Bài toán liên quan đến lực hướng tâm lớp 10 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài toán liên quan đến lực hướng tâm lớp 10 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài toán liên quan đến lực hướng tâm.

Bài toán liên quan đến lực hướng tâm lớp 10 (cách giải + bài tập)

1. Phương pháp giải

Lực hướng tâm: $F_{ht}=m{a}_{ht}=m{\omega }^{2}r$

Trong đó:

+ $a_{ht}$ là gia tốc hướng tâm, đơn vị $m/s^2$

+ v là tốc độ dài, đơn vị m/s

+ r là bán kính quỹ đạo, đơn vị m

+ $\omega$ là tốc độ góc, đơn vị rad/s

- Lực hướng tâm có hướng vào tâm quỹ đạo của chuyển động tròn đều.

2. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1. Một vật nhỏ khối lượng 200 g chuyển động tròn đều trên quỹ đạo bán kính 1 m. Biết trong 1 phút vật quay được 120 vòng. Tính độ lớn lực hướng tâm gây ra chuyển động tròn của vật.

A. 316 N.

B. 31,6 N.

C. 3,16 N.

D. 0,316 N.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là B

Tốc độ góc: $\omega =2\pi f=2\pi \frac{n}{t}$$=\frac{2\pi .120}{60}=4\pi \left(rad/s\right)$

$\Rightarrow F_{ht}=m{\omega }^{2}R$$=0,2{\left(4\pi \right)}^2.1\approx 31,6N$

Ví dụ 2. Một vật nhỏ khối lượng 150 g chuyển động tròn đều trên quỹ đạo bán kính 1,5 m với tốc độ 2 m/s. Độ lớn lực hướng tâm gây ra chuyển động tròn của vật là:

A. 0,13 N.

B. 0,2 N.

C. 1,0 N.

D. 0,4 N.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Lực hướng tâm: $F_{ht}=m{a}_{ht}=m\frac{v^2}{r}$$=0,15.\frac{2^2}{1,5}=0,4N$

3. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1. Một vật đang chuyển động tròn đều dưới tác dụng của lực hướng tâm F. Nếu tăng bán kính quỹ đạo gấp hai lần so với trước và đồng thời giảm tốc độ còn một nửa thì so với ban đầu, lực hướng tâm

A. giảm 8 lần.

B. giảm 4 lần.

C. giảm 2 lần.

D. không thay đổi.

Đáp án đúng là: A

Lực hướng tâm: $F_{ht}=m{a}_{ht}=m\frac{v^2}{r}$

Tăng bán kính quỹ đạo gấp hai lần so với trước và đồng thời giảm tốc độ còn một nửa thì: $F{\text{'}}_{ht}=m\frac{v{\text{'}}^2}{r\text{'}}=$$m\frac{{\left(\frac{v}{2}\right)}^2}{2r}=\frac{1}{8}.m\frac{v^2}{r}$

Bài 2: Chọn đáp án sai. Công thức tính độ lớn lực hướng tâm?

A. $F_{ht}=m.a_{ht}$.

B. $F_{ht}=m.\frac{v^2}{r}$.

C. $F_{ht}=m.r.{\omega }^2$.

D. $F_{ht}=r.{\omega }^2$.

Đáp án đúng là: D.

D - sai vì công thức độ lớn lực hướng tâm là: $F_{ht}=m.a_{ht}=m.\frac{v^2}{r}=m.r.{\omega }^2$.

Bài 3: Một xe đua chạy quanh một đường tròn nằm ngang, bán kính 250 m. Vận tốc xe không đổi có độ lớn là 50 m/s. Khối lượng xe là ${2.10}^{3}kg$. Độ lớn của lực hướng tâm của chiếc xe là:

A. 10 N.

B. ${4.10}^2$ N.        

C. ${4.10}^3$ N.            

D. ${2.10}^4$ N.

Đáp án đúng là: D.

Ta có: $F_{ht}=m.a_{ht}=m.\frac{v^2}{r}$$={2.10}^3.\frac{{50}^2}{250}={2.10}^4$ N.

Bài 4: Một ôtô có khối lượng 1200 kg chuyển động đều qua một đoạn cầu vồng lên (coi là cung tròn) với tốc độ là 36 km/h. Biết bán kính cong của đoạn cầu là 50 m. Lấy $g=10m/s^2$. Áp lực của ôtô vào mặt đường tại điểm cao nhất?

A. 11950 N.

B. 11760 N.

C. 1410 N.

D. 9600 N.

Đáp án đúng là: D.

Đổi 36 km/h = 10 m/s

Khi ôtô chuyển động đến vị trí cao nhất trên mặt cầu vồng lên: ${\overrightarrow{F}}_{ht}=m.{\overrightarrow{a}}_{ht}=\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}$

Chiếu lên chiều dương hướng vào tâm quỹ đạo ta có:

$N=P–F_{ht}=mg–m{a}_{ht}$$=mg-m\frac{v^2}{r}$$\Rightarrow N=m\left(g-\frac{v^2}{r}\right)$$=1200.\left(10-\frac{{10}^2}{50}\right)=9600\left(N\right)$

Bài 5: Hai vệ tinh nhân tạo I và II bay quanh Trái Đất trên quỹ đạo tròn bán kính lần lượt là r và 2r (tâm các quỹ đạo trùng với tâm Trái Đất). Nếu tốc độ của vệ tinh I là $v_1$ thì tốc độ của vệ tinh II là?

A. $v_1$.

B. 2.$v_1$.

C. $\frac{v_1}{\sqrt{2}}$.

D. 0,5.$v_1$.

Đáp án đúng là: C.

Lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm: $G.\frac{m.M}{r^2}=\frac{m.v^2}{r}\Rightarrow v=\sqrt{\frac{G.M}{r}}$

$\Rightarrow \frac{v_2}{v_1}=\sqrt{\frac{r_1}{r_2}}$$\Rightarrow v_2=v_1.\sqrt{\frac{r_1}{r_2}}=\frac{v_1}{\sqrt{2}}$

Bài 6: Chọn câu sai

A. Vật chịu tác dụng của các lực cân bằng thì vật sẽ chuyển động thẳng đều.

B. Vectơ hợp lực có hướng trùng với hướng của vectơ gia tốc vật thu được.

C. Một vật chuyển động thẳng đều vì các lực tác dụng lên vật cân bằng nhau.

D.Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn quanh Trái Đất là do Trái Đất và Mặt Trăng tác dụng lên vệ tinh 2 lực cân bằng.

Đáp án đúng là: D.

A, C – đúng vì vật chịu tác dụng của các lực cân bằng thì vật sẽ chuyển động thẳng đều.

B – đúng vì hợp lực tác dụng lên vật $\overrightarrow{F}=m\overrightarrow{a}$ nên hợp lực và gia tốc cùng hướng.

D – sai vì vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn quanh Trái Đất là do có lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh đóng vai trò lực hướng tâm.

Bài 7: Một vật nhỏ khối lượng 100 g chuyển động tròn đều trên quỹ đạo bán kính 1 m với tốc độ 2 m/s. Độ lớn lực hướng tâm gây ra chuyển động tròn của vật là

A. 0,13 N.

B. 0,2 N.

C. 1,0 N.

D. 0,4 N.

Đáp án đúng là D.

Độ lớn lực hướng tâm gây ra chuyển động tròn của vật là: $F_{ht}=\frac{m{v}^2}{r}=\frac{0,{1.2}^2}{1}$= 0,4 N

Bài 8: Khi vật chuyển động tròn đều lực hướng tâm là:

A. Một trong các lực tác dụng lên vật.

B. Trọng lực tác dụng lên vật.

C. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật.

D. Lực hấp dẫn.

Đáp án đúng là: C.

C - đúng vì lực (hay hợp lực) tác dụng lên vật chuyển động tròn đều hướng vào tâm quỹ đạo gọi là lực hướng tâm.

Bài 9: Điều nào sau đây là đúng khi nói về lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều?

A. Ngoài các lực cơ học, vật còn chịu thêm tác dụng của lực hướng tâm.

B. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật đóng vai trò là lực hướng tâm.

C. Vật chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm.

D. Hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật nằm theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo tại điểm khảo sát.

Đáp án đúng là: B.

B – đúng vì hợp lực tác dụng lên vật chuyển động tròn đều đóng vai trò là lực hướng tâm.

Bài 10: Chọn câu sai.

A. Lực nén của ôtô khi qua cầu phẳng luôn cùng hướng với trọng lực.

B. Khi ôtô qua cầu cong thì lực nén của ôtô lên mặt cầu luôn cùng hướng với trọng lực.

C. Khi ôtô qua khúc quanh, hợp lực tác dụng lên ô tô có thành phần hướng tâm.

D. Lực hướng tâm giúp cho ôtô qua khúc quanh an toàn.

Đáp án đúng là: B.

A, C, D - đúng.

B – sai vì trọng lực luôn có phương thẳng đứng hướng xuống, lực nén của ô tô lên mặt cầu luôn vuông góc với mặt bị ép, khi ở đỉnh cầu thì trọng lực và lực ép mới cùng hướng, còn ở các vị trí khác thì chúng không cùng hướng.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí 10 hay, chi tiết khác:

• Lực hướng tâm và gia tốc hướng tâm
• Xác định các loại biến dạng trong thực tế
• Bài toán lực đàn hồi
• Bài toán khối lượng riêng của các chất
• Bài toán về áp lực
• Bài toán về áp suất chất lỏng

Để học tốt lớp 10 các môn học sách mới:

• Giải bài tập Lớp 10 Kết nối tri thức
• Giải bài tập Lớp 10 Chân trời sáng tạo
• Giải bài tập Lớp 10 Cánh diều

---