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 54 km/h phanh với gia tốc chậm dần không đổi 4 m/s² cho đến khi dừng. Phanh mất bao lâu? Tìm t.
v₀ = 54 km/ha = −4 m/s²v = 0
t = s
2.Động họcKhó
Một hòn đá được thả từ trạng thái nghỉ vào một cái giếng. Tiếng bõm nghe được 3,7 s sau khi thả hòn đá. Tốc độ âm thanh là 343 m/s; bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm độ sâu d của giếng.
ttotal = 3,7 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Các định luật NewtonTrung bình
Các khối lượng 6,5 kg và 2 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 = 6,5 kgm2 = 2 kgg = 9,81 m/s²
T = N
4.Các định luật NewtonKhó
Một khối 2 kg trên dốc nghiêng 20° được nối bằng một sợi dây nhẹ qua một ròng rọc không ma sát ở đỉnh dốc với một vật treo 5,5 kg. Vật treo đi xuống. Hệ số ma sát trượt giữa khối và dốc là 0,25. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của hệ.
m1 = 2 kgm2 = 5,5 kgθ = 20°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
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 = 38 m/sθ = 20°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Chuyển động némKhó
Một quả bóng được ném với góc 55° so với phương ngang từ đỉnh một vách đá cao 30 m. Bỏ qua lực cản không khí. Tìm thời gian bay t cho đến khi quả bóng chạm đất.
v0 = 17 m/sθ = 55°h = 30 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Chuyển động trònTrung bình
Một chiếc ô tô đi qua khúc cua phẳng bán kính 150 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 = 150 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Chuyển động trònKhó
Một xe đẩy 4 kg được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 7,6 m trên đường ray không ma sát và chạy qua một vòng tròn thẳng đứng bán kính 2 m. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm phản lực pháp tuyến Ntop của đường ray lên xe đẩy tại đỉnh vòng.
m = 4 kgh = 7,6 mR = 2 mg = 9,81 m/s²
Ntop = N
9.Công và năng lượngTrung bình
Một vật 10 kg trượt 16 m xuống một mặt dốc nghiêng 45° so với phương ngang, với hệ số ma sát trượt là 0,4. Tìm công Wf chống lại ma sát.
m = 10 kgθ = 45°μ = 0,4d = 16 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Công và năng lượngKhó
Một khối 20 kg bắt đầu từ trạng thái nghỉ ở chân một dốc nghiêng 25° và bị kéo lên dốc bởi một lực không đổi 170 N song song với dốc. Hệ số ma sát trượt là 0,2. Tìm vận tốc v của khối sau khi nó đã đi được 2 m lên dốc.
Một ô tô 1700 kg đang chuyển động với tốc độ 15 m/s đâm vào một ô tô 1700 kg đang đứng yên và hai xe dính vào nhau. Bao nhiêu phần trăm ΔK/K động năng ban đầu bị mất?
m1 = 1700 kgv1 = 15 m/sm2 = 1700 kgv2 = 0
ΔK/K = %
12.Động lượng và va chạmKhó
Một ô tô 800 kg đâm vào một xe 1800 kg đang đỗ. Hai xe dính vào nhau và trượt 15 m trước khi dừng. Hệ số ma sát trượt giữa lốp và mặt đường là 0,7. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v1 của xe thứ nhất ngay trước va chạm.
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
Một vật 0,5 kg trên lò xo có k = 420 N/m được kéo lệch 10 cm khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra. Tìm tốc độ lớn nhất vmax của nó.
m = 0,5 kgk = 420 N/mA = 10 cm
vmax = m/s
15.Sóng, âm thanh & quang họcTrung bình
Một nguồn nhỏ phát âm đều theo mọi hướng. Mức âm là 65 dB ở khoảng cách 10 m. Hãy tìm mức âm β2 ở khoảng cách 20 m, bỏ qua sự hấp thụ và phản xạ.
β1 = 65 dBr1 = 10 mr2 = 20 m
β2 = dB
16.Sóng, âm thanh & quang họcKhó
Một vật cách một gương lồi có bán kính cong 16 cm một khoảng 50 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 = 50 cmR = 16 cm
di = cm
3Dung dịch
1.Động học
Đáp số: t = 3,75 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 = 15/4 = 3,75 s
Đáp số
t = 3,75 s
2.Động học
Đáp số: d = 60,86 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.
Hai phần của thời gian
½·9,81·t₁² = 343·(3,7 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 1269 = 0
Thời gian rơi
Chỉ nghiệm dương có ý nghĩa vật lý.
t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·1269))/(2·4,905) = 3,523 s
Độ sâu
d = ½·9,81·3,523² = 60,86 m
Đáp số
d = 60,86 m
3.Các định luật Newton
Đáp số: T = 30,01 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 = (6,5 − 2)·9,81/(6,5 + 2) = 5,194 m/s²
Lực căng từ khối nhẹ hơn
T − m2·g = m2·a → T = 2·(9,81 + 5,194) = 30,01 N
Đáp số
T = 30,01 N
4.Các định luật Newton
Đáp số: a = 5,685 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 = 53,96 N
m₁·g·sin θ = 6,71 N
μ·m₁·g·cos θ = 4,609 N
Gia tốc của hệ
a = (53,96 − 6,71 − 4,609)/7,5 = 5,685 m/s²
Đáp số
a = 5,685 m/s²
5.Chuyển động ném
Đáp số: x = 94,62 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 = 38·cos 20° = 35,71 m/s
vy = v0·sin θ = 38·sin 20° = 13 m/s
Thời gian trong không khí
Xuất phát và rơi xuống cùng độ cao: t = 2vy/g.
t = 2·13/9,81 = 2,65 s
Khoảng cách theo phương ngang
x = vx·t = 35,71·2,65 = 94,62 m
Đáp số
x = 94,62 m
6.Chuyển động ném
Đáp số: t = 4,271 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 = 17·cos 55° = 9,751 m/s
vy = v0·sin θ = 17·sin 55° = 13,93 m/s
Thời gian trong không khí
Giải y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 và lấy nghiệm dương.
0 = 30 + 13,93·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (13,93 + √(193,9 + 588,6))/9,81 = 4,271 s
Đáp số
t = 4,271 s
7.Chuyển động tròn
Đáp số: vmax = 29,71 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) = √(0,6·9,81·150) = 29,71 m/s
Đáp số
vmax = 29,71 m/s (107 km/h)
8.Chuyển động tròn
Đáp số: Ntop = 102 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.
Tốc độ từ bảo toàn năng lượng
v² = 2·9,81·(7,6 − 2·2) = 70,63 m²/s²
Các lực
Chiều về phía tâm là dương.
N = m·v²/R − m·g = 4·70,63/2 − 39,24 = 102 N
Đáp số
Ntop = 102 N
9.Công và năng lượng
Đáp số: Wf = 443,9 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 = 98,1·0,7071 = 69,37 N
F = μN = 0,4·69,37 = 27,75 N
Công chống ma sát
Wf = F·d = 27,75·16 = 443,9 J
Đáp số
Wf = 443,9 J
10.Công và năng lượng
Đáp số: v = 3,21 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 = 82,92 N
μ·mg·cos θ = 35,56 N
Công–năng lượng
½mv² = (170 − 118,5)·2 = 103 J
v = √(2·103/20) = 3,21 m/s
Đáp số
v = 3,21 m/s
11.Động lượng và va chạm
Đáp số: ΔK/K = 50 %
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) = 1700·15/3400 = 7,5 m/s
Động năng trước và sau
Kbefore = ½·1700·15² = 191250 J
Kafter = ½·3400·7,5² = 95625 J
Tỉ lệ mất đi
ΔK/K = 95625/191250 = 50 %
Đáp số
ΔK/K = 50 %
Năng lượng mất đi biến thành biến dạng, nhiệt và âm thanh.
12.Động lượng và va chạm
Đáp số: v1 = 46,65 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.
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: vmax = 2,898 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 = √(420/0,5) = 28,98 rad/s
Tốc độ lớn nhất
vmax = A·ω = 0,1·28,98 = 2,898 m/s
Đáp số
vmax = 2,898 m/s
15.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: β2 = 58,98 dB
Sóng: một sóng tuần hoàn di chuyển một bước sóng trong một chu kỳ, nên v = fλ với T = 1/f. Trên một sợi dây căng v = √(T/μ), với T là lực căng và μ = m/L là khối lượng trên mét. Âm thanh trong không khí truyền với tốc độ khoảng 343 m/s ở 20 °C, ánh sáng trong chân không với c = 3,00 × 10⁸ m/s. Độ to được đo trên thang logarit: β = 10·log₁₀(I/I₀) dB với I₀ = 10⁻¹² W/m², nên cường độ tăng 10 lần thì thêm 10 dB. Một nguồn điểm phân bố công suất P của nó trên một mặt cầu: I = P/(4πr²).
Tỉ số cường độ
I₂/I₁ = (10/20)² = 0,25
Mức âm mới
β₂ = 65 + 10·log₁₀(0,25) = 58,98 dB
Đáp số
β2 = 58,98 dB
Mỗi lần khoảng cách tăng gấp đôi làm mức âm giảm khoảng 6 dB.
16.Sóng, âm thanh & quang học
Đáp số: di = −6,897 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.