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 cần tốc độ 250 km/h để cất cánh và đường băng có thể dùng dài 1900 m. Xuất phát từ trạng thái nghỉ, nó cần gia tốc không đổi a bằng bao nhiêu?
v₀ = 0v = 250 km/hs = 1900 m
a = m/s²
2.Động họcKhó
Quả bóng A được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 40 m. Cùng lúc đó quả bóng B được ném thẳng lên từ mặt đất ngay bên dưới với tốc độ 29 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 = 40 mv0B = 29 m/sg = 9,81 m/s²
t = s
3.Các định luật NewtonTrung bình
Một thùng 10 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 0,2. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực đẩy F.
m = 10 kgθ = 15°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
F = N
4.Các định luật NewtonKhó
Hai khối trên sàn nằm ngang được nối bằng một sợi dây nhẹ nằm ngang. Một lực nằm ngang 65 N kéo khối 10 kg phía trước; khối 8 kg bị kéo theo phía sau. Hệ số ma sát trượt là 0,15 cho cả hai khối. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm lực căng T trong sợi dây nối.
m1 = 8 kgm2 = 10 kgF = 65 Nμ = 0,15g = 9,81 m/s²
T = N
5.Chuyển động némTrung bình
Một quả bóng được ném với góc 50° so với phương ngang từ mặt đất bằng phẳng. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm độ cao cực đại H mà quả bóng đạt được.
v0 = 30 m/sθ = 50°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Chuyển động némKhó
Một quả bóng được ném với góc 55° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 45 m. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm thời gian bay t cho đến khi quả bóng chạm đất.
v0 = 18 m/sθ = 55°h = 45 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Chuyển động trònTrung bình
Một chiếc ô tô đi qua khúc cua phẳng bán kính 135 m. Hệ số ma sát nghỉ giữa lốp và mặt đường là 0,6. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ lớn nhất vmax mà ô tô có thể vào cua mà không bị trượt.
r = 135 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Chuyển động trònKhó
Một đường cong bán kính 290 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 lớn nhất vmax mà ô tô có thể đi qua đường cong mà không bị trượt lên và văng ra ngoài.
r = 290 mθ = 25°μs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Công và năng lượngTrung bình
Một ô tô 1000 kg chạy lên dốc 8° với vận tốc không đổi 36 km/h. Sức cản không khí và sức cản lăn cộng lại là 600 N. Tìm công suất P mà các bánh xe phải cung cấp, theo kW.
Một khối 5 kg nằm trên mặt bàn nằm ngang nhám (μ = 0,15). Một sợi dây nhẹ đi từ nó qua một ròng rọc nhẵn ở mép bàn tới một khối 1 kg treo. Hệ được thả từ trạng thái nghỉ. Tìm vận tốc v của các khối sau khi khối treo hạ xuống 0,5 m.
m1 = 5 kgm2 = 1 kgμ = 0,15d = 0,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Động lượng và va chạmTrung bình
Một viên đạn 12 g được bắn theo phương ngang vào một khối gỗ 4,5 kg treo trên các sợi dây nhẹ, và nằm lại bên trong. Khối gỗ đung đưa lên cho đến khi cao hơn lúc đầu 5 cm. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v của viên đạn trước khi va chạm.
m = 12 gM = 4,5 kgh = 5 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Động lượng và va chạmKhó
Một quả bóng 0,25 kg đập vào tường với 25 m/s và bật thẳng ngược lại với 19 m/s. Thời gian tiếp xúc là 20 ms. Tìm lực trung bình Favg của tường lên quả bóng.
m = 0,25 kgvin = 25 m/svout = 19 m/sΔt = 20 ms
Favg = N
13.Lò xo và con lắcTrung bình
Một vật 0,9 kg trên lò xo có k = 50 N/m được kéo 6 cm theo chiều dương và thả từ trạng thái nghỉ tại t = 0. Tìm vận tốc v của nó tại t = 0,8 s (có dấu).
m = 0,9 kgk = 50 N/mA = 6 cmt = 0,8 s
v = m/s
14.Lò xo và con lắcKhó
Một vật 0,9 kg được gắn vào đầu dưới của một lò xo thẳng đứng chưa giãn có k = 340 N/m và được thả từ trạng thái nghỉ. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm độ giãn lớn nhất xmax của lò xo theo cm.
m = 0,9 kgk = 340 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
15.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình
Một người quan sát chuyển động với vận tốc 15 m/s ra xa một nguồn 400 Hz đứng yên. Tốc độ âm thanh là 343 m/s. Hãy tìm tần số f′ mà người quan sát nghe được.
f = 400 Hzv = 343 m/svo = 15 m/s
f′ = Hz
16.Sóng, âm thanh & quang họcKhó
Một vật cách một gương lồi có bán kính cong 40 cm một khoảng 6 cm. Hãy tìm khoảng cách ảnh di, dương đối với ảnh ở phía trước gương (thật) và âm đối với ảnh ở phía sau gương (ảo).
do = 6 cmR = 40 cm
di = cm
3Dung dịch
1.Động học
Đáp số: a = 1,269 m/s²
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.
Đơn vị
v = 250/3,6 = 69,44 m/s
Gia tốc
a = v²/(2s) = 69,44²/(2·1900) = 1,269 m/s²
Đáp số
a = 1,269 m/s²
2.Động học
Đáp số: t = 1,379 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.
40 − ½g·t² = 29·t − ½g·t² → t = 40/29 = 1,379 s
Đáp số
t = 1,379 s
3.Các định luật Newton
Đáp số: F = 44,34 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 = 25,39 + 18,95 = 44,34 N
Đáp số
F = 44,34 N
4.Các định luật Newton
Đáp số: T = 28,89 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.
Với cùng μ cho cả hai khối, ma sát triệt tiêu: T = F·m₁/(m₁ + m₂).
5.Chuyển động ném
Đáp số: H = 26,92 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 = 30·cos 50° = 19,28 m/s
vy = v0·sin θ = 30·sin 50° = 22,98 m/s
Điểm cao nhất
Ở đỉnh, vận tốc thẳng đứng bằng không: vy² = 2gH.
H = vy²/(2g) = 22,98²/(2·9,81) = 26,92 m
Đáp số
H = 26,92 m
6.Chuyển động ném
Đáp số: t = 4,884 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 = 18·cos 55° = 10,32 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 55° = 14,74 m/s
Thời gian trong không khí
Giải y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 và lấy nghiệm dương.
0 = 45 + 14,74·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (14,74 + √(217,4 + 882,9))/9,81 = 4,884 s
Đáp số
t = 4,884 s
7.Chuyển động tròn
Đáp số: vmax = 28,19 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) = √(0,6·9,81·135) = 28,19 m/s
Đáp số
vmax = 28,19 m/s (101,5 km/h)
8.Chuyển động tròn
Đáp số: vmax = 50,35 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 = √(290·9,81·0,6945/0,7795) = 50,35 m/s
Đáp số
vmax = 50,35 m/s
(181,2 km/h)
9.Công và năng lượng
Đáp số: P = 19,65 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 = 1000·9,81 = 9810 N
mg·sin θ = 9810·sin 8° = 1365 N
F = 1365 + 600 = 1965 N
Công suất
v = 36/3,6 = 10 m/s
P = F·v = 1965·10 = 19653 W = 19,65 kW
Đáp số
P = 19,65 kW
10.Công và năng lượng
Đáp số: v = 0,6393 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 giải phóng và mất đi
m₂g·d = 9,81·0,5 = 4,905 J
μ·m₁g·d = 0,15·49,05·0,5 = 3,679 J
Động năng của cả hai khối
½(m₁ + m₂)v² = 1,226 → v = √(2·1,226/6) = 0,6393 m/s
Đáp số
v = 0,6393 m/s
11.Động lượng và va chạm
Đáp số: v = 372,4 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) = √(2·9,81·0,05) = 0,9905 m/s
Va chạm
m·v = (m + M)·V → v = (0,012 + 4,5)·0,9905/0,012 = 372,4 m/s
Đáp số
v = 372,4 m/s
12.Động lượng và va chạm
Đáp số: Favg = 550 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 = 0,25·(19 + 25) = 11 N·s
Lực trung bình
Favg = J/Δt = 11/0,02 = 550 N
Đáp số
Favg = 550 N
13.Lò xo và con lắc
Đáp số: v = 0,1408 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 = √(50/0,9) = 7,454 rad/s
ω·t = 7,454·0,8 = 5,963 rad
Vận tốc
v = −A·ω·sin(ω·t) = −0,06·7,454·sin(5,963) = 0,1408 m/s
Đáp số
v = 0,1408 m/s
14.Lò xo và con lắc
Đáp số: xmax = 5,194 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.
Vị trí cân bằng và biên độ
x₀ = m·g/k = 0,9·9,81/340 = 0,02597 m = A
Điểm thấp nhất
xmax = 2A = 0,05194 m = 5,194 cm
Đáp số
xmax = 5,194 cm
15.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: f′ = 382,5 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.