Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Giải Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 10
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10
• Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 22: Lực hướng tâm và lực quán tính li tâm. Hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lực (Nâng Cao) giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Câu c1 (trang 99 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trong thí nghiệm ở hình 22.3, vectơ F_ht→ có do một vật cụ thể nào tác dụng vào A theo chiều AO không?

Lời giải:

F_ht→ không phải do một vật cụ thể nào tác dụng vào A theo chiều AO.

Mà trong trường hợp này nó là hợp lực của trọng lực P→ và lực căng dây vectơ Q→ gây ra, tức do nhiều vật cùng tạo nên.

Câu c2 (trang 99 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Lực quán tính li tâm trong hình 22.5 có thể gây ra hiện tượng gì?

Lời giải:

Lực quán tính li tâm có xu hướng làm cho vật trượt trên mặt bàn, rời xa tâm quay nếu F_q > F_ms.

Câu c3 (trang 100 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trọng lực P→ có hướng về tâm trái đất không?

Lời giải:

Tại một điểm A nằm ngoài đường xích đạo, có vĩ độ φ vật chịu tác dụng của lực hấp dẫn F_hd→ và lực quán tính li tâm F_q→ do trái đất quay quanh trục của nó.

Trọng lượng của vật là: P→= F_hd→+ F_q→

Vì F_hd→ không cùng phương F_q→ nên trọng lực P→ không hướng vào tâm Trái Đất, tuy nhiên vì F_q→ khá nhỏ nên sự lệch này là rất nhỏ.

Câu 1 (trang 102 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trọng lực, trọng lượng là gì? Khi nào xảy ra hiện tượng tăng, giảm, mất trọng lượng?

Lời giải:

Trọng lực của một vật là hợp lực của lực hấp dẫn mà Trái Đất tác dụng lên vật và lực quán tính li tâm xuất hiện do sự quay của Trái Đất quanh trục của nó:

P→= F_hd→+ F_q→

Trọng lượng là độ lớn của trọng lực.

Khi vật chịu thêm tác dụng của lực quán tính F_qt→= -m.a→ do chuyển động của hệ gây ra. Vật sẽ chịu tác dụng của một hợp lực P’→:

P’→= P→+ F_qt→

+ Trọng lượng P’ sẽ tăng nếu lực quán tính F_qt→ cùng chiều với P→, khi đó:

P’ = m.(g + a).

+ Trọng lượng P’ sẽ giảm nếu lực quán tính F_qt→ ngược chiều với P→, khi đó:

P’ = m.(g – a)

+ Nếu vật nằm trong hệ chuyển động có a→= g→ trọng lượng P’ = 0, khi đó xảy ra hiện tượng mất trọng lượng.

Câu 2 (trang 102 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Buộc dây vào quai một cái xô nhỏ đựng nước rồi cầm một đầu dây quay xô trong mặt phẳng thẳng đứng. Vì sao khi quay đủ nhanh thì ở vị trí xô lộn ngược, nước vẫn không rớt khỏi xô?

Lời giải:

Nước không rơi ra khỏi xô là do trọng lực P→ của nước cân bằng với lực quán tính li tâm F_qt→.

Câu 3 (trang 102 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trong thí nghiệm bố trí như ở hình 22.9, khi bình hình trụ được quay nhanh, ta có thể đặt một bao diêm áp vào mặt trong của bình.

– Lực nào là lực hướng tâm đặt vào bao diêm?

– Vì sao bao diêm không rơi?

Lời giải:

Khi bao diêm tham gia chuyển động tròn, nó chịu tác dụng của lực quán tính F_qt→ làm ép vật lên thành lồng, đồng thời tạo ra lực ma sát nghỉ F_msn→ cân bằng với trọng lực P→ không cho vật rơi xuống

Áp lực quán tính vectơ F_qt→ đồng thời cũng tạo ra phản lực pháp tuyến vectơ N→, lực này đóng vai trò là lực hướng tâm.

Câu 2 (trang 102 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Buộc dây vào quai một cái xô nhỏ đựng nước rồi cầm một đầu dây quay xô trong mặt phẳng thẳng đứng. Vì sao khi quay đủ nhanh thì ở vị trí xô lộn ngược, nước vẫn không rớt khỏi xô?

Lời giải:

Nước không rơi ra khỏi xô là do trọng lực P→ của nước cân bằng với lực quán tính li tâm F_qt→.

Câu 3 (trang 102 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trong thí nghiệm bố trí như ở hình 22.9, khi bình hình trụ được quay nhanh, ta có thể đặt một bao diêm áp vào mặt trong của bình.

– Lực nào là lực hướng tâm đặt vào bao diêm?

– Vì sao bao diêm không rơi?

Lời giải:

Khi bao diêm tham gia chuyển động tròn, nó chịu tác dụng của lực quán tính F_qt→ làm ép vật lên thành lồng, đồng thời tạo ra lực ma sát nghỉ F_msn→ cân bằng với trọng lực P→ không cho vật rơi xuống

Áp lực quán tính vectơ F_qt→ đồng thời cũng tạo ra phản lực pháp tuyến vectơ N→, lực này đóng vai trò là lực hướng tâm.

Bài 1 (trang 102 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Hãy chọn câu đúng.

Các nhà du hành vũ trụ trên con tàu quay quanh Trái Đất đều ở trong trạng thái mất trọng lượng là do

A. Con tàu ở rất xa Trái Đất nên lực hút của Trái Đất giảm đáng kể

B. Con tàu ở vào vùng mà lực hút của Trái Đất và lực hút của Mặt Trăng cân bằng nhau

C. Con tàu đã thoát ra khỏi khí quyển của Trái Đất

D. Các nhà du hành và con tàu cùng “rơi” về Trái Đất với gia tốc g nên không còn lực của người đè vào sàn tàu.

Lời giải:

Đáp án: D

Các nhà du hành và con tàu chịu tác dụng của lực hấp dẫn và lực quán tính cân bằng nhau:

P→= F_hd→+ F_qt→= m.a→– m.a→= 0

Bài 2 (trang 102 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trong thí nghiệm ở hình 22.3, dây dài 0,5m. Hãy tính số vòng quay trong 1s để dây lệch đi góc α = 60^o so với phương thẳng đứng.

Lời giải:

Từ hình vẽ F_ht = P.tanα = m.g.tanα     (1)

Tam giác vuông OIA:

OA = IA.sinα hay R = l.sinα

→ F_ht = m.(2π.n)².l.sinα     (2)

Từ (1) và (2) ta được:

g.tanα = (2π.n)².l.sinα

Bài 3 (trang 103 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một ô tô khối lượng m = 1200kg (coi là chất điểm), chuyển động với vận tốc 36km/h trên chiếc cầu vồng nên coi như cung tròn có bán kính R = 50m (hình 22.10). Tính áp lực của ô tô vào mặt cầu tại thời điểm cao nhất? Nếu cầu võng xuống (các số liệu vẫn giữ như trên) thì áp lực của ô tô vào mặt cầu tại điểm thấp nhất là bao nhiêu? So sánh hai đáp số và nhận xét.

Lời giải:

Cách 1:

– Xét hệ quy chiếu gắn với mặt đất (HQC quán tính)

P→+ N→= F_ht→= m.a_ht→

Chiếu biểu thức vectơ lên chiều dương (hình vẽ), ta được:

F_ht = -N + P

Cách 2: Xét trong hệ quy chiếu phi quán tính (gắn với ô tô). Trong hệ quy chiếu này ô tô chịu tác dụng của lực quán tính F_qt→.

Khi đó ta có: P→+ N→+ F_qt→= 0 (1)

Vì a_ht→ hướng vào tâm O nên F_qt→ hướng ra xa tâm O. Chiếu (1) lên chiều dương hướng vào tâm O ta được:

P – N – F_qt = 0 → N = m.(g – v²/R) = 9360N

Nếu cầu võng xuống thì ở chỗ thấp nhất ta có:

Xét hệ quy chiếu gắn với mặt đất (HQC quán tính):

P→+ N→= F_ht→= m.a_ht→

Chiếu biểu thức vectơ lên chiều dương (hình vẽ), ta được:

F_ht = N – P

Vậy:

+ Trường hợp cầu vồng, khi qua chỗ cao nhất, áp lực của ô tô lên cầu nhỏ hơn trọng lực của nó.

+ Trường hợp cầu võng, khi qua vị trí thấp nhất, áp lực của ô tô lên cầu lớn hơn trọng lực của nó.

Bài 4 (trang 103 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Trong thí nghiệm ở hình 22.4, nếu hệ số ma sát nghỉ giữa vật và mặt bàn là 0,25 và tốc độ góc của bàn là 3 rad/s thì có thể đặt ở vùng nào trên mặt bàn để nó không bị trượt đi?

Lời giải:

Để vật không bị trượt trên mặt bàn khi bàn quay tròn thì:

F_qt ≤ F_{msn max} ⇔ m.ω².R ≤ μmg

Vậy phải đặt vật trên mặt bàn, trong phạm vi một hình tròn có tâm nằm trên trục quay có bán kính 0,272m