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 108 km/h phanh với gia tốc chậm dần không đổi 3,5 m/s² cho đến khi dừng. Tìm quãng đường phanh s.
v₀ = 108 km/ha = −3,5 m/s²v = 0
s = m
2.Động họcKhó
Quả bóng A được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 30 m. Cùng lúc đó quả bóng B được ném thẳng lên từ mặt đất ngay bên dưới với tốc độ 18 m/s. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Chúng gặp nhau ở độ cao y bao nhiêu so với mặt đất?
H = 30 mv0B = 18 m/sg = 9,81 m/s²
y = m
3.Các định luật NewtonTrung bình
Các khối lượng 10 kg và 7 kg treo ở hai bên một ròng rọc nhẹ, không ma sát, nối với nhau bằng một sợi dây nhẹ. Hệ được thả từ trạng thái nghỉ. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực căng T của dây.
m1 = 10 kgm2 = 7 kgg = 9,81 m/s²
T = N
4.Các định luật NewtonKhó
Một khối 6 kg trên dốc nghiêng 35° được nối bằng một sợi dây nhẹ qua một ròng rọc không ma sát ở đỉnh dốc với một vật treo 5 kg. Vật treo đi xuống. Hệ số ma sát trượt giữa khối và dốc là 0,2. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của hệ.
m1 = 6 kgm2 = 5 kgθ = 35°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Chuyển động némTrung bình
Một quả bóng được phóng từ mặt đất bằng phẳng hợp góc 60° so với phương ngang và rơi cách 40 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ phóng v0.
θ = 60°R = 40 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Chuyển động némKhó
Một quả bóng được phóng với tốc độ 21 m/s và hợp góc 45° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 60 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 = 21 m/sθ = 45°h = 60 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Chuyển động trònTrung bình
Một ô tô chạy qua đỉnh một chỗ lồi trên đường, là một cung tròn bán kính 60 m. Dùng g = 9,81 m/s². Trên tốc độ vmax nào thì các bánh xe rời khỏi mặt đường ở đỉnh?
r = 60 mg = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Chuyển động trònKhó
Một quả bóng 1,6 kg buộc vào sợi dây dài 0,8 m được quay trong mặt phẳng thẳng đứng. Ở điểm thấp nhất nó chuyển động với 3 m/s. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực căng T của dây ở điểm thấp nhất.
m = 1,6 kgr = 0,8 mv = 3 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Công và năng lượngTrung bình
Một vật 5 kg trượt 7 m xuống một mặt dốc nghiêng 30° so với phương ngang, với hệ số ma sát trượt là 0,35. Tìm công Wf chống lại ma sát.
m = 5 kgθ = 30°μ = 0,35d = 7 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Công và năng lượngKhó
Một xe đẩy 5 kg được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 11,2 m trên một đường ray nhẵn dẫn vào một vòng tròn thẳng đứng bán kính 4 m. Tìm phản lực pháp tuyến N mà đường ray tác dụng lên xe đẩy tại đỉnh vòng.
m = 5 kgh = 11,2 mR = 4 mg = 9,81 m/s²
N = N
11.Động lượng và va chạmTrung bình
Một đầu đạn 7 kg đang chuyển động theo phương ngang với tốc độ 30 m/s nổ thành hai mảnh chuyển động trên cùng một đường thẳng. Mảnh 2 kg tiếp tục đi về phía trước với tốc độ 73 m/s. Tìm vận tốc v′2 của mảnh 5 kg (dương theo hướng ban đầu).
M = 7 kgu = 30 m/sm1 = 2 kgv′1 = 73 m/sm2 = 5 kg
v′2 = m/s
12.Động lượng và va chạmKhó
Một ô tô 1000 kg đâm vào một xe 1300 kg đang đỗ. Hai xe dính vào nhau và trượt 10 m trước khi dừng. Hệ số ma sát trượt giữa lốp và mặt đường là 0,5. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v1 của xe thứ nhất ngay trước va chạm.
Một vật 3 kg trên lò xo có k = 220 N/m dao động trên bề mặt không ma sát với biên độ 11 cm. Tìm tốc độ v của nó khi cách vị trí cân bằng 2 cm.
m = 3 kgk = 220 N/mA = 11 cmx = 2 cm
v = m/s
14.Lò xo và con lắcKhó
Một vật 3 kg trên lò xo có k = 130 N/m được kéo lệch 7 cm khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra. Tìm tốc độ lớn nhất vmax của nó.
m = 3 kgk = 130 N/mA = 7 cm
vmax = m/s
15.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình
Một người quan sát chuyển động với vận tốc 20 m/s về phía một nguồn 1000 Hz đứng yên. Tốc độ âm thanh là 343 m/s. Hãy tìm tần số f′ mà người quan sát nghe được.
f = 1000 Hzv = 343 m/svo = 20 m/s
f′ = Hz
16.Sóng, âm thanh & quang họcKhó
Một vật cách một gương lõm có bán kính cong 16 cm một khoảng 4 cm. Hãy tìm độ phóng đại m (âm đối với ảnh ngược chiều).
do = 4 cmR = 16 cm
m =
3Dung dịch
1.Động học
Đáp số: s = 128,6 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 = 108/3,6 = 30 m/s
Quãng đường phanh
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 30²/(2·3,5) = 128,6 m
Đáp số
s = 128,6 m
2.Động học
Đáp số: y = 16,38 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.
Thời điểm gặp nhau
Chiều lên là dương, mặt đất là y = 0.
30 − ½g·t² = 18·t − ½g·t² → t = 30/18 = 1,667 s
Độ cao gặp nhau
y = 18·1,667 − ½·9,81·1,667² = 16,38 m
Đáp số
y = 16,38 m
3.Các định luật Newton
Đáp số: T = 80,79 N
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.
Gia tốc
Lực dẫn động thực là hiệu của các trọng lượng; nó làm chuyển động tổng khối lượng.
a = (10 − 7)·9,81/(10 + 7) = 1,731 m/s²
Lực căng từ khối nhẹ hơn
T − m2·g = m2·a → T = 7·(9,81 + 1,731) = 80,79 N
Đáp số
T = 80,79 N
4.Các định luật Newton
Đáp số: a = 0,5133 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 = 49,05 N
m₁·g·sin θ = 33,76 N
μ·m₁·g·cos θ = 9,643 N
Gia tốc của hệ
a = (49,05 − 33,76 − 9,643)/11 = 0,5133 m/s²
Đáp số
a = 0,5133 m/s²
5.Chuyển động ném
Đáp số: v0 = 21,29 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) = √(9,81·40/sin 120°) = 21,29 m/s
Đáp số
v0 = 21,29 m/s
6.Chuyển động ném
Đáp số: α = 68,34 °
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 = 21·cos 45° = 14,85 m/s
vy0 = 21·sin 45° = 14,85 m/s
Tốc độ thẳng đứng khi chạm đất
Năng lượng hoặc v² = v₀² + 2as theo phương thẳng đứng.
vy = √(14,85² + 2·9,81·60) = 37,39 m/s
Góc chạm đất
tan α = vy/vx = 37,39/14,85 → α = 68,34°
Đáp số
α = 68,34°
7.Chuyển động tròn
Đáp số: vmax = 24,26 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.
Phản lực pháp tuyến bằng không
m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·60) = 24,26 m/s
Đáp số
vmax = 24,26 m/s
(87,34 km/h)
8.Chuyển động tròn
Đáp số: T = 33,7 N
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.
Các lực ở điểm thấp nhất
Hướng về tâm (lên) là dương.
T − m·g = m·v²/r
T = 1,6·9,81 + 1,6·3²/0,8 = 15,7 + 18 = 33,7 N
Đáp số
T = 33,7 N
9.Công và năng lượng
Đáp số: Wf = 104,1 J
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).
Lực ma sát
N = mg·cos θ = 49,05·0,866 = 42,48 N
F = μN = 0,35·42,48 = 14,87 N
Công chống ma sát
Wf = F·d = 14,87·7 = 104,1 J
Đáp số
Wf = 104,1 J
10.Công và năng lượng
Đáp số: N = 29,43 N
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). Trên quỹ đạo tròn, hợp lực hướng về tâm phải bằng mv²/r.
Vận tốc tại đỉnh
v² = 2g(h − 2R) = 2·9,81·(11,2 − 8) = 62,78 m²/s²
Các lực tại đỉnh
m·g = 5·9,81 = 49,05 N
N = mv²/R − mg = 5·62,78/4 − 49,05 = 29,43 N
Đáp số
N = 29,43 N
Xe đẩy vừa đủ đi hết vòng khi h = 2,5R; khi đó N = 0 tại đỉnh.
11.Động lượng và va chạm
Đáp số: v′2 = 12,8 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.
Động lượng trước va chạm
p = M·u = 7·30 = 210 kg·m/s
Động lượng sau va chạm
210 = 2·73 + 5·v′2
v′2 = (210 − 146)/5 = 12,8 m/s
Đáp số
v′2 = 12,8 m/s
12.Động lượng và va chạm
Đáp số: v1 = 22,78 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.
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 = √(220/3) = 8,563 rad/s
Tốc độ tại x
v = ω·√(A² − x²) = 8,563·√(0,11² − 0,02²) = 0,9263 m/s
Đáp số
v = 0,9263 m/s
14.Lò xo và con lắc
Đáp số: vmax = 0,4608 m/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.
Tần số góc
ω = √(130/3) = 6,583 rad/s
Tốc độ lớn nhất
vmax = A·ω = 0,07·6,583 = 0,4608 m/s
Đáp số
vmax = 0,4608 m/s
15.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: f′ = 1058 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|.
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.