Giải bài tập sách bài tập (SBT) vật lí lớp 10 Cánh diều chủ đề 5 bài: I. Chuyển động tròn
Phân tích chuyển động tròn trong Sách Bài Tập Vật Lý Lớp 10 - Cánh Diều
Chủ đề 5 của sách bài tập vật lí lớp 10, Cánh Diều, tập trung vào Chuyển động tròn. Trang 45 của sách bài tập này hướng dẫn chi tiết về phần I của chuyển động tròn.
Trong chuyển động tròn, chúng ta cần biết rằng độ dịch chuyển góc được tính bằng cung chia cho bán kính, tức là $\theta =\frac{s}{r}$. Tốc độ góc sẽ là độ dịch chuyển góc chia cho thời gian, được biểu diễn bởi công thức $\omega =\frac{\theta }{t}$. Tốc độ của vật chuyển động tròn sẽ bằng tốc độ góc nhân với bán kính, tức là $v=\omega r$.
Ngoài ra, trong chuyển động tròn, chúng ta cũng cần tính lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm. Lực hướng tâm sẽ bằng khối lượng nhân với bán kính và bình phương của tốc độ góc, $F=mr\omega ^{2}$. Gia tốc hướng tâm sẽ bằng bình phương của tốc độ chia cho bán kính, hay $a=\frac{v^{2}}{r}=r\omega ^{2}$.
Thông qua hướng dẫn dễ hiểu và giải chi tiết, việc nắm vững chuyển động tròn sẽ trở nên dễ dàng hơn đối với học sinh. Mong rằng, thông qua sách bài tập vật lí lớp 10 - Cánh Diều, học sinh sẽ hiểu rõ hơn về chủ đề này và áp dụng vào thực tế một cách linh hoạt.
Bài tập và hướng dẫn giải
5.1 Phát biểu nào sau đây sai khi nói về một vật chuyển động tròn đều?
A. Quỹ đạo chuyển động là một đường tròn hoặc một phần của đường tròn.
B. Tốc độ của vật không đổi theo thời gian.
C. Với tốc độ xác định, bán kính quỹ đạo càng nhỏ thì phương của vận tốc biến đổi càng nhanh.
D. Với bán kính quỹ đạo xác định, nếu tốc độ tăng gấp đôi thì gia tốc hướng tâm cũng tăng gấp đôi.
5.2 Một bánh xe đang quay đều, mỗi phút nó quay được 3000 vòng. Phát biểu nào sau đây sai khi nói về chuyển động của bánh xe?
A. Độ dịch chuyển góc của một điểm bất kì trên bánh xe (trừ những điểm thuộc trục quay) trong khoảng thời gian 0,01 giây bằng $\pi $ radian.
B. Những điểm cách trục quay 10,0 cm thì có tốc độ 10$\pi $ m/s.
C. Hai điểm bất kì trên bánh xe nếu cách nhau 20,0 cm thì có tốc độ hơn kém nhau một lượng 20$\pi $ m/s.
D. Những điểm càng xa trục quay thì gia tốc hướng tâm càng lớn.
5.3 Biết kim phút của đồng hồ treo tường có chiều dài a = 10,0 cm.
a) Tính độ dịch chuyển góc và quãng đường đi của điểm đầu kim phút trong khoảng thời gian t = 15,0 phút.
b) Biết tỉ số tốc độ của điểm đầu kim phút và tốc độ của điểm đầu kim giờ là 15,0. Tính chiều dài của kim giờ.
5.4 Một người xách một xô có nước và vung tay làm xô nước quay trong mặt phẳng thẳng đứng, theo một vòng tròn đường kính 1,8 m. Biết khối lượng xô và nước là 5,4 kg.
a) Tính tốc độ nhỏ nhất mà xô nước phải được quay để khi ở đỉnh hình tròn, đáy xô quay lên trên, miệng hướng xuống dưới mà nước vẫn ở trong xô.
b) Giả sử tốc độ không đổi, lực tác dụng lên tay của người đó khi xô nước ở dưới cùng của đường tròn là bao nhiêu?
5.5 Coi Trái Đất là hình cầu có bán kính R = 6 400 km và quay quanh trục với chu kì 24,0 giờ. Tính gia tốc hướng tâm do Trái Đất chuyển động quay quanh trục gây ra cho một người đang đứng ở xích đạo và một người đứng ở vĩ tuyến 60,0$^{o}$.
5.6 Ở hình 1.10b trang 112 sách giáo khoa vật lí lớp 10, viên đá có khối lượng 200g, bán kính vòng quay là 40 cm. Sợi dây hợp với phương thẳng đứng một góc 56$^{o}$.
a) Tìm lực căng dây.
b) Tính độ lớn vận tốc góc của viên đá.
5.7 Ở một sân tập phẳng, rộng người lái xe đua phải thực hiện vòng chạy trên một đường tròn bán kính R = 121 m. Biết hệ số ma sát nghỉ cực đại giữa xe và mặt sân là 0,9.
Lấy g = 10,0 m/s$^{2}$. Tốc độ lớn nhất mà xe có thể chạy là bao nhiêu để không bị trượt?
5.8 Một người lái xe chữa cháy nhận lệnh đến một vụ cháy đặc biệt quan trọng. Đường nhanh nhất có thể đến đám cháy phải qua một chiếc cầu có dạng cung tròn với bán kính cong R = 50,0 m và cầu chỉ chịu được áp lực tối đa 60 000N. Xe chữa cháy có trọng lượng 200 000 N. Giả thiết chỉ có xe chữa cháy chuyển động tròn đều qua cầu thì cần điều khiển xe chạy với tốc độ như thế nào để cầu không bị quá tải?