Giải SGK Vật Lí 10 Bài 15 (Kết nối tri thức): Định luật 2 Newton

Giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 15: Định luật 2 Newton

Video bài giảng Định luật 2 Newton – Kết nối tri thức

Giải vật lí 10 trang 64 Tập 1 Kết nối tri thức

I. Định luật 2 Newton

II. Khối lượng và quán tính

Câu hỏi 1 trang 64 Vật Lí 10: Nêu một số ví dụ cho thấy khối lượng của vật càng lớn thì mức quán tính của vật càng lớn. Điều này có ý nghĩa gì trong thực tiễn?

Phương pháp giải:

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

Trả lời:

– Ví dụ:

+ Một người sử dụng cùng một lực để đẩy một thùng giấy vụn sẽ đẩy nhanh hơn so với khi đẩy một thùng gạo, do khối lượng của thùng gạo lớn hơn khối lượng của thùng giấy vụn, làm khó thay đổi vận tốc hơn.

+ Ô tô tải rất nặng so với xe máy hay ô tô con nên có mức quán tính lớn hơn rất nhiều. Ở cùng trạng thái bắt đầu chuyển động thì ô tô tải cần nhiều thời gian hơn mới đạt vận tốc lớn.

=> Khối lượng của vật càng lớn thì mức quán tính của vật càng lớn.

– Ý nghĩa trong thực tiễn:

Cho phép ta so sánh được khối lượng của những vật làm bằng các chất khác nhau. Chúng sẽ có khối lượng bằng nhau nếu như dưới tác dụng của hợp lực như nhau, chúng có gia tốc như nhau.

Câu hỏi 2 trang 64 Vật Lí 10: Cho đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa các lực tác dụng lên một vật và gia tốc gây ra tương ứng (Hình 15.1). Khối lượng của vật là:

A. 1,0 kg                     B. 2,0 kg

C. 0,5 kg                     D. 1,5 kg

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $a=\frac{F}{m}$

Trả lời:

Từ đồ thị ta thấy:

Khi F = 0,5 N thì a = 1,0 m/s2 suy ra khối lượng của vật là:

$a=\frac{F}{m}\Rightarrow m=\frac{F}{a}=\frac{0,5}{1}=0,5\left(kg\right)$

Chọn C

III. Thí nghiệm minh hoạ định luật 2 Newton

Hoạt động trang 64 Vật Lí 10: Thí nghiệm được thiết lập như Hình 15.2

Kết quả thí nghiệm ghi trong bảng 15.1

Thảo luận:

a) Dựa vào số liệu trong Bảng 15.1, hãy vẽ đồ thị sự phụ thuộc của gia tốc a:

– Vào F (ứng với m + M = 0,5 kg), (Hình 15.3a). Đồ thị có phải là đường thẳng không? Tại sao?

– Vào $\frac{1}{m+M}$ (ứng với F = 1 N), (Hình 15.3b). Đồ thị có phải là đường thẳng không? Tại sao?

b) Nêu kết luận về sự phụ thuộc của gia tốc vào độ lớn của lực tác dụng và khối lượng của vật.

Phương pháp giải:

Dựa vào bảng số liệu để vẽ đồ thị

Trả lời:

a)

– a phụ thuộc vào F (m + M = 0, 5kg)

Ta có: 

+ Khi F = 1 N, a = 1,99 m/s2 thì $\frac{F}{a}=\frac{1}{1,99}\approx 0,5$

+ Khi F = 2 N, a = 4,03 m/s2 thì $\frac{F}{a}=\frac{2}{4,03}\approx 0,5$

+ Khi F = 3 N, a = 5,67 m/s2 thì $\frac{F}{a}=\frac{3}{5,67}\approx 0,5$

=> Tỉ số $\frac{F}{a}$ không đổi nên đồ thị sự phụ thuộc của gia tốc a vào F là một đường thẳng

– a phụ thuộc vào $\frac{1}{m+M}$ (ứng với F = 1 N)

Ta có:

+ Khi a = 3,31 m/s2 , $\frac{1}{M+m}=\frac{10}{3}$ thì a. (M + m) = 1

+ Khi a = 2,44 m/s2 , $\frac{1}{M+m}=2,5$ thì a. (M + m) = 1

+ Khi a = 1,99 m/s2 , $\frac{1}{M+m}=2$ thì a. (M + m) = 1

=> Tỉ số $\frac{a}{\frac{1}{M+m}}=a.(M+m)$ không đổi nên đồ thị sự phụ thuộc của gia tốc a vào $\frac{1}{M+m}$ là một đường thẳng.

b) Ta có:

+ Khi (m + M) không đổi, F tăng thì a cũng tăng => Gia tốc a tỉ lệ thuận với lực F

+ Khi F không đổi, a giảm thì (m+M) tăng => Gia tốc a tỉ lệ nghịch với khối lượng

=> Kết luận: Gia tốc tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng.

Giải vật lí 10 trang 66 Tập 1 Kết nối tri thức

Câu hỏi 1 trang 66 Vật Lí 10: Trong các cách viết hệ thức của định luật 2 Newton sau đây, cách viết nào đúng?

A. $\overrightarrow{F}=m.a$                   

B. $\overrightarrow{F}=-m.\overrightarrow{a}$

C. $\overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$             

D. $-\overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

Trả lời:

Ta có: biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

$\Rightarrow \overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$

Suy ra cách viết đúng là C.

Câu hỏi 2 trang 66 Vật Lí 10: Một quả bóng khối lượng 0,5 kg đang nằm trên mặt đất. Một cầu thủ đá bóng với một lực 250 N. Thời gian chân tác dụng vào bóng là 0,02 s. Quả bóng bay đi với tốc độ:

A. 0,01 m/s                  B. 0,10 m/s

C. 2,50 m/s                  D. 10,00 m/s

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

+ Sử dụng công thức vận tốc: $v=v_0+at$

Trả lời:

Theo bài ra, ta có: $\{\begin{array}{l}m=0,5kg;v_0=0\left(m/s\right)\\ F=250N\\ t=0,020\mathrm{s}\end{array}$

Áp dụng định luật 2 Newton, gia tốc của chuyển động là:

$a=\frac{F}{m}=\frac{250}{0,5}=500\left(m/s^2\right)$

Quả bóng bay đi với tốc độ là:

$v=v_0+at=0+500.0,020=10\left(m/s\right)$

Chọn D

Câu hỏi 3 trang 66 Vật Lí 10: Dưới tác dụng của hợp lực 20 N, một chiếc xe đồ chơi chuyển động với gia tốc $0,4m/s^2$. Dưới tác dụng của hợp lực 50 N, chiếc xe sẽ chuyển động với gia tốc bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

Trả lời:

Khối lượng của chiếc xe là:

$m=\frac{F}{a}=\frac{20}{0,4}=50\left(kg\right)$

Dưới tác dụng của hợp lực 50 N, chiếc xe sẽ chuyển động với gia tốc là:

$a=\frac{F}{m}=\frac{50}{50}=1\left(m/s^2\right)$

Vậy dưới tác dụng của hợp lực 50 N, chiếc xe sẽ chuyển động với gia tốc là $1m/s^2$.

Câu hỏi 4 trang 66 Vật Lí 10: Tại sao máy bay khối lượng càng lớn thì đường băng phải càng dài?

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức định luật 2 Newton: $\overrightarrow{a}=\frac{\overrightarrow{F}}{m}$

+ Sử dụng công thức vận tốc: $v=v_0+at$

Trả lời:

Máy bay khối lượng càng lớn thì đường băng phải càng dài vì máy bay càng nặng thì mức quán tính càng lớn, do vậy càng khó thay đổi vận tốc nên đường băng cần phải dài để máy bay đạt được vận tốc cất cánh.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 14: Định luật 1 Newton

Bài 16: Định luật 3 Newton

Bài 17: Trọng lực và lực căng

Bài 18: Lực ma sát

Lý thuyết Định luật II Newton

I. Định luật II Newton

– Mối quan hệ giữa ba đại lượng: gia tốc, lực và khối lượng đã được Newton khái quát trong một phương trình vectơ, gọi là định luật II Newton.

– Nội dung định luật II Newton: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

$\overrightarrow{\mathrm{a}}=\frac{\overrightarrow{\mathrm{F}}}{\mathrm{m}}$

Về mặt Toán học, định luật II Newton có thể viết là: $\overrightarrow{\mathrm{F}}=\mathrm{m}.\overrightarrow{\mathrm{a}}$

Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_1}$,$\overrightarrow{{\mathrm{F}}_2}$,$\overrightarrow{{\mathrm{F}}_3}$…….thì $\overrightarrow{\mathrm{F}}$ là hợp lực của các lực đó:

$\overrightarrow{\text{F}}=\overrightarrow{{\text{F}}_{\text{1}}}\text{ + }\overrightarrow{{\text{F}}_{\text{2}}}\text{ +}\overrightarrow{{\text{ F}}_{\text{3}}}\text{+ }...$

II. Khối lượng và quán tính

– Ngoài cách hiểu khối lượng là một đại lượng dùng để chỉ lượng chất chứa trong vật, định luật II Newton còn cho ta một cách hiểu mới về khối lượng.

– Khối lượng của vật là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật. Vật có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, càng có mức quán tính lớn hơn.

Xe chở cát có quán tính lớn hơn xe máy vì khối lượng lớn hơn nhiều