BÀI 4 CHUYỂN ĐỘNG THẲNG

Mở đầu: Hai bạn đều xuất phát từ cùng một vị trí để đi đến lớp học (Hình 4.1), một bạn đi bộ và một bạn đi xe đạp. Mặc dù đi chậm hơn nhưng bạn đi bộ lại đến lớp trước bạn đi xe đạp do bạn đi xe đạp dừng lại ở hiệu sách để mua bút và tài liệu học tập. Điều này được lí giải như thế nào theo góc độ vật lí?

Đáp án chuẩn: 

Quãng đường hai bạn đi được là như nhau, nhưng bạn đi xe đạp sử dụng thời gian nhiều hơn bạn đi bộ nên bạn đi xe đạp đến lớp muộn hơn.

1. Một số khái niệm cơ bản trong chuyển động

Câu 1: Vị trí và tọa độ của một vật có phụ thuộc vào vật làm gốc không? Cho một ví dụ trong thực tiễn để minh họa cho câu Giải nhanh của em.

Đáp án chuẩn: 

Có phụ thuộc vào vật làm gốc.

Ví dụ: Từ nhà tới hiệu sách là 2 km,  hiệu sách đến trường là 1 km. Nếu chọn gốc tại nhà thì tọa độ của hiệu sách là 2 km, của trường là 3 km. Nếu chọn gốc tại hiệu sách thì tọa độ của trường là 1 km, của nhà là –2 km.

2. Tốc độ

Câu 1: Một vận động viên bơi lội người Mỹ đã từng lập kỷ lục thế giới ở nội dung bơi bướm 100m và 200m với thời gian lần lượt là 49,82 s và 111,51 s. Hãy lập luận để xác định vận động viên này bơi nhanh hơn trong trường hợp nào. (Nguồn số liệu: Giải vô địch các môn thể thao dưới nước thế giới năm 2009).

Đáp án chuẩn: 

- Trường hợp 1: v ≈ 2(m/s)

- Trường hợp 2: v ≈ 1,79(m/s)

=> Tốc độ của vận động viên trong trường hợp 1 nhanh hơn trường hợp 2 

Câu 2: Nêu một số tình huống thực tiễn chứng tỏ tốc độ trung bình không diễn tả đúng tính nhanh chậm của chuyển động.

Đáp án chuẩn: 

Một người đi xe máy từ nhà đến trường với tốc độ trung bình là 30 km/h. Nhưng trong quá trình di chuyển, 5 phút đầu tiên người đi xe đi với vận tốc là 50 km/h, sau đó đến đoạn đường trơn, người này giảm vận tốc xuống 25 km/h.

Câu 3: Trong truyện ngụ ngôn Rùa và Thỏ, tốc độ nào cho thấy Thỏ được xem là chạy nhanh hơn Rùa? Tuy nhiên, Rùa lại chiến thắng trong cuộc đua này, hãy so sánh tốc độ trung bình của Rùa và Thỏ

Đáp án chuẩn: 

 - Vận tốc tức thời.

- Tốc độ trung bình của Rùa lớn của Thỏ.

3. Vận tốc

Câu 1: Quan sát hình 4.4 và đọc hai tình huống để xác định quãng đường đi được và chiều chuyển động của hai xe trong hình 4.4a và vận động viên trong hình 4.4b sau khoảng thời gian đã xác định.

Đáp án chuẩn: 

Quãng đường đi được = Khoảng cách từ vị trí đầu đến vị trí cuối trong quá trình chuyển động.

Hình 4.4a:

+ Xe A chuyển động theo chiều dương

+ Xe B chuyển động ngược chiều dương

Hình 4.4b: Vận động viên bơi theo chiều từ trái sang phải

Câu 2: Xác định quãng đường đi được và độ dịch chuyển của hai xe trong tình huống 1 (Hình 4.4a) và vận động viên trong tình huống 2 (Hình 4.4b).

Đáp án chuẩn: 

- Hình 4.4a

+ s_A = s_B = x_B – x_A

+ Xe A: d_A = x_B – x_A

+ Xe B: d_B = x_A – x_B

- Hình 4.4b: Quãng đường và độ dịch chuyển của vận động bằng nhau và đều bằng l

Câu 3: Xét quãng đường AB dài 1000m với A là vị trí nhà của em và B là vị trí của bưu điện (Hình 4.6). Tiệm tạp hóa nằm tại vị trí C là trung điểm của AB. Nếu chọn nhà em làm gốc tọa độ và chiều dương hướng từ nhà em đến bưu điện. Hãy xác định độ dịch chuyển của em trong các trường hợp:

a) Đi từ nhà đến bưu điện.

b) Đi từ nhà đến bưu điện rồi quay về tiệm tạp hóa.

c) Đi từ nhà đến tiệm tạp hóa rồi quay về.

Đáp án chuẩn: 

a) AB.

b) AC.

c) 0.

Câu 4: Xét hai xe máy cùng xuất phát tại bưu điện trong Hình 4.6 đang chuyển động thẳng với cùng tốc độ. Thảo luận để xem xét đã đủ dữ kiện để xác định vị trí của hai xe sau một khoảng thời gian xác định hay không.

Đáp án chuẩn: 

Chưa đủ dữ kiện để xác định vị trí của hai xe, ta chưa biết là xe chuyển động theo chiều nào, có đổi chiều chuyển động hay không nên không thể xác định.

Câu 5: Xác định vận tốc trung bình và tốc độ trung bình của vận động viên trong tình huống 2 ở Hình 4.4b, biết thời gian bơi của vận động viên là t.

Đáp án chuẩn: 

Vận tốc trung bình = Tốc độ trung bình = l/t

4. Vẽ đồ thị độ dịch chuyển - thời gian

Câu 1: Dùng số liệu của hai chuyển động trong Hình 4.7 và 4.8:

a) Xác định độ dịch chuyển trong các khoảng thời gian liên tiếp bằng nhau của mỗi chuyển động.

b) Vẽ vào vở đồ thị dịch chuyển – thời gian (d – t) ứng với mỗi chuyển động

Đáp án chuẩn: 

a. Con rùa: 0,5m.

Viên bi:

b.

Câu 2: Nêu những lưu ý về dấu của độ dốc của một đường thẳng. Từ đó, hãy phân tích để suy ra được tốc độ từ độ dốc của đồ thị (d – t).

Đáp án chuẩn: 

Lưu ý: âm hoặc dương phụ thuộc vào tọa độ.

- Tính tốc độ từ độ dốc:

Câu 3: Một vật chuyển động thẳng có đồ thị (d – t) được mô tả như Hình 4.11. Hãy xác định tốc độ tức thời của vật tại các vị trí A, B và C.
Đáp án chuẩn: 

A:  2 (m/s)

B: 1,6 (m/s)

C:  0,86 (m/s)

Câu 4: Một chiếc xe đồ chơi điều khiển từ xa đang chuyển động trên một đoạn đường thẳng có độ dịch chuyển tại các thời điểm khác nhau được cho trong bảng dưới đây.

a) Hãy vẽ đồ thị độ dịch chuyển – thời gian của xe đồ chơi.

b) Hãy xác định vận tốc và tốc độ tức thời tại các thời điểm 2 s,, 6 s, 10 s và 16 s.

Đáp án chuẩn: 

a. Vẽ đồ thị

b. * Tại thời điểm 2s:

- Vận tốc tức thời là: 1 (m/s)

- Tốc độ tức thời là: 1 (m/s)

* Tại thời điểm 6s:

- Vận tốc tức thời là: 0,67 (m/s)

- Tốc độ tức thời là: 1,67 (m/s)

* Tại thời điểm 16s:

- Vận tốc tức thời là: 0,375 (m/s)

- Tốc độ tức thời là:  2,8125 (m/s)

* Tại thời điểm 10s:

- Vận tốc tức thời: 1,5m/s

- Tốc độ tức thời: 1,5m/s

Bài tập:

Câu 1: Hai xe chuyển động ngược chiều nhau trên cùng đoạn đường thẳng với các tốc độ không đổi. Lúc đầu, hai xe ở các vị trí A và B cách nhau 50km và cùng xuất phát vào lúc 8 giờ 30 phút. Xe xuất phát từ A có tốc độ 60 km/h. Chọn gốc tọa độ và chiều dương tùy ý.

a) Dựa vào định nghĩa của vận tốc, hãy lập hệ thức liên hệ giữa tọa độ và vận tốc của mỗi xe. Khi hai xe gặp nhau, có mối liên hệ nào giữa các tọa độ?

b) Cho biết hai xe gặp nhau lúc 9 giờ. Tìm vận tốc của xe xuất phát từ B.

Đáp án chuẩn: 

a) Hệ thức liên hệ: x = x₀ + v.t Với x₀ là tọa độ ban đầu của vật so với gốc tọa độ; v là tốc độ của vật.

Khi hai xe gặp nhau thì tọa độ của các xe bằng nhau.

b) 40(km/h)

Câu 2: Hình 4P.1 là đồ thị dịch chuyển – thời gian của một chất điểm chuyển động trên đường thẳng.

Hãy sắp xếp các điểm trên đồ thị theo thứ tự:

a) Vận tốc tức thời từ âm sang dương.

b) Tốc độ tức thời tăng dần.

Đáp án chuẩn: 

a) S – R – Q – P.

b) R – P – S – Q.