Chuyên đề Chuyển động tròn đều lớp 10

Tài liệu chuyên đề Chuyển động tròn đều Vật Lí lớp 10 gồm các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao với phương pháp giải chi tiết và bài tập tự luyện đa dạng giúp Giáo viên có thêm tài liệu giảng dạy Vật Lí 10.

Chuyên đề Chuyển động tròn đều lớp 10

Xem thử

Chỉ từ 450k mua trọn bộ Chuyên đề dạy thêm Vật Lí 10 (cả 3 sách) bản word có lời giải chi tiết:

• B1: gửi phí vào tk: 0711000255837 - NGUYEN THANH TUYEN - Ngân hàng Vietcombank (QR)
• B2: Nhắn tin tới Zalo VietJack Official - nhấn vào đây để thông báo và nhận giáo án

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. ĐỘNG HỌC CỦA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU

1. Độ dịch chuyển góc, tốc độ góc

- Để xác định vị trí của vật chuyển động tròn ta có thể dựa vào quãng đường s (độ dài cung tròn) hoặc độ dịch chuyển góc tính từ vị trí ban đầu.

+) Đơn vị của độ dịch chuyển góc $\theta$ là radian, kí hiệu là rad.

+) Một radian (rad) là góc ở tâm chắn cung có độ dài bằng bán kính đường tròn:

$1\text{rad}=\frac{{180}^{\circ }}{\pi }=\frac{{180}^{\circ }}{3,1416\dots }\approx 57,{29958}^{\circ }.$

- Tốc độ góc $\left(\omega \right)$ là đại lượng được xác định bởi độ dịch chuyển góc trong một đơn vị thời gian

+) Đơn vị của tốc độ góc là radian trên giây (kí hiệu: rad/s).

2. Chu kì và tần số của chuyển động tròn

3. Tốc độ và vận tốc của chuyển động tròn đều

- Chuyển động tròn đều: là chuyển động có quỹ đạo là đường tròn và tốc độ chuyển động không thay đổi.

- Tốc độ của một chất điểm trong chuyển động tròn được tính bằng quãng đường mà chất điểm di chuyển được trong một đơn vị thời gian:

$\text{v}=\frac{\text{s}}{\text{t}}$

Trong đó s là độ dài cung tròn vật đi được trong thời gian t.

- Vận tốc $\overrightarrow{v}$ trong chuyển động tròn đều có các đặc điểm sau: +) Điểm đặt: tại điểm xét. +) Hướng: phương tiếp tuyến với quỹ đạo tại điểm xét, chiều là chiều chuyển động. +) Độ lớn: không đổi, $v=\omega .r$ - Mối liên hệ giữa tốc độ và tốc độ góc: $v=\frac{s}{t}=r.\frac{\theta }{t}\Rightarrow v=r.\omega$

II. LỰC HƯỚNG TÂM VÀ GIA TỐC HƯỚNG TÂM

1. Gia tốc hướng tâm

- Gia tốc hướng tâm đặc trưng cho sự biến đổi về hướng của vận tốc trong chuyển động tròn đều, có đặc điểm như sau: +) Phương: trùng với bán kính quỹ đạo. +) Chiều: hướng về tâm của vòng tròn bán kính quỹ đạo (nên có tên là gia tốc hướng tâm) +) Độ lớn: không đổi và bằng ${\text{a}}_{\text{ht}}=\frac{{\text{v}}^2}{\text{r}}=\text{r.}{\omega }^2$

2. Lực hướng tâm

- Lực (hay hợp lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều hướng vào tâm quỹ đạo gọi là lực hướng tâm.

- Đặc điểm của lực hướng tâm ${\overrightarrow{F}}_{ht}$:

+) Phương: dọc theo bán kính quỹ đạo.

+) Chiều: hướng về tâm của vòng tròn bán kính quỹ đạo.

+) Độ lớn:

$F_{ht}=m.a_{ht}=m\frac{v^2}{R}=m{\omega }^{2}R$

B. BÀl TẬP KHỞI ĐỘNG

Câu 1.Chọn phương án sai? Chuyển động tròn đều có

A. Quỹ đạo là đường tròn.

B. Tốc độ chuyển động không đổi.

C. Tốc độ góc không đổi.

D. Gia tốc không đổi.

Câu 2.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 ổn định.

D. Chuyển động của điểm đầu cánh quạt khi vừa tắt điện.

Câu 3. Chọn phương án sai?

Gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều

A. Có điểm đặt là tâm vật chuyển động tròn.

B. Luôn hướng vào tâm của quỹ đạo tròn.

C. Có độ lớn không đổi.

D. Có phương và chiều không đổi.

Câu 4.Vật chuyển động tròn đều có gia tốc là do vận tốc

A. Có độ lớn thay đổi.

B. Luôn hướng vào tâm quỹ đạo.

C. Có hướng thay đổi.

D. Có độ lớn và hướng luôn thay đổi.

Câu 5.Một chất điểm chuyển động tròn đều với bán kính $R$, tốc độ chuyển động là v, tốc độ góc là $\omega$. Gia tốc hướng tâm có biểu thức là

A. ${\text{a}}_{\text{ht}}=\frac{{\text{v}}^2}{\text{R}}$

B. $a_{ht}=v^2.R$

C. ${\text{a}}_{\text{ht}}=\omega .{\text{R}}^2$

D. ${\text{a}}_{\text{ht}}=\frac{{\omega }^2}{\text{R}}$

Câu 6.Hình vẽ nào sau đây thể hiện đúng hướng của vận tốc và gia tốc hướng tâm trong chuyển động tròn đều?

A. Hình (I).

B. Hình (II).

C. Hình (III).

D. Hình (I) và (II).

Câu 7.Khi vật chuyển động tròn đều thì

A. Gia tốc không đổi.

B. Gia tốc luôn hướng vào tâm quỹ đạo.

C. Vận tốc không đổi.

D. Vận tốc luôn hướng vào tâm quỹ đạo.

Câu 8.Chu kì trong chuyển động tròn đều là

A. Thời gian vật chuyển động.

B. Số vòng vật đi được trong 1 giây.

C. Thời gian vật đi được một vòng.

D. Số vòng vật đi được.

Câu 9. Tốc độ góc trong chuyển động tròn đều

A. Luôn thay đổi theo thời gian.

B. Bằng hằng số.

C. Có đơn vị m/s.

D. Là một đại lượng vectơ.

Câu 10.Chu kì tự quay của Trái Đất quay quanh trục của nó là

A. 365 ngày.

B. 1 năm.

C. 12 giờ.

D. 24 giờ.

Câu 11.Chọn phát biểu 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.

Câu 12.Lực hướng tâm xuất hiện khi

A. Vật chuyển động thẳng.

B. Vật đứng yên.

C. Vật chuyển động thẳng đều.

D. Vật chuyển động cong.

Câu 13.Tại một khúc cua, các tay đua phải thực hiện động tác kĩ thuật nghiêng xe để tạo ra lực hướng

tâm, giữ cho xe chuyển động trên mặt cung tròn. Lực hướng tâm trong trường hợp này có bản chất là

A. Phản lực của mặt đường tác dụng lên xe.

B. Hợp lực của phản lực và trọng lực.

C. Hợp lực giữa trọng lực, lực ma sát và phản lực.

D. Lực ma sát giữa mặt đường và xe.

Câu 14.Một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất thì lực đóng vai trò lực hướng tâm là

A. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh.

B. Lực cản của không khí.

C. Lực đẩy Archimedes của không khí.

D. Lực đẩy Archimedes của không khí.

BẢNG ĐÁP ÁN

C. CÁC DẠNG BÀI TẬP

DẠNG 1: XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ GÓC, CHU KÌ, TẦN SỐ

Ví dụ 1 Một cánh quạt quay đều, trong một phút quay được 120 vòng. Chu kì và tần số quay của quạt lần lượt là

A. 0,5 giây và 2 vòng/giây.

B. 1 phút và 120 vòng/phút.

C. 1 phút và 2 vòng/giây.

D. 0,5 giây và 120 vòng/giây.

Phân tích:

Chu kì quay của cánh quạt chính là thời gian cánh quạt chuyển động 1 vòng, và tần số là số vòng quay mà cánh quạt thực hiện trong 1 đơn vị thời gian. Chú ý rằng nếu để chu kì ở đơn vị phút thì tần số sẽ có đơn vị là vòng/phút, và nếu đổi đơn vị của chu kì về giây thì đơn vị tương ứng của tần số sẽ là vòng/giây.

Lời giải: Chọn A.

Chu kì của cánh quạt:

$\text{T}=\frac{\text{Δt}}{\text{N}}=\frac{1}{120}$ phút $=\frac{60}{120}=0,5$ giây.

Tần số của cánh quạt là:

$\text{f}=\frac{\text{N}}{\text{Δt}}=\frac{120}{1}=120$ vòng/phút $=\frac{120}{60}=2$ vòng giây.

Ví dụ 2 Tỉ số tốc độ góc của kim phút và kim giờ của một đồng hồ treo tường là

A. $\frac{{\omega }_{\text{p}}}{{\omega }_{\text{h}}}=12$

B. $\frac{{\omega }_{\text{h}}}{{\omega }_{\text{p}}}=12$

C. $\frac{{\omega }_{\text{p}}}{{\omega }_{\text{h}}}=60$

D. $\frac{{\omega }_{\text{h}}}{{\omega }_{\text{p}}}=60$

Phân tích:

Kim giờ thực hiện 1 vòng quay trong thời gian là 12 giờ nên chu kì của kim giờ là 12 giờ. Kim phút thực hiện 1 vòng quay trong thời gian 60 phút nên chu kì của kim phút là 60 phút.

Lời giải: Chọn A.

Chu kì của kim giờ là: ${\text{T}}_{\text{h}}=12$ giờ.

Chu kì của kim phút là: ${\text{T}}_{\text{p}}=60$ phút $1$ giờ.

Ta có:

$\omega =\frac{2\pi }{T}\Rightarrow \frac{{\omega }_p}{{\omega }_h}=\frac{T_h}{T_p}=\frac{12}{1}=12$

DẠNG 2: TỐC ĐỘ, GIA TỐC TRONG CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU

Ví dụ 1 Một bánh xe có đường kính $600m$ quay đều xung quanh trục với tần số $5Hz$. Tốc độ của một điểm trên vành bánh xe có độ lớn là

A. $4,9\text{m}/\text{s}$

B. $9,4\text{m}/\text{s}$

C. $5\text{m}/\text{s}$

D. $9,8\text{m}/\text{s}$

Phân tích:

Tốc độ chuyển động tròn đều là:

$\text{v}=\omega .\text{r}\stackrel{\omega =2\pi \text{f}}{\to }\text{v}=2\pi \text{f.r.}$

Bài toán cho dữ kiện về đường kính của bánh xe nên $\text{d}=2\text{r}=600\text{mm}$

Lời giải: Chọn B.

Bán kính của bánh xe là:

$\text{r}=\frac{\text{d}}{2}=\frac{600}{2}$$=300\text{mm}=0,3\text{m}$

Tốc độ của điểm trên vành bánh xe là:

$\text{v}=\omega .\text{r}=2\pi \text{f.r}$$=2\pi \mathrm{.5.0},3\approx 9,4\text{m}/\text{s}$

Ví dụ 2 Một bánh xe có đường kính 100cm quay đều 4 vòng trong 4s. Gia tốc hướng tâm của một điểm cách vành bánh xe $\frac{1}{2}$ bán kính bánh xe là

A. $10\text{m}/{\text{s}}^2$

B. $20\text{m}/{\text{s}}^2$

C. $30\text{m}/{\text{s}}^2$

D. $40\text{m}/{\text{s}}^2$

Phân tích:

Độ lớn gia tốc hướng tâm là

${\text{a}}_{\text{ht}}=\frac{{\text{v}}^2}{\text{r}}=\text{r.}{\omega }^2$

Lời giải: Chọn A.

Tốc độ góc của bánh xe là:

$\omega =\frac{4.2\pi }{4}=2\pi \text{rad/s}$

Khoảng cách từ điểm xét đến tâm của bánh xe là:

$\text{r}=\frac{\text{R}}{2}=\frac{\text{d}}{4}=\frac{100}{4}$$=25\text{cm}=0,25\text{m}$

Gia tốc hướng tâm của một điểm cách vành bánh xe $\frac{1}{2}$ bán kính bánh xe là:

${\text{a}}_{\text{ht}}=\text{r.}{\omega }^2=0,25.{\left(2\pi \right)}^2\approx 10\text{m}/{\text{s}}^2.$

Ví dụ 3 Hai xe ô tô cùng đi qua đường cong có dạng cung tròn bán kính là $R$ với tốc độ là ${\text{v}}_1=3{\text{v}}_2$. Mối quan hệ giữa gia tốc hướng tâm của hai xe là

A. ${\text{a}}_1=3{\text{a}}_2$

B. ${\text{a}}_1=\sqrt{3}{\text{a}}_2$

C. ${\text{a}}_1=9{\text{a}}_2$

D. ${\text{a}}_1=4{\text{a}}_2$

Phân tích:

Mối liên hệ giữa tốc độ dài và gia tốc hướng tâm ${\text{a}}_{\text{ht}}=\frac{{\text{v}}^2}{\text{r}}$

Lời giải: Chọn C.

Có thể chọn nhanh đáp án trắc nghiệm dựa vào mối quan hệ tỉ lệ như sau:

${\text{a}}_{\text{ht}}=\frac{{\text{v}}^2}{\text{r}}$$\Rightarrow {\text{a}}_{\text{ht}}~{\text{v}}^2\stackrel{{\text{v}}_1=3{\text{v}}_2}{\to }{\text{a}}_1=3^2{\text{a}}_2$$\iff {\text{a}}_1=9{\text{a}}_2$

DẠNG 3: LỰC HƯỚNG TÂM

- Bước 1: Vẽ hình và phân tích lực.

- Bước 2: Viết phương trình định luật II Newton: $\sum \overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{a}$(*)

- Bước 3: Chiếu phương trình (*) lên phương bán kính chiều hướng vào tâm quỹ đạo:

${\text{m.a}}_{\text{ht}}=\text{m}\frac{{\text{v}}^2}{\text{R}}=\text{m}{\omega }^2\text{R.}$

- Bước 4: Kết hợp với các công thức động học của chuyển động tròn để xác định yêu cầu của bài toán. Lưu ý lực hướng tâm trong chuyển động tròn có thể là một lực hoặc hợp của nhiều lực tác dụng lên vật.

Ví dụ 1 Một ôtô khối lượng $m$ chuyển động đều với tốc độ qua một đoạn cầu vượt có bán kính $R$ như hình vẽ. Gia tốc trọng trường là $g$. Lực nén của ôtô lên dầm cầu tại điểm A có độ lớn là:

A. $N=m\left(g\text{cos}\alpha -\frac{v^2}{R}\right)$

B. $\text{N}=\text{m}\left(g\text{cos}\alpha +\frac{{\text{v}}^2}{\text{R}}\right)$

C. $N=m\text{cos}\alpha \left(g-\frac{v^2}{R}\right)$

D. $\text{N}=\text{mg}$

Phân tích:

Khi chuyển động, ô tô chịu tác dụng của trọng lực $\overrightarrow{P}$ và phản lực $\overrightarrow{N}$ của mặt cầu theo phương bán kính của của mặt cầu; lực kéo ${\overrightarrow{F}}_k$ của động cơ ô tô và lực ma sát ${\overrightarrow{F}}_{ma}$ có phương tiếp tuyến với mặt cầu

................................

................................

................................

Xem thử

Xem thêm Chuyên đề dạy thêm Vật Lí lớp 10 các chương hay khác:

• Chuyên đề Mở đầu

• Chuyên đề Động học

• Chuyên đề Động lực học

• Chuyên đề Năng lượng, công, công suất

• Chuyên đề Động lượng

• Chuyên đề Biến dạng vật rắn

• Chuyên đề Vật lí trong một số ngành nghề

• Chuyên đề Trái đất và bầu trời

• Chuyên đề Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường

Lời giải bài tập lớp 10 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

---