Lý thuyết tổng hợp chương Động học chất điểm hay, chi tiết nhất - Vật Lí lớp 10

---

Lý thuyết tổng hợp chương Động học chất điểm hay, chi tiết nhất

Tài liệu Lý thuyết tổng hợp chương Động học chất điểm hay, chi tiết nhất Vật Lí lớp 10 sẽ tóm tắt kiến thức trọng tâm về chương Động học chất điểm từ đó giúp học sinh ôn tập để nắm vứng kiến thức môn Vật Lí lớp 10.

A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

I. CHUYỂN ĐỘNG CƠ

1. Chuyển động cơ – Chất điểm

    a) Chuyển động cơ

    Chuyển động cơ của một vật (gọi tắt là chuyển động) là sự thay đổi vị trí của vật đó so với các vật khác theo thời gian.

    b) Chất điểm

    Một vật được coi là một chất điểm nếu kích thước của nó rất nhỏ so với độ dài đường đi (hoặc so với những khoảng cách mà ta đề cập đến).

    c) Quỹ đạo

    Quỹ đạo của chuyển động là đường mà chất điểm chuyển động vạch ra trong không gian.

2. Cách xác định vị trí của vật trong không gian

    a) Vật làm mốc và thước đo

    Để xác định chính xác vị trí của vật ta chọn một vật làm mốc và một chiều dương trên quỹ đạo rồi dùng thước đo chiều dài đoạn đường từ vật làm mốc đến vật.

    b) Hệ tọa độ

        + Hệ tọa độ 1 trục (sử dụng khi vật chuyển động trên một đường thẳng).

    Tọa độ của vật ở vị trí M: x = OM−

        + Hệ tọa độ 2 trục (sử dụng khi vật chuyển động trên một đường cong trong một mặt phẳng).

    Tọa độ của vật ở vị trí M:

    x = OM_x−

    y = OM_y−

3. Cách xác định thời gian trong chuyển động

    a) Mốc thời gian và đồng hồ

    Mốc thời gian là thời điểm chọn trước để bắt đầu tính thời gian.

    Để xác định từng thời điểm ứng với từng vị trí của vật chuyển động ta phải chọn mốc thời gian và đo thời gian trôi đi kể từ mốc thời gian bằng một chiếc đồng hồ.

    b) Thời điểm và thời gian

    - Thời điểm là giá trị mà đồng hồ hiện đang chỉ đến theo một mốc cho trước mà ta xét.

    - Thời gian là khoảng thời gian trôi đi trong thực tế giữa hai thời điểm mà ta xét.

4. Hệ quy chiếu

    Một hệ quy chiếu bao gồm:

        + Một vật làm mốc, một hệ tọa độ gắn với vật làm mốc.

        + Một mốc thời gian và một đồng hồ.

II. CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỀU

1. Chuyển động thẳng đều

    a) Tốc độ trung bình

    Tốc độ trung bình là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm của chuyển động và được đo bằng thương số giữa quãng đường đi được và khoảng thời gian để đi hết quãng đường đó.

    Với s = x₂ – x₁; t = t₂ – t₁

    Trong đó: x₁, x₂ lần lượt là tọa độ của vật ở thời điểm t₁, t₂

    Trong hệ SI, đơn vị của tốc độ trung bình là m/s. Ngoài ra còn dùng đơn vị km/h, cm/s...

    b) Chuyển động thẳng đều

    Chuyển động thẳng đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có tốc độ trung bình như nhau trên mọi quãng đường.

    c) Quãng đường đi được trong chuyển động thẳng đều

    Trong chuyển động thẳng đều, quãng đường đi được s tỉ lệ thuận với thời gian chuyển động t.

    s = v_tb.t = v.t

2. Phương trình chuyển động và đồ thị tọa độ - thời gian của chuyển động thẳng đều

    a) Phương trình chuyển động thẳng đều

    Xét một chất điểm chuyển động thẳng đều

    Giả sử ở thời điểm ban đầu t₀ chất điểm ở vị trí M₀(x₀), đến thời điểm t chất điểm ở vị trí M(x).

    Quãng đường đi được sau quảng thời gian t – t₀ là s = x – x₀ = v(t – t₀)

    hay x = x₀ + v(t – t₀)

    b) Đồ thị tọa độ - thời gian của chuyển động thẳng đều

    Đồ thị tọa độ - thời gian là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tọa độ của vật chuyển động theo thời gian.

    Ta có:

    Đồ thị tọa độ - thời gian là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tọa độ của vật chuyển động theo thời gian.

= hệ số góc của đường biểu diễn (x,t)

       + Nếu v > 0 ⇒ > 0, đường biểu diễn thẳng đi lên.

    Đồ thị tọa độ - thời gian là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc tọa độ của vật chuyển động theo thời gian.

       + Nếu v < 0 ⇒ < 0, đường biểu diễn thẳng đi xuống.

    c) Đồ thị vận tốc – thời gian

    Đồ thị vận tốc – thời gian của chuyển động thẳng đều.

    Trong chuyển động thẳng đều vận tốc không đổi, đồ thị vận tốc là một đoạn thẳng song song với trục thời gian.

III. CHUYỂN ĐỘNG THẲNG BIẾN ĐỔI ĐỀU

1. Vận tốc tức thời. Chuyển động thẳng biến đổi đều.

    a) Độ lớn của vận tốc tức thời

    Độ lớn vận tốc tức thời v của một vật chuyển động tại một điểm là đại lượng đo bằng thương số giữa đoạn đường rất nhỏ Δs đi qua điểm đó và khoảng thời gian rất ngắn Δt để vật đi hết đoạn đường đó.

    Độ lớn vận tốc tức thời tại một điểm cho ta biết sự nhanh chậm của chuyển động tại điểm đó.

    b) Vectơ vận tốc tức thời

    Vectơ vận tốc tức thời là một đại lượng vectơ có:

        + Gốc đặt ở vật chuyển động.

        + Phương và chiều là phương và chiều của chuyển động.

        + Độ dài biểu diễn độ lớn của vận tốc theo một tỉ xích nào đó.

    Chú ý: Khi nhiều vật chuyển động trên một đường thẳng theo hai chiều ngược nhau, ta phải chọn một chiều dương trên đường thẳng đó và quy ước như sau:

    Vật chuyển động theo chiều dương có v > 0.

    Vật chuyển động ngược chiều dương có v < 0.

    c) Chuyển động thẳng biến đổi đều

    Chuyển động thẳng biến đổi đều là chuyển động có quỹ đạo là đường thẳng và có độ lớn của vận tốc tức thời tăng đều hoặc giảm đều theo thời gian.

        + Chuyển động thẳng nhanh dần đều là chuyển động thẳng có độ lớn của vận tốc tức thời tăng đều theo thời gian.

        + Chuyển động thẳng chậm dần đều là chuyển động thẳng có độ lớn của vận tốc tức thời giảm đều theo thời gian.

2. Chuyển động thẳng nhanh dần đều và chuyển động thẳng chậm dần đều

    * Khái niệm gia tốc

    Gia tốc là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên nhanh hay chậm của vận tốc và được đo bằng thương số giữa độ biến thiên vận tốc Δv và khoảng thời gian vận tốc biến thiên Δt.

    Biểu thức:

    Trong hệ SI, đơn vị của gia tốc là m/s²

    * Vectơ gia tốc

    Vì vận tốc là đại lượng vectơ nên gia tốc cũng là đại lượng vectơ:

    - Chiều của vectơ gia tốc a→ trong chuyển động thẳng nhanh dần đều luôn cùng chiều với các vectơ vận tốc.

    - Chiều của vectơ gia tốc a→ trong chuyển động thẳng chậm dần đều luôn ngược chiều với các vectơ vận tốc.

    * Vận tốc, quãng đường đi, phương trình chuyển động của chuyển động thẳng nhanh dần đều và chuyển động thẳng chậm dần đều

    - Công thức tính vận tốc: v = v₀ + at

    - Công thức tính quãng đường:

    - Phương trình chuyển động:

    - Công thức liên hệ giữa gia tốc, vận tốc và quãng đường trong chuyển động thẳng biến đổi đều:

    Trong đó: v₀ là vận tốc ban đầu

        v là vận tốc ở thời điểm t

        a là gia tốc của chuyển động

        t là thời gian chuyển động

        x₀ là tọa độ ban đầu

        x là tọa độ ở thời điểm t

    Nếu chọn chiều dương là chiều chuyển động thì:

    v₀ > 0 và a > 0 với chuyển động thẳng nhanh dần đều

    v₀ > 0 và a < 0 với chuyển động thẳng chậm dần đều

IV. SỰ RƠI TỰ DO

1. Sự rơi trong không khí và sự rơi tự do

    a) Sự rơi của các vật trong không khí

    Trong không khí các vật rơi nhanh hay chậm không phải vì nặng nhẹ khác nhau mà lực cản của không khí là nguyên nhân làm cho vật rơi nhanh hay chậm khác nhau.

    b) Sự rơi của các vật trong chân không (sự rơi tự do)

    Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí thì mọi vật sẽ rơi nhanh như nhau. Sự rơi của các vật trong trường hợp này gọi là sự rơi tự do.

    ⇒ Sự rơi tự do (sự rơi của các vật trong chân không) là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

2. Nghiên cứu sự rơi tự do của các vật

    a) Những đặc điểm của chuyển động rơi tự do

        + Phương: Thẳng đứng.

        + Chiều: Từ trên xuống dưới.

        + Chuyển động rơi tự do là chuyển động thẳng nhanh dần đều.

    b) Các công thức của chuyển động rơi tự do không có vận tốc đầu

    - Công thức tính vận tốc.

    Nếu cho vật rơi tự do, không có vận tốc đầu (thả nhẹ cho rơi) thì công thức tính vận tốc của sự rơi tự do là:

    v = gt

    Trong đó g là gia tốc rơi tự do.

    - Công thức tính quãng đường đi được của vật rơi tự do:

    c) Gia tốc rơi tự do

    - Tại một nơi nhất định trên Trái Đất và ở gần mặt đất, mọi vật đều rơi tự do với cùng gia tốc g.

    - Gia tốc rơi tự do ở các nơi khác nhau trên Trái Đất thì khác nhau:

V. CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU

1. Định nghĩa

    a) Chuyển động tròn

    Chuyển động tròn là chuyển động có quỹ đạo là một đường tròn.

    Ví dụ: Chuyển động của một chiếc ghế trong đu quay

    b) Tốc độ trung bình trong chuyển động tròn

    Tốc độ trung bình trong 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.

    c) 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.

    Ví dụ: Chuyển động của điểm đầu cánh quạt

2. Tốc độ dài và tốc độ góc

    a) Tốc độ dài

    Gọi Δs là độ dài của cung tròn mà vật đi được trong khoảng thời gian rất ngắn

    Ta có:là tốc độ dài của vật.

    Trong chuyển động tròn đều tốc độ dài của vật có độ lớn không đổi.

    b) Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều

    Vectơ vận tốc trong chuyển động tròn đều luôn có phương tiếp tuyến với đường tròn quỹ đạo.

    Trong chuyển động tròn đều, vectơ vận tốc có phương luôn luôn thay đổi.

    c) Tốc độ góc, chu kì, tần số

    * 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 đo tốc độ góc: rad/s.

    * Chu kì

        + Chu kì T của chuyển động tròn đều là thời gian để vật đi được một vòng.

        + Công thức liên hệ giữa tốc độ góc và chu kì:

        + Đơn vị chu kì là giây (s).

    * Tần số

        + Tần số f của chuyển động tròn đều là số vòng mà vật đi được trong 1 giây.

        + Công thức liên hệ giữa chu kì và tần số: f = 1/T

        + Đơn vị tần số là vòng trên giây (vòng/s) hoặc héc (Hz).

    * Công thức liên hệ giữa tốc độ dài và tốc độ góc: v = r.ω

3. Gia tốc hướng tâm

    a) 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.

    b) Độ lớn của gia tốc hướng tâm

VI. TÍNH TƯƠNG ĐỐI CỦA CHUYỂN ĐỘNG – CÔNG THỨC CỘNG VẬN TỐC

1. Tính tương đối của chuyển động

    a) 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.

    Ví dụ: Trời không có gió, người đứng bên đường thấy giọt mưa rơi theo quỹ đạo là đường thẳng, người ngồi trên ô tô đang chuyển động thấy giọt mưa rơi theo phương xiên góc.

    b) 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.

    Ví dụ: Một hành khách ngồi yên trong một toa tàu chuyển động với vận tốc 40 km/h. Đối với toa tàu thì vận tốc của người đó bằng 0. Đối với người đứng dưới đường thì hành khách trên tàu đang chuyển động với vận tốc 40 km/h.

2. Công thức cộng vận tốc

    a) Hệ quy chiếu đứng yên và hệ quy 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.

    Ví dụ: Một chiếc thuyền đang chạy trên một dòng sông

    - Hệ quy chiếu (xOy) gắn với bờ coi như hệ quy chiếu đứng yên.

    - Hệ quy chiếu (x’O’y’) gắn với một vật trôi theo dòng nước là hệ quy chiếu chuyển động.

    b) Công thức cộng vận tốc

    Công thức: v₁₃→ = v₁₂→ + v₂₃→

    Trong đó:

    v₁₃→ là vận tốc tuyệt đối (vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu đứng yên)

    v₁₂→là vận tốc tương đối (vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động)

    v₂₃→là vận tốc kéo theo (vận tốc của hệ quy chiếu chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên)

    - Trường hợp v₁₂→ cùng phương, cùng chiều v₂₃→

        + Về độ lớn: v₁₃ = v₁₂ + v₂₃

        + Về hướng: v₁₃→ cùng hướng với v₁₂→ và v₂₃→

    - Trường hợp v₁₂→ cùng phương, ngược chiều v₂₃→

        + Về độ lớn: v₁₃ = |v₁₂ - v₂₃|

        + Về hướng:

    v₁₃→ cùng hướng với v₁₂→ khi v₁₂ > v₂₃

    v₁₃→ cùng hướng với v₂₃→ khi v₂₃ > v₁₂

VII. SAI SỐ CỦA PHÉP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ

1. Phép đo các đại lượng vật lí – Hệ đơn vị SI

    a) 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 quy ước làm đơn vị.

    - Công cụ để so sánh gọi là dụng cụ đo

    - Phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ đo gọi là phép đo trực tiếp.

    - Phép xác định một đại lượng vật lí thông qua một công thức liên hệ với các đại lượng đo trực tiếp gọi là phép đo gián tiếp.

    b) Đơn vị đo

    - Đơn vị đo thông dụng hiện nay là hệ đơn vị SI.

    - Hệ SI quy định 7 đơn vị cơ bản:

        + Độ dài: mét (m)

        + Nhiệt độ: kenvin (K)

        + Thời gian: giây (s)

        + Cường độ dòng điện: ampe (A)

        + Khối lượng: kilôgam (kg)

        + Cường độ sáng: canđêla (Cd)

        + Lượng chất: mol (mol)

2. Sai số của phép đo

    a) Sai số hệ thống

    Là sự sai lệch do phần lẻ không đọc được sự chính xác trên dụng cụ (gọi là sai số dụng cụ ΔA') hoặc điểm 0 ban đầu bị lệch.

    Sai số dụng cụ ΔA' thường lấy bằng nửa hoặc một độ chia trên dụng cụ.

    b) 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.

    c) Giá trị trung bình

    Giá trị trung bình khi đo nhiều lần một đại lượng A được tính:

    d) Cách xác định sai số của phép đo

    - Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo là trị tuyệt đối của hiệu giữa giá trị trung bình và giá trị của mỗi lần đo.

    - Sai số tuyệt đối trung bình của n lần đo gọi là sai số ngẫu nhiên và được tính:

    - Sai số tuyệt đối của phép đo là tổng sai số ngẫu nhiên và sai số dụng cụ:

    Trong đó sai số dụng cụ ΔA' có thể lấy bằng nửa hoặc một độ chia nhỏ nhất trên dụng cụ.

    e) Cách viết kết quả đo

    Kết quả đo đại lượng A được viết dưới dạng A = A− ± ΔA, trong đó ΔA được lấy tối đa đến hai chữ số có nghĩa còn A− được viết đến bậc thập phân tương ứng.

    f) Sai số tỉ đối

    Sai số tỉ đối của phép đo là tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị trung bình của đại lượng đo, tính bằng phần trăm:

    Sai số tỉ đối càng nhỏ thì phép đo càng chính xác.

    g) 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 sai số tỉ đối của các thừa số.