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?
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.
Công thức cộng vận tốc: 
Trong đó:
* vận tốc tuyệt đối ( vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu đứng yên)
* vận tốc tương đối ( vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động)
* vận tốc kéo theo ( vận tốc của hệ quy chiếu chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên)
Trường hợp cùng phương, cùng chiều 
Về độ lớn: 
Về hướng: cùng hướng với và 
Trường hợp cùng phương, ngược chiều 
Về độ lớn: 
Về hướng: cùng hướng với khi 
	 cùng hướng với khi 
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?.
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.