Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 10 - Chuyên đề 1: Động học chất điểm

Nội dung text: Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 10 - Chuyên đề 1: Động học chất điểm

1. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 10 CHUYÊN ĐỀ I. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM MỤC LỤC CHUYÊN ĐỀ I. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM 2 CHỦ ĐỀ 1. CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU 2 CHỦ ĐỀ 2. CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU - SỰ RƠI TỰ DO 28 CHỦ ĐỀ 3. CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU 59 CHỦ ĐỀ 4. CHUYỂN ĐỘNG TRÒN BIẾN ĐỔI ĐỀU 68 CHỦ ĐỀ 5. KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ 74 BÀI TẬP LUYỆN TẬP TỔNG HỢP 78 1
2. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 10 CHUYÊN ĐỀ I. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM CHUYÊN ĐỀ I. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM CHỦ ĐỀ 1. CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU A. TÓM TẮT KIẾN THỨC I. Các khái niệm chung 1. Chất điểm: Một vật có kích thước rất nhỏ so với chiều dài quỹ đạo chuyển động của vật gọi là chất điểm. Trên hình vẽ, chất điểm được biểu diễn bằng một điểm hình học. 2. Quỹ đạo: Đường đi của một vật gọi là quỹ đạo chuyển động của vật. 3. Hệ quy chiếu - Để xác định vị trí của một vật phải chọn hệ quy chiếu. - Hệ quy chiếu bao gồm hệ tọa độ (một chiều, hai Khi đi từ Quảng Ngãi đến thành phố Hồ Chí chiều. . . ) gắn với vật mốc, đồng hồ và gốc thời gian. Minh, ô tô có thể được coi là chất điểm Hệ quy chiếu = hệ tọa độ (một chiều, hai chiều. . . ) + vật mốc + đồng hồ và gốc thời gian. 4. Thời điểm: Thời điểm là trị số chỉ một lúc nào đó theo mốc thời gian và theo đơn vị thời gian đã chọn. 5. Độ dời và đường đi - Độ dời của vật chuyển động thẳng là độ biến thiên tọa độ của vật: x = x21 − x (1.1) - Đường đi của vật là chiều dài phần quỹ đạo mà vật vạch được khi chuyển động: s. Khi chất điểm chuyển động từ điểm M đến 6. Vận tốc và tốc độ: Để biết một vật chuyển động nhanh điểm N thì: đường đi là chiều dài cung MN; hay chậm trong khoảng thời gian t người ta dùng khái vectơ độ dời là vectơ MN . niệm tốc độ và vận tốc: + Tốc độ trung bình = quãng đường vật chuyển động: thời gian vật thực hiện quãng đường. + Vận tốc trung bình = độ dời: thời gian vật thực hiện độ dời. II. Chuyển động thẳng đều 1. Định nghĩa: Chuyển động thẳng đều là chuyển động thẳng, trong đó vật thực hiện được những độ dời bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kì. 2. Vận tốc của chuyển động thẳng đều x - Vận tốc: v== const (1.2) t - Vectơ vận tốc có: + Gốc (điểm đặt) trên vật chuyển động. + Hướng trùng với hướng của chuyển động. 2
3. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 10 CHUYÊN ĐỀ I. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM + Độ dài tỉ lệ với v theo một tỉ xích chọn trước. 3. Phương trình chuyển động thẳng đều: x= x00 + v( t − t ) (1.3) với: x0 là tọa độ ban đầu (tt= 0 ) của vật; x là tọa độ của vật tại thời điểm t; v là vận tốc của vật. ♦ Chú ý - Với chuyển động thẳng đều (không đổi chiều) thì: + độ dời = quãng đường: =xS. s + độ lớn vận tốc = tốc độ: v = . tt− 0 Lúc đó: s=− v( t t0 ) - Chọn gốc thời gian t0 = 0 thì: x=+ x0 vt và s= x − x0 = v t (1.3 ) - Thường ta chỉ xét chuyển động thẳng đều không đổi chiều chuyển động. 4. Đồ thị của chuyển động thẳng đều - Đồ thị tọa độ - thời gian (xt ( )) là đường thẳng có độ dốc (hệ số góc) là v ( v 0 : đồ thị hướng lên, v 0 : đồ thị hướng xuống), với: xx− tan ==0 v t - Đồ thị vận tốc - thời gian (vt ( )) là đường thẳng song song với trục thời gian ( : đồ thị nằm trên trục thời gian, : đồ thị nằm dưới trục thời gian). Đồ thị xt− với v 0 Đồ thị vt− với v 0 ♦ Chú ý: Độ dời ( xx− 0 ) bằng diện tích hình chữ nhật có hai cạnh là v và t trên đồ thị vt− . III. Tính tương đối của chuyển động. Công thức cộng vận tốc 1. Tính tương đối của chuyển động: Chuyển động hay đứng yên đều có tính tương đối, nó phụ thuộc vào hệ quy chiếu ta chọn. Do đó tọa độ, vận tốc và quĩ đạo của vật đều có tính tương đối. 2. Công thức cộng vận tốc: Gọi: + v13 là vectơ vận tốc tuyệt đối (vận tốc của vật 1 so với vật 3). + v12 là vectơ vận tốc tương đối (vận tốc của vật 1 so với vật 2). 3
4. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 10 CHUYÊN ĐỀ I. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM + v23 là vectơ vận tốc kéo theo (vận tốc của vật 2 so với vật 3). Ta có: v13=+ v 12 v 23 (1.4) ♦ Chú ý - Ta luôn có: v12− v 23 v 13 + v 12 v 23 - Các trường hợp riêng: + v12 cùng hướng với : v13=+ v 12 v 23 . + ngược hướng với : v13=− v 12 v 23 22 + vuông góc với : v13=+ v 12 v 23 22 - Tổng quát: v13= v 12 + v 23 + 2 v 12 v 23 cos ( góc giữa các vectơ , ) B. NHỮNG CHÚ Ý KHI GIẢI BÀI TẬP VỀ KIẾN THỨC VÀ KỸ NĂNG - Cần phân biệt các khái niệm: đường đi và độ dời; tốc độ và vận tốc; thời gian và thời điểm. - Việc chọn hệ quy chiếu khi giải các bài toán động học là tùy ý nhưng phải chọn sao cho phù hợp để việc giải bài toán được đơn giản. Cụ thể, việc chọn hệ quy chiếu gồm: chọn hệ tọa độ (gốc tọa độ, trục tọa độ, chiều dương) và gốc thời gian. Sau đó, dựa vào hệ quy chiếu đã chọn xác định giá trị và dấu của các đại lượng x0 , t0 và v. - Nhiều bài toán động học có thể được giải bằng cả hai phương pháp: phương pháp đại số và phương pháp đồ thị. Việc sử dụng kỹ thuật đồ thị có thể làm cho việc giải bài toán đơn giản hơn, khi sử dụng kỹ thuật này cần chú ý: + với đồ thị tọa độ - thời gian: các vật chuyển động với cùng vận tốc thì đồ thị sẽ có cùng độ dốc (cùng hệ số góc) nên sẽ song song nhau ( 12= ) ; vật nào có vận tốc lớn hơn thì đồ thị sẽ có độ dốc (hệ số góc) lớn hơn: 12 thì vật 1 có vận tốc lớn hơn vật 2. . . . + với đồ thị vận tốc - thời gian: diện tích hình chữ nhật giới hạn bởi v và t trên đồ thị chính là độ dời (quãng đường nếu vật chuyển động không đổi chiều): s= v t . - Khi sử dụng công thức cộng vận tốc cần xác định đúng đâu là vận tốc tuyệt đối, đâu là vận tốc tương đối và đâu là vận tốc kéo theo; góc giữa vectơ vận tốc tương đối và vectơ vận tốc kéo theo để sử dụng đúng công thức cộng vận tốc cho từng bài toán cụ thể. Chú ý: vv12=− 21 và vv12= 21 . - Đối với bài toán xác định khoảng cách giữa hai vật, để tìm khoảng cách ngắn nhất giữa hai vật có thể dựa vào các tính chất sau: 2 + tính chất không âm của một bình phương: z=( a − b) 00 z = zmin = khi ab= . 4
5. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 10 CHUYÊN ĐỀ I. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM MỤC LỤC CHUYÊN ĐỀ I. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM 2 CHỦ ĐỀ 1. CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU 2 CHỦ ĐỀ 2. CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU - SỰ RƠI TỰ DO 28 CHỦ ĐỀ 3. CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU 59 CHỦ ĐỀ 4. CHUYỂN ĐỘNG TRÒN BIẾN ĐỔI ĐỀU 68 CHỦ ĐỀ 5. KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỌA ĐỘ 74 BÀI TẬP LUYỆN TẬP TỔNG HỢP 78 1