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

Vật Lí 10 Kết nối tri thức Bài 10: Sự rơi tự do

Khởi động trang 44 Vật lí 10: Năm 1971, nhà du hành vũ trụ người Mỹ David Scott đã đồng thời thả rơi trên Mặt Trăng một chiếc lông chim và một chiếc búa ở cùng một độ cao và nhận thấy cả hai đều rơi xuống như nhau. Em có suy nghĩ gì về hiện tượng này?

Lời giải:

Tùy vào kiến thức của mỗi bạn đang có để trả lời câu hỏi khởi động của bài học. Các em có thể trả lời như sau:

Em cảm thấy hiện tượng này thật kì lạ. Bởi vì chiếc búa nặng hơn nên đáng ra phải rơi xuống trước chiếc lông chim chứ không thể nào chiếc búa và chiếc lông chim lại rơi cùng lúc được.

I. Sự rơi trong không khí

Hoạt động trang 44 Vật lí 10: Các thí nghiệm (TN) sau đây sẽ giúp chúng ta kiểm tra dự đoán của mình về sự rơi trong không khí.

TN 1: Thả rơi một quả bóng và một chiếc lá.

TN 2: Thả rơi tờ giấy giống nhau, nhưng một tờ được vo tròn, một tờ để nguyên.

TN 3: Thả rơi hai viên bi có cùng kích thước, một bằng sắt và một bằng thủy tinh.

Từ những thí nghiệm trên, rút ra nhận xét về sự rơi trong không khí.

 Phương pháp giải:

Thực hiện thí nghiệm và rút ra kết luận

Lời giải:

Các thí nghiệm trên cho thấy sự rơi nhanh hay chậm của vật phụ thuộc vào độ lớn của lực cản không khí tác dụng lên vật. Lực cản càng nhỏ so với trọng lực tác dụng lên vật thì vật sẽ rơi càng nhanh và ngược lại.

Câu hỏi trang 44 Vật lí 10

Câu hỏi trang 44 Vật lí 10: Theo em, nếu loại bỏ được sức cản của không khí, các vật sẽ rơi như thế nào?

Phương pháp giải:

Dựa vào thí nghiệm về sự rơi tự do của nhà bác học Newton

Lời giải:

Nhà bác học Newton đã làm thí nghiệm cho viên bi chì và lông chim rơi trong ống hút chân không, kết quả là hai vật rơi nhanh như nhau.

Vì vậy, nếu loại bỏ được sức cản của không khí, các vật sẽ rơi nhanh như nhau.

Câu hỏi trang 44 Vật lí 10

Câu hỏi 1 trang 44 Vật lí 10: Trong TN 1, tại sao quả bóng rơi nhanh hơn chiếc lá?

Phương pháp giải:

Sự rơi nhanh hay chậm của vật phụ thuộc vào độ lớn của lực cản không  khí tác dụng lên vật. Lực cản càng nhỏ so với trọng lực tác dụng lên vật thì vật sẽ rơi càng nhanh và ngược lại

Lời giải:

Trong TN 1, ta thấy quả bóng có lực cản nhỏ hơn trọng lực của quả bóng, còn chiếc lá có lực cản lớn hơn rất nhiều so với trọng lực của chiếc lá, nên quả bóng rơi xuống trước chiếc lá

Câu hỏi 2 trang 44 Vật lí 10: Trong TN 2, hai tờ giấy giống  nhau, nặng như nhau, tại sao tờ giấy vo tròn lại rơi nhanh hơn?

Phương pháp giải:

Sự rơi nhanh hay chậm của vật phụ thuộc vào độ lớn của lực cản không  khí tác dụng lên vật. Lực cản càng nhỏ so với trọng lực tác dụng lên vật thì vật sẽ rơi càng nhanh và ngược lại

Lời giải:

Trong TN 2, hai tờ giấy có khối lượng như nhau, như tờ giấy vo tròn có lực cản không khí ít hơn tờ giấy không vo tròn nên tờ giấy vo tròn rơi xuống trước tờ giấy không vo tròn

Câu hỏi 3 trang 44 Vật lí 10: Trong TN 3, trọng lượng bi sắt lớn hơn bi thủy tinh, tại sao hai viên bi rơi nhanh như nhau?

Phương pháp giải:

Sự rơi nhanh hay chậm của vật phụ thuộc vào độ lớn của lực cản không  khí tác dụng lên vật. Lực cản càng nhỏ so với trọng lực tác dụng lên vật thì vật sẽ rơi càng nhanh và ngược lại

Lời giải:

Hai viên bi có cùng kích thước nên lực cản không khí so với trọng lực của hai viên bi bằng nhau nên hai viên bi rơi nhanh như nhau.

II. Sự rơi tự do

Câu hỏi trang 45 Vật lí 10

Câu hỏi trang 45 Vật lí 10: Trong các chuyển động sau, chuyển động nào được coi là rơi tự do? Tại sao?

A. Chiếc lá đang rơi

B. Hạt bụi chuyển động trong không khí

C. Quả tạ rơi trong không khí

D. Vận động viên đang nhảy dù

 Phương pháp giải:

Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực

Nếu vật rơi trong không khí mà độ lớn của lực cản không khí không đáng kể so với trọng lượng của vật thì cũng coi là rơi tự do.

Lời giải:

Trong câu A, lực cản không khí và trọng lượng chiếc lá gần như nhau nên chiếc lá đang rơi không được coi là rơi tự do.

Trong câu B, ta thấy lực cản không khí lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng của hạt bụi, nên hạt bụi chuyển động trong không khí không được coi là rơi tự do

Trong câu D, vận động viên đang nhảy dù có trọng lượng gần bằng lực cản không khí nên vận động viên đang nhảy dù không được coi là sự rơi tự do

Trong câu C, quả tạ có trọng lượng lớn hơn rất nhiều so với lực cản không khí nên quả tạ rơi trong không khí được coi là sự rơi tự do.

Chọn C.

Câu hỏi trang 45 Vật lí 10: Hãy căn cứ vào số liệu trong bảng 10.1 để:

Câu hỏi 1 trang 45 Vật lí 10: Chứng tỏ chuyển động rơi tự do là nhanh dần đều.

Phương pháp giải:

+ Chuyển động nhanh dần đều là chuyển động trong cùng một khoảng thời gian, quãng đường vật rơi càng nhiều

+ Biểu thức tính gia tốc trong rơi tự do: $a=\frac{2s}{t^2}$

Lời giải:

Dựa vào bảng 10.1, ta thấy rằng

+ Trong 0,1 s đầu tiên, vật đi được quãng đường là 0,049 m

+ Trong 0,1 s tiếp theo, vật đi được quãng đường là 0,197 – 0,049 = 0,148 m

+ Từ 0,2 s đến 0,3 s, vật đi được quãng đường là 0,441 – 0,197 = 0,244 m

+ Từ 0,3 s đến 0,4 s, vật đi được quãng đường là 0,785 – 0,441 = 0,344 m

+ Từ 0,4 s đến 0,5 s, vật ssi được quãng đường là 1,227 – 0,785 = 0,442 m

Thông qua các số liệu trên, ta thấy cùng trong một khoảng thời gian, quãng đường vật rơi được càng dài, chứng tỏ vật rơi tự do

Câu hỏi 2 trang 45 Vật lí 10: ính gia tốc của chuyển động rơi tự do.

Phương pháp giải:

+ Chuyển động nhanh dần đều là chuyển động trong cùng một khoảng thời gian, quãng đường vật rơi càng nhiều

+ Biểu thức tính gia tốc trong rơi tự do: $a=\frac{2s}{t^2}$

Lời giải: 

Gia tốc của chuyển động rơi tự do

$a=\frac{2s}{t^2}=\frac{2.0,049}{0,1^2}=9,8 (m/s^2)$

Hoạt động trang 45 Vật lí 10

Hoạt động 1 trang 45 Vật lí 10: Hãy thực hiện thí nghiệm (Hình 10.2) để kiểm tra dự đoán về phương và chiều của sự rơi tự do.

 Phương pháp giải:

Thực hiện thí nghiệm.

Lời giải:

Học sinh tự thực hiện thí nghiệm

Phương và chiều của sự rơi tự do:

+ Phương: thẳng đứng

+ Chiều: từ trên xuống dưới

Hoạt động 2 trang 45 Vật lí 10: Dựa vào đặc điểm về phương của sự tự do, hãy tìm cách kiểm tra bề mặt của bức tường trong lớp học có phải là mặt phẳng thẳng đứng không.

Phương pháp giải:

Thực hiện thí nghiệm.

Lời giải:

Để kiểm tra bề mặt của bức tường trong lớp học, chúng ta có thể lấy bất kì một vật nào đó, thả rơi vật đó từ một độ cao bất kì của bức tường, nếu vật đó rơi theo phương thẳng đứng thì bề mặt bức tường là mặt phẳng thẳng đứng, còn vật rơi không theo phương thẳng đứng thì bề mặt của bức tường không phẳng

Hoạt động 3 trang 45 Vật lí 10: Hãy nghĩ cách dùng êke tam giác vuông cân và dây dọi để kiểm tra xem sàn lớp mình có phẳng hay không.

Phương pháp giải:

Thực hiện thí nghiệm.

Lời giải:

Dùng dây dọi để kiểm tra bức tường có phẳng hay không

Đặt êke ở góc vuông của mặt sàn với bức tường, do bề mặt bức tường là mặt phẳng thẳng đứng nên nếu để được êke ở góc vuông đó thì mặt sàn phẳng, nếu không để được thì mặt sàn không phẳng.

Câu hỏi trang 46 Vật lí 10

Câu hỏi 1 trang 46 Vật lí 10: Tại sao độ dịch chuyển và quãng đường đi được trong sự rơi tự do có cùng độ lớn?

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết trong bài 8.

Lời giải:

Độ dịch chuyển và quãng đường đi được trong sự rơi tự do có cùng độ lớn vì rơi tự do là chuyển động thẳng, không đổi chiều chuyển động

Câu hỏi 2 trang 46 Vật lí 10: Hãy nêu cách đo gần đúng độ sâu của một cái giếng mỏ cạn. Coi vận tốc truyền âm trong không khí là không đổi và đã biết.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết trong bài 8.

Lời giải:

Thả một hòn sỏi xuống giếng, dùng đồng hồ bấm giây để đo thời gian rơi của hòn sỏi

+ Bước 1: Thả hòn sỏi rơi xuống giếng và bắt đầu bấm đồng hồ

+ Bước 2: Khi nghe thấy tiếng hòn sỏi rơi xuống đáy thì kết thúc, cho đồng hồ dừng lại

Thời gian rơi của hòn sỏi bằng thời gian rơi của hòn sỏi từ miệng giếng xuống đấy giếng cộng với thời gian hòn sỏi vọng từ đáy giếng đến tai ta

+ Gọi giếng sâu có chiều dài s (m)

+ Thời gian rơi của hòn sỏi từ miệng giếng xuống đáy giếng: $t_1=\sqrt{\frac{2s}{g}}$

+ Thời gian hòn sỏi vọng từ đáy giếng lên đến tai: 

+ $t=t_1+t_2$, ta đã đo được t, lấy $g=10 m/s^2$, v đã cho, từ đây ta sẽ tính được độ sâu của giếng.

Bài tập vận dụng trang 46 Vật lí 10: Một người thả rơi một hòn bi từ trên cao xuống đất và đo được thời gian rơi là 3,1 s. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g = 9,8 $m/s^2$.

a) Tính độ cao của nơi thả hòn bi so với mặt đất và vận tốc lúc chạm đất.

b) Tính quãng đường rơi được trong 0,5 s cuối trước khi chạm đất.

 Phương pháp giải:

+ Biểu thức tính độ cao của vật: $h=\frac{1}{2}g{t}^2$

+ Vận tốc vật chạm đất: v = g.t

+ Quãng đường vật đi được trong n giây cuối: $S_n=S-S_{t-n}$

Lời giải:

a) Độ cao của nơi thả hòn bi so với mặt đất là: $h=\frac{1}{2}g{t}^2=\frac{1}{2}.9,8.3,1^2=47,089(m)$

Vận tốc vật lúc chạm đất là: v = g.t = 9,8.3,1 = 30,38 (m/s)

b) Quãng đường vật rơi trong 3,1 – 0,5 = 2,6 s đầu là: $S_{2,6}=\frac{1}{2}.9,8.2,6^2=33,124(m)$

=> Quãng đường vật rơi được trong 0,5 s cuối là: 47,089 – 33,124 = 13,965 (m)

Lý thuyết Bài 10: Sự rơi tự do

I. Sự rơi trong không khí

- Sự rơi của các vật trong không khí là chuyển động thường gặp

VD: quả táo rơi từ trên cây xuống; chiếc lá rơi;...

- Sự rơi của các chuyển động khác nhau trong không khí

- Nguyên nhân: do lực cản của không khí.

- Lực cản càng nhỏ so với trọng lực tác dụng lên vật thì vật sẽ rơi càng nhanh và ngược lại.

II. Sự rơi tự do

1. Sự rơi tự do

- Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực

- Nếu vật rơi trong không khí mà độ lớn của lựcc ản không khí không đáng kể so với trọng lượng của vật thì cũng coi là rơi tự do.

2. Đặc điểm của chuyển động rơi tự do

a) Phương và chiều của chuyển động rơi tự do

- Phương: thẳng đứng

- Chiều: từ trên xuống dưới

b) Tính chất của chuyển động rơi tự do

Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều

c) Gia tốc rơi tự do

- Ở cùng một nơi trên Trái Đất, mọi vật rơi tự do với cùng một gia tốc

- Kí hiệu: g

- g phụ thuộc vào vĩ độ địa lí và độ cao

- Ở gần bề mặt Trái Đất, g = 9,8 m/s2

3. Công thức rơi tự do

- Rơi tự do có các công thức của chuyển động nhanh dần đều không vận tốc ban đầu. Chọn thời điểm ban đầu $t_0$ = 0.

=> Độ dịch chuyển, quãng đường đi được tại thời điểm t:

$d=s=\frac{1}{2}g{t}^2$

- Vận tốc tức thời tại thời điểm t: $v_t$ = g.t

- Mối liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường đi được: ${v_t}^2=2gs$

Sơ đồ tư duy về “Sự rơi tự do”