Giải bài tập Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo Bài 7: Gia tốc – Chuyển động thẳng biến đổi đều

Trong giải đua F1 (Hình 7.1), các tay đua phải hoàn thành một chặng đua dài khoảng 300 km trong khoảng thời gian ngắn nhất. Trong quá trình đua, các tay đua bắt buộc phải vào trạm dừng thay lốp mới và nạp thêm nhiên liệu. Trong khỏang thời gian từ khi xe vào trạm dừng đến khi xe tăng tốc trở lại đường đua, ta thấy vận tốc của xe đã có sự thay đổi rõ rệt. Đại lượng nào đặc trưng cho sự thay đổi vận tốc của xe?

Làm thế nào ta có thể xác định được vận tốc tức thời dựa vào phương án thí nghiệm gợi ý?

Cần chọn gốc tọa độ, gốc thời gian như thế nào để việc xác định độ dịch chuyển và thời điểm trong thí nghiệm được thuận tiện?

Dựa vào bảng số liệu, hãy xác định giá trị trung bình và sai số của phép đo thời gian viên bi chuyển động từ A đến B và thời gian chắn cổng quang điện B. Từ đó xác định giá trị trung bình và sai số của vận tốc tức thời tại B ứng với từng giá trị độ dịch chuyển. Vẽ đồ thị vận tốc tức thời tại B theo thời gian chuyển động t_AB vào giấy kẻ ô.

Nêu một số ví dụ khác về chuyển động có vận tốc thay đổi theo thời gian.

Một xe buýt bắt đầu rời khỏi bến, khi đang chuyển động thẳng đều thì thấy một chướng ngại vật, người lái xe hãm phanh để dừng lại. Hãy nhận xét tính chất chuyển động của xe buýt, mối liên hệ về hướng của vận tốc và gia tốc từ lúc bắt đầu chuyển động cho tới khi dừng lại.

Trong cuộc đua xe F1, hãy giải thích tại sao ngoài tốc độ tối đa thì gia tốc của xe cũng là một yếu tố rất quan trọng quyết định kết quả cuộc đua.

Nhận xét về tính chất chuyển động của vật có đồ thị (v – t) được biểu diễn trong Hình 7.7

Một người chạy xe máy theo một đường thẳng và có vận tốc theo thời gian được biểu diễn bởi đồ thị  (v – t) như Hình 7.8. Xác định:

a) Gia tốc của người này tại các thời điểm 1 s, 2,5 s và 3,5 s.

b) Độ dịch chuyển của người này từ khi bắt đầu chạy đến thời điểm 4 s.

Rút ra phương trình liên hệ giữa gia tốc, vận tốc và độ dịch chuyển.

Một đoàn tàu đang chạy với vận tốc 43,2 km/h thì hãm phanh, chuyển động thẳng chậm dần đều để vào ga. Sau 1 phút thì tàu dừng lại ở sân ga. Tính:

a) gia tốc của tàu.

b) quãng đường mà tàu đi được trong thời gian hãm phanh.

Một máy bay chở khách đạt tốc độ cất cánh là 297 km/h ở cuối đường băng sau 30 giây từ lúc bắt đầu lăn bánh. Giả sử máy bay chuyển động thẳng, hãy tính gia tốc trung bình của máy bay trong quá trình này.

Xét một vận động viên chạy xe đạp trên một đoạn đường thẳng. Vận tốc của vận động viên này tại mỗi thời điểm được ghi lại trong bảng dưới đây.

Hãy vẽ đồ thị vận tốc – thời gian và mô tả tính chất chuyển động của vận động viên này.

Một ô tô chạy với tốc độ 54 km/h trên đoạn đườn thẳng thì người lái xe hãm phanh cho ô tô chạy thẳng chậm dần đều. Sau khi chạy thêm 250 m thì tốc độ của ô tô chỉ còn 5 m/s.

a) Hãy tính gia tốc của ô tô.

b) Xác định thời gian ô tô chạy thêm được 250 m kể từ khi bắt đầu hãm phanh.

c) Xe mất thời gan bao lâu để dừng hẳn kể từ lúc hãm phanh?

Chất điểm chuyển động có đồ thị vận tốc theo thời gian như hình 7P1.

a) Mô tả chuyển động của chất điểm.

b) Tính quãng đường mà chất điểm đi được từ khi bắt đầu chuyển động cho tới khi dừng lại.

Một người đứng ở sân ga nhìn thấy đoàn tùa bắt đầu chuyển động. Người này nhìn thấy toa thứ nhất chạy qua trước mắt mình trong 10 s. Hãy tính thời gian toa thứ chín chạy qua người này. Giả sử chuyển động của tàu hỏa là nhanh dần đều và xem khoảng cách giữa các toa tàu là không đáng kể.

Trong chuyển động thẳng biến đổi đều, gia tốc

A. có giá trị bằng 0.                           

B. là một hằng số khác 0.

C. có giá trị biến thiên theo thời gian.                       

D. chỉ thay đổi hướng chứ không thay đổi về độ lớn.

Chọn từ/cụm từ thích hợp trong bảng dưới đây để điền vào chỗ trống.

Gia tốc là đại lượng đặc trưng cho độ biến thiên của (1) … theo (2) …

Gia tốc là một đại lượng (3) …, có đơn vị trong hệ SI là (4) … Gia tốc tức thời tại một thời điểm có giá trị bằng (5) … của tiếp tuyến với đường đồ thị (6) … tại thời điểm đó. (7) … của vật trong khoảng thời gian từ t₁ đến t₂ được xác định bằng phần (8) … giới hạn bởi các đường v(t), v = 0, t = t₁, t = t₂ trong đồ thị (v – t).

Một xe máy đang đứng yên, sau đó khởi động và bắt đầu tăng tốc. Nếu chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe, nhận xét nào sau đây là đúng?

A. a > 0, v > 0

B. a < 0, v < 0

C. a > 0, v < 0

D. a < 0, v > 0

Trong các đồ thị vận tốc – thời gian dưới đây, đồ thị nào mô tả chuyển động thẳng biến đổi đều?

Trong các phương trình mô tả vận tốc v (m/s) của vật theo thời gian t (s) dưới đây, phương trình nào mô tả chuyển động thẳng biến đổi đều?

A. v =7

B. v = 6t² + 2t – 2.

C. v = 5t – 4

D. v = 6t² – 2.

Quan sát đồ thị (v – t) trong Hình 7.1 của một vật đang chuyển động thẳng và cho biết quãng đường vật đi được trong khoảng thời gian nào là lớn nhất?

A. Trong khoảng thời gian từ 0 đến 1 s.

B. Trong khoảng thời gian từ 1 s đến 2 s.

C. Trong khoảng thời gian từ 2 s đến 3 s.

D. Trong khoảng thời gian từ 3 s đến 4 s.

Xét hai xe A và B chuyển động cùng nhau vào hầm Thủ Thiêm dài 1490 m. Xe A chuyển động với tốc độ ban đầu trước khi vào hầm là 60 km/h và chuyển động chậm dần đều với gia tốc 144 km/h², xe B chuyển động chậm dần đều với gia tốc 120 km/h² từ lúc bắt đầu chạy vào hầm với tốc độ 55 km/h. Nhận định nào sau đây là đúng về thời gian chuyển động của hai xe trong hầm?

A. Hai xe đi hết hầm Thủ Thiêm cùng một khoảng thời gian.

B. Xe B ra khỏi hầm trước xe A.

C. Xe A ra khỏi hầm trước xe B.

D. Dữ liệu bài toán không đủ kết luận.

Hình 7.2 mô tả đồ thị (v – t) của bốn xe ô tô A, B, C, D. Nhận định nào sau đây là đúng?

A. Xe C chuyển động đều, còn các xe còn lại là chuyển động biến đổi đều.                        

B. Chỉ có xe C chuyển động đều và chuyển động của xe A là biến đổi đều.            

C. Xe A và B chuyển động biến đổi đều, xe C chuyển động đều.                                        

D. Xe D chuyển động biến đổi đều, xe C chuyển động đều.

Tốc độ của một vật có thể tăng trong khi gia tốc của vật đang giảm hay không? Giải thích.

Trong các chuyển động sau đây, chuyển động nào có giá trị gia tốc không phải là một hằng số trong suốt quá trình chuyển động?

a) Một người đi xe đạp đang tăng tốc đều trên đường thẳng từ trạng thái đứng yên.

b) Một quả bóng nằm yên trên bàn.

c) Một thang máy chuyển động từ tầng 2 lên tầng 4 và có dừng đón khách tại tầng 3?

Hãy giải thích các câu trả lời mà em đưa ra.

Trong một quán ăn có hệ thống đưa thức ăn tự động bằng băng chuyền, một khách hàng đặt món ăn qua hệ thống tự động. Sau đó, đĩa thức ăn được di chuyển từ khu vực bếp đến vị trí khách hàng cách nhau 5 m từ trạng thái nghỉ. Giả sử chuyển động của đĩa thức ăn là nhanh dần đều và biết tốc độ của đĩa thức ăn đến khách hàng là 2 m/s.

a) Gia tốc của đĩa thức ăn là bao nhiêu?

b) Nếu trường hợp khách hàng đặt một li cocktail, vì chiều cao li và mặt đế của li nhỏ nên li sẽ bị đổ khi gia tốc của nó vượt quá 0,5 m/s². Tìm tốc độ tối đa mà li có thể đạt được để không bị đổ.

Xét hai xe oto đang chuyển động cùng chiều trên đoạn đường cao tốc. Tại một thời điểm bất kì, tốc độ của xe A lớn hơn tốc độ của xe B. Dựa vào dữ kiện này có thể nhận định được gia tốc xe A lớn hơn xe B hay không? Giải thích tại sao.

Quan sát đồ thị (v – t) mô tả chuyển động thẳng của tàu hỏa trong Hình 7.3 và trả lời các câu hỏi sau:

a) Tại thời điểm nào, vận tốc tàu hỏa có giá trị lớn nhất?

b) Vận tốc tàu hỏa không đổi trong khoảng thời gian nào?

c) Tàu chuyển động nhanh dần đều trong khoảng thời gian nào?

Giải thích tại sao trong trò chơi bóng chày, cầu thủ ném bóng thường sử dụng tư thế giao bóng như Hình 7.4. Vị trí mà cầu thủ bắt đầu tác dụng lực đến khi quả bóng rời khỏi tay cách nhau một khoảng 3,5 m. Có thể xem gần đúng chuyển động của bóng trong tay cầu thủ trong quá trình giao bóng là chuyển động nhanh dần.

Xét hai xe A và B chuyển động cùng nhau vào hầm Thủ Thiêm dài 1490 m. Xe A chuyển động với tốc độ ban đầu trước khi vào hầm là 60 km/h và chuyển động chậm dần đều với gia tốc 144 km/h², xe B chuyển động chậm dần đều với gia tốc 120 km/h² từ lúc bắt đầu chạy vào hầm với tốc độ 55 km/h. Nhận định nào sau đây là đúng về thời gian chuyển động của hai xe trong hầm?

A. Hai xe đi hết hầm Thủ Thiêm cùng một khoảng thời gian.

B. Xe B ra khỏi hầm trước xe A.

C. Xe A ra khỏi hầm trước xe B.

D. Dữ liệu bài toán không đủ kết luận.

Một xe tải đang chuyển động đều với tốc độ cho phép trên đường cao tốc trong khoảng thời gian Δt. Khi nhìn thấy biển báo “Đoạn đường hay xảy ra tai nạn”, tài xế quyết định giảm tốc độ. Sau khoảng thời gian Δt₁, tài xế quan sát thấy một tai nạn đột ngột xảy ra ở phía trước. Do đó tài xế hãm phanh gấp để dừng lại trong khoảng thời gian ngắn Δt₂ để tránh va chạm. Giả sử trong suốt quá trình chuyển động, xe tải luôn chạy trên đường thẳng.

a) Vẽ đồ thị vận tốc – thời gian biểu diễn quá trình chuyển động của xe tải.

b) Độ dốc của đồ thị trong trường hợp nào lớn nhất?

Để khảo sát mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe của các phi công trên tàu vũ trụ, cũng như máy bay phản lực. Năm 1954, các nhà khoa học thực hiện một nghiên cứu trên tình nguyện viên John P. Stapp. Khảo sát được thực hiện trên một chiếc xe trượt được gia tốc dọc đường ray từ trạng thái đứng yên đến tốc độ 282,5 m/s. Sau đó, chiếc xe trượt được hãm phanh đến khi dừng lại hẳn trong 1,4 s. Mô tả quá trình chuyển động của xe trượt.

Xét một người đi xe máy trên một đoạn đường thẳng. Tốc độ của xe máy tại mỗi thời điểm được ghi lại trong bảng dưới đây.

a) Vẽ đồ thị vận tốc – thời gian của xe máy.

b) Nhận xét tính chất chuyển động của xe máy.

c) Xác định gia tốc của xe máy trong 10 s đầu tiên và trong 15 s cuối cùng.

d) Từ đồ thị vận tốc – thời gian, tính quãng đường mà người này đã đi được 30 s kể từ lúc bắt đầu chuyển động.

Một quả bóng bàn được bắn ra theo phương ngang với vận tốc đầu bằng không đến va chạm vào tường và bật lại trong khoảng thời gian rất ngắn. Hình 7.5 là đồ thị (v – t) mô tả chuyển động của quả bóng trong 20 s đầu tiên. Tính quãng đường mà quả bóng bay được trong 20 s kể từ lúc bắt đầu chuyển động.

Một xe chuyển động chậm dần đều với tốc độ 36 km/h. Trong giây thứ 6 xe đi được 7,25 m. Tính quãng đường xe đi được trong giây thứ 8.