Giải bài tập Vật lý 10 bài 10: Ba định luật Niutơn

A/ HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI CƠ BẢN
1. Phát biểu định luật I Niu-tơn. Quán tính là gì?
Trả lời:
• Nếu không chịu tác đụng của lực nào hoặc nếu chịu tác dụng của các lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, một vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.
• Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng lẫn độ lớn. 

2. Phát biểu và viết hệ thức của định luật II Niu-tơn.
Trả lời
Gia tốc của một vật tỉ lệ thuận với lực tác dụng vào vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
 =  hay F =

3. Nêu định nghĩa và các tính chất của khối lượng.
Trả lời
Khối lượng là một đại lượng vô hướng, dương không đổi đối với mỗi vật và có tính chất cộng.

4. Trọng lực và trọng lượng của một vật là gì? Viết công thức của trọng lực?
Trả lời
Trọng lực là lực của Trái Đất tác đụng vào các vật, gây ra cho chúng gia tốc rơi tự do. Độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật gọi là trọng lượng của vật.
Công thức của trọng lực:  =

5. Phát biểu và viết công thức của định luật III Niu-tơn?
Trả lời
Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng vào vật B một lực thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối.
= -

6. Nêu những đặc điểm của cặp lực và phản lực trong tương tác giữa hai vật?
Trả lời
Trong tương tác giữa hai vật, một lực gọi là lực tác dụng, còn lực kia gọi là phản lực. Cặp lực và phản lực có những đặc điểm sau đây:
• Lực và phản lực luôn luôn xuất hiện từng cặp.
• Lực và phản lực không thể cân bằng nhau vì chúng đặt vào hai vật khác nhau.

7. Một vật đang chuyển động với vận tốc 3 m/s. Nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên nó mất đi, thì:
A. Vật dừng lại ngay
B. Vật đổi hướng chuyển động
C. Vật chuyển động chậm dần mới dừng lại
D. Vật chuyển động thẳng đều với vận tốc 3 m/s
Hãy chọn câu đúng.
Đáp án: D

8. Trong các câu sau đây, câu nào đúng:
A. Nếu không chịu lực nào tác đụng thì mọi vật phải đứng yên.
B. Khi không còn lực nào tác dụng lên vật nửa, thì vật đang chuyển động sẽ lập tức ngừng lại.
C. Vật chuyển động được là nhờ có lực tác dụng lên nó.
D. Khi thấy vận tốc của vật thay đổi thì chắc chắn đã có lực không cân bằng tác dụng lên vật?
Đáp án: D

9: 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?
Trả lời
Vì vật có khối lượng nên nó sẽ có một trọng lực p tác dụng lên vật. Mà vật lại nằm yên trên mặt bàn chứng tỏ có một lực khác tác dụng lên vật đã cân bằng với P. Đó chính là lực N của mặt bàn.

10. Trong các cách viết công thức của đinh luật II Niu-tơn sau đây, cách viết nào đúng?
A.  = ma
B.  = - m  
C.  = m  
D. -  = m
Đáp án: C

11. Một vật có khối lượng 8,0 kg trượt xuống một mặt phẳng nghiêng nhẵn với gia tốc 2,0 m/s², Lực gây ra gia tốc này bằng bao nhiêu? So sánh độ lớn của lực này với trọng lượng của vật. Lấy g = 10 m/s².
A. 1,6 N, nhỏ hơn.
B. 16 N, nhỏ hơn.
C. 160 N, lớn hơn.
D. 4 N, lớn hơn.
Trả lời
Theo định luật II của Niu-tơn: F = ma = 8 . 2 = 16 N
Trọng lượng của vật: P = mg = 8,0 .10 = 80 N => F < P
Đáp án: B

12. Một quả bóng, khối lượng 0,50 kg đang nằm yên trên mặt đất. Một cầu thủ đá bóng với một lực 250 N. Thời gian chân tác đụng vào bóng là 0.020 s. Quả bóng bay đi với tốc độ:
A. 0,01 m/s
B. 0,1m/s
C. 2,5 m/s
D. 10 m/s
Trả lời
Theo định luật II của Niu-tơn:
F = ma =>  = = 500 m/s²
Tốc độ của quả bóng là: v = at = 500 . 0,020 = 10 m/s
Đáp án: D

13. Trong một tai nạn giao thông, một ô tô tải đâm vào một ô tô con đang chạy ngược chiều. Ô tô nào chịu lực lớn hơn? Ô tô nào nhận được gia tốc lớn hơn? Hãy giải thích.
Trả lời:
Hai ô tô chịu lực bằng nhau vì theo định luật III Niu-tơn ô tô tải húc vào xe ô tô con một lực thì cũng bị ô tô con tác dụng ngược trở lại phản lực có độ lớn bằng lực đó.
Ô tô con sẽ nhận dược gia tốc lớn hơn vì theo định luật II Niu-tơn: F = ma
Với cùng một lực tác dụng ô tô nào có khối lượng nhỏ hơn thì có gia tốc lớn hơn.

14. Để xách một túi đựng thức ăn, một người tác dụng vào túi một lực bằng 40 N hướng lên trên. Hãy miêu tả “phản lực” (theo định luật III) bằng cách chỉ ra:
a) Độ lớn của phản lực
b) Hướng của phản lực
c) Phản lực tác dụng lên vật nào?
d) Vật nào gây ra phản lực này?
Trả lời:

Từ hình 10.1 ta có: Hình 10.1
a) Độ lớn của phản lực: bằng 40 N
b) Hướng của phản lực: thẳng đứng hướng xuống.
c) Phản lực tác đụng lên tay.
d) Túi đựng thức ăn gây ra phản lực này.

15. Hãy chỉ ra cặp “lực và phản lực” trong các tình huống sau đây
a) Ô tô đâm vào thanh chắn đường
b) Thủ môn bắt bóng
c) Gió đập vào cánh cửa
Trả lời:
a) Ô tô đâm vào thanh chắn đường:
Lực là lực của ô tô đặt vào thanh chắn đường, còn phản lực là của thanh chắn đường tác đụng lại ô tô.
b) Thủ môn bắt bóng.
Lực của quả bóng đặt vào tay thủ môn, còn phản lực là lực của tay thủ môn tác dụng vào bóng.
c) Gió đập vào cánh cửa
Gió tác dụng lực đẩy vào cánh cửa, còn cửa tác dụng phản lực chắn gió lại.

16. Hãy giải thích tại sao xe đạp còn chạy thêm được một quãng đường nữa mặc dù ta đã ngừng đạp? Tại sao khi nhảy từ bậc cao xuống ta phải gập chân?
Trả lời:
• Xe đạp còn chạy thêm được một quãng đường nữa mặc dù ta đã ngừng đạp là do quán tính. Khi ngừng đạp, lực tác dụng ngưng nhưng vật vẫn có vận tốc nên do quán tính vật tiếp tục chuyển động, do ma sát của bánh xe với mặt đường chuyển động của vật sẽ chậm dần cho đến khi xe ngừng lại hẳn.
• Khi nhảy từ bậc cao xuống ta phải gập chân vì lúc chạm đất chân bị mặt đất chặn đột ngột đứng lại, nhưng toàn bộ cơ thể theo quán tính tiếp tục chuyển động, vì vậy ta phải gập chân lại để vận tốc toàn thân giảm từ từ trước khi dừng lại hẳn.

17. Cho hai vật chịu tác dựng của những lực có độ lớn bằng nhau. Hãy vận dụng định luật II Niu-tơn để suy ra rằng vật nào có khối lượng lớn hơn thì khó làm thay đổi vật tốc của nó hơn, tức là có mức quán tính lớn hơn.
Trả lời
Gọi F₁ là lực tác dụng lên vật khối lượng m₁; F₂ là lực tác dụng lên vật khối lượng m₂. Theo định luật II Niu-tơn ta có:
F_l = m₁a₁
F₂ = m₂a₂
Nếu F_l = F₂; m₁ > m₂ thì gia tốc a₁ < a₂.
Mặt khác gia tốc là đại lượng đặc trưng độ thay đổi của vận tốc của vật. a₁ < a₂ vật thứ nhất thay đổi vận tốc chậm hơn vật thứ hai, tức là vật mà có mức quán tính lớn hơn vật m₂.

18. Tại sao máy bay phải chạy một quãng đường dài trên đường băng mới cất cánh được.
Trả lời
Để có thể cất cách lên được máy bay phải đạt được vận tốc đủ lớn. Nhưng vì máy bay có khối lượng rất lớn nên mức quán tính của nó cũng rất lớn, máy bay không thể thay đổi vận tốc đột ngột được. Vì vậy máy bay phải tăng tốc từ từ trên một quãng đường khá dài mới đạt được vận tốc cần thiết.

19. Hãy giải thích tại sao ở cùng một nơi ta luôn luôn có:
 =
Trả lời
Ta biết: P₁ = m₁g; P₂ – m₂g
Trong đó g = gia tốc trọng trường; Ở một vị trí xác định g = hằng số. Vì vậy    =  =  

20. Hãy vận dụng định luật III Niu-tơn vào ví dụ dùng búa đóng đinh vào một khúc gỗ để giải thích: Đinh có tác dựng lực vào búa khi đóng hay không? Nếu có thì lực đó như thế nào với lực tác dụng của búa vào đinh?
Trả lời
Theo định luật II Niu-tơn, khi búa đóng vào đinh sẽ tác dụng lên đinh một lực F₁ thì đinh sẽ tác dụng lên búa một phản lực F₂.
F₂ cùng phương, ngược chiều và có cùng độ lớn: F₂ = F₁ nhưng hai lực này có điểm đặt trên hai vật khác nhau nên không triệt tiêu nhau. Kết quả, đinh đi sâu xuống gỗ, còn búa bị bật lên.

B. HƯỚNG DẪN GIẢI CÁC BÀI TẬP CƠ BẢN
1. Một vật được treo vào một lò xo như hình 10.2. Hãy chỉ ra các ngoại lực (tức là các lực từ các vật bên ngoài) tác dụng vào:
a) Vật
b) Lò 10.
c) Hệ vật - lò xo.

Hướng dẫn giải:
a) Vật chịu tác dụng của hai lực: Trọng lực P của Trái Đất và lực đàn hồi của lò xo.
b) Lò xo chịu tác đụng của hai lực: lực tác dụng của vật và lực tác dụng của giá treo.
c) Hệ vật - Lò xo chịu tác dụng của hai lực: Trọng lực P của Trái Đất và lực tác dụng của giá treo.

2. Một ô tô có khối lượng m = 1600 kg đang chuyển động thì bị hãm phanh với lực hãm bằng 600 N. Hỏi độ lớn và hướng cua véctơ gia tốc mà lực này gây cho xe?
Hướng dẫn giải:
Áp dụng dinh luật II Niu-tơn ta có:
 = m
Vì  là lực hãm nên hướng ngược chiều chuyển động của xe; khối lượng m > 0 gia tốc  hướng cùng chiều , tức là cùng phương, ngược chiều chuyển động của xe và có độ lớn:
a =   = 0,375 m/s²
Đáp số: a = 0,375 m/s²

3. Một ô tô có khối lượng 1500 kg khi khởi hành được tăng tốc bởi lực kéo của động cơ F = 2250 N trong thời gian 15 s đầu tiên. Hỏi tốc độ của xe đạt được ở cuối khoảng thời gian đó và quãng đường xe đi được trong 15 s đầu tiên đó. Bỏ qua mọi ma sát.
Hướng dẫn giải
Áp dụng định luật II Niu-tơn ta có gia tốc xe:
a =  = 1,5 m/s²
Vận tốc xe đạt được ở cuối khoảng thời gian đó:
v = v₀ + at
Vì xe bắt đầu khởi hành nên v_o = 0, do đó:
v = 1,5.15 = 22,5 m/s
Quãng đường xe đi được trong 15 s đầu tiên đó là:
s =  =  = 168,75 m
Đáp số: v = 22,5 m/s; s = 168,75 m

4. Một quả bóng có khối lượng 0,2 kg bay theo phương ngang với vận tốc 30 m/s đến đập vuông góc với một bức tường thẳng đứng rồi bật trở lại theo phương cũ với vận tốc 20 m/s. Khoảng thời gian va chạm với tường là 0,025 giây.
a) Tính lực tác dụng cua tường lên quả bóng coi lực này không đổi trong suốt thời gian tác dụng.
b) Trong thời gian va chạm, tường có chịu một lực nào không? Nếu có thì lực đó có trị số bằng bao nhiêu? Có hướng thế nào?
Hướng dẫn giải:


C/ BÀI TẬP LUYỆN TẬP
5. Người ta truyền cho một vật đang đứng yên một lực F thì sau 0, 5 giây thì vật này tăng vận tốc lên được 0,15 m/s. Nếu giữ nguyên hướng của lực mà tăng gấp bốn lần độ lớn lực tác dụng vào vật thì sau 2.5 giây vật có vận tốc là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:


6. Một vật có khối lượng m = 1,2 kg đặt trên mặt bàn nằm ngang. Tác dụng lên vật một lực kéo F song song với mặt bàn, Biết lực ma sát của mặt bàn lên vật bằng 15% trọng lượng của vật. Cho g = 10 m/s². Tính gia tốc và tính chất chuyển động của vật trong hai trường hợp sau:
a)F_k = 1,8 N
b)F_k = 4,2N

Hướng dẫn giải:

6. Một ô tô có khối lượng 2 tấn bắt đầu chuyển động trên đường nằm ngang với một lực kéo là 20 000 N. Sau 5 giây vận tốc của xe là 15 m/s, g = 10 m/s².
a) Tính lực cản của mặt đường tác dụng lên xe.
b) Tính quãng dường xe đi được trong thời gian trên.
Hướng dẫn giải:
a) Các lực tác dụng vào xe:  +  + _c + _k =   ( 1 )