Đề cương ôn tập Vật Lí 10 GK2

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP GIỮA KỲ II - VẬT LÝ 10

I. TỔNG HỢP VÀ HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC

Bài 12: Chuyển động của vật trong chất lưu

1. Lực cản của chất lưu

Khi một vật chuyển động trong chất lưu (như không khí, nước…), chất lưu sẽ tác dụng lên vật một lực cản, có tác dụng chống lại sự chuyển động của vật.

Phương	Ngược với hướng chuyển động của vật.
Chiều	Luôn luôn ngược chiều với vận tốc của vật.
Độ lớn	Phụ thuộc vào các yếu tố sau: • Hình dạng của vật: Những vật có hình dạng khí động học (ví dụ: hình giọt nước, hình thoi) sẽ chịu lực cản của chất lưu nhỏ hơn so với những vật có hình dạng không khí động học (ví dụ: hình hộp, hình cầu). • Kích thước của vật: Vật có kích thước càng lớn thì lực cản sẽ càng lớn. • Tốc độ của vật: Tốc độ của vật càng lớn, lực cản sẽ càng lớn (thường thì lực cản của chất lưu sẽ tỉ lệ thuận với bình phương của tốc độ). • Bản chất của chất lưu: Chất lưu có mật độ càng lớn thì lực cản sẽ càng lớn.

Công thức:

Đối với vật thể có hình cầu và chuyển động với tốc độ nhỏ: F = kv (trong đó k là một hệ số, nó phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của vật và độ nhớt của chất lưu).

Đối với vật thể chuyển động với tốc độ lớn: F = k'v² (trong đó k' là một hệ số khác).

2. Sự rơi trong chất lưu của vật

Các lực tác dụng lên vật:

• Trọng lực (P): Luôn luôn có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống và có độ lớn không đổi (P = mg).

• Lực cản của chất lưu (Fc): Có phương ngược chiều chuyển động của vật, chiều chống lại chuyển động, độ lớn thay đổi theo tốc độ của vật.

• Lực đẩy Archimedes (FA): Có phương thẳng đứng, chiều hướng lên, và có độ lớn không đổi (FA = ρVg, trong đó ρ là khối lượng riêng của chất lưu, V là thể tích của phần chất lưu bị vật chiếm chỗ). Thông thường, trong trường hợp vật rơi trong không khí, lực đẩy Archimedes rất nhỏ so với trọng lực nên có thể bỏ qua.

Các giai đoạn của sự rơi:

1. Giai đoạn đầu (chuyển động nhanh dần): Trong giai đoạn này, trọng lực có độ lớn lớn hơn so với lực cản của chất lưu, do đó vật sẽ rơi nhanh dần.

2. Giai đoạn sau (chuyển động nhanh dần không đều): Khi vật rơi, tốc độ của nó tăng dần, dẫn đến lực cản của chất lưu cũng tăng dần. Đến một thời điểm nào đó, tổng hợp lực của trọng lực và lực cản (và lực đẩy Acsimet nếu xét đến) sẽ gần bằng không.

3. Giai đoạn cuối (chuyển động đều): Khi lực cản của chất lưu có độ lớn xấp xỉ bằng trọng lực (nếu ta bỏ qua lực đẩy Archimedes), thì vật sẽ rơi với tốc độ không đổi, tốc độ này được gọi là tốc độ giới hạn .

Tốc độ giới hạn: Là tốc độ lớn nhất mà vật có thể đạt được khi nó rơi trong một chất lưu cụ thể.

• Một vận động viên nhảy dù. Khi mới bắt đầu nhảy, người này sẽ rơi nhanh dần xuống dưới. Sau một khoảng thời gian, lực cản của không khí sẽ tăng lên, cho đến khi nó cân bằng với trọng lực thì người đó sẽ rơi đều với tốc độ giới hạn.

• Một hạt mưa rơi từ một đám mây. Ban đầu, hạt mưa sẽ rơi nhanh dần, nhưng sau đó, do lực cản của không khí, nó sẽ rơi chậm dần và cuối cùng rơi đều với tốc độ giới hạn.

Bài 14: Moment Lực. Điều Kiện Cân Bằng Của Vật

1. Moment Lực

Moment lực đối với một trục quay là một đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng làm quay của một lực và được đo bằng tích của độ lớn của lực đó với cánh tay đòn của lực.

M = F . d

• F: Độ lớn của lực tác dụng (đơn vị: N).

• d: Cánh tay đòn của lực (đơn vị: m) - là khoảng cách vuông góc tính từ trục quay cho đến đường tác dụng (giá) của lực.

Quy ước về dấu của moment lực:

• Moment lực sẽ có giá trị dương (M > 0) nếu lực có xu hướng làm cho vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

• Moment lực sẽ có giá trị âm (M < 0) nếu lực có xu hướng làm cho vật quay cùng chiều kim đồng hồ.

Một chiếc cờ lê đang được sử dụng để vặn một con ốc. Lực tác dụng lên cờ lê, cánh tay đòn là khoảng cách từ tâm ốc đến đường thẳng chứa lực.

2. Cánh Tay Đòn

Cánh tay đòn của một lực là khoảng cách vuông góc được tính từ trục quay đến giá (đường tác dụng) của lực đó.

Dùng cờ lê để vặn bu lông, cánh tay đòn chính là khoảng cách từ bu lông (trục quay) tới đường thẳng chứa lực mà tay ta tác dụng vào cờ lê.

3. Ngẫu Lực

Ngẫu lực là một hệ gồm hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật.

• Ngẫu lực không làm cho vật tịnh tiến, mà nó chỉ làm cho vật quay.

• Moment của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay (miễn là trục quay đó vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực).

M = F . d

• F: Độ lớn của mỗi lực (đơn vị: N).

• d: Khoảng cách giữa hai giá của hai lực (đơn vị: m), còn gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực.

• Khi ta vặn nắp chai nước, hai lực của hai ngón tay tác dụng là một ngẫu lực.

• Khi ta lái vô lăng ô tô, hai lực của hai bàn tay tác dụng vào vô lăng tạo thành một ngẫu lực

4. Điều Kiện Cân Bằng Của Vật Có Trục Quay Cố Định (Quy Tắc Moment Lực)

Muốn cho một vật có một trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các moment lực có xu hướng làm cho vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các moment lực có xu hướng làm cho vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

ΣM _{(cùng chiều)} = ΣM _{(ngược chiều)}

Một thanh gỗ AB đồng chất, có khối lượng 2 kg, được đặt trên một điểm tựa O. Người ta treo vào hai đầu A và B của thanh gỗ các vật có khối lượng lần lượt là m1 = 4 kg và m2 = 1 kg. Để thanh gỗ đó cân bằng, thì điểm tựa O phải được đặt cách đầu A một đoạn là bao nhiêu?

Bài 15: Năng Lượng và Công

1. Công

Công là một đại lượng vô hướng, nó đặc trưng cho quá trình truyền năng lượng giữa các vật (hoặc các hệ vật) thông qua việc tác dụng lực và làm thay đổi trạng thái chuyển động của chúng.

Công thức tổng quát: A = F . s . cosα

• F: Độ lớn của lực tác dụng (đơn vị: N).
• s: Độ dời của điểm đặt lực (đơn vị: m).
• α: Góc hợp bởi giữa vectơ lực F và vectơ độ dời s.

Các trường hợp đặc biệt:

• α = 0° (lực cùng hướng với độ dời): A = F.s (công phát động).
• 0° < α < 90° (lực hợp với độ dời một góc nhọn): A = F.s.cosα > 0 (công phát động).
• α = 90°(lực vuông góc với độ dời): A = 0 (lực không sinh công).
• 90° < α < 180°(lực hợp với độ dời một góc tù): A = F.s.cosα < 0 (công cản).
• α = 180°(lực ngược hướng với độ dời): A = -F.s (công cản).

Đơn vị: Jun (J), 1 J = 1 N.m

• Một người đẩy một thùng hàng trên mặt sàn nằm ngang, với một lực có độ lớn 50 N theo phương ngang, làm cho thùng hàng di chuyển được một quãng đường 2 m. Công thực hiện bởi lực đẩy là: A = 50 * 2 * cos(0) = 100 J.

• Một người kéo một thùng hàng trên một mặt phẳng nghiêng 30 độ so với phương ngang. Lực kéo có độ lớn 50 N theo phương song song với mặt phẳng nghiêng, và thùng hàng di chuyển được 2 m. Công thực hiện bởi lực kéo là: A = 50 * 2 * cos(0) = 100 J.

• Một vật trượt trên một mặt phẳng nằm ngang, và lực ma sát có phương ngược chiều với chuyển động của vật, có độ lớn 10 N, quãng đường vật trượt được là 5 m. Công thực hiện bởi lực ma sát là: A = 10 * 5 * cos(180) = -50 J.

Công của lực kéo khi kéo vật trên mặt phẳng nghiêng

Lực tác dụng: Ngoài trọng lực (P), phản lực (N), còn có lực kéo (Fk) và có thể có thêm lực ma sát (Fms).

Góc α:

· Nếu kéo vật lên dốc: α là góc hợp bởi Fk và hướng dốc.

· Nếu kéo xuống dốc: α cũng được xác định tương tự.

Công thức: A _(kéo) = Fk * s * cosα (s là độ dài quãng đường vật di chuyển trên mặt phẳng nghiêng)

2. Năng Lượng

Năng lượng là một đại lượng vật lý, nó đặc trưng cho khả năng có thể thực hiện công của một vật (hoặc của một hệ vật).

• Năng lượng có thể tồn tại ở dưới nhiều dạng khác nhau (ví dụ: cơ năng, nhiệt năng, điện năng, quang năng, hóa năng, năng lượng hạt nhân,…).

• Năng lượng có thể được chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, và có thể được truyền từ vật này sang vật khác.

• Năng lượng luôn luôn được bảo toàn (trong một hệ kín).

Một quả bóng được thả rơi từ trên cao xuống. Trong quá trình rơi, năng lượng thế năng của quả bóng sẽ chuyển hóa dần thành động năng của nó.

3. Công Suất

Công suất là một đại lượng, nó đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của một lực, cho biết công được thực hiện trong một đơn vị thời gian là bao nhiêu.

P = A / t

Trong đó:

• P: Công suất (đơn vị: W).

• A: Công thực hiện được (đơn vị: J).

• t: Thời gian để thực hiện công đó (đơn vị: s).

Đơn vị: Oát (W). 1 W = 1 J/s

Ý nghĩa: Công suất cho chúng ta biết được công việc đang được thực hiện nhanh hay là chậm.

• Một người A thực hiện được một công 100 J trong thời gian 10 s. Công suất của người A là: P = 100 / 10 = 10 W.

• Một người B thực hiện được một công 100 J trong thời gian 5 s. Công suất của người B là: P = 100 / 5 = 20 W. Như vậy, ta thấy người B thực hiện công nhanh hơn so với người A.

4. Hiệu Suất

Là tỉ số giữa phần năng lượng có ích thu được và tổng năng lượng cung cấp (năng lượng toàn phần)

H = (Năng lượng có ích / Năng lượng toàn phần) * 100% = (Công có ích / Công toàn phần) * 100%

Một động cơ có công suất đầu vào là 100W. Công suất có ích ở đầu ra là 80W. Hiệu suất của động cơ là H = (80/100) *100% = 80%

Bài 17: Động Năng, Thế Năng. Định Luật Bảo Toàn Cơ Năng

1. Động Năng

Động năng là một dạng năng lượng mà một vật có được là do nó đang chuyển động .

W _đ = (1/2)mv²

• m: Khối lượng của vật (đơn vị: kg).

• v: Tốc độ của vật (đơn vị: m/s).

- Động năng là một đại lượng vô hướng, và nó luôn luôn dương (hoặc bằng không).

- Động năng có tính chất tương đối (tức là nó phụ thuộc vào hệ quy chiếu).

Định lý động năng (Định lý về sự biến thiên động năng)

Độ biến thiên của động năng của một vật sẽ bằng tổng công của tất cả các ngoại lực đang tác dụng lên vật đó.

ΔW _đ = W _đ2 - W _đ1 = A

• Wđ1: Động năng ban đầu của vật.
• Wđ2: Động năng của vật ở thời điểm sau.
• A: Tổng công của tất cả các ngoại lực tác dụng lên vật.

• Ví dụ: Một vật đang trượt trên một mặt phẳng nằm ngang, và có ma sát giữa vật và mặt phẳng. Công của lực ma sát sẽ làm cho động năng của vật bị giảm đi.

2. Thế Năng

* Thế Năng Trọng Trường (Thế Năng Hấp Dẫn)

Thế năng trọng trường là một dạng năng lượng mà một vật có được là do nó có vị trí ở trong trường trọng lực (thường là trường trọng lực của Trái Đất).

W _t = mgh

• m: Khối lượng của vật (đơn vị: kg).

• g: Gia tốc trọng trường (đơn vị: m/s²).

• h: Độ cao của vật so với mốc thế năng (đơn vị: m).

Mốc thế năng: Là vị trí mà tại đó ta quy ước chọn thế năng của vật bằng không. Thông thường, người ta hay chọn mốc thế năng là tại mặt đất, tuy nhiên ta có thể chọn mốc thế năng là bất kỳ vị trí nào thuận tiện cho việc tính toán.

• Thế năng trọng trường là một đại lượng vô hướng, nó có thể có giá trị dương, âm, hoặc bằng không (tùy thuộc vào việc ta chọn mốc thế năng ở đâu).

• Thế năng trọng trường có tính chất tương đối (tức là nó phụ thuộc vào việc ta chọn mốc thế năng).

Công của trọng lực

Công của trọng lực sẽ bằng độ giảm của thế năng trọng trường.

A _{(trọng lực)} = W _t1 - W _t2 = mg(h ₁ - h₂)

• Tính chất: Công của trọng lực không phụ thuộc vào dạng đường đi của vật, mà nó chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối của đường đi.

Thế năng đàn hồi (Tham khảo): Liên quan đến lực đàn hồi của lò xo, sẽ được học kỹ hơn ở phần sau. Biểu thức: Wt = (1/2)kx².

3. Cơ Năng

Cơ năng của một vật là tổng của động năng và thế năng của vật đó.

W = W _đ + W _t

Định luật bảo toàn cơ năng:

• Điều kiện: Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng trong trường hợp vật chỉ chịu tác dụng của các lực thế (ví dụ như: trọng lực, lực đàn hồi). Nếu như có thêm các lực không thế (ví dụ: lực ma sát, lực cản của không khí) tác dụng vào vật, thì cơ năng của vật sẽ không được bảo toàn.

• Phát biểu: Trong một hệ kín (hay còn gọi là hệ cô lập) mà trong đó chỉ có các lực thế tác dụng, thì cơ năng của hệ là một đại lượng được bảo toàn (tức là nó không thay đổi theo thời gian).

• Biểu thức: W = W _đ + W _t = hằng số

· Hoặc có thể viết: Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2

• Hệ quả:

· Nếu như động năng của vật tăng lên thì thế năng của vật sẽ giảm đi, và ngược lại.

· Trong quá trình chuyển động của vật, sẽ có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng, tuy nhiên tổng của chúng (tức là cơ năng) thì luôn không đổi.

• Trường hợp vật chịu thêm lực ma sát: Khi đó, cơ năng của vật không được bảo toàn, mà nó sẽ bị giảm dần do một phần cơ năng đã chuyển hóa thành nhiệt năng.

• Ví dụ:

· Một con lắc đơn đang dao động (nếu ta bỏ qua ma sát và lực cản của không khí): Trong trường hợp này, cơ năng của con lắc sẽ được bảo toàn, và sẽ có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của nó. Ở vị trí biên (vị trí cao nhất), thế năng của con lắc sẽ đạt giá trị cực đại, còn động năng của nó sẽ bằng không. Ở vị trí cân bằng (vị trí thấp nhất), động năng của con lắc sẽ đạt giá trị cực đại, còn thế năng của nó sẽ bằng không.

II. BÀI TẬP TỰ LUẬN MINH HỌA

Ví dụ về Moment Lực: Một người đang sử dụng một chiếc cờ lê để mở một con ốc. Lực tác dụng lên trên cán cờ lê có độ lớn là 50 N, khoảng cách tính từ tâm của con ốc cho đến điểm đặt của lực là 20 cm (tức là 0,2 m). Hãy tính moment của lực này.

M = F.d = 50 N * 0.2 m = 10 Nm.

Ví dụ về công: Một thùng hàng đang được kéo đi trên một mặt sàn nằm ngang một đoạn đường dài 5 m, bằng một lực kéo có độ lớn 100 N, có phương hợp với phương ngang một góc 30 độ. Hãy tính công của lực kéo này.

A = F.s.cosα = 100 N * 5 m * cos(30°) = 433 J.

Ví dụ về Động năng và Thế năng: Một vật có khối lượng 2 kg đang được thả rơi tự do từ độ cao 10 m. Lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s². Hãy tính: a) Thế năng ban đầu của vật. b) Động năng của vật ngay khi nó chạm đất.

Chọn gốc thế năng là tại mặt đất. Wt = mgh = 2 kg * 10 m/s² * 10 m 200 J.

Áp dụng Định luật Bảo toàn Cơ năng: Wđ (khi chạm đất) = Wt (ban đầu) = 200 J.

Hoặc có thể tính: Wđ = (1/2)mv² = A = mgh.

Ví dụ về Định luật Bảo toàn Cơ năng: Một con lắc đơn có chiều dài 1 m, đang được kéo lệch ra khỏi vị trí cân bằng của nó một góc 60 độ rồi sau đó thả nhẹ cho nó dao động. Bỏ qua mọi ma sát và lực cản của không khí. Lấy gia tốc trọng trường g = 10 m/s². Hãy tính vận tốc của con lắc khi nó đi qua vị trí cân bằng.

Chọn mốc thế năng là tại vị trí cân bằng.

Cơ năng ban đầu của con lắc (tại vị trí mà nó được kéo lệch 60 độ): W = Wt = mgh = mg(l - l.cos60°) = mgl(1 - cos60°).

Cơ năng của con lắc tại vị trí cân bằng: W = Wđ = (1/2)mv².

Áp dụng Định luật Bảo toàn Cơ năng, ta có: (1/2)mv² = mgl(1 - cos60°).

Từ đó suy ra: v = √(2gl(1 - cos60°)).