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
t (s)v (m/s)t = ?15

Một chiếc ô tô chạy với vận tốc 54 km/h phanh với gia tốc chậm dần không đổi 7 m/s² cho đến khi dừng. Phanh mất bao lâu? Tìm t.

v₀ = 54 km/ha = −7 m/s²v = 0
t = s
2.Động họcKhó
a = 32 m/s²

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 2,5 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 = 2,5 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Các định luật NewtonTrung bình
θ = 15°15 kgF = ?

Một thùng 15 kg được đẩy lên một dốc nghiêng 15° so với phương ngang với tốc độ không đổi, bởi một lực song song với dốc. Hệ số ma sát trượt là 0,25. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực đẩy F.

m = 15 kgθ = 15°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
F = N
4.Các định luật NewtonKhó
7 kg3 kgTF = 50 Nμ = 0,3

Hai khối trên sàn nằm ngang được nối bằng một sợi dây nhẹ nằm ngang. Một lực nằm ngang 50 N kéo khối 3 kg phía trước; khối 7 kg bị kéo theo phía sau. Hệ số ma sát trượt là 0,3 cho cả hai khối. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực căng T trong sợi dây nối.

m1 = 7 kgm2 = 3 kgF = 50 Nμ = 0,3g = 9,81 m/s²
T = N
5.Chuyển động némTrung bình
v0​ = 32 m/sθ = ?R = 50 m

Một quả bóng được phóng từ mặt đất bằng phẳng với tốc độ 32 m/s và phải rơi cách 50 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm góc nhỏ hơn trong hai góc phóng có thể θ.

v₀ = 32 m/sR = 50 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Chuyển động némKhó
h = 55 mv0​ = 11 m/s55°x = ?

Một quả bóng được ném với góc 55° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 55 m. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm quãng đường ngang x mà quả bóng đi được trước khi chạm đất.

v0 = 11 m/sθ = 55°h = 55 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Chuyển động trònTrung bình
r = 80 m20 m/s

Một ô tô 1000 kg chạy qua đỉnh một chỗ lồi trên đường với tốc độ 20 m/s. Đỉnh của chỗ lồi là một cung tròn bán kính 80 m. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm phản lực pháp tuyến N của mặt đường lên ô tô ở đỉnh.

m = 1000 kgv = 20 m/sr = 80 mg = 9,81 m/s²
N = N
8.Chuyển động trònKhó
θ = 12°hướng vào tâmvmax​ = ?

Một đường cong bán kính 120 m được nghiêng 12°, và hệ số ma sát nghỉ giữa lốp và mặt đường là 0,2. 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 = 120 mθ = 12°μs = 0,2g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Công và năng lượngTrung bình
30°d = 13 mμ = 0,3

Một vật 10 kg trượt 13 m xuống một mặt dốc nghiêng 30° so với phương ngang, với hệ số ma sát trượt là 0,3. Tìm công Wf chống lại ma sát.

m = 10 kgθ = 30°μ = 0,3d = 13 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Công và năng lượngKhó
F = 185 N20°μ = 0,2520 kg

Một khối 20 kg bắt đầu từ trạng thái nghỉ ở chân một dốc nghiêng 20° và bị kéo lên dốc bởi một lực không đổi 185 N song song với dốc. Hệ số ma sát trượt là 0,25. Tìm vận tốc v của khối sau khi nó đã đi được 9 m lên dốc.

m = 20 kgF = 185 Nθ = 20°μ = 0,25d = 9 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Động lượng và va chạmTrung bình
1700 kg23 m/s1500 kg

Một ô tô 1700 kg đang chuyển động với tốc độ 23 m/s đâm vào một ô tô 1500 kg đang đứng yên và hai xe dính vào nhau. Động năng ΔK bị mất trong va chạm là bao nhiêu?

m1 = 1700 kgv1 = 23 m/sm2 = 1500 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Động lượng và va chạmKhó
4 kgv = ?15 g35°L = 1 m

Một viên đạn 15 g được bắn theo phương ngang vào một khối 4 kg treo trên các sợi dây nhẹ dài 1 m, và nằm lại trong đó. Các sợi dây đung đưa ra góc lớn nhất 35° so với phương thẳng đứng. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v của viên đạn trước khi va chạm.

m = 15 gM = 4 kgL = 1 mθ = 35°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Lò xo và con lắcTrung bình
L = ?

Một con lắc đơn phải dài bao nhiêu để có chu kỳ 2,5 s? Dùng g = 9,81 m/s². Tìm L.

T = 2,5 sg = 9,81 m/s²
L = m
14.Lò xo và con lắcKhó
mk = 260 N/mA = 12 cmx = 9 cm

Một vật trên lò xo có k = 260 N/m dao động trên bề mặt không ma sát với biên độ 12 cm. Tìm động năng K của nó khi cách vị trí cân bằng 9 cm.

k = 260 N/mA = 12 cmx = 9 cm
K = J
15.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình
FF1 cmdo​ = 4 cmf = 15 cm

Một vật cao 1 cm đặt cách một thấu kính hội tụ mỏng có tiêu cự 15 cm một khoảng 4 cm. Hãy tìm chiều cao ảnh hi (âm đối với ảnh ngược chiều).

ho = 1 cmdo = 4 cmf = 15 cm
hi = cm
16.Sóng, âm thanh & quang họcKhó
λ = 600 nmθ2​ = ?

Ánh sáng bước sóng 600 nm chiếu vuông góc vào một cách tử có 800 vạch trên milimét. Hãy tìm góc θ2 của cực đại bậc 2.

N = 800 mm⁻¹λ = 600 nmm = 2
θ2 = °

3Dung dịch

1.Động học

Đáp số: t = 2,143 s

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 = 54/3,6 = 15 m/s

Thời gian phanh

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 15/7 = 2,143 s

Đáp số

t = 2,143 s
2.Động học

Đáp số: hmax = 426,2 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 = 32·2,5 = 80 m/s
h₁ = ½·32·2,5² = 100 m

Bay tự do đi lên

Ở đỉnh vận tốc bằng không.

Δh = v₁²/(2g) = 80²/(2·9,81) = 326,2 m
hmax = 100 + 326,2 = 426,2 m

Đáp số

hmax = 426,2 m
3.Các định luật Newton

Đáp số: F = 73,62 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.

Các lực dọc theo mặt dốc

Tốc độ không đổi: các lực cân bằng.

F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ

Lực đẩy

F = 38,09 + 35,53 = 73,62 N

Đáp số

F = 73,62 N
4.Các định luật Newton

Đáp số: T = 35 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.

Toàn hệ

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (50 − 29,43)/10 = 2,057 m/s²

Riêng khối phía sau

T = m1·(a + μ·g) = 7·(2,057 + 2,943) = 35 N

Đáp số

T = 35 N

Với cùng μ cho cả hai khối, ma sát triệt tiêu: T = F·m₁/(m₁ + m₂).

5.Chuyển động ném

Đáp số: θ = 14,31 °

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.

Công thức tầm xa

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·50/32² = 0,479

Góc

2θ = 28,62° → θ = 14,31°

Đáp số

θ = 14,31°

Nghiệm còn lại là 90° − θ = 75,69°.

6.Chuyển động ném

Đáp số: x = 27,7 m

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 = 11·cos 55° = 6,309 m/s
vy = v0·sin θ = 11·sin 55° = 9,011 m/s

Thời gian trong không khí

Giải y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 và lấy nghiệm dương.

0 = 55 + 9,011·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (9,011 + √(81,19 + 1079))/9,81 = 4,391 s

Khoảng cách theo phương ngang

x = vx·t = 6,309·4,391 = 27,7 m

Đáp số

x = 27,7 m
7.Chuyển động tròn

Đáp số: N = 4810 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.

Các lực tại đỉnh

Chiều về phía tâm (xuống) là dương.

m·g − N = m·v²/r
N = 1000·9,81 − 1000·20²/80 = 9810 − 5000 = 4810 N

Đáp số

N = 4810 N

Ô tô cảm thấy nhẹ hơn: mặt đường đẩy lên nhỏ hơn trọng lượng.

8.Chuyển động tròn

Đáp số: vmax = 22,52 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 = √(120·9,81·0,4035/0,9366) = 22,52 m/s

Đáp số

vmax = 22,52 m/s
(81,08 km/h)
9.Công và năng lượng

Đáp số: Wf = 331,3 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 = 98,1·0,866 = 84,96 N
F = μN = 0,3·84,96 = 25,49 N

Công chống ma sát

Wf = F·d = 25,49·13 = 331,3 J

Đáp số

Wf = 331,3 J
10.Công và năng lượng

Đáp số: v = 8,039 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).

Các lực dọc theo mặt dốc

m·g = 20·9,81 = 196,2 N
mg·sin θ = 67,1 N
μ·mg·cos θ = 46,09 N

Công–năng lượng

½mv² = (185 − 113,2)·9 = 646,2 J
v = √(2·646,2/20) = 8,039 m/s

Đáp số

v = 8,039 m/s
11.Động lượng và va chạm

Đáp số: ΔK = 210773 J

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.

Vận tốc chung

v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 1700·23/3200 = 12,22 m/s

Động năng trước và sau

Kbefore = ½·1700·23² = 449650 J
Kafter = ½·3200·12,22² = 238877 J

Năng lượng mất đi

ΔK = 449650 − 238877 = 210773 J

Đáp số

ΔK = 210773 J

Năng lượng mất đi biến thành biến dạng, nhiệt và âm thanh.

12.Động lượng và va chạm

Đáp số: v = 504,2 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.

Độ nâng lên của khối

h = L·(1 − cos θ) = 1·(1 − cos 35°) = 0,1808 m

Tốc độ sau va chạm

V = √(2·9,81·0,1808) = 1,884 m/s

Va chạm

v = (m + M)·V/m = 4,015·1,884/0,015 = 504,2 m/s

Đáp số

v = 504,2 m/s
13.Lò xo và con lắc

Đáp số: L = 1,553 m

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.

Giải tìm chiều dài

L = g·(T/2π)² = 9,81·(2,5/2π)² = 1,553 m

Đáp số

L = 1,553 m
14.Lò xo và con lắc

Đáp số: K = 0,819 J

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.

Tổng năng lượng

E = ½·k·A² = ½·260·0,12² = 1,872 J

Thế năng lò xo tại x

U = ½·k·x² = ½·260·0,09² = 1,053 J

Động năng

K = 1,872 − 1,053 = 0,819 J

Đáp số

K = 0,819 J
15.Sóng, âm thanh & quang học

Đáp số: hi = 1,364 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 = 1/15 − 1/4
di = −5,455 cm
FF4 cmf = 15 cm

Độ phóng đại và chiều cao

m = −(−5,455)/4 = 1,364
hi = 1,364·1 = 1,364 cm

Đáp số

hi = 1,364 cm
16.Sóng, âm thanh & quang học

Đáp số: θ2 = 73,74 °

Giao thoa và nhiễu xạ: ánh sáng từ hai khe cách nhau một khoảng d đến một điểm trên màn với hiệu đường đi d·sin θ. Vân sáng xuất hiện tại nơi d·sin θ = mλ (m = 0, ±1, ±2, …). Với màn ở khoảng cách L ≫ d, vân sáng thứ m nằm tại y = mλL/d và khoảng vân là Δy = λL/d. Một cách tử có N vạch trên milimét có d = 1/N và các cực đại sắc nét tại d·sin θ = mλ; vì sin θ ≤ 1, bậc cao nhất là số nguyên lớn nhất m ≤ d/λ. Một khe đơn có độ rộng a có các vân tối tại a·sin θ = mλ, m = ±1, ±2, …

Khoảng cách giữa các vạch

d = 1/800 mm = 1,25 × 10⁻⁶ m

Phương trình cách tử

sin θ = mλ/d = 2·600 × 10⁻⁹/(1,25 × 10⁻⁶) = 0,96
θ = 73,74°

Đáp số

θ2 = 73,74°

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