Bài tập vật lí phổ thông (Phần 1)

Chương 1

CƠ HỌC

1. Chuyển động thẳng đều

Khi giải những bài toán ở phần này và phần 2 và 3, cái đặc biệt lưu ý là những quy tắc chung tổng hợp và phân tích chuyển động cũng như bản chất vector của các đại lượng động học căn bản (vận tốc và gia tốc). Những bài toán như vậy đôi khi khó giải, nhất là trong trường hợp chuyển động cong hoặc chuyển động tương đối của hai vật (ví dụ, chuyển động của một quả bóng đang rơi xuống đất so với chuyển động của một quả bóng được ném lên thẳng đứng).

Những khó khăn này chỉ có thể được giải quyết bằng cách xét riêng những thành phần của chuyển động một cách độc lập và sử dụng các quy tắc tổng hợp và phân tích vector cho đúng. Nhiều khó khăn có thể giải quyết được nếu có một hướng tiếp cận chung hợp lí để giải những bài toán về chuyển động cong.

Đa số các bài giải ở phần 3 được trù liệu để cho thấy làm thế nào việc phân tích đúng chuyển động thành các thành phần có thể biến một bài toán phức tạp về chuyển động cong thành một bài toán đơn giản, quen thuộc liên quan đến hai chuyển động thẳng độc lập.

Khi xét một chuyển động biến đổi đều, ta cần khai thác ý nghĩa vật lí đúng của các phương trình đường đi và vận tốc của chuyển động này một cách chính xác. Chẳng hạn, khi giải những bài toán về chuyển động của một vật bị ném trong không khí, học sinh thường ngắt quãng bài toán thành hai giai đoạn độc lập, trước tiên xét chuyển động đi lên chậm dần đều cho đến khi vật dừng lại, rồi đến chuyển động đi xuống nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ.

Phương pháp này có thể mang lại bài giải tương đối đơn giản khi chỉ có một vật đang chuyển động, nhưng có thể khó áp dụng khi bài toán mô tả chuyển động đồng thời của vài ba vật (ví dụ, bài tập 31 và 35 trong đó hai vật được ném lên trước sau gặp nhau trong không khí). Cách tiếp cận này bỏ qua thực tế là phương trình S = v0t – at2/2 là biểu thức đường đi-thời gian tổng quát cho chuyển động biến đổi đều trong đó vật chuyển động chậm dần cho đến thời điểm t = v0/a (thời điểm khi thành phần hướng của vận tốc biến đổi), và với chuyển động nhanh dần sau thời điểm này.

Ở phần 2 và 3, ta nên lưu ý ý nghĩa của phương trình S = v0t – at2/2 dùng khi giải các bài toán và những dạng thức đơn giản đi cùng được sử dụng trong bài giải.

Một số khó khăn lớn phát sinh bởi vì biểu thức tổng quát đã không được áp dụng. Đôi khi học sinh không mấy quan tâm khi chỉ rõ điểm bắt đầu của chuyển động và độ dời của các vật. Sau đó, các em cố tránh đi từ những phương trình căn bản trong trường hợp tổng quát và cố gắng viết ra các công thức toán học cho những đại lượng chưa biết. Khi giải những bài toán bao hàm chuyển động của một vài vật bị ném ở những thời điểm khác nhau hoặc từ những độ cao khác nhau, các em lại gán những điểm xuất phát khác nhau cho đường đi và thời gian của mỗi vật. Các liên hệ giữa các chuyển động riêng, cái cần thiết trong tiến trình giải, chỉ được xác định vào lúc cuối bằng những phép tính hiệu chỉnh bổ sung và thường là rối rắm. Phương pháp này dẫn tới những phức tạp không cần thiết, thậm chí khi giải những bài toán rất đơn giản.

Đa số các bài tập ở phần 1-3 được trù liệu để cho thấy một lần nữa các quy tắc cơ bản trong việc chọn gốc thời gian và đường đi chung cho tất cả các vật được xét tới trong bài toán.

Cái nên lưu ý trong những bài tập này là các biểu thức tổng quát, trật tự trong đó các phương trình cơ bản được suy luận ra và phương pháp khai thác số liệu đã biết cho một số điểm trên đường đi để thu được các phương trình toán học.

Nhiều bài tập ở phần 1-3 có thể được giải bằng đồ thị. Vì khả năng áp dụng và hiểu đồ thị là rất quan trọng, nên học sinh cần cố gắng giải các bài toán bằng đồ thị ngay cả khi đề bài không nêu yêu cầu.

Sức cản của không khí được bỏ qua trong tất cả các bài tập liên quan đến động học, trừ những trường hợp đề bài đã nêu rõ.

1. Có hai người, một người đang ở trong nhà hát opera và người kia ngồi tại nhà bên cạnh chiếc đài radio, đang nghe cùng một bài hát.

(1) Khoảng cách từ dàn nhạc đến người ngồi trong nhà hát phải bằng bao nhiêu để những âm thanh đầu tiên của khúc dạo đầu được nghe cùng lúc với người nghe radio, biết rằng người nghe đài ở cách nhà hát opera 7.500 km.

(2) Khoảng cách từ radio đến người nghe đài phải bằng bao nhiêu để anh ta nghe thấy âm thanh đồng thời với người ở trong nhà hát opera, khi người đó ngồi cách dàn nhạc 30 m?

Giả sử microphone đặt ngay chỗ dàn nhạc. Vận tốc của âm thanh là 340 m/s. Vận tốc truyền sóng radio là 3 × 1010 cm/s.

2. Khoảng cách giữa hai thị trấn MK là 250 km. Hai chiếc xe hơi khởi hành cùng lúc từ hai thị trấn và đi về phía nhau. Xe đi từ M có tốc độ v1 = 60 km/h và xe đi từ K có tốc độ v2 = 40 km/h.

Vẽ đồ thị đường đi theo thời gian cho mỗi xe và sử dụng chúng để xác định nơi hai xe sẽ gặp nhau và thời gian sẽ trôi qua trước khi chúng gặp nhau.

3. Cứ mỗi 10 phút có một xe khởi hành từ A đi về phía B. Khoảng cách giữa AB là 60 km. Các xe chuyển động với tốc độ 60 km/h.

Vẽ đồ thị đường đi theo thời gian cho các xe. Sử dụng những đồ thị này để tìm số lượng xe mà một người lái từ B đến A sẽ gặp trên đường đi nếu anh ta khởi hành từ B đồng thời với một trong các xe rời khỏi A. Xe đi từ B có tốc độ 60 km/h.

4. Một khẩu súng chống tăng bắn ra một viên đạn thẳng về phía xe tăng. Đồng đội quan sát thấy đạn nổ sau thời gian t1 = 0,6 s và nghe thấy âm thanh sau khi súng khai hỏa thời gian t2 = 2,1 s.

Khoảng cách giữa súng và xe tăng là bao nhiêu? Vận tốc theo phương ngang của đạn pháo là bao nhiêu? Biết vận tốc của âm thanh là 340 m/s. Bỏ qua sức cản của không khí.

5. Một hành khách ngồi bên cạnh cửa sổ của một đoàn tàu đang chạy ở tốc độ v1 = 54 km/h sẽ nhìn thấy một đoàn tàu đang chạy theo hướng ngược lại với tốc độ v2 = 36 km/h đi qua trong thời gian bao lâu, biết rằng đoàn tàu kia có chiều dài l = 150 m?

___________

ĐÁP SỐ VÀ GIẢI

1. (1) ở khoảng cách 8,5 m; (2) ở khoảng cách 21,5 m.

Giải. Thời gian truyền của âm thanh đến người ở trong nhà hát opera là t1 = S1/v trong đó S1 là khoảng cách đến sân khấu và v là vận tốc của âm thanh.

Thời gian truyền của sóng radio đến người nghe đài là t2 = S2/c trong đó S2 là khoảng cách từ nhà hát opera đến máy thu radio và c là vận tốc truyền của sóng radio.

Nếu người nghe đài và người ở trong nhà hát nghe thấy âm thanh cùng một lúc, thì t1 = t2S1/v = S2/c, hay S1 = S2.v/c.

(2) S4 = S3S2.v/c trong đó S3 = 30 m và S4 là khoảng cách từ người nghe đài đến máy thu radio.

2. Hai xe sẽ gặp nhau sau 2,5 h tại nơi cách M 150 km. (Hình 184)

Hình 184

3. 11 xe (Hình 185).

Giải. Giả sử người đó rời B một giờ sau khi tất cả các xe kia đã chạy. Chuyển động của xe anh ta được miêu tả bởi đường thẳng BC. Các đường thẳng 2, 3, 4,... biểu diễn chuyển động của các xe đi từ A trong 50, 40, 30,... phút trước khi người đi từ B khởi hành.

Các đường thẳng 8, 9, 10,... biểu diễn chuyển động của các xe rời khỏi A sau 10, 20, 30,... phút sau khi người đi từ B đã khởi hành. Rõ ràng số lượng xe mà người đó gặp trên đường đi bằng số giao điểm với đường thẳng BC.

Hình 185

4. S = 510 m; u = 850 m/s.

Giải. Vì tốc độ của ánh sáng gấp nhiều lần tốc độ của âm thanh trong không khí, nên có thể xem t1 là bằng thời gian bay của viên đạn và t2 là tổng thời gian bay của viên đạn và thời gian truyền của âm thanh từ nơi viên đạn nổ đến súng. Vì vậy, thời gian truyền của âm thanh sẽ là t2 – t1 và tầm xa của viên đạn S = v(t2 – t1), trong đó v là vận tốc của âm thanh, và vận tốc của viên đạn là u = S/t1 = v(t2 – t1)/t1.

5. t = 6 s.

Giải. So với người hành khách, đoàn tàu thứ hai sẽ chuyển động với tốc độ v = v1 + v2. Với chuyển động này, đoàn tàu đến sẽ đi hết quãng đường bằng chiều dài của nó trong thời gian t = l / (v1 + v2).

Bài tập vật lí phổ thông
V. Zubov và V. Shalnov
Trần Nghiêm dịch (theo bản tiếng Anh in năm 1974)
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 60)
11/11/2019
Định luật Coulomb về Tĩnh điện 1785 Charles-Augustin Coulomb (1736–1806) “Chúng ta gọi ngọn lửa của đám mây đen ấy là
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 59)
11/11/2019
Lỗ đen 1783 John Michell (1724-1793), Karl Schwarzschild (1873-1916), John Archibald Wheeler (1911-2008), Stephen William Hawking (1942-2018) Các nhà
Chuyển động của các hành tinh đặt ra giới hạn mới lên khối lượng graviton
11/11/2019
Có thể dùng chuyển động của các hành tinh để đưa ra ước tính tốt nhất cho giới hạn trên của khối lượng graviton – một
Đi tìm nguồn gốc của khái niệm du hành thời gian
10/11/2019
Giấc mơ du hành xuyên thời gian vốn đã xưa cũ và ở đâu cũng có. Thế nhưng niềm hứng khởi của con người đối với sự du
Thorium decahydride siêu dẫn ở 161 K
09/11/2019
Một nhóm nhà khoa học, dưới sự chỉ đạo của Artem Oganov ở Skoltech và Viện Vật lí và Công nghệ Moscow, và Ivan Troyan ở Viện
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 92)
09/11/2019
Các kiểu máy tính lượng tử Các nhà vật lí đang phát triển máy tính lượng tử không kì vọng chế tạo được ngay một mẫu
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 91)
09/11/2019
Điện toán lượng tử Máy tính lượng tử hứa hẹn làm thay đổi thế giới theo những cách mà chúng ta không thể hình dung nổi.
Định luật Coulomb về tĩnh điện (Phần 2)
08/11/2019
Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806), nhà vật lí Pháp nổi tiếng với định luật mô tả lực tương tác giữa hai điện tích

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com