6. Bài 9. Chuyển động thẳng biến đổi đều

>> Xem chi tiết: Lý thuyết chuyển động thẳng biến đổi đều - Vật Lí 10

Phương pháp giải:

1. Sử dụng công thức tính gia tốc: \(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}}\)

2. Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng mà vận tốc có độ lớn tăng hoặc giảm đều theo thời gian.

Lời giải chi tiết:

1.

- Gia tốc của ô tô là:

\(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{10}}{1} = 10\left( {m/{s^2}} \right)\)

- Gia tốc của người chạy bộ là:

\(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{4 - 6}}{{1 - 0}} =  - 2\left( {m/{s^2}} \right)\)

2.

Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động thẳng mà vận tốc có độ lớn tăng hoặc giảm đều theo thời gian.

=> Các chuyển động trong hình vẽ ở đầu bài là chuyển động thẳng biến đổi đều.

Phương pháp giải:

1.

Dựa vào các đồ thị hình 9.1.

2.

Sử dụng kĩ năng đọc đồ thị.

Lời giải chi tiết:

1.

a)

- Đồ thị a: \(v = at\)

- Đồ thị b: \(v = {v_0} + at\)

- Đồ thị c: \(v = {v_0} - at\)

b)

- Chuyển động nhanh dần đều là: đồ thị a và b

- Chuyển động chậm dần đều: đồ thị c

2.

- Trong 4 s đầu tiên: bạn đó đi đều với vận tốc 1,5 m/s.

- Từ giây 4 – giây 6: bạn đó đi chậm lại.

- Từ giây 6 đến giây 7: bạn đó nghỉ

- Từ giây 7 đến giây 8: bạn đó bắt đầu đi theo chiều âm

- Từ giây 8 – 9: bạn đó đi đều với vận tốc -0,5 m/s.

- Từ giây 9 – 10: đi chậm và dừng lại tại giây thứ 10.

Phương pháp giải:

Dựa vào đồ thị hình 9.3b.

Lời giải chi tiết:

1.

Độ dịch chuyển có độ lớn bằng diện tích của hình thang vuông có đường cao là t và các đáy có độ lớn v₀, v.

Từ đồ thị ta có: \(\left\{ \begin{array}{l}{v_0} = 4\left( {m/s} \right);v = 16\left( {m/s} \right)\\t = 6\left( s \right)\end{array} \right.\)

Suy ra: Độ dịch chuyển là:

\(d = \frac{{\left( {4 + 16} \right).6}}{2} = 60\left( m \right)\)

2.

Ta có: Gia tốc: \(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}}\)

Từ đồ thị ta thấy: Độ biến thiên vận tốc các khoảng thời gian bằng nhau là 2 m/s.

Xét giữa 2 thời điểm A và B:

=> \(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{{v_B} - {v_A}}}{{{t_A} - {t_B}}} = \frac{{12 - 10}}{{4 - 3}} = \frac{2}{1} = 2(m/{s^2})\)

Vậy có thể xác định được giá trị của gia tốc dựa trên đồ thị v – t.

Lời giải chi tiết:

1.

Độ dịch chuyển có độ lớn bằng diện tích của hình thang vuông có đường cao là t và các đáy có độ lớn v₀, v.

Diện tích hình thang: \(d = {s_{ht}} = \frac{{(v + {v_0}).t}}{2} = \frac{1}{2}{v_0}t + \frac{1}{2}vt\)     (1)

Lại có: \(a = \frac{{v - {v_0}}}{t} \Rightarrow v = at + {v_0}\)      (2)

Thay (2) vào (1) ta được:

\(d = \frac{1}{2}{v_0}t + \frac{1}{2}(at + {v_0})t = \frac{1}{2}{v_0}t + \frac{1}{2}a{t^2} + \frac{1}{2}{v_0}t\)

\( \Rightarrow d = {v_0}t + \frac{1}{2}a{t^2}\)      (đpcm)

 2.

Ta có: \({v_t} = {v_0} + at\)   (9.2)

\(d = {v_0}t + \frac{1}{2}a{t^2}\)     (9.4)

+ Bình phương 2 vế của (9.2) ta được:

\({v^2} = v_0^2 + 2{v_0}.at + {a^2}{t^2} = v_0^2 + a(2{v_0}t + a{t^2})\)          (1)

+ Từ (9.4) ta có:

\(2{\rm{d}} = 2{v_0}t + a{t^2}\)       (2)

Thay (2) vào (1) ta được:

\({v^2} = v_0^2 + a.2{\rm{d}} \Leftrightarrow {v^2} - v_0^2 = 2{\rm{a}}.d\)   (đpcm)

Phương pháp giải:

- Dựa vào đồ thị hình 9.4 để mô tả chuyển động.

- Sử dụng công thức tính độ dịch chuyển, gia tốc.

Lời giải chi tiết:

a) Mô tả chuyển động:

- Trong 4 giây đầu tiên: chuyển động chậm dần đều từ 8 m/s đến 0 m/s

- Từ giây thứ 4 đến giây thứ 6: bắt đầu tăng tốc với vận tốc -2 m/s

- Từ giây thứ 6 đến giây thứ 9: chuyển động thẳng đều với vận tốc – 2 m/s

b) Độ dịch chuyển:

- Trong 4 giây đầu:

Độ dịch chuyển bằng diện tích tam giác vuông có cạnh đáy là t và chiều cao là v.

\({d_1} = \frac{1}{2}.{t_1}.{v_1} = \frac{1}{2}.4.8 = 16\left( m \right)\)

- Trong 2 giây tiếp theo:

Độ dịch chuyển bằng diện tích tam giác vuông có cạnh đáy là t và chiều cao là v.

\({d_2} = \frac{1}{2}.{t_2}.{v_2} = \frac{1}{2}.2.( - 4) =  - 4\left( m \right)\)

- Trong 3 giây cuối:

Độ dịch cuyển bằng diện tích hình chữ nhật có chiều dài là t và chiều rộng là v.

\({d_3} = {v_3}.{t_3} =  - 4.3 =  - 12\left( m \right)\)

c)

Gia tốc của chuyển động trong 4 giây đầu:

\(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{0 - 8}}{{4 - 0}} = - 2\left( {m/{s^2}} \right)\)

d)

Gia tốc của chuyển động từ giây thứ 4 đến giây thứ 6:

\(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{ - 4 - 0}}{{6 - 4}} =  - 2\left( {m/{s^2}} \right)\)

* Kiểm tra kết quả bằng công thức:

Độ dịch chuyển:

- Trong 4 giây đầu:

\({d_1} = {v_0}.{t_1} + \frac{1}{2}.a.t_1^2 = 8.4 + \frac{1}{2}.( - 2){.4^2} = 16(m)\)

- Trong 2 giây tiếp theo:

\({d_2} = {v_0}{t_2} + \frac{1}{2}a{t_2}^2 = 0.2 + \frac{1}{2}.( - 2){.2^2} =  - 4\left( m \right)\)

- Trong 3 giây cuối:

\({d_3} = {v_3}t =  - 4.3 =  - 12\left( m \right)\)

=> Trùng với kết quả khi dùng đồ thị.

Phương pháp giải:

- Dựa vào đồ thị hình 9.5.

- Sử dụng công thức tính độ dịch chuyển, gia tốc.

Lời giải chi tiết:

1.

a) Mô tả chuyển động:

- Trong 2 giây đầu tiên: chuyển động thẳng đều với vận tốc 1 m/s.

- Từ giây thứ 2 đến giây thứ 4: chuyển động nhanh dần đều

- Từ giây 4 đến giây 7: chuyển động chậm dần

- Từ giây 4 đến giây 8: dừng lại

- Từ giây 8 đến giây 9: chuyển động nhanh dần theo chiều âm

- Từ giây 9 đến giây 10 chuyển động thẳng đều với vận tốc -1 m/s.

b) Quãng đường đi được và độ dịch chuyển:

- Sau 2 giây:

\({s_1} = {d_1} = {v_1}{t_1} = 1.2 = 2\left( {m/s} \right)\)

- Sau 4 giây:

\({s_2} = {d_2} = {s_1} + \frac{1}{2}(1 + 3).2 = 2 + 4 = 6\left( m \right)\)

- Sau 7 giây:

+ Quãng đường:

\({s_3} = {s_2} + \frac{1}{2}.3.\left( {7 - 4} \right) = 6 + 4,5 = 10,5\left( m \right)\)

+ Độ dịch chuyển:

\({d_3} = {d_2} + \frac{1}{2}.(3).\left( {7 - 4} \right) = 6 + 4,5 = 10,5\left( m \right)\)

- Sau 10 giây:

+ Quãng đường:

\({s_4} = {s_3} + s' = 10,5 + 0,5 + 1 = 12\left( m \right)\)

+ Độ dịch chuyển:

\({d_4} = {d_3} + d' = 10,5 - 0,5 - 1 = 9\left( m \right)\)

* Kiểm tra bằng công thức:

- Sau 2 giây:

\({s_1} = {d_1} = {v_1}{t_1} = 1.2 = 2\left( {m/s} \right)\)

- Sau 4 giây:

\(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{3 - 1}}{{4 - 2}} = \frac{2}{2} = 1\left( {m/{s^2}} \right)\)

\({s_2} = {d_2} = {d_1} + {v_1}{t_1} + \frac{1}{2}at_1^2 = 2 + 1.2 + \frac{1}{2}{.1.2^2} = 6\left( m \right)\)

- Sau 7 giây:

\(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{0 - 3}}{{7 - 4}} = \frac{2}{2} =  - 1\left( {m/{s^2}} \right)\)

+ Quãng đường và độ dịch chuyển từ giây 4 đến giây 7 là:

\(d' = s' = {v_0}t + \frac{1}{2}a{t^2} = 3.3 + \frac{1}{2}( - 1).{(7 - 4)^2} = 4,5\left( m \right)\)

=> Quãng đường và độ dịch chuyển đi được sau 7 giây là:

\({d_3} = {s_3} = {d_2} + d' = 6 + 4,5 = 10,5\left( m \right)\)

- Sau 10 giây:

+ Từ giây 7 – 8: đứng yên

+ Từ giây 8 – 9:

\(a = \frac{{ - 1 - 0}}{{9 - 8}} =  - 1\left( {m/{s^2}} \right)\)

\(d = {v_0}t + \frac{1}{2}a{t^2} = 0.1 + \frac{1}{2}\left( { - 1} \right){.1^2} =  - 0,5\left( m \right)\)

s = 0,5 m

+ Từ giây 9 – 10:

\(d = vt =  - 1.1 =  - 1\left( m \right)\)

s = 1 m

Suy ra: độ dịch chuyển và quãng đường đi được sau 10 giây lần lượt là:

\({d_4} = {d_3} - 0,5 - 1 = 10,5 - 0,5 - 1 = 9\left( m \right)\)

\({s_4} = {s_3} - 0,5 - 1 = 10,5 + 0,5 + 1 = 12\left( m \right)\)

=> Kiểm tra thấy các kết quả trùng nhau.

2.

a)

Gia tốc của vận động viên trong đoạn đường sau khi qua vạch đích là:

\({v^2} - v_0^2 = 2{\rm{ad}} \Leftrightarrow a = \frac{{{v^2} - v_0^2}}{{2{\rm{d}}}} = \frac{{{0^2} - {{10}^2}}}{{2.20}} =  - 2,5\left( {m/{s^2}} \right)\)

b)

Thời gian vận động viên đó cần để dừng lại kể từ khi cán đích là:

\(a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} \Leftrightarrow \Delta t = \frac{{\Delta v}}{a} = \frac{{0 - 10}}{{ - 2,5}} = 4\left( s \right)\)

c)

Vận tốc trung bình của người đó trên quãng đường dừng xe là:

\(v = \frac{d}{t} = \frac{{20}}{4} = 5\left( {m/s} \right)\)