Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài tập chủ đề 2

Câu hỏi 1 trang 76 Vật lí 10:

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.

Lời giải:

Tổng khối lượng của xe và người là m = 60 + 20 = 80 kg.

Gia tốc của xe là: a = F : m = 200 : 80 = 2,5 m/s²

Vận tốc của xe đạp sau 5,00 giây là v = a.t = 2,5.5 = 12,5 m/s

Câu hỏi 2 trang 76 Vật lí 10:

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.

Lời giải:

Áp suất có biểu thức $p=\frac{F}{S}$ nên đơn vị của áp suất là $\frac{N}{m^2}$ 

Khối lượng riêng có biểu thức $D=\frac{m}{V}$ nên đơn vị của khối lượng riêng là $\frac{kg}{m^3}$ 

Câu hỏi 3 trang 76 Vật lí 10:

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 1,6 m/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.

Lời giải:

a) Trọng lượng của thiết bị khi ở trên Mặt Trăng là P’ = m.g’ = 70.1,6 = 112 N.

b) Khi cất cánh, lực do động cơ tác dụng hướng thẳng đứng lên trên, có độ lớn 500 N, vậy hợp lực tác dụng vào thiết bị là F = 500 – 112 = 388 N

c) Gia tốc của thiết bị là a = F : m = 388 : 70 = 5,54 m/s².

Câu hỏi 4 trang 76 Vật lí 10:

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.

Lời giải:

a) Một vật nằm ở đáy bể chịu tác dụng của:

+ Trọng lực P theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

+ Phản lực N của đáy bể tác dụng lên vật phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.

+ Lực đẩy Acsimet F_A của nước tác dụng lên vật phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.

b)

Khi quả táo đang rơi, nó chịu tác dụng của trọng lực P hướng thẳng đứng xuống dưới đất. (lực cản của không khí rất nhỏ nên có thể bỏ qua)

c)

- Ta có các lực tác dụng vào người là trọng lực P do Trái Đất tác dụng lên người, có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới, và phản lực N do tấm ván làm ghế ngồi tác dụng lên người, có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.

- Các lực tác dụng vào tấm ván có hai lực căng dây T và T’ có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên, có lực ép do cơ thể người ngồi lên tấm ván theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

Câu hỏi 5 trang 77 Vật lí 10:

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?

Lời giải:

a) Thả quả cầu vào trong dầu thì quả cầu chịu tác dụng của

+ trọng lực P hướng thẳng đứng xuống dưới

+ Lực đẩy Acsimet F_a hướng thẳng đứng lên trên.

+ Lực ma sát do dầu tác dụng lên quả cầu trong quá trình chuyển động.

Lúc đầu, quả cầu chưa ngập hẳn trong dầu nên lực đẩy Acsimet (F_A = d.V_chìm) lên quả cầu còn nhỏ, lực ma sát do dầu tác dụng lên quả cầu còn nhỏ, hợp lực của hai lực này nhỏ hơn trọng lực, vì vậy hợp lực tác dụng lên vật có hướng thẳng đứng xuống dưới và gây ra gia tốc cho vật, làm vật chuyển động nhanh dần.

b) Sau đó, vật càng chìm dần vào trong dầu, lực đẩy Acsimet và lực cản của dầu tác dụng lên vật tăng dần, đến một giá trị nào đó thì hợp lực của chúng cân bằng với trọng lực, làm vật chuyển động đều.

c) Ban đầu vật chuyển động nhanh dần, nên vận tốc của vật tăng dần, do đó lực cản của môi trường lên vật cũng tăng theo (vì lực cản này tỉ lệ với vận tốc của vật). Đến khi vật đạt vận tốc nào đó thì hợp lực của lực Acsimet và lực cản của môi trường lên vật cân bằng với trọng lực, khi đó vật đã chuyển động được một quãng đường nào đó. Khi ống đủ cao thì vật sau khi đã chuyển động đều sẽ chuyển động đều mãi do các lực tác dụng lên vật đã cân bằng nhau, hợp lực tác dụng lên vật bằng 0 và vận tốc mà vật đạt được là vận tốc lớn nhất trong quá trình chuyển động của vật cũng là vận tốc cuối của vật.

Câu hỏi 6 trang 77 Vật lí 10:

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.

Lời giải:

a) P là lực mà Trái Đất tác dụng lên vật, phản lực của nó là lực mà vật tác dụng lên Trái Đất, có điểm đặt tại tâm Trái Đất, chiều hướng lên trên (về phía vật), có phương nối giữa tâm Trái Đất và vật (cùng phương với P), thuộc loại lực hấp dẫn (giữa vật và Trái Đất).

- Phản lực N là lực mà mặt đất tác dụng lên chân người, lực F là lực do chân người tác dụng lên mặt đất, có hướng ngược với N, cùng phương với N và tác dụng vào mặt đất.

b) Các lực tác dụng lên thùng hàng là trọng lực và lực căng dây T và T’, được biểu diễn bởi hai vecto như hình vẽ sau.

c) Các lực tác dụng vào người có trọng lực P, lực căng dây T₁ và phản lực N như hình vẽ:

Câu hỏi 7 trang 77 Vật lí 10:

Độ sâu của nước trong một bể bơi thay đổi trong khoảng từ 0,8 m đến 2,4 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.

Lời giải:

a) Áp suất lớn nhất tác dụng lên một điểm ở đáy bể bơi là nơi mực nước sâu 2,4 m.  Áp dụng công thức tính áp suất:

p = p₀ + ρgh = 1,01.10⁵ + 1,00.10³.10.2,4 = 1,25.10⁵ (Pa)

b) Lực cần thiết để nhấc nắp lên phải thắng được lực do nước tác dụng lên nắp.

F = p.S = 1,25.10⁵.(π.r²) = 1,25.10⁵.π.0,1² = 3925 N.

c) Để thoát nước dễ dàng hơn, nên bố trí ống thoát nước ở bên thành bể, làm hệ thống ống có thông hơi với khí quyển, như vậy chỉ cần tác dụng lực để kéo nắp ra là:

F’ = ρgh.S =  1,00.10³.10.2,4. π.0,1² = 753,6 N.

Câu hỏi 8 trang 77 Vật lí 10:

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.

Lời giải:

Thể tích quả cầu thép là $V=\frac{4}{3}\pi r^3=\frac{4}{3}\pi .0,{15}^3=0,014\left(m^3\right)$

Khối lượng quả cầu thép là m = $\rho$.V = 7850.0,014 = 109,9 kg.

Câu hỏi 9 trang 77 Vật lí 10:

Một thùng hàng trọng lượng 500 N đang trượt xuống dốc. Mặt dốc tạo với phương ngang một góc 30,0^o. Chọn hệ tọa độ vuông góc xOy sao cho trục Ox theo hướng chuyển động của thùng.

a) Vẽ giản đồ vecto 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.

Lời giải:

a)

b) Thành phần trọng lực theo phương Ox là P_x  = P.sin30⁰ = 500.sin30⁰ = 250 N

Thành phần trọng lực theo phương Oy là P_y = P.cos30⁰ = 250$\sqrt{3}$ N

c) Lực pháp tuyến có phương vuông góc với mặt phẳng nghiêng, hướng lên trên và có độ lớn bằng với thành phần P_y, nó không gây ra gia tốc cho vật nên không có tác dụng làm vật trượt xuống mặt phẳng nghiêng.

d) Vật trượt xuống với gia tốc 2 m/s².

Ta có phương trình: P_x – F_ms = ma $\Rightarrow$ P.sinα –μ.N = m.a

$\Rightarrow$$\mu =\frac{m.g.\sin \alpha -ma}{mg.\cos \alpha }=\frac{g.\sin \alpha -a}{g.\cos \alpha }=\frac{9,8.\sin {30}^0-2}{9,8.\cos {30}^0}=$ 0,3417

Câu hỏi 10 trang 78 Vật lí 10:

Nêu ý nghĩa của:

a) Ngẫu lực.

b) Momen ngẫu lực.

Lời giải:

a) Ngẫu lực là cặp lực song song, cùng độ lớn, ngược chiều và cách nhau một khoảng d, nên ngẫu lực chỉ có tác dụng làm quay vật chứ không có tác dụng làm vật chuyển động tịnh tiến. 

b) Ý nghĩa của mô men ngẫu lực là đại lương đặc trưng cho tác dụng làm quay vật của ngẫu lực. M = F.d

Muốn tăng mômen ngẫu lực thì có thể tăng lực F hoặc tăng khoảng cách giữa giá của hai lực.

Câu hỏi 11 trang 78 Vật lí 10:

Hình 2 mô tả cấu trúc bên trong của một cánh tay người đang giữ một vật có trọng lượng 50 N. 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 nếu mômen của lực tác dụng bởi búi cơ bằng với mômen lực gây ra bởi trọng lượng của vật đối với khớp khuỷu tay. Hãy xác định độ lớn của lực sinh ra bởi búi cơ.

Lời giải:

Các lực tác dụng được biểu diễn như hình vẽ.

Áp dụng quy tắc mômen, ta có: $P.35=F.4\Rightarrow F=\frac{P.35}{4}=\frac{50.35}{4}=437,5N$