian của vật.

Lời giải chi tiết:

a) Dựa vào hình dạng đồ thị tọa độ - thời gian của 2 xe ta thấy:

Đồ thị (1) là một đường thẳng dốc lên trong khi đồ thị (2) dốc xuống => v₁ > 0, v₂ < 0.

=> Xe 1 có vận tốc lớn hơn xe 2.

b) Tốc độ tức thời tại một thời điểm chính là độ lớn của độ dốc tiếp tuyến của đồ thị (d – t) tại điểm đó.

Xe 2 có tốc độ tức thời lớn hơn xe 1 vì đường đồ thị (x – t) của xe 2 có độ dốc lớn hơn xe 1.

Trên đoạn đường thẳng có các vị trí A là nhà của bạn Nhật, B là trạm xe buýt, C là nhà hàng và D là trường học (Hình 4.4). Hãy xác định độ dịch chuyển của bạn Nhật trong các trường hợp:

a) Bạn Nhật đi từ nhà đến trạm xe buýt.

b) Bạn Nhật đi từ nhà đến trường học.

c) Bạn Nhật đi từ trường học về trạm xe buýt.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về vectơ độ dịch chuyển của vật trong mặt phẳng: là vectơ nối giữa điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo chuyển động của vật.

Lời giải chi tiết:

a) Độ dịch chuyển của bạn Nhật khi đi từ nhà tới trạm xe buýt là: \(\overrightarrow {{d_1}}  = \overrightarrow {AB} \)

b) Độ dịch chuyển của bạn Nhật khi đi từ nhà đến trường học là: \(\overrightarrow {{d_2}}  = \overrightarrow {AD} \)

c) Độ dịch chuyển của bạn Nhật khi đi từ trường học về trạm xe buýt là: \(\overrightarrow {{d_3}}  = \overrightarrow {DB} \)

Hình 4.5 mô tả đồ thị tọa độ - thời gian của hai xe, hãy nêu đặc điểm chuyển động của mỗi xe.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về đặc điểm của đồ thị của mỗi dạng chuyển động.

Lời giải chi tiết:

- Chuyển động của xe 1:

+ Trong khoảng thời gian từ 0 đến 1 h, xe chuyển động đều theo chiều dương với tốc độ 20 km/h.

+ Trong khoảng thời gian từ 1 đến 2 h, xe đứng yên.

+ Trong khoảng thời gian từ 2 đến 3 h, xe chuyển động đều theo chiều âm với tốc độ 40 km/h.

- Chuyển động của xe 2: Trong khoảng thời gian từ 0 đến 2 h, xe chuyển động đều theo chiều âm với tốc độ 40 km/h.

Hình 4.6 mô tả đồ thị dịch chuyển – thời gian của một chiếc xe oto chạy trên một đường thẳng. Tính vận tốc trung bình của xe.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về giải quyết bài toán đồ thị tọa độ - thời gian.

Vận tốc trung bình: \(\overrightarrow {{v_{tb}}}  = \frac{d}{{\Delta t}} = \frac{{\Delta \overrightarrow x }}{{\Delta t}}\) trong đó d là độ dịch chuyển của vật (được xác định bằng độ biến thiên của vật) trong thời gian \(\Delta t.\)

Lời giải chi tiết:

Vận tốc trung bình của xe: \(v = \frac{d}{{\Delta t}} = \frac{{90 - 0}}{{2 - 0}} = 45\,km/h\).

Một ô tô chạy từ địa điểm A đến địa điểm B với tốc độ 40 km/h, sau đó oto quay trở về A với tốc độ 60 km/h. Giả sử ô tô luôn chuyển động thẳng đều.

a) Tính tốc độ trung bình của ô tô trên cả đoạn đường đi và về.

b) Tính vận tốc trung bình của ô tô trên cả đoạn đường đi và về.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về vận tốc, tốc độ trung bình trong chuyển động thẳng đều.

Tốc độ trung bình: \({v_{tb}} = \frac{s}{{\Delta t}}\)trong đó s là quãng đường vật di chuyển được trong thời gian \(\Delta t.\)

Vận tốc trung bình: \(\overrightarrow {{v_{tb}}}  = \frac{d}{{\Delta t}} = \frac{{\Delta \overrightarrow x }}{{\Delta t}}\) trong đó d là độ dịch chuyển của vật (được xác định bằng độ biến thiên của vật) trong thời gian \(\Delta t.\)

Lời giải chi tiết:

a) Tốc độ trung bình trên cả đoạn đường đi và về là: \({v_{tb}} = \frac{{2AB}}{{{t_1} + {t_2}}} = \frac{{2AB}}{{\frac{{AB}}{{{v_1}}} + \frac{{AB}}{{{v_2}}}}} = 48\,km/h.\)

b) Vận tốc trung bình trên cả đoạn đường đi và về là: \({v_{tb}} = \frac{d}{{{t_1} + {t_2}}} = \frac{0}{{{t_1} + {t_2}}} = 0\,km/h.\)

Một người bắt đầu cho xe máy chạy trên một đoạn đường thẳng: trong 10 giây đầu xe chạy được quãng đường 50 m, trong 10 giây tiếp theo xe chạy được 100 m. Tốc độ trung bình của xe máy trong 20 giây đầu tiên là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về tốc độ trung bình trong chuyển động thẳng đều.

Tốc độ trung bình: \({v_{tb}} = \frac{s}{{\Delta t}}\)trong đó s là quãng đường vật di chuyển được trong thời gian \(\Delta t.\)

Lời giải chi tiết:

Tốc độ trung bình của xe máy trong 20 giây đầu tiên là:

\({v_{tb}} = \frac{{{s_1} + {s_2}}}{{{t_1} + {t_2}}} = \frac{{150}}{{20}} = 7,5\,m/s.\)

Trong Hình 4.7 có hai băng giấy ghi lại vị trí của vật chuyển động sau những khoảng thời gian bằng nhau. Hãy mô tả chuyển động của vật trong hai trường hợp này.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về các dạng chuyển động của vật.

Lời giải chi tiết:

Các dấu chấm trên băng giấy thể hiện cho vị trí của vật sau những khoảng thời gian bằng nhau.

Dễ dàng thấy, khoảng cách giữa các điểm trên băng giấy a bằng nhau hay nói cách khác vật đi được những quãng đường bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau.

Còn khoảng cách các điểm ở băng giấy b càng ngày càng xa nhau nhiều, dự đoán là chuyển động nhanh dần. Thực hiện đo đạc, thấy khoảng cách giữa hai điểm liền kề sẽ tăng một khoảng như nhau sau những khoảng thời gian bằng nhau.

Kết luận: Băng giấy a mô tả vật chuyển động thẳng đều, băng giấy b mô tả vật chuyển động thẳng nhanh dần đều.

Trái Đất quay một vòng quanh Mặt Trời trong thời gian gần 1 năm. Tính tốc độ trung bình và vận tốc trung bình của Trái Đất khi nó hoàn thành một vòng quanh Mặt Trời. Xem chuyển động này gần đúng là chuyển động tròn và khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời khoảng 1,5.10¹¹ m.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về vận tốc, tốc độ trung bình trong chuyển động tròn.

Tốc độ trung bình: \({v_{tb}} = \frac{s}{{\Delta t}}\)trong đó s là quãng đường vật di chuyển được trong thời gian \(\Delta t.\)

Vận tốc trung bình: \(\overrightarrow {{v_{tb}}}  = \frac{d}{{\Delta t}} = \frac{{\Delta \overrightarrow x }}{{\Delta t}}\) trong đó d là độ dịch chuyển của vật (được xác định bằng độ biến thiên của vật) trong thời gian \(\Delta t.\)

Lời giải chi tiết:

- Tốc độ trung bình: \({v_{tb}} = \frac{{2\pi R}}{T} = \frac{{2\pi .1,{{5.10}^8}}}{{365.24}} \approx {11.10^4}km/h.\)

- Vận tốc trung bình bằng 0 vì điểm đầu và điểm cuối quỹ đạo tròn trùng nhau.

Một tàu ngầm sử dụng hệ thống phát sóng âm để đo độ sâu của biển. Hệ thống phát ra các sóng âm và đo thời gian quay trở lại của sóng âm sau khi chúng bị phản xạ tại đáy biển. Tại một vị trí trên mặt biển, thời gian mà hệ thống ghi nhận được là 0,13 s kể từ khi sóng âm được truyền đi. Tính độ sâu mực nước biển. Biết tốc độ truyền sóng âm trong nước khoảng 1500 m/s.

Phương pháp giải:

Thời gian mà hệ thống ghi nhận lại âm bao gồm 2 giai đoạn: âm phát ra từ hệ thống tới đáy biển rồi bị phản xạ trở lại hệ thống.

Lời giải chi tiết:

Thời gian hệ thống nhận lại được âm trở về thì sóng âm đã đi được hai lần quãng đường từ  vị trí của hệ thống tới đáy biển (chính là độ sâu mực nước biển).

Độ sâu mực nước biển:

\(h = v.\frac{{\Delta t}}{2} = 1500.\frac{{0,13}}{2} \approx 98m.\)

Hình 4.8 mô tả đồ thị dịch chuyển – thời gian của một xe buýt. Dựa vào đồ thị, hãy mô tả chuyển động của xe. Phác họa vị trí bến xe và các trạm xe buýt trên quỹ đạo của nó.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về đồ thị dạng chuyển động của vật

Lời giải chi tiết:

Từ đồ thị ta thấy độ dịch chuyển của xe buýt chia thành những đoạn thẳng có độ dốc và những đoạn thẳng song song với trục hoành. Trong đó, những đoạn thẳng có dốc là các đoạn xe buýt chuyển động thẳng đều, những đoạn thẳng song song với trục hoành là những lúc xe buýt đang dừng lại ở trạm.

Vậy ta có thể mô tả chuyển động của xe buýt như sau: Xe buýt xuất phát từ bến, tới dừng tại các trạm và quay lại. Có tổng cộng ba trạm trên một vòng chuyển động, thời gian dừng lại mỗi trạm là bằng nhau.

Quỹ đạo xe buýt: