Giáo án môn Vật lý 10 - Bài 5: Chuyển động tròn đều

Bài 5 : CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU 
I. Định nghĩa.
1. Chuyển động tròn.
 Chuyển động tròn là chuyển động có quỹ đạo là một đường tròn.
2. Tốc độ trung bình trong chuyển động tròn.
 Tốc độ trung bình của chuyển động tròn là đại lượng đo bằng thương số giữa độ dài cung tròn mà vật đi được và thời gian đi hết cung tròn đó.	vtb = 
3. Chuyển động tròn đều.
 Chuyển động tròn đều là chuyển động có quỹ đạo tròn và có tốc độ trung bình trên mọi cung tròn là như nhau.
II. Tốc độ dài và tốc độ góc.
1. Tốc độ dài.	v = 
 Trong chuyển động tròn đều tốc độ dài của vật có độ lớn không đổi.
2. Véc tơ vận tốc trong chuyển động tròn đều.	 = 
 Véctơ vận tốc trong chuyển động tròn đều luôn có phương tiếp tuyến với đường tròn quỹ đạo.
 Trong chuyển động tròn đều véctơ vận tốc có phương luôn luôn thay đổi.
3. Tần số góc, chu kì, tần số.
 a) Tốc độ góc. Tốc độ góc của chuyển động tròn đều là đại lượng đo bằng góc mà bán kính quay quét được trong một đơn vị thời gian.	
 Tốc độ góc của chuyển động tròn đều là một đại lượng không đổi.
 Đơn vị tốc độ góc là rad/s.
 b) Chu kì.
 Chu kì T của chuyển động tròn đều là thời gian để vật đi được một vòng.
 Liên hệ giữa tốc độ góc và chu kì :	T = 
 Đơn vị chu kì là giây (s).
 c) Tần số.
 Tần số f của chuyển động tròn đều là số vòng mà vật đi được trong 1 giây.
 Liên hệ giữa chu kì và tần số : f = 
 Đơn vị tần số là vòng trên giây (vòng/s) hoặc héc (Hz).
 d) Liên hệ giữa tốc độ dài và tốc độ góc.
v = rw
II. Gia tốc hướng tâm.
1. Hướng của véctơ gia tốc trong chuyển động tròn đều.
 Trong chuyển động tròn đều, tuy vận tốc có độ lớn không đổi, nhưng có hướng luôn thay đổi, nên chuyển động này có gia tốc. Gia tốc trong chuyển động tròn đều luôn hướng vào tâm của quỹ đạo nên gọi là gia tốc hướng tâm.
2. Độ lớn của gia tốc hướng tâm.	aht = =
Bài tập
Vận dụng các công thức trong chuyển động tròn đều
Cách giải:
Công thức chu kì 
Công thức tần số: 
Công thức gia tốc hướng tâm:
Công thức liên hệ giữa tốc độ dài, tốc độ góc: 
Bài 1: Xe đạp của 1 vận động viên chuyển động thẳng đều với v = 36km/h. Biết bán kính của lốp bánh xe đạp là 32,5cm. Tính tốc độ góc và gia tốc hướng tâm tại một điểm trên lốp bánh xe.
Bài 2: Một vật điểm chuyển động trên đường tròn bán kính 15cm với tần số không đổi 5 vòng/s. Tính chu kì, tần số góc, tốc độ dài.
Bài 3: Trong 1 máy gia tốc e chuyển động trên quỹ đạo tròn có R = 1m. Thời gian e quay hết 5 vòng là 5.10-7s. Hãy tính tốc độ góc, tốc độ dài, gia tốc hướng tâm của e.
Bài 4: Một xe tải có bánh xe có đường kính 80cm, chuyển động đều. Tính chu kì, tần số, tốc độ góc của đầu van xe.
Bài 5: Một đĩa quay đều quanh trục qua tâm O, với vận tốc qua tâm là 300vòng/ phút.
a/ Tính tốc độ góc, chu kì.
b/ Tính tốc độ dài, gia tốc hướng tâm của 1 điểm trên đĩa cách tâm 10cm, g = 10m/s2.
Bài 6: Một đĩa đồng chất có dạng hình tròn có R = 30cm đang quay tròn đều quanh trục của nó. Biết thời gian quay hết 1 vòng là 2s. Tính tốc độ dài, tốc độ góc của 2 điểm A, B nằm trên cùng 1 đường kính của đĩa. Biết điểm A nằm trên vành đĩa, điểm B nằm trên trung điểm giữa tâm O của vòng tròn và vành đĩa.
Bài 7: Một vệ tinh quay quanh Trái Đất tại độ cao 200km so với mặt đất. Ở độ cao đó g = 9,2m/s2. Hỏi tốc độ dài của vệ tinh là bao nhiêu?
Bài 8: Một vệ tinh nhân tạo có quỹ đạo là một đường tròn cách mặt đất 400km, quay quanh Trái đất 1 vòng hết 90 phút. Gia tốc hướng tâm của vệ tinh là bao nhiêu, RTĐ = 6389km.
Bài 9: Vệ tinh A của Việt Nam được phòng lên quỹ đạo ngày 19/4/2008. Sau khi ổn định, vệ tinh chuyển động tròn đều với v = 2,21 km/h ở độ cao 24000km so với mặt đất. Bán kính TĐ là 6389km. Tính tốc độ góc, chu kì, tần số của vệ tinh.
Bài 10: Gia tốc hướng tâm của chuyển động tròn đều tăng hay giảm bao nhiêu nếu vận tốc góc giảm còn một nửa nhưng bán kính quỹ đạo tăng 2 lần.
Bài 11: Một đồng hồ treo tường có kim giờ dài 2,5cm, kim phút dài 3cm. So sánh tốc độ góc, tốc độ dài của 2 đầu kim nói trên.
Bài 12: Một bánh xe đạp có đường kính là 20cm, khi chuyển động có vận tốc góc là 12,56 rad/s. Vận tốc dài của một điểm trên vành bánh xe là bao nhiêu?.
Bài 13: Một điểm nằm trên vành ngoài của lốp xe máy cách trục bánh xe 30cm. Bánh xe quay đều với tốc độ 8vòng/s. Số vòng bánh xe quay để số chỉ trên đồng hồ tốc độ của xe sẽ nhảy 1 số ứng với 1km và thời gian quay hết số vòng ấy là bao nhiêu?
TRẮC NGHIỆM
C1. Hãy chỉ ra câu sai? Chuyển động tròn đều là chuyển động có các đặc điểm:
A. Quỹ đạo là đường tròn.	B. Tốc độ dài không đổi. C. Tốc độ góc không đổi. 	D. Vectơ gia tốc không đổi.
C2. Trong các câu dưới đây câu nào sai? Véctơ gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều có đặc điểm: 
A. Đặt vào vật chuyển động. 	B. Phương tiếp tuyến quỹ đạo. 
C. Chiều luôn hướng vào tâm của quỹ đạo. D. Độ lớn .
C3. Các công thức liên hệ giữa vận tốc dài với vận tốc góc, và gia tốc hướng tâm với tốc độ dài của chất điểm chuyển động tròn đều là:	A. .	 B. .	
	C. .	D. 
C4. Các công thức liên hệ giữa tốc độ góc w với chu kỳ T và giữa tốc độ góc w với tần số f trong chuyển động tròn đều là:
A. .	B. .	
C. .	D. .
C5. Trong chuyeån ñoäng troøn ñeàu khi vaän toác goùc taêng leân 2 laàn thì : 
A . vaän toác daøi giaûm ñi 2 laàn .	B . gia toác taêng leân 2 laàn .
C . gia toác taêng leân 4 laàn .	 D . vaän toác daøi taêng leân 4 laàn .
C6 Chu kyø quay là : Choïn sai .
A. Laø soá voøng quay ñöôïc trong 1 giaây	B. Laø thôøi gian 1 ñieåm chuyeån ñoäng quay ñöôïc 1 voøng.
C. Ñöôïc tính baèng coâng thöùc T = 	D. Lieân heä vôùi taàn soá baèng coâng thöùc T = 
C7. Trong chuyển động tròn đều vectơ vận tốc có:
A.Phương không đổi và luôn vuông góc với bán kính quỹ đạo.
B.Có độ lớn thay đổi và có phương tiếp tuyến với quỹ đạo.
C.Có độ lớn không đổi và có phương luôn trùng với tiếp tuyến của quỹ đạo tại mỗi điểm.
D. Có độ lớn không đổi và có phương luôn trùng với bán kính của quỹ đạo tại mỗi điểm.
C8. Câu nào đúng?
A. Tốc độ dài của chuyển động tròn đều phụ thuộc vào bánh kính quỹ đạo.
B. Tốc độ góc của chuyển động tròn đều phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo.
C. Với v và w cho trước, gia tốc hướng tâm phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo.
D. Với v và w cho trước, gia tốc hướng tâm không phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo.
C9. Chuyển động của vật nào dưới đây là chuyển động tròn đều?
A. Chuyển động của đầu van bánh xe đạp khi xe đang chuyển động thẳng chậm dần đều.
B. Chuyển động quay của Trái Đất quanh Mặt Trời.
C. Chuyển động của điểm đầu cánh quạt trần khi đang quay đều.
D. Chuyển động của điểm đầu cánh quạt khi vừa tắt điện.
C10 Chọn câu đúng.
A. Trong các chuyển động tròn đều có cùng bán kính, chuyển động nào có chu kỳ quay lớn hơn thì có vận tốc dài lớn hơn.
B. Trong chuyển động tròn đều, chuyển động nào có chu kỳ quay nhỏ hơn thì có vận tốc góc nhỏ hơn.
C. Trong các chuyển động tròn đều, chuyển động nào có tần số lớn hơn thì có chu kỳ nhỏ hơn.
D. Trong các chuyển động tròn đều, với cùng chu kỳ, chuyển động nào có bán kính nhỏ hơn thì có vận tốc góc nhỏ hơn.
C11. Bán kính vành ngoài của một bánh xe ôtô là 25cm. Xe chạy với vận tốc 10m/s. Vận tốc góc của một điểm trên vành ngoài xe là : A. 10 rad/s	B.. 20 rad/s 	C. 30 rad /s 	D. 40 rad/s.
C12. Tốc độ góc của một điểm trên Trái Đất đối với trục Trái Đất là bao nhiêu? Cho biết chu kỳ T = 24 giờ.
A. .	B. 
C. 	 D. 
C13. Một đĩa tròn bán kính 20cm quay đều quanh trục của nó. Đĩa quay 1 vòng hết đúng 0,2 giây. Tốc độ dài v của một điểm nằm trên mép đĩa bằng: A. v = 62,8m/s.	 B. v = 3,14m/s. C. v = 628m/s.	D. v = 6,28m/s.
C14 Tỉ số giữa vận tốc góc của kim phút và vận tốc góc của kim giờ của một đồng hồ là:
A. = 12. B. = 16. C. = 6. D. = 12.
C15: Moät chaát ñieåm chuyeån ñoäng troøn ñeàu vôùi chu kì T= 4s. Toác ñoä goùc coù giaù trò naøo sao ñaây.
 a. 1,57 rad/s.	 b. 3,14 rad/s	c. 6,28 m/s.	d. 12,56 rad/s.
C16: Moät vaønh baùnh xe ñaïp chuyeån ñoäng vôùi taàn soá 2 Hz.Chu kì cuûa moät ñieåm treân vaønh baùnh xe ñaïp laø:
 A. 15s. B. 0,5s. C. 50s. D. 1,5s. 
C17. Moät caùnh quaït quay ñeàu, trong moät phuùt quay ñöôïc 120 voøng. Tính chu kì, taàn soá quay cuûa quaït.
A.0,5s vaø 2 voøng/s. B.1 phuùt vaø 120 voøng/phuùt.
C.1 phuùt vaø 2 voøng/phuùt. D.0,5s vaø 120 voøng/phuùt.
C18 .Moät chaát ñieåm chuyeån ñoäng troøn ñeàu trong1s thöïc hieän 3voøng.Vaän toác goác cuûa chaát ñieåm laø :
A.w=2p/3 (rad/s) B.w=3p/2 (rad/s) C.w=3p (rad/s) D.w=6p (rad/s)
Bài 6 : TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG. CÔNG THỨC CỘNG VẬN TỐC
I. Tính tương đối của chuyển động.
1. Tính tương đối của quỹ đạo.
 Hình dạng quỹ đạo của chuyển động trong các hệ qui chiếu khác nhau thì khác nhau. Quỹ đạo có tính tương đối
2. Tính tương đối của vận tốc.
 Vận tốc của vật chuyển động đối với các hệ qui chiếu khác nhau thì khác nhau. Vận tốc có tính tương đối
II. Công thức cộng vận tốc.
1. Hệ qui chiếu đứng yên và hệ qui chiếu chuyển động.
 Hệ qui chiếu gắn với vật đứng yên gọi là hệ qui chiếu đứng yên.
 Hệ qui chiếu gắn với vật vật chuyển động gọi là hệ qui chiếu chuyển động.
2.công thức cộng vận tốc:
 a. Trường hợp các vận tốc cùng phương, cùng chiều với vận tốc 
 Thuyền chạy xuôi dòng nước:
 gọi là vận tốc của thuyền đối với nước (vận tốc tương đối)
 là vận tốc của nước đối với bờ (vận tốc kéo theo)
 là vận tốc của thuyền đối với bờ(vận tốc tuyệt đối)
 Theo hình vẽ ta có: 
 Về độ lớn: 
 b) Trường hợp vận tốc tương đối cùng phương, ngược chiều với vận tốc kéo theo
 Thuyền chạy ngược dòng nước:	
 tương tự theo hình vẽ ta có: 
 Về độ lớn: 
 c.Trường hợp vận tốc có phương vuông góc với vận tốc 
 theo hình vẽ ta có: 
 Về độ lớn: 
 *kết luận:
 Vận tốc tuyệt đối bằng tổng véctơ vận tốc tương đối và vận tốc kéo theo
Bài tập.
Xác định vận tốc tương đối, tuyệt đối, kéo theo.
Cách giải
Gọi tên các đại lượng: số 1: vật chuyển động
 số 2: hệ quy chiếu chuyển động
 số 3: hệ quy chiếu đứng yên
Xác định các đại lượng: v13 ; v12 ; v23
Vận dụng công thức cộng vận tốc: 
Khi cùng chiều: v13 = v12 + v23
Khi ngược chiều: v13 = v12 – v23
Quãng đường: 
 Bài 1: Hai xe máy của Nam và An cùng chuyển động trên đoạn đường cao tốc, thẳng với vận tốc vN = 45km/h, vA= 65km/h. Xác định vận tốc tương đối (độ lớn và hướng ) của Nam so với An.
a/ Hai xe chuyển động cùng chiều.	b/ Hai xe chuyển động ngược chiều
Bài 2: Lúc trời không gió, một máy bay từ địa điểm M đến N theo 1 đường thẳng với v = 120km/s mất thời gian 2 giờ. Khi bay trở lại, gặp gió nên bay mất thời gian 2 giờ 20 phút. Xác định vận tốc gió đối với mặt đất.
Bài 3: Một canô đi xuôi dòng nước từ A đến B mất 4 giờ, còn nếu đi ngược dòng nước từ B đến A mất 5 giờ. Biết vận tốc của dòng nước so với bờ sông là 4 km/h. Tính vận tốc của canô so với dòng nước và tính quãng đường AB.
Bài 4: Một chiếc thuyền chuyển động ngược chiều dòng nước với v = 7,5 km/h đối với dòng nước. Vận tốc chảy của dòng nước đối với bờ sông là 2,1 km/h. Vận tốc của thuyền đối với bờ sông là bao nhiêu?
Bài 5: Một canô chuyển động đều và xuôi dòng từ A đến B mất 1 giờ. Khoảng cách AB là 24km, vận tốc của nước so với bờ là 6km/h.
a/ Tính vận tốc của canô so với nước.
b/ Tính thời gian để canô quay về từ B đến A.
Bài 6: Một người lái xuồng máy dự định mở máy cho xuồng chạy ngang con sông rộng 320m, mũi xuồng luôn luôn vuông góc với bờ sông. Nhưng do nước chảy nên xuồng sang đến bờ bên kia tại một điểm cách bến dự định 240m và mất 100s. Xác định vận tốc cuả xuồng so với dòng sông.
Bài 7: Một tàu hoả chuyển động thẳng đều với v = 10m/s so với mặt đất. Một người đi đều trên sàn tàu có v = 1m/s so với tàu. Xác định vận tốc của người đó so với mặt đất trong các trường hợp.
a/ Người và tàu chuyển động cùng chiều.
a/ Người và tàu chuyển động ngược chiều.
a/ Người và tàu chuyển động vuông góc với nhau.
Bài 8: Một chiếc thuyền xuôi dòng từ A đến B và quay về A. Biết vận tốc của nước so với bờ là 2km/h, AB = 14km. Tính thời gian tổng cộng đi và về của thuyền.
Bài 9: Một xuồng máy đi trong nước yên lặng với v = 30km/h. Khi xuôi dòng từ A đến B mất 2 giờ, ngược dòng từ B đến A mất 3 gìơ.
a/ Tính quãng đường AB.
b/ Vận tốc của dòng nước so với bờ sông.
Bài 10: Một canô chạy thẳng đều xuôi dòng từ A đến B cách nhau 36km mất khoảng thời gian 1,5h. Vận tốc của dòng chảy là 6km/h.
a/ Tính vận tốc của canô đối với dòng chảy.
b/ Tính khoảng thời gian nhỏ nhất để canô ngược dòng từ B đến A.
Bài 11: Một canô đi từ bến sông P đến Q rồi từ Q đến P. Hai bến sông cách nhau 21km trên một đường thẳng. Biết vận tốc của canô khi nước không chảy là 19,8km/h và vận tốc của dòng nước so với bờ sông là 1,5m/s. Tìm thời gian chuyển động của canô.
Bài 12: Một thuyền máy chuyển động xuôi dòng từ M đến N rồi chạy ngược dòng từ N đến M với tổng cộng thời gian là 4 giờ. Biết dòng nước chảy với v = 1,25m/s so với bờ, vận tốc của thuyền so với dòng nước là 20km/h. Tìm quãng đường MN.
Bài 13: Một chiếc thuyền xuôi dòng sông từ A đến B hết 2 giờ 30 phút. Khi quay ngược dòng từ B đến A mất 3 giờ. Vận tốc của nước so với bờ sông và vận tốc của thuyền so với nước là không đổi. Tính thời gian để 1 cành củi khô tự trôi từ A đến B là bao nhiêu?.
TRẮC NGHIỆM
C1. Công thức cộng vận tốc: 
A. 	 B. 	
C. .	 D. 
C2. Tại sao trạng thái đứng yên hay chuyển động của một vật có tính tương đối?
A. Vì trạng thái của vật được quan sát ở các thời điểm khác nhau.
B. Vì trạng thái của vật được xác định bởi những người quan sát khác nhau bên lề đường.
C. Vì trạng thái của vật không ổn định: lúc đứng yên, lúc chuyển động.
D. Vì trạng thái của vật được quan sát trong các hệ quy chiếu khác nhau.
C3. Hành khách 1 đứng trên toa tàu a, nhìn qua cửa số toa sang hành khách 2 ở toa bên cạnh b. Hai toa tàu đang đỗ trên hai đường tàu song song với nhau trong sân ga. Bống 1 thấy 2 chuyển động về phía sau. Tình huống nào sau đây chắc chắn không xảy ra?
A. Cả hai toa tàu cùng chạy về phía trước. a chạy nhanh hơn b.
B. Cả hai toa tàu cùng chạy về phía trước. b chạy nhanh hơn a.
C. Toa tàu a chạy về phía trước. toa b đứng yên.
D. Toa tàu a đứng yên. Toa tàu b chạy về phía sau.
C4 .Trong caùc yeáu toá sau, yeáu toá naøo không coù tính töông ñoái:
A). Quyõ ñaïo	 B). Vaän toác	 C). Toïa ñoä	 D). quãng đường đi được
C5. Một chiếc thuyền buồm chạy ngược dòng sông. Sau 1 giờ đi được 10 km.Tính vận tốc của thuyền so với nước? Biết vận tốc của dòng nước là 2km/h A. 8 km/h.	B. 10 km/h.	C. 12km/h.	D. 20 km/h.
C6. Một chiếc thuyền chuyển động thẳng ngược chiều dòng nước với vận tốc 6,5 km/h đối với dòng nước. Vận tốc chảy của dòng nước đối với bờ sông là 1,5km/h. Vận tốc v của thuyền đối với bờ sông là:
A. v = 8,0km/h.	 B. v = 5,0 km/h. 	C. .	D. 
Bài 7 : SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ 
I. Phép đo các đại lượng vật lí – Hệ đơn vị SI.
1. Phép đo các đại lượng vật lí.
 Phép đo một đại lượng vật lí là phép so sánh nó với đại lượng cùng loại được qui ước làm đơn vị.
 + Công cụ để so sánh gọi là dụng cụ đo.
 + Đo trực tiếp : So sánh trực tiếp qua dụng cụ.
 + Đo gián tiếp : Đo một số đại lượng trực tiếp rồi suy ra đại lượng cần đo thông qua công thức.
2. Đơn vị đo.
 Hệ đơn vị đo thông dụng hiện nay là hệ SI.
 Hệ SI qui định 7 đơn vị cơ bản : Độ dài : mét (m) ; thời gian : giây (s) ; khối lượng : kilôgam (kg) ; nhiệt độ : kenvin (K) ; cưòng độ dòng điện : ampe (A) ; cường độ sáng : canđêla (Cd) ; lượng chất : mol (mol).
II. Sai số của phép đo.
1. Sai số hệ thống.
 Là sự sai lệch do phần lẻ không đọc được chính xác trên dụng cụ (gọi là sai số dụng cụ DA’) hoặc điểm 0 ban đầu bị lệch.
 Sai số dụng cụ DA’ thường lấy bằng nữa hoặc một độ chia trên dụng cụ.
2. Sai số ngẫu nhiên.
 Là sự sai lệch do hạn chế về khả năng giác quan của con người do chịu tác động của các yếu tố ngẫu nhiên bên ngoài.
3. Giá trị trung bình.
4. Cách xác định sai số của phép đo.
 Sai số tuyệt đối của mỗi lần đo :
 	DA1 = ; DA2 = ;  .
 Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo :
 Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số tuyệt đối trung bình và sai số dụng cụ :
5. Cách viết kết quả đo.
A = 
6. Sai số tỉ đối.	
7. Cách xác định sai số của phép đo gián tiếp.
 Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu thì bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng.
 Sai số tỉ đối của một tích hay thương thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số.
 Nếu trong công thức vật lí xác định các đại lượng đo gián tiếp có chứa các hằng số thì hằng số phải lấy đến phần thập phân lẻ nhỏ hơn ttổng các sai số có mặt trong cùng công thức tính.
 Nếu công thức xác định đại lượng đo gián tiếp tương đối phức tạp và các dụng cụ đo trực tiếp có độ chính xác tương đối cao thì có thể bỏ qua sai số dụng cụ.