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 máy bay xuất phát từ trạng thái nghỉ và tăng tốc đều với 2 m/s² dọc theo đường băng. Tìm tốc độ v của nó sau 1000 m.
v₀ = 0a = 2 m/s²s = 1000 m
v = m/s
2.Động họcKhó
Một tên lửa mô hình được phóng thẳng lên từ trạng thái nghỉ. Động cơ cho nó gia tốc hướng lên không đổi 32 m/s² trong 2 s, sau đó động cơ tắt và tên lửa chuyển động tự do. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm độ cao lớn nhất hmax mà tên lửa đạt được.
a = 32 m/s²t1 = 2 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Các định luật NewtonTrung bình
Một vật 11 kg trượt xuống một mặt dốc không ma sát nghiêng 45° so với phương ngang. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của vật dọc theo mặt dốc.
m = 11 kgθ = 45°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Các định luật NewtonKhó
Một khối 3 kg trên dốc nghiêng 30° được nối bằng một sợi dây nhẹ qua một ròng rọc không ma sát ở đỉnh dốc với một vật treo 3 kg. Vật treo đi xuống. Hệ số ma sát trượt giữa khối và dốc là 0,25. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực căng T của dây.
m1 = 3 kgm2 = 3 kgθ = 30°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
T = N
5.Chuyển động némTrung bình
Một quả bóng được phóng từ mặt đất bằng phẳng hợp góc 15° so với phương ngang và rơi cách 70 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ phóng v0.
θ = 15°R = 70 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Chuyển động némKhó
Một quả bóng được ném với góc 25° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 50 m. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm thời gian bay t cho đến khi quả bóng chạm đất.
v0 = 17 m/sθ = 25°h = 50 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Chuyển động trònTrung bình
Một quả cầu nhỏ trên sợi dây dài 1,3 m chuyển động trong một vòng tròn nằm ngang sao cho dây hợp với phương thẳng đứng một góc không đổi 50° (con lắc nón). Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v của quả cầu.
L = 1,3 mθ = 50°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Chuyển động trònKhó
Một đường cong bán kính 300 m được nghiêng 25°, và hệ số ma sát nghỉ giữa lốp và mặt đường là 0,3. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ nhỏ nhất vmin mà ô tô có thể đi qua đường cong mà không bị trượt xuống phía dưới.
r = 300 mθ = 25°μs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Công và năng lượngTrung bình
Một bộ phóng đồ chơi có lò xo thẳng đứng độ cứng 400 N/m. Một quả cầu 0,1 kg được đặt lên nó và lò xo bị nén 6 cm, rồi được thả ra. Bỏ qua sức cản không khí và khối lượng của lò xo, tìm độ cao h mà quả cầu bay lên, đo từ vị trí của nó khi lò xo bị nén.
m = 0,1 kgk = 400 N/mx = 6 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Công và năng lượngKhó
Một vật 2 kg được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 5 m trên một mặt dốc nhẵn. Ở chân dốc, nó đi qua một đoạn ngang nhám dài 3 m (μ = 0,15) rồi chạy vào một lò xo (k = 2500 N/m) trên mặt nhẵn. Tìm tốc độ v của vật khi nó đến lò xo.
m = 2 kgh = 5 mL = 3 mμ = 0,15k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Động lượng và va chạmTrung bình
Một xe trượt 2,5 kg chạy với 10 m/s va chạm trực diện hoàn toàn đàn hồi với một xe trượt 1,5 kg đang đứng yên trên đường ray không ma sát. Tìm vận tốc v′1 của xe trượt thứ nhất sau va chạm (dương theo chiều ban đầu của nó).
m1 = 2,5 kgm2 = 1,5 kgv1 = 10 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Động lượng và va chạmKhó
Một viên đạn 8 g được bắn theo phương ngang vào một khối 2,5 kg treo trên các sợi dây nhẹ dài 1,9 m, và nằm lại trong đó. Các sợi dây đung đưa ra góc lớn nhất 20° so với phương thẳng đứng. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v của viên đạn trước khi va chạm.
m = 8 gM = 2,5 kgL = 1,9 mθ = 20°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Lò xo và con lắcTrung bình
Một con lắc đơn có chiều dài 3 m. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm chu kỳ T của nó với dao động nhỏ.
L = 3 mg = 9,81 m/s²
T = s
14.Lò xo và con lắcKhó
Một vật 2,9 kg trên lò xo có k = 450 N/m được kéo lệch 5 cm khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra. Tìm gia tốc lớn nhất amax của nó.
m = 2,9 kgk = 450 N/mA = 5 cm
amax = m/s²
15.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình
Một vật đặt cách một thấu kính hội tụ mỏng có tiêu cự 25 cm một khoảng 6 cm. Hãy tìm khoảng cách ảnh di. Dùng quy ước dấu 1/f = 1/do + 1/di (f < 0 với thấu kính phân kỳ, di < 0 với ảnh ảo).
do = 6 cmf = 25 cm
di = cm
16.Sóng, âm thanh & quang họcKhó
Một cảm biến đứng yên phát siêu âm 35 kHz về phía một chiếc ô tô đang tiến lại gần với vận tốc 30 m/s và trộn tiếng vọng với tín hiệu phát. Hãy tìm tần số phách fb (tốc độ âm thanh 343 m/s).
f = 35 kHzu = 30 m/sv = 343 m/s
fb = Hz
3Dung dịch
1.Động học
Đáp số: v = 63,25 m/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.
Tốc độ sau quãng đường đó
v = √(2·a·s) = √(2·2·1000) = 63,25 m/s
Đáp số
v = 63,25 m/s
(227,7 km/h)
2.Động học
Đáp số: hmax = 272,8 m
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.
Giai đoạn có động cơ
v₁ = 32·2 = 64 m/s
h₁ = ½·32·2² = 64 m
Bay tự do đi lên
Ở đỉnh vận tốc bằng không.
Δh = v₁²/(2g) = 64²/(2·9,81) = 208,8 m
hmax = 64 + 208,8 = 272,8 m
Đáp số
hmax = 272,8 m
3.Các định luật Newton
Đáp số: a = 6,937 m/s²
Định luật hai Newton: hợp lực tác dụng lên một vật bằng khối lượng nhân với gia tốc, ΣF = m·a. Vẽ sơ đồ vật thể tự do, chọn một chiều dương dọc theo chuyển động, và cộng mọi lực theo chiều đó: lực tác dụng, ma sát μ·N ngược chiều chuyển động, và các thành phần của trọng lực.
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 = 29,43 N
m₁·g·sin θ = 14,71 N
μ·m₁·g·cos θ = 6,372 N
Gia tốc của hệ
a = (29,43 − 14,71 − 6,372)/6 = 1,391 m/s²
Lực căng từ vật treo
m2·g − T = m2·a → T = 3·(9,81 − 1,391) = 25,26 N
Đáp số
T = 25,26 N
5.Chuyển động ném
Đáp số: v0 = 37,06 m/s
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.
Giải công thức tầm xa tìm v₀
v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·70/sin 30°) = 37,06 m/s
Đáp số
v0 = 37,06 m/s
6.Chuyển động ném
Đáp số: t = 4,008 s
Chuyển động ném: khi bỏ qua lực cản không khí, x = vxt và y = h + vyt − ½gt². Hai phương độc lập với nhau, chỉ chung thời gian.
Phân tích vận tốc ban đầu
Vận tốc ngang không đổi; chuyển động thẳng đứng có gia tốc không đổi g = 9,81 m/s² hướng xuống.
vx = v0·cos θ = 17·cos 25° = 15,41 m/s
vy = v0·sin θ = 17·sin 25° = 7,185 m/s
Thời gian trong không khí
Giải y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 và lấy nghiệm dương.
0 = 50 + 7,185·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (7,185 + √(51,62 + 981))/9,81 = 4,008 s
Đáp số
t = 4,008 s
7.Chuyển động tròn
Đáp số: v = 3,412 m/s
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.
Bán kính của vòng tròn
r = L·sin θ = 1,3·sin 50° = 0,9959 m
Tốc độ
Lực căng và trọng lực cùng cho lực hướng vào trong: tan θ = v²/(r·g).
v = √(r·g·tan θ) = √(0,9959·9,81·tan 50°) = 3,412 m/s
Đáp số
v = 3,412 m/s
8.Chuyển động tròn
Đáp số: vmin = 20,72 m/s
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.
Các cân bằng lực
Ma sát hướng lên dốc.
N·(sin θ − μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ + μ·sin θ) = m·g
Tốc độ
v = √(300·9,81·0,1507/1,033) = 20,72 m/s
Đáp số
vmin = 20,72 m/s
(74,6 km/h)
9.Công và năng lượng
Đáp số: h = 0,7339 m
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).
Thế năng đàn hồi
x = 6 cm = 0,06 m
½kx² = ½·400·0,06² = 0,72 J
Độ cao
m·g = 0,1·9,81 = 0,981 N
h = ½kx²/(mg) = 0,72/0,981 = 0,7339 m
Đáp số
h = 0,7339 m
10.Công và năng lượng
Đáp số: v = 9,448 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).
Năng lượng còn lại sau đoạn nhám
Mặt dốc nhẵn, nên chỉ có đoạn nhám lấy đi năng lượng.
mgh − μmgL = 19,62·(5 − 0,15·3) = 89,27 J
Tốc độ tại lò xo
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·4,55) = 9,448 m/s
Đáp số
v = 9,448 m/s
11.Động lượng và va chạm
Đáp số: v′1 = 2,5 m/s
Bảo toàn động lượng: khi không có ngoại lực tác dụng trong lúc va chạm, tổng động lượng Σm·v trước bằng tổng sau. Vận tốc có hướng, nên hãy chọn một chiều dương và gán dấu trừ cho các vận tốc ngược chiều. Trong va chạm đàn hồi, động năng cũng được bảo toàn; trong va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật dính vào nhau.
Va chạm đàn hồi với vật bị va chạm đứng yên
Giải đồng thời bảo toàn động lượng và năng lượng cho hai kết quả này.
v′1 = (2,5 − 1,5)/(2,5 + 1,5)·10 = 2,5 m/s
v′2 = 2·2,5/(2,5 + 1,5)·10 = 12,5 m/s
Đáp số
v′1 = 2,5 m/s
12.Động lượng và va chạm
Đáp số: v = 470,1 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) = 1,9·(1 − cos 20°) = 0,1146 m
Tốc độ sau va chạm
V = √(2·9,81·0,1146) = 1,499 m/s
Va chạm
v = (m + M)·V/m = 2,508·1,499/0,008 = 470,1 m/s
Đáp số
v = 470,1 m/s
13.Lò xo và con lắc
Đáp số: T = 3,475 s
Dao động điều hòa: một vật khối lượng m trên lò xo độ cứng k dao động với tần số góc ω = √(k/m) và chu kỳ T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Một con lắc đơn chiều dài L có T = 2π·√(L/g). Với biên độ A, tốc độ lớn nhất là A·ω, gia tốc lớn nhất là A·ω² và năng lượng là ½·k·A².
Chu kỳ của con lắc
T = 2π·√(3/9,81) = 3,475 s
Đáp số
T = 3,475 s
14.Lò xo và con lắc
Đáp số: amax = 7,759 m/s²
Dao động điều hòa: một vật khối lượng m trên lò xo độ cứng k dao động với tần số góc ω = √(k/m) và chu kỳ T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Một con lắc đơn chiều dài L có T = 2π·√(L/g). Với biên độ A, tốc độ lớn nhất là A·ω, gia tốc lớn nhất là A·ω² và năng lượng là ½·k·A².
Tần số góc
ω = √(450/2,9) = 12,46 rad/s
Gia tốc lớn nhất
amax = A·ω² = 0,05·12,46² = 7,759 m/s²
Đáp số
amax = 7,759 m/s²
15.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: di = −7,895 cm
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.
Phương trình thấu kính mỏng
1/di = 1/f − 1/do = 1/25 − 1/6
di = −7,895 cm
Sơ đồ tia
ảo, cùng phía với vật
Đáp số
di = −7,895 cm
16.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: fb = 6709 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|.