Vật lý 10 bài 2: Chuyển động thẳng đều: Phương trình, Đồ thị tọa độ thời gian

Vật lý 10 bài 2: Chuyển động thẳng đều: Phương trình, Đồ thị tọa độ thời gian. Dùng tăm tạo ra một giọt nước rất nhỏ trên mặt một bình chia độ đựng dầu ăn. Giọt nước sẽ chuyển động thẳng đều xuống phía dưới.

Vậy chuyển động thẳng đều là gì? là sao để kiểm tra xem chuyển động của giọt nước là chuyển động thẳng đều? Phương trình của chuyển động thẳng đều ra sao? đồ thị tọa độ – thời gian của chuyển động thẳng đều viết như thế nào? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Chuyển động thẳng đều

• Biểu diễn chuyển động của chất điểm trên hệ trục Ox

• Ta có:  trong đó: s = x₂ – x₁; t = t₂ – t₁

1. Tốc độ trung bình

•  Ở lớp 8 chúng ta đã biết tốc độ trung bình được tính theo công thức: 

– Trong đó:

v_tb: là tốc độ trung bình

s: là quãng đường đi học

t: là thời gian chuyển động

• Ý nghĩa: Tốc độ trung bình cho biết mức độ nhanh, chậm của chuyển động.

2. Chuyển động thẳng đều

–  Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có tốc độ trung bình như nhau trên mọi quãng đường.

3. Quãng đường đi được trong chuyển động thẳng đều

• Công thức tính quãng đường đi được của chuyển động thẳng đều (được suy ra từ công thức tính vận tốc trung bình): s = v_tb.t = v.t

⇒ Quãng đường đi được s trong chuyển động thẳng đều tỉ lệ thuận với thời gian chuyển động t.

II. Phương trình chuyển động và đồ thị tọa độ – Thời gian của chuyển động thẳng đều

1. Phương trình chuyển động thẳng đều– Xét một chất điểm M xuất phát từ một điểm A (OA = x₀) trên đường thẳng Ox, chuyển động thẳng đều theo phương Ox với tốc độ v. Chọn mốc thời gian là lúc vật bắt đầu chuyển động. Tọa độ của chất điểm sau thời gian chuyển động t sẽ là:

x = x₀ + S = x₀ + v.t

⇒ Phương trình trên chính là phương trình chuyển động thẳng đều của chất điểm M.

2. Đồ thị tọa độ – Thời gian của chuyển động thẳng đều

• Đồ thị tọa độ – thời gian (x – t) là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của tọa độ x theo thời gian t.

* Ví dụ: Một người đi xe đạp, xuất phát từ điểm A, cách gốc tọa độ O là 5km, chuyển động thẳng đều theo hướng Ox với vận tốc 10km/h.

– Phương trình chuyển động của xe đạp là: x = 5 + 10t.

a) Lập bảng (x, t)

– Dựa vào phương trình chuyển động của xe đạp ta có bảng (x, t) sau:

b) Đồ thị tọa độ – thời gian

• Đồ thị tọa độ thời gian biểu diễn sự phụ thuộc về tọa độ của vật chuyển động vào thời gian.

III. Bài tập về chuyển động thẳng đều

* Bài 1 trang 15 sgk Vật lý 10: Chuyển động thẳng đều là gì?

° Lời giải:

– Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có tốc độ trung bình như nhau trên mọi quãng đường.

* Bài 2 trang 15 sgk Vật lý 10: Nêu những đặt điểm của chuyển động thẳng đều.

° Lời giải:

– Chuyển động thẳng đều có: Qũy đạo là một đường thẳng và tốc độ trung bình trên mọi đoạn đường là như nhau.

* Bài 3 trang 15 sgk Vật lý 10: Tốc độ trung bình là gì?

° Lời giải:

– Tốc độ trung bình là đại lượng đo bằng tỉ số giữa quãng đường vật đi được và thời gian chuyển động. Tốc độ trung bình cho biết mức độ nhanh, chậm của chuyển động và được tính bằng công thức: v_tb = s/t.

* Bài 4 trang 15 sgk Vật lý 10: Viết công thức tính quãng đường đi được và phương trình chuyển động của chuyển động thẳng đều.

° Lời giải:

– Công thức tính quãng đường đi được trong chuyển động thẳng đều: S = v_tb.t = v.t

– Phương trình chuyển động thẳng đều: x = x_o + vt (với x_o: tọa độ ban đầu)

* Bài 5 trang 15 sgk Vật lý 10: Nêu cách vẽ đồ thị tọa độ – thời gian của một chuyển động thẳng đều.

° Lời giải:

– Từ phương trình chuyển động thẳng đều của vật có dạng: x = x_o + vt (với ẩn là t) nên cách vẽ đồ thị giống với đồ thị hàm số bậc nhất y = ax + b.

– Bước 1: Viết phương trình chuyển động của vật. Ví dụ: x = 2 + 5t [x (km); t(h)]

– Bước 2: Lập bảng (x,t). Như ví dụ trên ta có

– Bước 3: Vẽ đồ thị

* Bài 6 trang 15 sgk Vật lý 10: Trong chuyển động thẳng đều:

A. quãng đường đi được s tỉ lệ thuận với tốc độ v.

B. tọa độ x tỉ lệ thuận với tốc độ v.

C. tọa độ x tỉ lệ thuận với thời gian chuyển động t.

D. quãng đường đi được S tỉ lệ thuận với thời gian chuyển động t.

Chọn đáp án đúng.

° Lời giải:

¤ Đáp án đúng: D. quãng đường đi được S tỉ lệ thuận với thời gian chuyển động t.

– Trong chuyển động thẳng đều vận tốc không đổi trong suốt quá trình nên quãng đường đi được S tỉ lệ thuận với thời gian chuyển động t.

* Bài 7 trang 15 sgk Vật lý 10: Chỉ ra câu sai. Chuyển động thẳng đều có những đặc điểm sau:

A. Quỹ đạo là một đường thẳng;

B. Vật đi được những quãng đường bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau bất kì;

C. Tốc độ trung bình trên mọi quãng đường là như nhau;

D. Tốc độ không đổi từ lúc xuất phát đến lúc dừng lại.

° Lời giải:

¤ Chọn đáp án: D. Tốc độ không đổi từ lúc xuất phát đến lúc dừng lại.

– Khi xuất phát thì vận tốc tăng còn khi dừng lại thì vận tốc giảm nên tốc độ phải thay đổi.

* Bài 8 trang 15 sgk Vật lý 10: Đồ thị tọa độ – thời gian trong chuyển động thẳng của một chiếc xe có dạng như ở hình dưới. Trong khoảng thời gian nào xe chuyển động thẳng đều?

A. Chỉ trong khoảng thời gian từ 0 đến t₁.

B. Chỉ trong khoảng thời gian từ t₁ đến t₂.

C. Trong khoảng thời gian từ 0 đến t₂.

D. Không có lúc nào xe chuyển động thẳng đều.

° Lời giải:

¤ Chọn đáp án: A. Chỉ trong khoảng thời gian từ 0 đến t₁.

– Đồ thị tọa độ – thời gian của chuyển động thẳng đều là 1 đoạn thẳng. Đồ thị ứng đoạn từ t₁ đến t₂ cho thấy tọa độ x không thay đổi, tức vật đứng lại. Còn trong khoảng từ 0 đến t₁ ta thấy quãng đường và thời gian tỉ lệ thuận với nhau nên trong khoảng thời gian này xe chuyển động thẳng đều.

* Bài 9 trang 15 sgk Vật lý 10: Hai ô tô xuất phát cùng một lúc từ hai địa điểm A và B cách nhau 10 km trên một đường thẳng qua A và B, chuyển động cùng chiều từ A đến B. Tốc độ của ô tô xuất phát từ A là 60 km/h, của ô tô xuất phát từ B là 40 km/h.

a) Lấy gốc tọa độ ở A, gốc thời gian là lúc xuất phát, hãy viết công thức tính quãng đường đi được và phương trình chuyển động của hai xe.

b) Vẽ đồ thị tọa độ – thời gian của hai xe trên cùng một hệ trục (x,t).

c) Dựa vào đồ thị tọa độ – thời gian để xác định vị trí và thời điểm mà xe A đuổi kịp xe B.

° Lời giải:

a) Công thức tính quãng đường đi được của 2 xe là :

S_A = V_A.t = 60t và S_B = V_B.t = 40t.

– Phương trình chuyển động của 2 xe:

x_A = 0 + 60t và x_B = 10 + 40t

– Với S và x tính bằng km; t tính bằng giờ.

b) Vẽ đồ thị

c) Khi 2 xe gặp nhau thì tọa độ của chúng bằng nhau:

x_A = x_B ⇔ 60t = 10 + 40t

⇒ 20t = 10 ⇒ t = 0,5 h

⇒ x_A = 60.0,5 = 30 km.

– Vậy điểm gặp nhau cách gốc tọa độ A một đoạn 30 km.

– Trên đồ thị điểm gặp nhau có tọa độ (t,x ) tương ứng là (0,5;30).

* Bài 10 trang 15 sgk Vật lý 10: Một ô tô tải xuất phát từ thành phố H chuyển động thẳng đều về phía thành phố P với tốc độ 60 km/h. Khi đến thành phố D cách H 60 km thì xe dừng lại 1 giờ. Sau đó xe tiếp tục chuyển động đều về phía P với tốc độ 40 km/h. Con đường H-P coi như thẳng và dài 100 km.

a) Viết công thức tính quãng đường đi được và phương trình chuyển động của ô tô trên hai quãng đường H – D và D – P. Gốc tọa độ lấy ở H. Gốc thời gian là lúc xe xuất phát từ H.

b) Vẽ đồ thị tọa độ – thời gian của xe trên cả con đường H – P.

c) Dựa vào đồ thị, xác định thời điểm xe đến P.

d) Kiểm tra kết quả của câu c) bằng phép tính.

° Lời giải:

a) Theo bài ra: gốc tọa độ lấy ở H, gốc thời gian là lúc xe xuất phát từ H.

• Công thức tính quãng đường đi của ô tô:

– Trên quãng đường H – D: S₁ = 60t (km, h) với s₁ ≤ 60 km tương ứng t ≤ 1 h.

– Sau khi tới D thì ô tô dừng lại 1 giờ nên thời điểm ô tô xuất phát từ D đi tới P sẽ trễ 2 giờ (1 giờ đi từ H – D và 1 giờ dừng tại D) so với mốc thời gian đã chọn lúc xuất phát từ H.

Nên ta có: S₂ = 40.(t – 2) (km, h) với điều kiện t ≥ 2.

– Phương trình chuyển động của ô tô trên đoạn H-D: x₁ = 60t với x ≤ 60 km.

Trên đoạn D-P: x₂ = 60 + 40(t – 2) với x₂ ≥ 60 km, t ≥ 2h.

b) Đồ thị

c) Trên đồ thị ta xác định được thời điểm xe đến P là 3h

d) Kiểm tra bàng phép tính:

– Thời điểm ô tô đến P: 

– Vậy mất 3h để xe di chuyển từ H đến P.

Như vậy với bài viết về chuyển động thẳng đều các em cần nhớ và viết được phương trình của chuyển động thẳng đều từ đó vẽ được đồ thị tọa độ – thời gian (x,t) của chuyển động.

Bản quyền bài viết thuộc trường trung học phổ thông Sóc Trăng. Mọi hành vi sao chép đều là gian lận.
Nguồn chia sẻ: Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng (thptsoctrang.edu.vn)