Giải bài tập Vật Lý 10 Cánh diều Bài tập Chủ đề 2

Một người có khối lượng 60,0 kg đi trên xe đạp có khối lượng 20,0 kg. Khi xuất phát, hợp lực tác dụng lên xe đạp là 200 N. Giả sử hợp lực tác dụng lên xe đạp không đổi, hãy tính vận tốc của xe đạp sau 5,00 s.

Từ công thức liên quan, hãy biểu diễn đơn vị của áp suất và khối lượng riêng qua các đơn vị cơ bản trong hệ SI.

Một thiết bị vũ trụ có khối lượng 70,0 kg. Khi thiết bị này cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng, lực nâng hướng thẳng đứng, lên khỏi bề mặt Mặt Trăng do động cơ tác dụng lên thiết bị là 500 N. Gia tốc rơi tự do trên bề mặt Mặt Trăng là 1,6m/s². Hãy xác định:

a) Trọng lượng của thiết bị này khi ở trên Mặt Trăng.

b) Tổng hợp lực nâng của động cơ và lực hấp dẫn của Mặt Trăng tác dụng lên thiết bị.

c) Gia tốc của thiết bị khi cất cánh từ bề mặt Mặt Trăng.

Gọi tên và mô tả hướng của các lực trong các tình huống thực tế sau:

a) Một vật nằm ở đáy bể.

b) Quả táo rụng xuống đất.

c) Người ngồi trên xích đu.

Người ta thả một quả cầu kim loại vào một ống hình trụ chứa đầy dầu. Lúc đầu, quả cầu chuyển động nhanh dần. Sau một khoảng thời gian thì nó chuyển động với tốc độ không đổi. Hãy giải thích:

a) Tại sao lúc đầu quả cầu tăng tốc?

b) Tại sao sau một thời gian thì quả cầu chuyển động đều?

c) Tại sao nói nếu ống đủ cao thì vận tốc khi quả cầu chuyển động đều là vận tốc cuối của nó?

Một người kéo dây để giữ thùng hàng như hình 1. Trên hình đã biểu diễn hai lực.

a) Chỉ ra lực còn lại tạo thành cặp lực – phản lực theo định luật III Newton với mỗi lực này. Nêu rõ vật mà lực đó tác dụng lên, hướng của lực và loại lực.

b) Biểu diễn các lực tác dụng lên thùng hàng.

c) Biểu diễn các lực tác dụng lên người.

Độ sâu của nước trong một bể bơi thay đổi trong khoảng từ 0,80 m đến 2,40 m. Khối lượng riêng của nước = 1,00.103 kg/m³ và áp suất khí quyển là 1,01.10⁵ Pa.

a) Tính áp suất lớn nhất tác dụng lên mỗi điểm ở đáy bể bơi.

b) Ở đáy bể có một nắp ống thoát nước hình tròn, bán kính 10,0 cm. Tính lực cần thiết để nhấc nắp này lên, bỏ qua trọng lượng của nắp.

c) Từ kết quả ở câu b, hãy đề xuất phương án bố trí ống thoát nước của bể bơi để có thể thoát nước dễ dàng hơn.

Khối lượng riêng của thép là 7850 kg/m³. Tính khối lượng của một quả cầu thép bán kính 0,150 m. Cho biết công thức tính thể tích của khối cầu là \(V = \frac{4}{3}\pi {r^3}\), với r là bán kính quả cầu.

Một thùng hàng trọng lượng 500 N đang trượt xuống dốc. Mặt dốc tạo với phương ngang một góc 30,0⁰. Chọn hệ tọa độ vuông góc xOy sao cho trục Ox theo hướng chuyển động của thùng.

a) Vẽ giản đồ vectơ lực tác dụng lên thùng.

b) Tính các thành phần của trọng lực theo các trục tọa độ vuông góc.

c) Giải thích tại sao lực pháp tuyến của dốc lên thùng hàng không có tác dụng kéo thùng hàng xuống dốc?

d) Xác định hệ số ma sát trượt giữa mặt dốc và thùng hàng nếu đo được gia tốc chuyển động của thùng là 2,00 m/s². Bỏ qua lực cản của không khí lên thùng.

Nêu ý nghĩa của:

a) Ngẫu lực

b) Mômen lực

Hình 2 mô tả cấu trúc bên trong của một cánh tay người đang giữ một vật nặng. Búi cơ cung cấp một lực hướng lên. Lực của búi cơ có tác dụng làm cẳng tay quay ngược chiều kim đồng hồ quanh trục quay là khớp khuỷu tay. Tay sẽ giữ được vật nặng nếu mômen của lực tác dụng bởi búi cơ bằng với mômen lực gây ra bởi trọng lượng của vật nặng đối với khớp khuỷu tay. Biết người này đang giữ vật nặng có trọng lượng 50 N. Hãy xác định độ lớn của lực sinh ra bởi búi cơ.

Một vật đang chuyển động nhanh dần đều dưới tác dụng của lực kéo mà lực đó đột ngột giảm độ lớn thì

A. gia tốc của vật không đổi.

B. gia tốc của vật giảm.

C. gia tốc của vật tăng.

D. gia tốc và vận tốc của vật đều giảm.

Một xe tải chở đầy hàng và một xe con đang chuyển động cùng tốc độ mà muốn dừng lại cùng lúc thì lực hãm tác dụng lên xe tải sẽ phải

A. nhỏ hơn lực hãm lên xe con.

B. bằng lực hãm lên xe con.

C. lớn hơn lực hãm lên xe con.

D. có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn lực hãm lên xe con.

Sau thời gian 0,02 s tiếp xúc với chân của cầu thủ, quả bóng khối lượng 500 g ban đầu đứng yên bay đi với tốc độ 54,0 km/h. Lực tác dụng lên quả bóng là

A. 250 N.

B. 375 N.

C. 1,35 kN.

D. 13,5 kN.

Một mẫu siêu xe có khối lượng 1,60 tấn. Nếu coi xe tăng tốc đều và lực trung bình để tăng tốc xe là 24,0 kN thì mẫu xe này cần bao lâu để có thể tăng tốc từ trạng thái nghỉ lên đến tốc độ 108 km/h?

A. Khoảng 2,00 s.

B. Khoảng 7,20 s.

C. Khoảng 10,0 s.

D. Khoảng 15,0 s.

Đơn vị đo lực niutơn được viết theo các đơn vị cơ bản trong hệ SI là:

A. kg/m².

B. kg/m².

C. kg.m²/s.

D. kg.m/s².

Trong thí nghiệm với xe kĩ thuật số được gắn cảm biến đo lực và đo tốc độ, ta có thể thay đổi khối lượng của xe, thay đổi lực tác dụng lên xe và đo gia tốc của xe dựa vào đồ thị vận tốc – thời gian. Nêu các bước cần thực hiện nếu muốn khảo sát quan hệ giữa lực tác dụng và khối lượng của xe.

Tính lực cần thiết để ô tô khối lượng 1,8 tấn có gia tốc 2,0 m/s².

Một tên lửa có khối lượng 5 tấn. Tại một thời điểm cụ thể, lực tác dụng lên tên lửa là 4.10⁵ N thì gia tốc của nó là bao nhiêu?

Một người có khối lượng 60,0 kg đi xe đạp khối lượng 10,0kg. Khi xuất phát, lực tác dụng lên xe đạp là 140 N. Giả sử lực do người đó tác dụng lên xe đạp không đổi, hãy tính vận tốc của xe đạp sau 5,00 s.

Chứng tỏ rằng biểu thức sau không vi phạm về đơn vị:

Áp suất chất lỏng = khối lượng riêng x gia tốc rơi tự do x độ sâu

Một ô tô có các thông số gồm:

Khi ô tô chở đủ tải trọng, nó có thể tăng tốc từ trạng thái nghỉ đến tốc độ tối ưu trong 3,00 giây. Tính độ lớn lực tác dụng lên ô tô khi tăng tốc.

Cặp lực nào sau đây là cặp lực cân bằng?

A. Hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng phương, ngược chiều.

B. Hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng phương, cùng chiều.

C. Hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.

D. Hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng phương, cùng chiều, cùng độ lớn.

Vật có trọng tâm không nằm trên vật là

Trường hợp nào sau đây đã thực hiện biện pháp làm giảm ma sát?

A. Đế giày, dép thường có các rãnh khía.

B. Quần áo được là phẳng sẽ giảm bám bụi hơn quần áo không được là.

C. Mặt bảng viết phấn có độ nhám.

D. Rải cát lên mặt đường bị loang dầu.

Một tàu thủy bắt đầu rời cảng, động cơ của tàu được vận hành để tàu đạt được tốc độ ổn định sau một thời gian. Hình nào sau đây mô tả đúng dạng đồ thị tốc độ - thời gian của tàu thủy?

Hình 2.1a và hình 2.1b biểu diễn các lực tác dụng lên một ô tô tại hai thời điểm.

a) Hình nào biểu diễn các lực tác dụng lên ô tô khi đang tăng tốc sang phải theo phương ngang? Giải thích?

b) Hình còn lại biểu diễn các lực tác dụng lên ô tô khi hãm phanh. Hãy gọi tên các lực tác dụng lên ô tô trên hình biểu diễn đó.

Một vật được treo vào đầu một sợi dây như hình 2.2.

a) Nêu cách làm để chứng tỏ có lực khác cân bằng với trọng lực đã tác dụng lên vật khi vật được treo đứng yên.

b) Sợi dây treo quá mảnh, dây đứt. Vật sẽ chuyển động như thế nào? Nhận xét về các lực tác dụng lên vật ngay trước khi biến đổi chuyển động do dây đứt.

c) Sợi dây treo là dây cao su co giãn tốt. Dùng tay kéo vật mạnh xuống dưới cho dây giãn ra và thả tay. Vật sẽ chuyển động như thế nào? Nhận xét về các lực tác dụng lên vật ngay trước khi thả tay.

Nêu và giải thích một tình huống trong đó trọng lượng của một vật thay đổi trong khi khối lượng của nó không đổi.

Ước lượng khối lượng và ước tính trọng lượng của mỗi vật sau đây trên bề mặt Trái Đất, lấy g = 10\(m/{s^2}\):

a) Một lít nước.

b) Một quyển vở 120 trang.

c) Một học sinh lớp 10.

d) Xe tải loại 20 tấn.

Dùng mũi tên biểu diễn các lực sau:

a) Lực đẩy của nước lên cột mốc phao trên mặt biển.

b) Lực cản trở chuyển động của khúc gỗ đang được kéo trên mặt đường.

c) Lực của sợi dây cáp nối giữa xe cứu hộ và ô tô gặp sự cố.

d) Lực gây khó khăn nếu cầm ô khi đi xe máy.

Ném một quả bóng tennis lên theo phương thẳng đứng. Biểu diễn các lực tác dụng lên quả bóng khi:

a) Quả bóng di chuyển lên trên.

b) Quả bóng rơi nược trở lại.

Lực phát động lớn nhất của một mẫu ô tô đạt được trong điều kiện thử nghiệm là F = 500 N. Cho rằng lực cản không khí F\(_{c}\) tác dụng lên ô tô phụ thuộc vào tốc độ của nó theo biểu thức: F\(_{c}\) = 0,2v\(^{2}\), trong đó v là tốc độ tính bằng m/s. Xác định tốc độ khi ổn định của ô tô này trong điều kiện thử nghiệm.

Trong cuộc đua, những người trượt tuyết xuống dốc muốn đi càng nhanh càng tốt. Hãy tìm cách để tăng tốc độ của người trượt tuyết đối với từng yếu tố sau:

a) Ván trượt.

b) Quần áo.

c) Độ dốc.

d) Cơ bắp của vận động viên.

Trong môn nhảy dù nghệ thuật, những người nhảy dù nhảy lần lượt từ máy bay cách nhau vài giây sau đó cần bắt cặp lại với nhau để tạo hình nghệ thuật.

Để hai người nhảy dù bắt cặp được với nhau thì trong khi họ rơi xuống, người thứ hai phải đuổi kịp người thứ nhất.

a) Nếu một người có khối lượng lớn hơn người kia thì người nào nên nhảy trước? Giải thích.

b) Nếu hai người có khối lượng như nhau, thì người thứ nhất vfa người thứ hai cần làm gì để hai người có thể bắt cặp được với nhau?

Treo một quả cân vào lực kế thì lực kế chỉ 2,5 N. Vẫn treo quả cân đó nhưng nhúng ngập nó vào nước (hình 2.3) thì thấy lực kế chỉ 1,9 N. Sự thay đổi số chỉ của lực kế cho biết điều gì về lực tác dụng lên quả cân?

Có thể xảy ra ba trường hợp đối với trọng lượng P của vật và độ lớn lực đẩy Archimedes F_A khi vật được thả vào trong chất lỏng. Ghép đúng biểu thức so sánh độ lớn của hai lực với câu mô tả trạng thái tương ứng của vật.

Thí nghiệm đo lực cần để kéo vật lên bằng ròng rọc được bố trí như hình 2.4. Quả cân và lực kế được nối bằng sợi dây nhẹ, không giãn luồn qua ròng rọc cố định.

a) Mô tả các lực tác dụng lên quả cân.

b) Một học sinh nói rằng nếu giữ quả cân đứng yên thì số chỉ của lực kế chính là trọng lượng của quả cân. Điều này có đúng không? Tại sao?

Hình 2.5 mô tả một đoạn ống đường kính tiết diện D, chứa đầy nước và một viên bi sắt đường kính d được thả vào ống đang rơi qua đoạn ống này.

Khi viên bi chuyển động xuống thì nước di chuyển từ bên dưới viên bi lên trên, qua khe giữa viên bi và thành ống. Để kiểm tra xem lực cản của nước thay đổi như thế nào khi kích thước viên bi thay đổi, người ta tiến hành thí nghiệm và xác định được tốc độ chuyển động của viên bi tỉ lệ với chênh lệch tiết diện giữa ống và viên bi:

\(v=k\Delta S\)

Trong đó, \(\Delta S=\pi \frac{D^{2}-d^{2}}{4}\) và k là hằng số

Hãy lập phương án thực hiện thí nghiệm khảo sát này với các thiết bị gợi ý sau:

• Ống nhựa mềm chứa đầy nước.
• Giá đỡ, kẹp, nam châm (để lấy bi sắt ra khỏi ống);
• Một số bi sắt có kích thước khác nhau;
• Đồng hồ bấm giờ;
• Thước mét.

Chọn câu phát biểu đúng

A. Lực là nguyên nhân làm biến đổi chuyển động của một vật.

B. Lực là nguyên nhân duy trì chuyển động của một vật.

C. Nếu không có lực tác dụng vào vật thì vật không chuyển động.

D. Không cần có lực tác dụng thì vật vẫn chuyển động nhanh dần được.

Lực hãm không đổi có độ lớn F tác dụng vào vật khối lượng m đang chuyển động với vận tốc ban đầu v. Sau thời gian t bao lâu thì vật đó đứng yên?

A. t = \(\frac{vF}{m}\)

B. t = \(\frac{mv}{F}\)

C. t = \(\frac{F}{mv}\)

D. t = \(\frac{v}{mF}\)

Một người làm động tác “hít đất”: nằm sấp, chống tay xuống sàn để nâng người lên thì

A. người đó tác dụng lên sàn một lực hướng lên.

B. người đó không tác dụng lực lên sàn.

C. sàn tác dụng lên người đó một lực hướng lên.

D. sàn không tác dụng lực lên người đó.

Người ta thả một quả cầu kim loại vào một ống hình trụ chứa đầy dầu. Lúc đầu, quả cầu chuyển động nhanh dần. Sau một khoảng thời gian, nếu ống đủ cao thì quả cầu chuyển động với tốc độ không đổi. Hãy giải thích:

a) Tại sao lúc đầu quả cầu tăng tốc?

b) Tại sao sau một thời gian thì quả cầu chuyển động đều?

Một cầu thủ dùng chân đá quả bóng đang nằm yên trên mặt đất. Chân của cầu thủ tiếp xúc với bóng trong 5,0.10⁻⁴ s và bóng bay đi với vận tốc 30m/s. Khối lượng của bóng là 4,2.10⁻² kg.

a) Xác định độ lớn trung bình của lực do chân cầu thủ tác dụng lên quả bóng.

b) Nếu khối lượng quả bóng tăng gấp đôi thì cần lực có độ lớn bằng bao nhiêu để quả bóng vẫn bay đi với vận tốc 30 m/s?

Chỉ ra cặp lực – phản lực theo định luật III Newton trong các tình huống sau:

a) Bạn A giẫm lên ngón chân của bạn B.

b) Xe đạp đâm vào tường gạch và dừng lại.

c) Dùng tay ném một quả bóng lên không trung.

Trong mỗi trường hợp, hãy nêu rõ vật mà mỗi lực tác dụng và hướng của lực.

Một đường thử nghiệm được xây dựng để chạy thử xe có chiều dài một vòng là 1,10 km. Trong quá trình chạy thử nghiệm, một máy cảm biến ghi lại chiếc xe đang di chuyển ở tốc độ 16,0 m/s. Sau khi hoàn thành hai vòng tiếp theo của đường đua, máy cảm biến ghi lại tốc độ của xe là 289 m/s. Gia tốc của xe khi chạy trên đường thử nghiệm là không đổi và chiếc xe mẫu có khối lượng 1,25 tấn.

a) Tính lực tác dụng lên xe trong quá trình chạy thử.

b) Xe đạt tốc độ tối đa 320 m/s và duy trì được trên đoạn đường thẳng của đường thử nghiệm. So sánh lực phát động và lực cản tác dụng lên xe trong khoảng thời gian này.

Một sợi dây nhẹ, không giãn được vắt qua ròng rọc và treo các vật có khối lượng ở hai đầu dây thì bất kì sự khác biệt nào về khối lượng ở hai đầu dây sẽ làm cho hệ thống tăng tốc. Để kiểm tra giả thiết này, một nhóm học sinh đã thực hiện thí nghiệm khảo sát như sau:

- Bố trí thiết bị thí nghiệm như hình 2.6. Ở mỗi vị trí M và N, móc kẹp kẹp 10 miếng thép, mỗi miếng thép có khối lượng 50 g.

- Lần lượt chuyển các miếng thép được kẹp ở M đến kẹp tại N. Nâng N lên cho đến khi M vừa chạm sàn thì thả N ra và đo thời gian t để N chạm sàn. Ghi lại thời gian t và sự khác biệt n giữa số lượng miếng thép ở M và ở N theo mẫu sau:

a) So sánh gia tốc của M và của N. Nêu cách tính gia tốc a trong bảng ghi kết quả ở trên.

b) Một bạn học sinh nhận xét rằng dù độ chênh lệch khối lượng giữa N và M được thay đổi khi làm thí nghiệm nhưng tổng khối lượng được buộc vào dây không đổi. Vì thế, chênh lệch trọng lượng giữa N và M là độ lớn lực tác dụng lên cả hệ 20 miếng thép và gây ra gia tốc a nên a tỉ lệ thuận với n. Hãy áp dụng biểu thức định luật II Newton lần lượt cho khối lượng treo tại N và tại M để chứng tỏ:

\(a=\frac{(m_{N}-m_{M})g}{m_{N}+m_{M}}\)

Với g là gia tốc rơi tự do và bỏ qua ma sát.

c) Thực hiện thí nghiệm để kiểm tra lại kết quả trên.

Ta thường nói bông nhẹ hơn sắt. Cách giải thích nào sau đây không đúng?

A. Trọng lực tác dụng lên sắt lớn hơn.

B. Khối lượng riêng của bông nhỏ hơn.

C. Mật độ phân tử của sắt lớn hơn mật độ phân tử của bông.

D. Khối lượng của sắt lớn hơn khối lượng của phần bông có cùng thể tích.

Do có khối lượng riêng khoảng 1,29 kg/m³ nên trọng lượng của không khí gây ra áp suất lên mặt nước biển vào khoảng 101 kPa. Bề dày của khí quyển Trái Đất được ước lượng bằng

A. 7,83 m.

B. 7,83 km.

C. 78,3 m.

D. 78,3 km.

Ba quả cầu bằng thép được nhúng vào trong nước như hình 2.7. Nhận xét nào sau đây là đúng về áp suất của nước lên các quả cầu?

A. Áp suất lên quả 2 là lớn nhất vì có thể tích lớn nhất.

B. Áp suất lên quả 1 là lớn nhất vì có thể tích nhỏ nhất.

C. Áp suất lên quả 3 là lớn nhất vì sâu nhất.

D. Áp suất lên ba quả như nhau vì cùng bằng thép và cùng ở trong nước.

Khối lượng riêng của thép là 7 850 kg/m\(^{3}\). Một quả cầu thép bán kính 0,150 m có khối lượng 80,90 kg. Cho biết công thức tính thể tích của khối cầu là \(V=\frac{4}{3}\pi r^{3}\). Chứng tỏ rằng quả cầu này rỗng và tính thể tích phần rỗng.

Một chiếc ghế trọng lượng 80 N có bốn chân, diện tích mỗi chân 10 cm². Tính áp suất do ghế tác dụng lên sàn.

Đáy một tàu thủy bị thủng ở độ sâu 1,2 m. Người ta tạm sửa bằng cách đặt một miếng vá áp vào lỗ thủng từ phía trong. Biết lỗ thủng rộng 200cm\(^{2}\) và khối lượng riêng của nước là \(\rho =1000kg/m^{3}\). Lực tối thiểu bằng bao nhiêu để được giữ miếng vá? Lấy g = 10 m/s\(^{2}\).

Vì sao càng lên cao, áp suất khí quyển càng giảm?