Vật lý 1: Cơ học: gói ôn nước rút

Bảng công thức, các bước phương pháp chính cho từng chủ đề và 16 bài tập, kèm lời giải đầy đủ ở cuối.

Bài mớiQuay lại môn học

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

  1. Liệt kê những gì bạn biết: v₀, v, a, t và s, kèm đơn vị.
  2. Chọn phương trình chứa ba đại lượng đã biết và ẩn số.
  3. Chọn một chiều dương và gán dấu trừ cho các đại lượng ngược chiều.
  4. 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

  1. Vẽ sơ đồ vật thể tự do với mọi lực tác dụng lên vật.
  2. Chọn một chiều dương dọc theo chuyển động.
  3. 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).
  4. 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

  1. Phân tích vận tốc ban đầu thành các thành phần: vx = v₀·cos θ và vy = v₀·sin θ.
  2. Chuyển động ngang có tốc độ không đổi; chuyển động thẳng đứng có gia tốc −g.
  3. Tìm thời gian bay từ chuyển động thẳng đứng.
  4. 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

  1. Chọn một chiều dương và gán dấu cho từng vận tốc.
  2. Viết tổng động lượng trước va chạm: Σm·v.
  3. 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.
  4. 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

  1. Hãy nhận ra loại bài toán: tốc độ sóng, mức âm, sóng dừng, Doppler, khúc xạ, thấu kính hay gương, hoặc giao thoa.
  2. 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.
  3. Hãy đổi đơn vị: nm, mm và cm sang m, và kiểm tra xem các góc có được đo từ pháp tuyến không.
  4. 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
a = 3,25 m/s²s = 1800 m

Một máy bay xuất phát từ trạng thái nghỉ và tăng tốc đều với 3,25 m/s² dọc theo đường băng. Tìm tốc độ v của nó sau 1800 m.

v₀ = 0a = 3,25 m/s²s = 1800 m
v = m/s
2.Động họcKhó
v₀ = 14 m/s30 m

Một quả bóng được ném thẳng đứng lên với 14 m/s từ mép một mái nhà cao 30 m so với mặt đất. Bỏ qua lực cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm độ cao lớn nhất hmax so với mặt đất.

v₀ = 14 m/sh₀ = 30 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Các định luật NewtonTrung bình
35 kg20°F = 200 Nμ = 0,3

Một xe trượt 35 kg được kéo trên tuyết bằng phẳng bằng một sợi dây hợp góc 20° phía trên phương ngang với lực 200 N. Hệ số ma sát trượt là 0,3. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của xe trượt.

m = 35 kgF = 200 Nθ = 20°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Các định luật NewtonKhó
θ = 25°khốiv₀ = 7,5 m/s

Một khối được đẩy để nó bắt đầu trượt lên một dốc nghiêng 25° với tốc độ 7,5 m/s. Hệ số ma sát trượt là 0,1. Dùng g = 9,81 m/s². Nó trượt được bao xa d dọc theo dốc trước khi dừng?

v₀ = 7,5 m/sθ = 25°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
d = m
5.Chuyển động némTrung bình
v0​ = ?50°R = 65 m

Một quả bóng được phóng từ mặt đất bằng phẳng hợp góc 50° so với phương ngang và rơi cách 65 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ phóng v0.

θ = 50°R = 65 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Chuyển động némKhó
h = 30 mv0​ = 27 m/s50°H = ?

Một quả bóng được phóng với tốc độ 27 m/s và hợp góc 50° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 30 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm độ cao lớn nhất H so với mặt đất ở chân vách đá.

v₀ = 27 m/sθ = 50°h = 30 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Chuyển động trònTrung bình
L = 1,9 m45°

Một quả cầu nhỏ trên sợi dây dài 1,9 m chuyển động trong một vòng tròn nằm ngang sao cho dây hợp với phương thẳng đứng một góc không đổi 45° (con lắc nón). Dùng g = 9,81 m/s². Tìm thời gian T cho một vòng quay.

L = 1,9 mθ = 45°g = 9,81 m/s²
T = s
8.Chuyển động trònKhó
θ = 18°hướng vào tâmvmax​ = ?

Một đường cong bán kính 250 m được nghiêng 18°, và hệ số ma sát nghỉ giữa lốp và mặt đường là 0,3. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ lớn nhất vmax mà ô tô có thể đi qua đường cong mà không bị trượt lên và văng ra ngoài.

r = 250 mθ = 18°μs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Công và năng lượngTrung bình
36 km/h2°1200 kg

Một ô tô 1200 kg chạy lên dốc 2° với vận tốc không đổi 36 km/h. Sức cản không khí và sức cản lăn cộng lại là 800 N. Tìm công suất P mà các bánh xe phải cung cấp, theo kW.

m = 1200 kgθ = 2°Fr = 800 Nv = 36 km/hg = 9,81 m/s²
P = kW
10.Công và năng lượngKhó
h = 1,5 mL = 4,5 mμ = 0,1k = 800 N/m

Một vật 4 kg được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 1,5 m trên một mặt dốc nhẵn. Ở chân dốc, nó đi qua một đoạn ngang nhám dài 4,5 m (μ = 0,1) rồi chạy vào một lò xo (k = 800 N/m) trên mặt nhẵn. Tìm độ nén cực đại x của lò xo.

m = 4 kgh = 1,5 mL = 4,5 mμ = 0,1k = 800 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Động lượng và va chạmTrung bình
3,5 kg5 m/s0,5 kg

Một xe trượt 3,5 kg chạy với 5 m/s va chạm trực diện hoàn toàn đàn hồi với một xe trượt 0,5 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 = 3,5 kgm2 = 0,5 kgv1 = 5 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Động lượng và va chạmKhó
16 m/s8 m/s

Một quả bóng 0,1 kg đập vào tường với 16 m/s và bật thẳng ngược lại với 8 m/s. Thời gian tiếp xúc là 50 ms. Tìm lực trung bình Favg của tường lên quả bóng.

m = 0,1 kgvin = 16 m/svout = 8 m/sΔt = 50 ms
Favg = N
13.Lò xo và con lắcTrung bình
1,6 kgk = 420 N/mA = 5 cmx = 2 cm

Một vật 1,6 kg trên lò xo có k = 420 N/m dao động trên bề mặt không ma sát với biên độ 5 cm. Tìm tốc độ v của nó khi cách vị trí cân bằng 2 cm.

m = 1,6 kgk = 420 N/mA = 5 cmx = 2 cm
v = m/s
14.Lò xo và con lắcKhó
0,2 kgk = 200 N/mA = 2 cm

Một vật 0,2 kg trên lò xo có k = 200 N/m được kéo lệch 2 cm khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra. Tìm gia tốc lớn nhất amax của nó.

m = 0,2 kgk = 200 N/mA = 2 cm
amax = m/s²
15.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình
FFdo​ = 40 cmf = −20 cm

Một vật đặt cách một thấu kính phân kỳ mỏng có tiêu cự 20 cm một khoảng 40 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 = 40 cmf = −20 cm
di = cm
16.Sóng, âm thanh & quang họcKhó
f1​ = 10 cmf2​ = 10 cm50 cm25 cm

Hai thấu kính mỏng có chung một trục, cách nhau 25 cm: thấu kính 1 có f₁ = 10 cm và thấu kính 2 có f₂ = 10 cm. Một vật đặt cách thấu kính 1 một khoảng 50 cm. Hãy tìm vị trí di2 của ảnh cuối cùng, đo từ thấu kính 2 (dương ở phía sau thấu kính 2, quy ước ảnh thật là dương).

f1 = 10 cmf2 = 10 cms = 25 cmdo = 50 cm
di2 = cm

3Dung dịch

1.Động học

Đáp số: v = 108,2 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) = √(2·3,25·1800) = 108,2 m/s

Đáp số

v = 108,2 m/s
(389,4 km/h)
2.Động học

Đáp số: hmax = 39,99 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.

Độ cao đạt thêm so với mái nhà

0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 14²/(2·9,81) = 9,99 m

Độ cao so với mặt đất

hmax = 30 + 9,99 = 39,99 m

Đáp số

hmax = 39,99 m
3.Các định luật Newton

Đáp số: a = 3,013 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 = 343,4 − 200·sin 20° = 274,9 N

Các lực nằm ngang

m·a = F·cos θ − μ·N = 187,9 − 82,48
a = 105,5/35 = 3,013 m/s²

Đáp số

a = 3,013 m/s²
4.Các định luật Newton

Đáp số: d = 5,586 m

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 hãm

Cả hai lực đều hướng xuống dốc; khối lượng triệt tiêu.

a = 9,81·(sin 25° + 0,1·cos 25°) = 5,035 m/s²

Quãng đường

d = v₀²/(2a) = 7,5²/(2·5,035) = 5,586 m

Đáp số

d = 5,586 m
5.Chuyển động ném

Đáp số: v0 = 25,45 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) = √(9,81·65/sin 100°) = 25,45 m/s

Đáp số

v0 = 25,45 m/s
6.Chuyển động ném

Đáp số: H = 51,8 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.

Tốc độ ném theo phương thẳng đứng

vy = 27·sin 50° = 20,68 m/s

Độ cao đạt được trên đỉnh vách đá

Δh = vy²/(2g) = 20,68²/(2·9,81) = 21,8 m

Độ cao so với mặt đất

H = 30 + 21,8 = 51,8 m

Đáp số

H = 51,8 m
7.Chuyển động tròn

Đáp số: T = 2,325 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 = 1,9·sin 45° = 1,344 m

Tốc độ

Lực căng và trọng lực cùng cho lực hướng vào trong: tan θ = v²/(r·g).

v = √(r·g·tan θ) = √(1,344·9,81·tan 45°) = 3,63 m/s

Chu kỳ

T = 2π·r/v = 2π·1,344/3,63 = 2,325 s

Đáp số

T = 2,325 s
8.Chuyển động tròn

Đáp số: vmax = 41,21 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 xuống dốc.

N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g

Tốc độ

v = √(250·9,81·0,5943/0,8584) = 41,21 m/s

Đáp số

vmax = 41,21 m/s
(148,4 km/h)
9.Công và năng lượng

Đáp số: P = 12,11 kW

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). Công suất là lực nhân vận tốc: P = F·v.

Lực kéo

m·g = 1200·9,81 = 11772 N
mg·sin θ = 11772·sin 2° = 410,8 N
F = 410,8 + 800 = 1211 N

Công suất

v = 36/3,6 = 10 m/s
P = F·v = 1211·10 = 12108 W = 12,11 kW

Đáp số

P = 12,11 kW
10.Công và năng lượng

Đáp số: x = 32,09 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 = 39,24·(1,5 − 0,1·4,5) = 41,2 J

Độ nén cực đại

½kx² = 41,2 → x = √(2·41,2/800) = 0,3209 m = 32,09 cm

Đáp số

x = 32,09 cm
11.Động lượng và va chạm

Đáp số: v′1 = 3,75 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 = (3,5 − 0,5)/(3,5 + 0,5)·5 = 3,75 m/s
v′2 = 2·3,5/(3,5 + 0,5)·5 = 8,75 m/s

Đáp số

v′1 = 3,75 m/s
12.Động lượng và va chạm

Đáp số: Favg = 48 N

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.

Độ biến thiên động lượng

J = m·Δv = 0,1·(8 + 16) = 2,4 N·s

Lực trung bình

Favg = J/Δt = 2,4/0,05 = 48 N

Đáp số

Favg = 48 N
13.Lò xo và con lắc

Đáp số: v = 0,7425 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 = √(420/1,6) = 16,2 rad/s

Tốc độ tại x

v = ω·√(A² − x²) = 16,2·√(0,05² − 0,02²) = 0,7425 m/s

Đáp số

v = 0,7425 m/s
14.Lò xo và con lắc

Đáp số: amax = 20 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 = √(200/0,2) = 31,62 rad/s

Gia tốc lớn nhất

amax = A·ω² = 0,02·31,62² = 20 m/s²

Đáp số

amax = 20 m/s²
15.Sóng, âm thanh & quang học

Đáp số: di = −13,33 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/(−20) − 1/40
di = −13,33 cm
FF40 cmf = −20 cm

Sơ đồ tia

ảo, cùng phía với vật

Đáp số

di = −13,33 cm
16.Sóng, âm thanh & quang học

Đáp số: di2 = 50 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.

Ảnh của thấu kính 1

1/di1 = 1/10 − 1/50 → di1 = 12,5 cm

Vật của thấu kính 2

do2 = 25 − 12,5 = 12,5 cm

Ảnh cuối cùng

1/di2 = 1/10 − 1/12,5 → di2 = 50 cm

Đáp số

di2 = 50 cm

ExamProblems · examproblems.com/courses/physics-1-mechanics