Đang tải...

Bài 6: Tính tương đối của chuyển động. Công thức cộng vận tốc

TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG. CÔNG THỨC CỘNG VẬN TỐC

Vật Lý 10 bài Tính tương đối của chuyển động. Công thức cộng vận tốc: Lý thuyết trọng tâm, giải bài tập sách giáo khoa Tính tương đối của chuyển động. Công thức cộng vận tốc: giúp học sinh nắm vững kiến thức ngắn gọn.

BÀI 6. TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG. CÔNG THỨC CỘNG VẬN TỐC

A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Tính tương đối của chuyển động

+ Tính tương đối của quỹ đạo: Hình dạng quỹ đạo của chuyển động trong các hệ quy chiếu khác nhau thì khác nhau – quỹ đạo có tính tương đối.

+ Tính tương đối của vận tốc: Vận tốc của vật chuyển động đối với các hê quy chiếu khác nhau thì khác nhau – vận tốc có tính tương đối.

2. Công thức cộng vận tốc

+ Hệ quy chiếu đứng yên và hệ quy chiếu chuyển động

  • Hệ quy chiếu gắn với vật đứng yên gọi là hệ quy chiếu đứng yên.
  • Hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động gọi là hệ quy chiếu chuyển động.

+ Vectơ vận tốc tuyệt đối bằng tổng vectơ của vận tốc tương đối và vận tốc kéo theo: \({{\vec{v}}_{13}}={{\vec{v}}_{12}}+{{\vec{v}}_{23}}\)

  • Vận tốc tuyệt đối \({{\vec{v}}_{13}}\) là vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu đứng yên.
  • Vận tốc tương đối \({{\vec{v}}_{12}}\) là vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động.
  • Vận tốc kéo theo \({{\vec{v}}_{23}}\) là vận tốc của hệ quy chiếu chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên.

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Bài toán thuyền (ca nô, xuồng …) đi trên sông.

Gọi (1) thuyền, (2) nước, (3) bờ sông. Ta có công thức cộng vận tốc: \({{\vec{v}}_{13}}={{\vec{v}}_{12}}+{{\vec{v}}_{23}}.\)

\({{\vec{v}}_{13}}\) là vận tốc của thuyền (1) đối với bờ sông (3).

\({{\vec{v}}_{12}}\) là vận tốc của thuyền (1) đối với nước (2).

\({{\vec{v}}_{23}}\) là vận tốc của nước (2) đối với bờ sông (3).

+ Nếu thuyền đi xuôi dòng nước: \({{\vec{v}}_{12}}\uparrow \uparrow {{\vec{v}}_{23}}\Rightarrow {{v}_{13x}}={{v}_{12}}+{{v}_{23}}=\frac{s}{{{t}_{x}}}\cdot\)

+ Nếu thuyền đi ngược dòng nước: \({{\vec{v}}_{12}}\uparrow \downarrow {{\vec{v}}_{23}}\Rightarrow {{v}_{13n}}={{v}_{12}}-{{v}_{23}}=\frac{s}{{{t}_{n}}}\cdot\)

+ Nếu thuyền đi mà mũi thuyền luôn hướng vuông góc với bờ sông: \({{\vec{v}}_{12}}\bot {{\vec{v}}_{23}}\Rightarrow {{v}_{13}}=\sqrt{v_{12}^{2}+v_{23}^{2}}.\)

+ Nếu thuyền được thả trôi theo dòng nước \({{v}_{12}}=0\Rightarrow {{v}_{\text{13trôi}}}={{v}_{\text{23trôi}}}=\frac{s}{{{t}_{\text{trôi}}}}\cdot\)

Dạng 2. Bài toán hai xe (vật) chuyển động tương đối với nhau.

Khi hai xe chuyển động với vận tốc lần lượt là \({{\vec{v}}_{1}}\) và \({{\vec{v}}_{2}}\) thì vận tốc tương đối giữa hai xe là: \({{\vec{v}}_{12}}={{\vec{v}}_{10}}+{{\vec{v}}_{02}}={{\vec{v}}_{1}}-{{\vec{v}}_{2}}.\)

Trong đó

\({{\vec{v}}_{1}}={{\vec{v}}_{10}}\) là vận tốc của xe 1 đối với mặt đất;

\({{\vec{v}}_{2}}={{\vec{v}}_{20}}=-{{\vec{v}}_{02}}\) là vận tốc của xe 2 đối với mặt đất.

+ Nếu hai xe chuyển động cùng phương cùng chiều: \({{\vec{v}}_{1}}\uparrow \uparrow {{\vec{v}}_{2}}\Rightarrow {{v}_{12}}=\left| {{v}_{1}}-{{v}_{2}} \right|=\frac{{{s}_{c}}}{{{t}_{c}}}\cdot\)

+ Nếu hai xe chuyển động cùng phương ngược chiều: \({{\vec{v}}_{1}}\uparrow \downarrow {{\vec{v}}_{2}}\Rightarrow {{v}_{12}}={{v}_{1}}+{{v}_{2}}=\frac{{{s}_{n}}}{{{t}_{n}}}\cdot\)

+ Nếu hai xe chuyển động vuông góc: \({{\vec{v}}_{1}}\bot {{\vec{v}}_{2}}\Rightarrow {{v}_{12}}=\sqrt{v_{1}^{2}+v_{2}^{2}}.\)

+ Nếu \(\left( {{\overrightarrow{v}}_{1}};\,{{\overrightarrow{v}}_{2}} \right)=\alpha \Rightarrow {{v}_{12}}=\sqrt{v_{1}^{2}+v_{2}^{2}+2{{v}_{1}}{{v}_{2}}\cos \alpha }.\)

C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 35 SGK Vật Lí 10):

Người ngồi trên xe sẽ thấy đầu van chuyển động theo quỹ đạo như thế nào quanh trục bánh xe?

Trả lời:

Người ngồi trên xe thấy đầu van xe đạp chuyển động tròn, do người đối với trục quay của xe là cố định, mà đầu van xe lại chuyển động tròn quay trục bánh xe.

Câu C2 (trang 35 SGK Vật Lí 10):

Nêu một ví dụ khác về tính tương đối của vận tốc.

Trả lời:

  • Một người ngồi yên trên một cano. Cano đang chuyển động đối với bờ sông, nên người chuyển động đối với bờ sông.
  • Một người đứng yên trên mặt đất, nhưng đối với Mặt Trời thì người ấy đang chuyển động…

Câu C3 (trang 37 SGK Vật Lí 10):

Một con thuyền chạy ngược dòng nước đi được 20 km trong 1 giờ; nước chảy với vận tốc 2 km/h. Tính vận tốc của thuyền đối với nước.

Trả lời:

Quy ước: thuyền – 1; nước – 2; bờ – 3

Vận tốc của thuyền so với bờ có độ lớn là: \({{v}_{13}}=\frac{S}{t}=\frac{20}{1}=20\,km/h\)

Vận tốc của nước so với bờ có độ lớn là: v23 = 2 km/h

Áp dụng công thức cộng vận tốc ta có: \({{\vec{v}}_{13}}={{\vec{v}}_{12}}+{{\vec{v}}_{23}}\Rightarrow {{\vec{v}}_{12}}={{\vec{v}}_{13}}-{{\vec{v}}_{23}}\)

Do \({{\vec{v}}_{13}}\uparrow \downarrow {{\vec{v}}_{23}}\Rightarrow {{v}_{12}}={{v}_{13}}-\left( -{{v}_{23}} \right)=20-\left( -2 \right)=22\,m/s.\)

⇒ Vận tốc của thuyền đối với nước có độ lớn là 22 km/h và hướng theo chiều chuyển động của thuyền.

D. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Bài 1 (trang 37 SGK Vật Lí 10) :

Nêu một ví dụ về tính tương đối của quỹ đạo của chuyển động.

Lời giải:

Trời không có gió, người đứng yên bên đường thấy giọt mưa rơi theo quỹ đạo là đường thẳng, người ngồi trên ô tô đang chuyển động thấy giọt mưa rơi theo phương xiên.

Bài 2 (trang 37 SGK Vật Lí 10) :

Nêu một ví dụ về tính tương đối của vận tốc của chuyển động.

Lời giải:

  • Một người ngồi yên trên ô tô. Ô tô đang chuyển động đối với mặt đường, nên người chuyển động đối với mặt đường.
  • Một người đứng yên trên mặt đất, nhưng đối với Mặt Trời thì người ấy đang chuyển động…

Bài 3 (trang 37 SGK Vật Lí 10) :

Trình bày công thức cộng vận tốc trong trường hợp các chuyển động cùng phương, cùng chiều ( cùng phương và ngược chiều).

Lời giải:

Công thức cộng vận tốc: \({{\vec{v}}_{13}}={{\vec{v}}_{12}}+{{\vec{v}}_{23}}.\)

  • Vận tốc tuyệt đối \({{\vec{v}}_{13}}\) là vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu đứng yên.
  • Vận tốc tương đối \({{\vec{v}}_{12}}\) là vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động.
  • Vận tốc kéo theo \({{\vec{v}}_{23}}\) là vận tốc của hệ quy chiếu chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên.

+ Nếu các chuyển động cùng phương cùng chiều: \({{\vec{v}}_{12}}\uparrow \uparrow {{\vec{v}}_{23}}\Rightarrow {{v}_{13}}={{v}_{12}}+{{v}_{23}}\)

+ Nếu các chuyển động cùng phương ngược chiều: \({{\vec{v}}_{12}}\uparrow \downarrow {{\vec{v}}_{23}}\Rightarrow {{v}_{13}}=\left| {{v}_{12}}-{{v}_{23}} \right|\)

Bài 4 (trang 37 SGK Vật Lí 10) :

Chọn câu khẳng định đúng. Đứng ở Trái Đất, ta sẽ thấy

A. Mặt Trời đứng yên, Trái Đất quay quanh Mặt Trời, Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.

B. Mặt Trời và Trái Đất đứng yên, Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.

C. Mặt Trời đứng yên, Trái Đất và Mặt Trăng quay quanh Mặt Trời

D. Trái Đất đứng yên, Mặt Trời và Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.

Lời giải: Chọn D.

Vì khi đứng ở Trái Đất ta đã lấy Trái Đất làm mốc nên ta sẽ quan sát thấy Mặt Trời và Mặt Trăng quay quanh Trái Đất.

Bài 5 (trang 38 SGK Vật Lí 10) :

Một chiếc thuyền buồm chạy ngược dòng sông, sau 1 giờ đi được 10 km. Một khúc gỗ trôi theo dòng sông, sau 1 phút trôi được 100/3 m. Vận tốc của thuyền buồm so với nước bằng bao nhiêu?

A. 8 km/h. B. 10 km/h. C. 12 km/h. D. Một đáp án khác.

Lời giải: Chọn C.

Gọi (1) – thuyền; (2) – nước; (3) – bờ, ta có: \({{\vec{v}}_{13}}={{\vec{v}}_{12}}+{{\vec{v}}_{23}}\Rightarrow {{v}_{13n}}={{v}_{12}}-{{v}_{23}}\)

Vận tốc của thuyền khi chuyển động ngược dòng là: \({{v}_{13n}}=\frac{10}{1}=10\,km/h.\)

Vận tốc của dòng nước là: \({{v}_{23}}=\frac{100}{3}\,m/\text{phút}=2\,km/h.\)

Vận tốc của thuyền so với nước là: \({{v}_{12}}={{v}_{13n}}+{{v}_{23}}=10+2=12\,km/h.\)

Bài 6 (trang 38 SGK Vật Lí 10) :

Một hành khách ngồi trong toa tàu H, nhìn qua cửa sổ thấy toa tàu N bên cạnh và gạch lát sân ga đều chuyển động như nhau. Hỏi toa tàu nào chạy?

A. Tàu H đứng yên, tàu N chạy. B. Tàu H chạy, tàu N đứng yên.

C. Cả hai tàu đều chạy. D. Các câu A, B, C đều không đúng.

Lời giải: ChọnB.

Gạch lát sân đang đứng yên, toa tàu N và gạch lát sân ga đều chuyển động như nhau nên toa tàu N đứng yên trên sân.

Hành khách ngồi trong toa tàu H, thấy gạch lát sân chuyển động tức là đoàn tàu H đang chuyển động so với gạch lát sân.

Bài 7 (trang 38 SGK Vật Lí 10) :

Một ô tô A chạy đều trên một đường thẳng với vận tốc 40 km/h. Một ô tô B đuổi theo ô tô A với vận tốc 60 km/h. Xác định vận tốc của ô tô B đối với ô tô A và của ô tô A đối với ô tô B.

Lời giải:

Gọi (1) – mặt đường; (2) – ô tô A; (3) – ô tô B.

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của hai xe, ta có v21 = 40 km/h; v31 = 60 km/h.

Vận tốc của ô tô A đối với ô tô B là: v23 = v21 – v13 = 40 – 60 = – 20 km/h.

Vận tốc của ô tô B đối với ô tô A là: v32 = – v23 = 20 km/h.

Bài 8 (trang 38 SGK Vật Lí 10) :

A ngồi trên một toa tàu chuyển động với vận tốc 15 km/h đang rời ga. B ngồi trên một toa tàu khác chuyển động với vận tốc 10 km/h đang vào ga. Hai đường tàu song song với nhau. Tính vận tốc của B đối với A.

Lời giải:

Gọi (1) – sân ga; (2) – A; (3) – B.

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của A, ta có v21 = 15 km/h; v31 = – 10 km/h.

Vận tốc của B đối với A là: v32 = v31 – v21 = – 10 – 15 = – 25 km/h.

Chứng tỏ vận tốc của tàu B so với tàu A có độ lớn 25 km/h và ngược chiều so với chiều chuyển động của tàu A.

 

Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 10 bài Tính tương đối của chuyển động. Công thức cộng vận tốc do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ

 

Đánh giá (312)
Khám phá kho đề thi và bài tập

Lorem ipsum dolor sit, amet consectetur adipisicing elit