Toptailieu biên soạn và sưu tầm lời giải bài tập Vật Lí 10 Bài 15: Định luật 2 Newton sách Kết nối tri thức hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Vật Lí 10 Bài 15 từ đó học tốt môn Lí 10.

Vật Lí 10 Kết nối tri thức Bài 15: Định luật 2 Newton

Khởi động trang 63 Vật lí 10: Đẩy một xe chở hàng cho nó chuyển động và nhận xét xem gia tốc của xe tăng hay giảm, nếu:

a) Giữ nguyên lực đẩy nhưng khối lượng xe tăng lên (Hình a và b).

b) Giữ nguyên khối lượng nhưng lực đẩy tăng lên (Hình b và c).

Lời giải:

a) Khi giữ nguyên lực đẩy nhưng khối lượng xe tăng lên thì gia tốc của xe giảm.

b) Khi giữ nguyên khối lượng nhưng lực đẩy tăng lên thì gia tốc của xe tăng.

I. Định luật 2 Newton

II. Khối lượng và quán tính

III. Thí nghiệm minh họa định luật 2 Newton

Hoạt động trang 64 Vật lí 10: Thí nghiệm được thiết lập như Hình 15.2

Kết quả thí nghiệm ghi trong bảng 15.1

Thảo luận:

a) Dựa vào số liệu trong Bảng 15.1, hãy vẽ đồ thị sự phụ thuộc của gia tốc a:

- Vào F (ứng với m + M = 0,5 kg), (Hình 15.3a). Đồ thị có phải là đường thẳng không? Tại sao?

- Vào $\frac{1}{m+M}$ (ứng với F = 1 N), (Hình 15.3b). Đồ thị có phải là đường thẳng không? Tại sao?

b) Nêu kết luận về sự phụ thuộc của gia tốc vào độ lớn của lực tác dụng và khối lượng của vật.

Phương pháp giải:

Dựa vào bảng số liệu để vẽ đồ thị

Lời giải:

a)

- a phụ thuộc vào F (m + M = 0, 5kg)

Ta có: 

+ Khi F = 1 N, a = 1,99 $m/s^2$ thì $\frac{F}{a}=\frac{1}{1,99}\approx 0,5$

+ Khi F = 2 N, a = 4,03 $m/s^2$ thì $\frac{F}{a}=\frac{2}{4,03}\approx 0,5$

+ Khi F = 3 N, a = 5,67 $m/s^2$ thì $\frac{F}{a}=\frac{3}{5,67}\approx 0,5$

=> Tỉ số $\frac{F}{a}$ không đổi nên đồ thị sự phụ thuộc của gia tốc a vào F là một đường thẳng

- a phụ thuộc vào $\frac{1}{m+M}$ (ứng với F = 1 N)

Ta có:

+ Khi a = 3,31 $m/s^2$, $\frac{1}{M+m}=\frac{10}{3}$ thì a. (M + m) = 1

+ Khi a = 2,44 $m/s^2$, $\frac{1}{M+m}=2,5$ thì a. (M + m) = 1

+ Khi a = 1,99 $m/s^2$, $\frac{1}{M+m}=2$ thì a. (M + m) = 1

=> Tỉ số $\frac{a}{{\displaystyle \frac{1}{m+M}}}=a.(M+m)$ không đổi nên đồ thị sự phụ thuộc của gia tốc a vào $\frac{1}{m+M}$ là một đường thẳng.

b) Ta có:

+ Khi (m + M) không đổi, F tăng thì a cũng tăng => Gia tốc a tỉ lệ thuận với lực F

+ Khi F không đổi, a giảm thì (m+M) tăng => Gia tốc a tỉ lệ nghịch với khối lượng

=> Kết luận: Gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng.

Câu hỏi trang 64 Vật lí 10

Câu hỏi 1 trang 64 Vật lí 10: Nêu một số ví dụ cho thấy khối lượng của vật càng lớn thì mức quán tính của vật càng lớn. Điều này có ý nghĩa gì trong thực tiễn?

Phương pháp giải:

Khối lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.

Lời giải:

- Ví dụ:

+ Một người sử dụng cùng một lực để đẩy một thùng giấy vụn sẽ đẩy nhanh hơn so với khi đẩy một thùng gạo, do khối lượng của thùng gạo lớn hơn khối lượng của thùng giấy vụn, làm khó thay đổi vận tốc hơn.

+ Ô tô tải rất nặng so với xe máy hay ô tô con nên có mức quán tính lớn hơn rất nhiều. Ở cùng trạng thái bắt đầu chuyển động thì ô tô tải cần nhiều thời gian hơn mới đạt vận tốc lớn.

=> Khối lượng của vật càng lớn thì mức quán tính của vật càng lớn.

- Ý nghĩa trong thực tiễn:

Cho phép ta so sánh được khối lượng của những vật làm bằng các chất khác nhau. Chúng sẽ có khối lượng bằng nhau nếu như dưới tác dụng của hợp lực như nhau, chúng có gia tốc như nhau.

Câu hỏi 2 trang 64 Vật lí 10: Cho đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa các lực tác dụng lên một vật và gia tốc gây ra tương ứng (Hình 15.1). Khối lượng của vật là:

A. 1,0 kg                     B. 2,0 kg

C. 0,5 kg                     D. 1,5 kg

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $a=\frac{F}{m}$

Lời giải:

Từ đồ thị ta thấy:

Khi F = 0,5 N thì a = 1,0 m/s2 suy ra khối lượng của vật là:

$a=\frac{F}{m}\Rightarrow m=\frac{F}{a}=\frac{0,5}{1}=0,5\left(kg\right)$

Chọn C

Câu hỏi trang 66 Vật lí 10

Câu hỏi 1 trang 66 Vật lí 10: Trong các cách viết hệ thức của định luật 2 Newton sau đây, cách viết nào đúng?

A. $\overrightarrow{F}=m.a$                   

B. $\overrightarrow{F}=-m.\overrightarrow{a}$

C. $\overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$             

D. $-\overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$

 Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

Lời giải:

Ta có: biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

$\Rightarrow \overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$

Suy ra cách viết đúng là C.

Câu hỏi 2 trang 66 Vật lí 10: Một quả bóng khối lượng 0,5 kg đang nằm trên mặt đất. Một cầu thủ đá bóng với một lực 250 N. Thời gian chân tác dụng vào bóng là 0,02 s. Quả bóng bay đi với tốc độ:

A. 0,01 m/s                  B. 0,10 m/s

C. 2,50 m/s                  D. 10,00 m/s

 Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

+ Sử dụng công thức vận tốc: $v=v_0+at$

Lời giải:

Theo bài ra, ta có: $\{\begin{array}{l}m=0,5kg;v_0=0\left(m/s\right)\\ F=250N\\ t=0,020\mathrm{s}\end{array}$

Áp dụng định luật 2 Newton, gia tốc của chuyển động là:

$a=\frac{F}{m}=\frac{250}{0,5}=500\left(m/s^2\right)$

Quả bóng bay đi với tốc độ là:

$v=v_0+at=0+500.0,020=10\left(m/s\right)$

Chọn D

Câu hỏi 3 trang 66 Vật lí 10: Dưới tác dụng của hợp lực 20 N, một chiếc xe đồ chơi chuyển động với gia tốc . Dưới tác dụng của hợp lực 50 N, chiếc xe sẽ chuyển động với gia tốc bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

Lời giải:

Khối lượng của chiếc xe là:

$m=\frac{F}{a}=\frac{20}{0,4}=50\left(kg\right)$

Dưới tác dụng của hợp lực 50 N, chiếc xe sẽ chuyển động với gia tốc là:

$a=\frac{F}{m}=\frac{50}{50}=1\left(m/s^2\right)$

Vậy dưới tác dụng của hợp lực 50 N, chiếc xe sẽ chuyển động với gia tốc là $1m/s^2$.

Câu hỏi 4 trang 66 Vật lí 10: Tại sao máy bay khối lượng càng lớn thì đường băng phải càng dài?

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

+ Sử dụng công thức vận tốc: $v=v_0+at$

Lời giải:

Máy bay khối lượng càng lớn thì đường băng phải càng dài vì máy bay càng nặng thì mức quán tính càng lớn, do vậy càng khó thay đổi vận tốc nên đường băng cần phải dài để máy bay đạt được vận tốc cất cánh.

Em có thể trang 66 Vật lí 10

Em có thể 1 trang 66 Vật lí 10: Đề xuất được một thí nghiệm chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào:

a) Độ lớn của lực tác dụng lên vật.

b) Khối lượng của vật.

Lời giải:

Dụng cụ:

- Một số chiếc bút bi có nẫy bấm

- Một số cục tẩy mới, giống nhau

- Thước đo độ dài

Tiến hành thí nghiệm:

a) Chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào: Độ lớn của lực tác dụng lên vật.

- Đặt bút bi gần với cục tẩy, sau đó bấm nẫy để bút bi tác dụng lực vào cục tẩy, đẩy cục tẩy di chuyển, xác định khoảng cách cục tẩy di chuyển.

- Đặt 2 chiếc bút bi sát cạnh nhau sau cho đầu nẫy ngang bằng nhau, vẫn thao tác bấm nẫy bút bi như trên (lưu ý khoảng cách từ đầu bút bi đến cục tẩy trong các lần thí nghiệm như nhau).

- So sánh khoảng cách khi tăng lực tác dụng (dùng 2 chiếc bút gián tiếp tăng lực tác dụng).

Kết quả: Khi tăng lực tác dụng lên cùng một vật thì vật chuyển động được xa hơn, chứng tỏ gia tốc phụ thuộc vào lực tác dụng.

b) Chứng tỏ gia tốc mà vật thu được phụ thuộc vào: Khối lượng của vật.

- Lần lượt bố trí thí nghiệm đơn giản như hình vẽ.

- Đặt bút bi gần với cục tẩy, sau đó bấm nẫy để bút bi tác dụng lực vào cục tẩy, đẩy cục tẩy di chuyển, xác định khoảng cách cục tẩy di chuyển.

- Đặt 2 cục tẩy chồng lên nhau, vẫn thao tác bấm nẫy bút bi như trên (lưu ý khoảng cách từ đầu bút bi đến cục tẩy trong các lần thí nghiệm như nhau).

- So sánh khoảng cách khi tăng khối lượng vật chịu lực tác dụng.

Kết quả: Khối lượng tăng lên, quãng đường cục tẩy di chuyển khác nhau dẫn đến gia tốc khác nhau.

Em có thể 2 trang 66 Vật lí 10: Giải thích được khối lượng của vật càng lớn thì quán tính của vật càng lớn.

Lời giải:

Theo định luật 2 Newton, nếu có nhiều vật khác nhau lần lượt chịu tác dụng của cùng một lực không đổi, thì vật nào có khối lượng lớn hơn sẽ có gia tốc nhỏ hơn. Vậy, vật nào có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, tức là có mức quán tính lớn hơn. Hay nói cách khác: Khối lượng của vật càng lớn thì quán tính của vật càng lớn.

Em có thể 3 trang 66 Vật lí 10: Giải thích tại sao trong tham gia giao thông, khi ô tô chở hàng nặng khó hãm phanh hơn khi ô tô không chở hàng.

Lời giải:

Theo định luật 2 Newton: khối lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.

Khi ô tô chở hàng nặng thì sẽ có khối lượng lớn hơn khi ô tô không chở hàng nên ô tô đó có quán tính lớn hơn dẫn đến khó hãm phanh hơn khi ô tô không chở hàng.

Lý thuyết Bài 15: Định luật 2 Newton

I. Định luật 2 Newton

- Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

$\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

- Về mặt Toán học, định luật 2 Newton có thể viết là: $\overrightarrow{F}=\overrightarrow{a}.m$

- Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng $\overrightarrow{F_1},\overrightarrow{F_2},\overrightarrow{F_3}...$,... thì $\overrightarrow{F}$ là hợp lực của các lực đó:

$\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}+\overrightarrow{F_3}+...$

II. Khối lượng và quán tính

- Nếu có nhiều vật khác nhau lần lượt chịu tác dụng của cùng một lực không đổi, thì vật nào có khối lượng lớn hơn hơn sẽ có gia tốc nhỏ hơn

=> Vật có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, tức càng có mức quán tính lớn hơn

=> Khối lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật

III. Thí nghiệm minh họa định luật 2 Newton

+ 1: tấm chắn sáng

+ 2: máng trượt đệm khí

+ 3: cổng quang điện 1

+ 4: cổng quang điện 2

+ 5: ròng rọc

+ 6: các quả nặng

+ 7: đồng hồ đo thời gian hiện số

+ 8: cân điện tử

+ 9: bơm khí

- Các bước tiến hành thí nghiệm

+ Bước 1: Cho lực kéo F có độ lớn tăng dần 1 N, 2 N và 3 N (bằng cách móc thêm các quả nặng vào đầu dây vắt qua ròng rọc).

+ Bước 2: Ghi lại độ lớn lực kéo F và tổng khối lượng của hệ (gồm xe trượt và các quả nặng), ứng với mỗi lần thí  nghiệm.

+ Bước 3: Đo thời gian chuyển động t của xe, từ khi đồng hồ bắt đầu đếm từ lúc tâ,s chắn sáng đi qua cổng quang điện 1 và kết thúc đếm khi tấm chắn vượt quan cổng quang điện 2.

+ Bước 4: Gia tốc a được theo công thức $d=v_{0}t+\frac{1}{2}a{t}^2$ (đặt xe trượt có gắn tấm chắn sáng sao cho tấm chắn này sát với cổng quang điện 1 để v0 = 0; d = 0,5 m là khoảng cách giữa hai cổng quang điện trong thí nghiệm). Đo thời gian t ứng với mỗi lần thí nghiệm, ta tính được:

$a=\frac{2d}{t^2}=\frac{2.0,5}{t^2}=\frac{1}{t^2}$

- Chú ý: Khi thực hiện phương án này, cần để đồng hồ bắt đầu đếm thời gian khi xe có vận tốc ban đầu bằng 0, cần đặt tấm chắn sáng sát cổng quang điện 1.

Sơ đồ tư duy về “Định luật 2 Newton”