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 tài xế đang chạy với tốc độ 54 km/h nhìn thấy một chướng ngại vật. Thời gian phản ứng của cô ấy là 1,2 s, sau đó ô tô phanh với gia tốc hãm không đổi 6 m/s². Tìm tổng quãng đường dừng d tính từ lúc cô ấy nhìn thấy chướng ngại vật.
v₀ = 54 km/htr = 1,2 sa = −6 m/s²
d = m
2.Động họcKhó
Một đoàn tàu điện xuất phát từ trạng thái nghỉ và tăng tốc với 2 m/s² trong 11 s, rồi chạy với tốc độ không đổi trong 9 s, và cuối cùng phanh với 3,5 m/s² cho đến khi dừng. Tìm tổng quãng đường s giữa hai điểm dừng.
a1 = 2 m/s²t1 = 11 st2 = 9 sa3 = −3,5 m/s²
s = m
3.Các định luật NewtonTrung bình
Một thùng trượt trên sàn nằm ngang với tốc độ ban đầu 9 m/s và dừng lại sau 41 m. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm hệ số ma sát trượt μ.
v₀ = 9 m/sd = 41 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Các định luật NewtonKhó
Một khối được đẩy để nó bắt đầu trượt lên một dốc nghiêng 30° với tốc độ 3 m/s. Hệ số ma sát trượt là 0,25. Dùng g = 9,81 m/s². Nó trượt được bao xa d dọc theo dốc trước khi dừng?
v₀ = 3 m/sθ = 30°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
d = m
5.Chuyển động némTrung bình
Một quả bóng được ném với góc 20° so với phương ngang từ mặt đất bằng phẳng. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm quãng đường ngang x mà quả bóng đi được trước khi chạm đất.
v0 = 32 m/sθ = 20°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Chuyển động némKhó
Một quả bóng được ném với góc 35° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 15 m. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm thời gian bay t cho đến khi quả bóng chạm đất.
v0 = 29 m/sθ = 35°h = 15 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Chuyển động trònTrung bình
Một đường cong bán kính 150 m được nghiêng 18°. Ô tô có thể đi qua với tốc độ v nào mà hoàn toàn không cần ma sát? Dùng g = 9,81 m/s².
r = 150 mθ = 18°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Chuyển động trònKhó
Một đường cong bán kính 50 m được nghiêng 8°, và hệ số ma sát nghỉ giữa lốp và mặt đường là 0,1. 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 = 50 mθ = 8°μs = 0,1g = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Công và năng lượngTrung bình
Một ô tô 1000 kg chạy lên dốc 4° với vận tốc không đổi 90 km/h. Sức cản không khí và sức cản lăn cộng lại là 700 N. Tìm công suất P mà các bánh xe phải cung cấp, theo kW.
Một khối 15 kg bắt đầu từ trạng thái nghỉ ở chân một dốc nghiêng 15° và bị kéo lên dốc bởi một lực không đổi 165 N song song với dốc. Hệ số ma sát trượt là 0,3. Tìm vận tốc v của khối sau khi nó đã đi được 2 m lên dốc.
Một xe trượt 5 kg chạy với 7 m/s va chạm trực diện hoàn toàn đàn hồi với một xe trượt 3 kg đang đứng yên trên đường ray không ma sát. Tìm vận tốc v′2 của xe trượt thứ hai sau va chạm.
m1 = 5 kgm2 = 3 kgv1 = 7 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Động lượng và va chạmKhó
Một ô tô 2000 kg đâm vào một xe 1000 kg đang đỗ. Hai xe dính vào nhau và trượt 11 m trước khi dừng. Hệ số ma sát trượt giữa lốp và mặt đường là 0,8. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v1 của xe thứ nhất ngay trước va chạm.
Một vật 0,8 kg trên lò xo có k = 150 N/m được kéo 11 cm theo chiều dương và thả từ trạng thái nghỉ tại t = 0. Tìm độ dời x của nó so với vị trí cân bằng tại t = 0,7 s (có dấu).
m = 0,8 kgk = 150 N/mA = 11 cmt = 0,7 s
x = cm
14.Lò xo và con lắcKhó
Một vật 4 kg trên lò xo có k = 480 N/m được kéo lệch 9 cm khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra. Tìm gia tốc lớn nhất amax của nó.
m = 4 kgk = 480 N/mA = 9 cm
amax = m/s²
15.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình
Ánh sáng truyền trong thủy tinh crown (n = 1,50) về phía một mặt phân cách phẳng với acrylic (n = 1,49). Hãy tìm góc tới hạn θc mà vượt quá nó thì ánh sáng bị phản xạ toàn phần.
n1 = 1,50n2 = 1,49
θc = °
16.Sóng, âm thanh & quang họcKhó
Một sợi quang có lõi với n₁ = 1,48 và lớp vỏ với n₂ = 1,45. Hãy tìm khẩu độ số NA của nó.
n1 = 1,48n2 = 1,45
NA =
3Dung dịch
1.Động học
Đáp số: d = 36,75 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.
Đơn vị
v₀ = 54/3,6 = 15 m/s
Quãng đường phản ứng
d1 = v₀·tr = 15·1,2 = 18 m
Quãng đường phanh
d2 = v₀²/(2a) = 15²/(2·6) = 18,75 m
Tổng
d = 18 + 18,75 = 36,75 m
Đáp số
d = 36,75 m
2.Động học
Đáp số: s = 388,1 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.
Tốc độ lớn nhất
v = a1·t1 = 2·11 = 22 m/s
Quãng đường của mỗi giai đoạn
s1 = ½·2·11² = 121 m
s2 = 22·9 = 198 m
s3 = 22²/(2·3,5) = 69,14 m
Tổng quãng đường
s = 121 + 198 + 69,14 = 388,1 m
Đáp số
s = 388,1 m
3.Các định luật Newton
Đáp số: μ = 0,1007
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
a = v₀²/(2d) = 9²/(2·41) = 0,9878 m/s²
Hệ số ma sát
μ·m·g = m·a → μ = a/g = 0,9878/9,81 = 0,1007
Đáp số
μ = 0,1007
4.Các định luật Newton
Đáp số: d = 0,6402 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 30° + 0,25·cos 30°) = 7,029 m/s²
Quãng đường
d = v₀²/(2a) = 3²/(2·7,029) = 0,6402 m
Đáp số
d = 0,6402 m
5.Chuyển động ném
Đáp số: x = 67,1 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 = 32·cos 20° = 30,07 m/s
vy = v0·sin θ = 32·sin 20° = 10,94 m/s
Thời gian trong không khí
Xuất phát và rơi xuống cùng độ cao: t = 2vy/g.
t = 2·10,94/9,81 = 2,231 s
Khoảng cách theo phương ngang
x = vx·t = 30,07·2,231 = 67,1 m
Đáp số
x = 67,1 m
6.Chuyển động ném
Đáp số: t = 4,131 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 = 29·cos 35° = 23,76 m/s
vy = v0·sin θ = 29·sin 35° = 16,63 m/s
Thời gian trong không khí
Giải y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 và lấy nghiệm dương.
0 = 15 + 16,63·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (16,63 + √(276,7 + 294,3))/9,81 = 4,131 s
Đáp số
t = 4,131 s
7.Chuyển động tròn
Đáp số: v = 21,87 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.
v = √(r·g·tan θ) = √(150·9,81·tan 18°) = 21,87 m/s
Đáp số
v = 21,87 m/s
(78,72 km/h)
8.Chuyển động tròn
Đáp số: vmin = 4,428 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 = √(50·9,81·0,04015/1,004) = 4,428 m/s
Đáp số
vmin = 4,428 m/s
(15,94 km/h)
9.Công và năng lượng
Đáp số: P = 34,61 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 4° = 684,3 N
F = 684,3 + 700 = 1384 N
Công suất
v = 90/3,6 = 25 m/s
P = F·v = 1384·25 = 34608 W = 34,61 kW
Đáp số
P = 34,61 kW
10.Công và năng lượng
Đáp số: v = 4,741 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 = 15·9,81 = 147,2 N
mg·sin θ = 38,09 N
μ·mg·cos θ = 42,64 N
Công–năng lượng
½mv² = (165 − 80,73)·2 = 168,5 J
v = √(2·168,5/15) = 4,741 m/s
Đáp số
v = 4,741 m/s
11.Động lượng và va chạm
Đáp số: v′2 = 8,75 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 = (5 − 3)/(5 + 3)·7 = 1,75 m/s
v′2 = 2·5/(5 + 3)·7 = 8,75 m/s
Đáp số
v′2 = 8,75 m/s
12.Động lượng và va chạm
Đáp số: v1 = 19,71 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 = √(150/0,8) = 13,69 rad/s
ω·t = 13,69·0,7 = 9,585 rad
Độ dời
x = A·cos(ω·t) = 11·cos(9,585) = −10,86 cm
Đáp số
x = −10,86 cm
14.Lò xo và con lắc
Đáp số: amax = 10,8 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 = √(480/4) = 10,95 rad/s
Gia tốc lớn nhất
amax = A·ω² = 0,09·10,95² = 10,8 m/s²
Đáp số
amax = 10,8 m/s²
15.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: θc = 83,38 °
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.
Khúc xạ ở 90°
sin θc = n₂/n₁ = 1,49/1,50 = 0,9933
Góc tới hạn
θc = arcsin(0,9933) = 83,38°
Đáp số
θc = 83,38°
16.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: NA = 0,2965
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.