Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.
1Công thức và phương pháp
Động học
Vận tốc
v = v0 + a·t
Độ dời
s = v0·t + ½·a·t²
Không có thời gian
v² = v0² + 2·a·s
Đơn vị
1 m/s = 3,6 km/h
Phương pháp
Liệt kê những gì bạn biết: v₀, v, a, t và s, kèm đơn vị.
Chọn phương trình chứa ba đại lượng đã biết và ẩn số.
Chọn một chiều dương và gán dấu trừ cho các đại lượng ngược chiều.
Giải và kiểm tra xem đáp án có hợp lý về mặt vật lý không.
Các định luật Newton
Định luật hai
ΣF = m·a
Trọng lượng
W = m·g
Ma sát trượt
Ff = μ·N
Trên mặt dốc
dọc theo: m·g·sin θ, pháp tuyến: m·g·cos θ
Phương pháp
Vẽ sơ đồ vật thể tự do với mọi lực tác dụng lên vật.
Chọn một chiều dương dọc theo chuyển động.
Phân tích các lực thành thành phần dọc và vuông góc với chuyển động (trên mặt dốc: m·g·sin θ dọc theo, m·g·cos θ vuông góc vào mặt dốc).
Áp dụng ΣF = m·a dọc theo chuyển động; ma sát là μ·N ngược chiều chuyển động.
Chuyển động ném
Các thành phần
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Vị trí
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Độ cao cực đại
H = h + vy²/(2g)
Tầm xa (mặt đất bằng phẳng)
R = v0²·sin 2θ/g
Phương pháp
Phân tích vận tốc ban đầu thành các thành phần: vx = v₀·cos θ và vy = v₀·sin θ.
Chuyển động ngang có tốc độ không đổi; chuyển động thẳng đứng có gia tốc −g.
Tìm thời gian bay từ chuyển động thẳng đứng.
Dùng thời gian đó trong chuyển động ngang để tìm tầm xa.
Chuyển động tròn
Gia tốc hướng tâm
a = v²/r = ω²·r
Lực hướng tâm
F = m·v²/r
Tốc độ góc
ω = v/r = 2π/T
Đường cong phẳng, ma sát
vmax = √(μ·g·r)
Công và năng lượng
Động năng
Ek = ½mv²
Thế năng
Ep = mgh
Cân bằng năng lượng
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Công của lực ma sát
W = μ·N·d
Công suất
P = W/t
Động lượng và va chạm
Động lượng
p = m·v
Bảo toàn
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Va chạm hoàn toàn không đàn hồi
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Xung lượng
J = F·Δt = m·Δv
Phương pháp
Chọn một chiều dương và gán dấu cho từng vận tốc.
Viết tổng động lượng trước va chạm: Σm·v.
Với va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật chuyển động cùng nhau sau đó; với va chạm đàn hồi, động năng cũng được bảo toàn.
Cho động lượng trước bằng động lượng sau và giải.
Lò xo và con lắc
Vật nặng trên lò xo
T = 2π·√(m/k)
Con lắc
T = 2π·√(L/g)
Tần số góc
ω = √(k/m) = 2π/T
Tốc độ và gia tốc cực đại
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Năng lượng
E = ½·k·A²
Sóng, âm thanh & quang học
Tốc độ sóng
v = fλ, T = 1/f
Dây
v = √(T/μ), μ = m/L
Mức âm
β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
Nguồn điểm
I = P/(4πr²)
Sóng dừng
dây hoặc ống hở fn = n·v/(2L); ống kín fn = n·v/(4L), n lẻ
Hiệu ứng Doppler
f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
Chiết suất
n = c/v, λ = λ0/n
Định luật Snell
n1sin θ1 = n2sin θ2
Góc tới hạn
sin θc = n2/n1
Sợi quang
NA = sin θa = √(n1² − n2²)
Thấu kính và gương
1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
Hai khe
d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
Cách tử
d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
Khe đơn
a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a
Phương pháp
Hãy nhận ra loại bài toán: tốc độ sóng, mức âm, sóng dừng, Doppler, khúc xạ, thấu kính hay gương, hoặc giao thoa.
Hãy viết hệ thức trước: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) hoặc n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
Hãy đổi đơn vị: nm, mm và cm sang m, và kiểm tra xem các góc có được đo từ pháp tuyến không.
Hãy kiểm tra dấu và tính hợp lý: ảnh ảo có dᵢ < 0, nguồn đang lại gần nghe cao hơn, ống kín chỉ có các họa âm bậc lẻ.
2Bài tập
1.Động họcTrung bình
Một chiếc ô tô chạy với vận tốc 36 km/h phanh với gia tốc chậm dần không đổi 4 m/s² cho đến khi dừng. Tìm quãng đường phanh s.
v₀ = 36 km/ha = −4 m/s²v = 0
s = m
2.Động họcKhó
Quả bóng A được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 45 m. Cùng lúc đó quả bóng B được ném thẳng lên từ mặt đất ngay bên dưới với tốc độ 22 m/s. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Khi nào hai quả bóng gặp nhau? Tìm t.
H = 45 mv0B = 22 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Các định luật NewtonTrung bình
Một xe trượt 5 kg được kéo trên tuyết bằng phẳng bằng một sợi dây hợp góc 25° phía trên phương ngang với lực 30 N. Hệ số ma sát trượt là 0,4. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của xe trượt.
m = 5 kgF = 30 Nθ = 25°μ = 0,4g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Các định luật NewtonKhó
Một khối 2 kg trên dốc nghiêng 25° được nối bằng một sợi dây nhẹ qua một ròng rọc không ma sát ở đỉnh dốc với một vật treo 2,5 kg. Vật treo đi xuống. Hệ số ma sát trượt giữa khối và dốc là 0,1. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của hệ.
m1 = 2 kgm2 = 2,5 kgθ = 25°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Chuyển động némTrung bình
Một quả bóng được đá từ mặt đất bằng phẳng với tốc độ 30 m/s và hợp góc 65° so với phương ngang về phía một bức tường cách 21 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Quả bóng đi qua bức tường ở độ cao y nào?
v₀ = 30 m/sθ = 65°x = 21 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Chuyển động némKhó
Một quả bóng được phóng với tốc độ 22 m/s và hợp góc 20° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 5 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Nó chạm đất theo góc α nào so với phương ngang, nghiêng xuống dưới?
v₀ = 22 m/sθ = 20°h = 5 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Chuyển động trònTrung bình
Một chiếc ô tô đi qua khúc cua phẳng bán kính 40 m. Hệ số ma sát nghỉ giữa lốp và mặt đường là 0,7. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ lớn nhất vmax mà ô tô có thể vào cua mà không bị trượt.
r = 40 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Chuyển động trònKhó
Một quả cầu 0,8 kg trên sợi dây nhẹ dài 1 m được quay trong một vòng tròn thẳng đứng. Tại điểm thấp nhất tốc độ của nó là 11,5 m/s. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực căng Ttop trong dây tại điểm cao nhất.
m = 0,8 kgr = 1 mvbottom = 11,5 m/sg = 9,81 m/s²
Ttop = N
9.Công và năng lượngTrung bình
Một vật trượt từ trạng thái nghỉ xuống một mặt dốc nghiêng 40° so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt là 0,1. Tìm tốc độ v của nó sau khi trượt 11 m dọc theo mặt dốc.
θ = 40°μ = 0,1d = 11 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Công và năng lượngKhó
Một vật 5 kg được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 3,5 m trên một mặt dốc nhẵn. Ở chân dốc, nó đi qua một đoạn ngang nhám dài 1 m (μ = 0,1) rồi chạy vào một lò xo (k = 1000 N/m) trên mặt nhẵn. Tìm độ nén cực đại x của lò xo.
m = 5 kgh = 3,5 mL = 1 mμ = 0,1k = 1000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Động lượng và va chạmTrung bình
Một viên đạn 20 g được bắn theo phương ngang vào một khối gỗ 3 kg treo trên các sợi dây nhẹ, và nằm lại bên trong. Khối gỗ đung đưa lên cho đến khi cao hơn lúc đầu 8 cm. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v của viên đạn trước khi va chạm.
m = 20 gM = 3 kgh = 8 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Động lượng và va chạmKhó
Một viên đạn 10 g được bắn theo phương ngang vào một khối 3 kg treo trên các sợi dây nhẹ dài 2 m, và nằm lại trong đó. Các sợi dây đung đưa ra góc lớn nhất 15° so với phương thẳng đứng. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v của viên đạn trước khi va chạm.
m = 10 gM = 3 kgL = 2 mθ = 15°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Lò xo và con lắcTrung bình
Một vật 2,4 kg trên lò xo có k = 270 N/m dao động trên bề mặt không ma sát với biên độ 12 cm. Tìm tốc độ v của nó khi cách vị trí cân bằng 8 cm.
m = 2,4 kgk = 270 N/mA = 12 cmx = 8 cm
v = m/s
14.Lò xo và con lắcKhó
Một viên đạn 20 g chuyển động với tốc độ 150 m/s găm vào một khối 0,5 kg đặt trên mặt không ma sát. Khối được gắn vào một lò xo nằm ngang có k = 700 N/m. Tìm biên độ A của dao động tạo thành, theo cm.
m = 20 gv = 150 m/sM = 0,5 kgk = 700 N/m
A = cm
15.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình
Một ống hở hai đầu dài 1,5 m. Tốc độ âm thanh là 343 m/s. Hãy tìm tần số f4 của họa âm bậc 4 của nó.
v = 343 m/sn = 4L = 1,5 m
f4 = Hz
16.Sóng, âm thanh & quang họcKhó
Một sợi quang có lõi với n₁ = 1,55 và lớp vỏ với n₂ = 1,53. Hãy tìm khẩu độ số NA của nó.
n1 = 1,55n2 = 1,53
NA =
3Dung dịch
1.Động học
Đáp số: s = 12,5 m
Chuyển động với gia tốc không đổi: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² và v² = v₀² + 2·a·s. Chọn phương trình chứa ba đại lượng bạn biết và đại lượng bạn muốn tìm, và giữ dấu nhất quán với một chiều dương.
Đơn vị
v₀ = 36/3,6 = 10 m/s
Quãng đường phanh
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 10²/(2·4) = 12,5 m
Đáp số
s = 12,5 m
2.Động học
Đáp số: t = 2,045 s
Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.
Thời điểm gặp nhau
Chiều lên là dương, mặt đất là y = 0.
45 − ½g·t² = 22·t − ½g·t² → t = 45/22 = 2,045 s
Đáp số
t = 2,045 s
3.Các định luật Newton
Đáp số: a = 2,528 m/s²
Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.
Phản lực pháp tuyến
N = m·g − F·sin θ = 49,05 − 30·sin 25° = 36,37 N
Các lực nằm ngang
m·a = F·cos θ − μ·N = 27,19 − 14,55
a = 12,64/5 = 2,528 m/s²
Đáp số
a = 2,528 m/s²
4.Các định luật Newton
Đáp số: a = 3,212 m/s²
Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.
Các lực dọc theo dây
m₂·g = 24,53 N
m₁·g·sin θ = 8,292 N
μ·m₁·g·cos θ = 1,778 N
Gia tốc của hệ
a = (24,53 − 8,292 − 1,778)/4,5 = 3,212 m/s²
Đáp số
a = 3,212 m/s²
5.Chuyển động ném
Đáp số: y = 31,58 m
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Thời gian đến bức tường
vx = 30·cos 65° = 12,68 m/s
t = x/vx = 21/12,68 = 1,656 s
Độ cao tại thời điểm đó
y = 27,19·1,656 − ½·9,81·1,656² = 31,58 m
Đáp số
y = 31,58 m
Tại bức tường, quả bóng vẫn đang đi lên.
6.Chuyển động ném
Đáp số: α = 31,03 °
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Phân tích vận tốc ban đầu
vx = 22·cos 20° = 20,67 m/s
vy0 = 22·sin 20° = 7,524 m/s
Tốc độ thẳng đứng khi chạm đất
Năng lượng hoặc v² = v₀² + 2as theo phương thẳng đứng.
vy = √(7,524² + 2·9,81·5) = 12,44 m/s
Góc chạm đất
tan α = vy/vx = 12,44/20,67 → α = 31,03°
Đáp số
α = 31,03°
7.Chuyển động tròn
Đáp số: vmax = 16,57 m/s
Chuyển động tròn đều: một vật chuyển động với tốc độ v trên đường tròn bán kính r có gia tốc hướng vào tâm a = v²/r, nên cần một hợp lực hướng vào trong F = m·v²/r. Lực đó do một thứ có thật cung cấp: ma sát, lực căng, trọng lực hoặc phản lực pháp tuyến.
Ma sát cung cấp lực hướng tâm
m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,7·9,81·40) = 16,57 m/s
Đáp số
vmax = 16,57 m/s (59,66 km/h)
8.Chuyển động tròn
Đáp số: Ttop = 66,56 N
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Vận tốc tại đỉnh
Động năng chuyển thành thế năng trên độ cao 2r.
vtop² = 11,5² − 4·9,81·1 = 93,01 m²/s²
Các lực tại đỉnh
Lực căng và trọng lực đều hướng xuống, về phía tâm.
T + m·g = m·vtop²/r
T = 0,8·93,01/1 − 0,8·9,81 = 66,56 N
Đáp số
Ttop = 66,56 N
9.Công và năng lượng
Đáp số: v = 11,05 m/s
Nguyên lý công–năng: độ biến thiên động năng bằng công của mọi lực. Viết trọng lực và lò xo thành thế năng (mgh và ½kx²) biến nó thành một phương trình cân bằng: năng lượng ban đầu = năng lượng cuối + năng lượng mất do ma sát (μN·d).
Cân bằng năng lượng dọc mặt dốc
Vật hạ xuống độ cao d·sin θ trong khi ma sát lấy đi μmg·cos θ·d. Khối lượng triệt tiêu.
½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·11·(0,6428 − 0,1·0,766)) = 11,05 m/s
Đáp số
v = 11,05 m/s
10.Công và năng lượng
Đáp số: x = 57,75 cm
Nguyên lý công–năng: độ biến thiên động năng bằng công của mọi lực. Viết trọng lực và lò xo thành thế năng (mgh và ½kx²) biến nó thành một phương trình cân bằng: năng lượng ban đầu = năng lượng cuối + năng lượng mất do ma sát (μN·d).
Năng lượng còn lại sau đoạn nhám
Mặt dốc nhẵn, nên chỉ có đoạn nhám lấy đi năng lượng.
mgh − μmgL = 49,05·(3,5 − 0,1·1) = 166,8 J
Độ nén cực đại
½kx² = 166,8 → x = √(2·166,8/1000) = 0,5775 m = 57,75 cm
Đáp số
x = 57,75 cm
11.Động lượng và va chạm
Đáp số: v = 189,2 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Chuyển động đung đưa sau va chạm
V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,08) = 1,253 m/s
Va chạm
m·v = (m + M)·V → v = (0,02 + 3)·1,253/0,02 = 189,2 m/s
Đáp số
v = 189,2 m/s
12.Động lượng và va chạm
Đáp số: v = 348,1 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Độ nâng lên của khối
h = L·(1 − cos θ) = 2·(1 − cos 15°) = 0,06815 m
Tốc độ sau va chạm
V = √(2·9,81·0,06815) = 1,156 m/s
Va chạm
v = (m + M)·V/m = 3,01·1,156/0,01 = 348,1 m/s
Đáp số
v = 348,1 m/s
13.Lò xo và con lắc
Đáp số: v = 0,9487 m/s
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Tần số góc
ω = √(270/2,4) = 10,61 rad/s
Tốc độ tại x
v = ω·√(A² − x²) = 10,61·√(0,12² − 0,08²) = 0,9487 m/s
Đáp số
v = 0,9487 m/s
14.Lò xo và con lắc
Đáp số: A = 15,72 cm
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Tốc độ sau va chạm
V = m·v/(m + M) = 0,02·150/0,52 = 5,769 m/s
Tần số góc
ω = √(k/(m + M)) = √(700/0,52) = 36,69 rad/s
Biên độ
A = V/ω = 5,769/36,69 = 0,1572 m = 15,72 cm
Đáp số
A = 15,72 cm
15.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: f4 = 457,3 Hz
Sóng dừng và hiệu ứng Doppler: một sợi dây cố định ở hai đầu, hoặc một ống hở hai đầu, chứa số nguyên lần nửa bước sóng: L = nλ/2, fn = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … Một ống kín một đầu có nút ở đầu kín và bụng ở đầu hở: L = nλ/4 chỉ với n lẻ, fn = n·v/(4L). Khi nguồn hoặc người quan sát chuyển động dọc theo đường nối giữa chúng, f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs): dùng dấu trên khi chuyển động hướng về nhau. Hai sóng có tần số gần bằng nhau tạo phách với tần số |f₁ − f₂|.
Bước sóng của dạng dao động này
λ = 2L/n = 2·1,5/4 = 0,75 m
Tần số
f = v/λ = 343/0,75 = 457,3 Hz
Đáp số
f4 = 457,3 Hz
16.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: NA = 0,2482
Quang hình học: tại một mặt phân cách, n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (định luật Snell), với các góc đo từ pháp tuyến và n = c/v. Khi đi vào môi trường chậm hơn, tia bị bẻ về phía pháp tuyến. Từ môi trường đặc hơn (n₁ > n₂) vượt quá góc tới hạn θc = arcsin(n₂/n₁), toàn bộ ánh sáng bị phản xạ: phản xạ toàn phần. Thấu kính mỏng và gương cầu tuân theo 1/f = 1/do + 1/di với độ phóng đại m = −di/do. Quy ước dấu: f > 0 với thấu kính hội tụ và gương cầu lõm (f = R/2), f < 0 với thấu kính phân kỳ và gương cầu lồi; di > 0 với ảnh thật, di < 0 với ảnh ảo, và m < 0 với ảnh ngược chiều.