Hướng dẫn tự học 3 định luật Niu-tơn

HƯỚNG DẪN TỰ HỌC 3 ĐỊNH LUẬT NIU-TƠN

I. CHUẨN KIẾN THỨC, KĨ NĂNG CẦN ĐẠT

1. Sự tương tác giữa các vật. Lực

Tác dụng tương hỗ giữa các vật gọi tắt là tương tác.

+) Lực

- Lực là đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng của vật này vào vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm cho vật biến dạng.

- Lực được mô tả bằng một vectơ

+ gốc của vectơ là điểm đặt lực.

+ phương và chiều của vectơ là phương và chiều của lực.

+ độ dài của vectơ là số đo độ lớn của lực (theo một tỉ lệ xích nhất định).

- Các lực cân bằng là các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thì không gây ra gia tốc cho vật.

- Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng vào một vật, cùng độ lớn, cùng phương và ngược chiều.

- Trong hệ đơn vị SI, đơn vị của lực là niutơn, kí hiệu là N.

2. Phép tổng hợp lực và phân tích lực

+)  Phép tổng hợp lực

- Phép tổng hợp lực là phép thay thế nhiều lực tác dụng đồng thời vào một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như tác dụng của toàn bộ các lực ấy.

- Lực thay thế này gọi là hợp lực. Các lực thay thế được gọi là các lực thành phần.  

 Quy tắc hợp lực

- Nếu hai lực đồng quy được biểu diễn về độ lớn và về hướng bằng hai cạnh của một hình bình hành vẽ từ điểm đồng quy, thì hợp lực của chúng được biểu diễn về độ lớn và về hướng bằng đường chéo của hình bình hành đó.

- Về mặt toán học, ta viết \(\vec{F} = \vec{F_{1}} + \vec{F_{2}}\)

Ta cũng có thể tìm hợp lực bằng quy tắc đa giác lực: từ điểm ngọn của vectơ \(\vec{F_{1}}\) ta vẽ nối tiếp vectơ \(\vec{F_{2}}\) song song và bằng với vectơ  \(\vec{F_{2}}\)

Vectơ hợp lực \(\vec{F}\) có gốc là gốc của \(\vec{F_{1}}\) và ngọn là ngọn của \(\vec{F_{2}}\)

 Ba vectơ đó tạo thành một tam giác lực. Khi cần tổng hợp nhiều lực đồng quy, ta cũng làm tương tự.

 Phép phân tích lực

- Phép phân tích lực là phép thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực tác dụng đồng thời và gây hiệu quả giống hệt như lực ấy.

- Phép phân tích lực làm ngược lại với phép tổng hợp lực, do đó cũng tuân theo quy tắc hình bình hành.

Chú ý: Chỉ khi biết một lực có tác dụng cụ thể theo hai phương nào thì mới phân tích lực theo hai phương ấy.

3. Khối lượng và quán tính

 Quán tính

- Quán tính là tính chất của một vật muốn bảo toàn vận tốc của mình cả về hướng lẫn độ lớn.

 Khối lượng

- Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật

Đơn vị của khối lượng trong hệ SI là kilôgam, kí hiệu là kg.

Khối lượng được đo bằng phép cân, nguyên tắc là so sánh khối lượng của một vật với khối lượng chuẩn thông qua so sánh trọng lực tác dụng lên chúng.

Tính chất của khối lượng

- Khối lượng là một đại lượng vô hướng, dương và không đổi đối với mỗi vật.

- Khối lượng có tính chất cộng: khi nhiều vật được ghép lại thành một hệ vật thì khối lượng của hệ bằng tổng khối lượng của các vật đó.

4. Các định luật Niu-tơn

 Định luật I Niu-tơn

Định luật. Nếu không chịu tác dụng của lực nào hoặc nếu chịu tác dụng của các lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.

Định luật I Niu-tơn được gọi là định luật quán tính và chuyển động thẳng đều được gọi là chuyển động theo quán tính.

 Định luật II Niu-tơn

Định luật. Gia tốc của một vật luôn cùng chiều với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của nó.

Biểu thức : \(\vec{a}=\frac{\vec{F}}{m}\)  hoặc \(\vec{F} =m\vec{a}\)

- Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng \(\vec{F_{1}},\vec{F_{2}},\vec{F_{3}}...\) thì \(\vec{F}\) là hợp của các lực đó:\(\vec{F} = \vec{F_{1}}+\vec{F_{2}}+\vec{F_{3}}...\)

Định luật III Niu-tơn

Định luật. Hai vật tương tác với nhau bằng những lực trực đối.

Biểu thức : \(\vec{F_{AB}}=-\vec{F_{BA}}\)

- Một trong hai lực tương tác giữa hai vật gọi là lực tác dụng còn lực kia gọi là  phản lực.

+ Lực và phản lực luôn luôn xuất hiện từng cặp.

+ Lực và phản lực không thể cân bằng nhau vì chúng đặt vào hai vật khác nhau.

II. TỰ LUYỆN TẬP THEO CÁC ĐỀ KIỂM TRA

Đề số 1

Câu 1. Điều nào sau đây là đúng khi nói về sự tương tác giữa các vật?

A. Tác dụng giữa các vật bao giờ cũng có tính chất hai chiều.

B. Khi một vật chuyển động có gia tốc, thì đã có lực tác dụng lên vật gây ra gia tốc ấy.

C. Khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì ngược lại, vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực.

D. Các phát biểu A, B và C đều đúng.

Câu 2. Điều nào sau đây là sai khi nói về đặc điểm của hai lực cân bằng?

A. Hai lực có cùng giá.

B. Hai lực có cùng phương.

C. Hai lực ngược chiều nhau.

D. Hai lực có cùng độ lớn.

Câu 3. Điều nào sau đây là sai về ý nghĩa tính quán tính của một vật?

A. Quán tính là tính chất của mọi vật bảo toàn vận tốc của mình khi không chịu lực nào tác dụng hoặc khi chịu tác dụng của những lực cân bằng nhau.

B. Chuyển động thẳng đều được gọi là chuyển động do quán tính.

C. Những vật có khối lượng rất nhỏ thì không có quán tính.

D. Nguyên nhân làm cho các vật chuyển động thẳng đều khi các lực tác dụng vào nó mất đi chính là tính quán tính của vật.

Câu 4. Điều nào sau đây là đúng khi nói về định luật II Niu-tơn?

A. Định luật hai Niu-tơn cho biết mối liên hệ giữa khối lượng của vật, gia tốc vật thu được và lực tác dụng lên vật.

B. Định luật hai Niu-tơn được mô tả bằng biểu thức: \(\vec{a} = \frac{\vec{F}}{m}\)

C. Định luật hai Niu-tơn khẳng định lực là nguyên nhân làm xuất hiện gia tốc của vật.

D. Các phát biểu A, B và C đều đúng.

Câu 5. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về định luật III Niu-tơn?

A. Định luật III Niu-tơn cho biết mối liên hệ về gia tốc khi các vật tương tác với nhau.

B. Nội dung định luật III Niu-tơn là: “Những lực tương tác giữa hai vật là hai lực cân bằng, nghĩa là cùng độ lớn, cùng giá nhưng ngược chiều”.

 C. Nội dung định luật III Niu-tơn là: “Những lực tương tác giữa hai vật là hai lực trực đối, nghĩa là cùng độ lớn, cùng giá nhưng ngược chiều”.

D. Định luật III Niu-tơn thể hiện mối quan hệ giữa lực tác dụng và phản lực.

Câu 6. Một chiếc xe có khối lượng m = 80kg đang chuyển động với vận tốc 27km/h thì bắt đầu hãm phanh. Biết lực hãm là 200N. Tìm quãng đường mà xe còn chạy thêm trước khi dừng hẳn.

Đáp án

Câu 1. D;    Câu 2. B;    Câu 3. C;    Câu 4. D;    Câu 5. B;

Câu 6. – Lực tác dụng lên xe khi hãm phanh: lực hãm \((\vec{F_{h}})\)

– Theo định luật II Niu-tơn: \(\vec{F_{h}}=m\vec{a}\)

– Chiếu phương trình lên hướng chuyển động: \(-F_{h} =ma\)

– Gia tốc chuyển động: \(a=-\frac{F_{h}}{m} =-\frac{200}{80}=-2,5(\frac{m}{s^{2}})\)

– Khi xe bắt đầu hãm phanh: \(v_{0}=27(\frac{km}{h})=7,5(\frac{m}{s})\)

– Khi xe dừng hẳn: v = 0

– Suy ra quãng đường xe chạy thêm:\(s=\frac{v^{2}-{v_{0}}^{2}}{2a}=\frac{0-(7,5)^{2}}{2.(-2,5)}=11,25(m)\)

Đề số 2

Câu 1. Điều nào sau đây là đúng khi nói về định luật I Niu-tơn?

1. A. Định luật I N Niu-tơn là định luật cho phép giải thích về nguyên nhân của trạng thái cân bằng của vật.
2. B. Nội dung của định luật I Niu-tơn là: “Một vật sẽ đứng yên hay chuyển động thẳng đều nếu không chịu một lực nào tác dụng, hoặc nếu các lực tác dụng vào nó cân bằng nhau”.
3. C. Định luật I Niu-tơn còn gọi là định luật quán tính.
4. D. Phát biểu A, B và C đều đúng.

Câu 2. Trường hợp nào sau đây có liên quan đến quán tính?

A. Vật rơi tự do.

B. Vật rơi trong không khí.

C. Xe ô tô đang chạy, khi tắt máy xe vẫn chuyển động tiếp một đoạn nữa rồi mới dừng hẳn.

D. Một người kéo một cái thùng gỗ trượt trên sàn nằm ngang.

Câu 3. Trường hợp nào sau đây có thể áp dụng định luật II Niu-tơn để tính gia tốc của vật?

A. Vật rơi tự do.

B. Người kéo một vật bằng dây.

C. Người đẩy một vật bằng cây gậy.

D. Cả 3 trường hợp A, B, C đều áp dụng được.

Câu 4. Điều nào sau đây là sai khi nói về lực tác dụng và phản lực?

A. Lực và phản lực luôn xuất hiện và mất đi đồng thời.

B. Lực và phản lực bao giờ cũng cùng loại.

C. Lực và phản lực luôn cùng hướng với nhau.

D. Lực và phản lực không thể cân bằng.

Câu 5. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về tính chất của khối lượng?

A. Khối lượng là đại lượng vô hướng, dương và không thay đổi đối với mỗi vật.

B. Khối lượng có tính chất cộng được.

C. Vật có khối lượng càng lớn thì mức quán tính của vật càng nhỏ và ngược lại.

D. Khối lượng đo bằng đơn vị Kg.

Câu 6. Một xe lăn chuyển động không vận tốc đầu dưới tác dụng của lực F nằm ngang, đi được quãng đường 2m trong thời gian t. Nếu đặt thêm vật khối lượng 200g lên xe thì xe chỉ đi được quãng đường 1,5m trong thời gian t. Bỏ qua ma sát. Tìm khối lượng của xe.

Đáp án

Câu 1. D;    Câu 2. C;    Câu 3. D;    Câu 4. C;    Câu 5. C;

Câu 6. Gọi khối lượng của xe lăn và của vật đặt thêm lần lượt là m, m^’. Gia tốc của xe trong hai trường hợp là a, a^’.

Vì lực F cùng chiều với chuyển động, theo định luật II Niu-tơn ta có:

F = ma = ( m + m^’ )a^’

Quãng đường xe đi trong hai trường hợp: \(s= \frac{1}{2}at^{2} ; s'=\frac{1}{2}a't^{2}\)

. Do đó \(\frac{m+m'}{m}=\frac{a}{a'}=\frac{s}{s'}\Rightarrow 1+\frac{m'}{m}=\frac{4}{3}\)

Giải phương trình ta được: \(m=\frac{s}{s-s'}.m'=0,6kg\)

Đề số 3

Câu 1: Sử dụng các cụm từ sau đây: vận tốc; gia tốc; cân bằng; trực đối.

Điền vào chỗ trống trong các câu sau:

a)  Quán tính là tính chất của mọi vật bảo toàn ………của mình khi không chịu lực nào tác dụng hoặc khi chịu tác dụng của những lực cân bằng nhau.

b) . …………của một vật tỉ lệ thuận với lực tác dụng vào vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của nó.

c) Lực và phản lực là hai lực………………..

d) Trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều gọi chung là trạng thái ………………..

e) Khi một vật thay đổi …………………..thì luôn có thể chỉ ra được những vật khác đã tác dụng lên nó.

Câu 2. Có hai quả cầu trên mặt phẳng ngang. Quả cầu I chuyển động với vận tốc 5m/s đến va chạm với quả cầu II đang nằm yên. Sau va chạm hai quả cầu cùng chuyển động theo hướng cũ của quả cầu I với vận tốc 3m/s. Tính tỉ số khối lượng của hai quả cầu.

Đáp án

Câu 1. a)  A;        b) B;  c) D;  d) C;  e) A.

Câu 2. Trong tương tác của hai quả cầu, theo định luật III Niu-tơn ta có:

 \(m_{1}\vec{a_{1}}=-m_{2}\vec{a_{2}}\)

Đặt \(\vec{v_{0}},\vec{v}\) là vận tốc trước và sau tương tác;∆t là thời gian tương tác, ta có:

 \(m_{1}.\frac{\vec{v}-\vec{v_{0}}}{\Delta t}=-m_{2}.\frac{\vec{v}}{\Delta t}\)

Trên hướng chuyển động ban đầu của quả cầu 1