Bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 9 Chuyên đề Lực học có lời giải
Luyện thi học sinh giỏi Vật lý 9 với chuyên đề lực học kèm lời giải
Trong chương trình Vật lý 9, chuyên đề Lực học giữ vai trò nền tảng quan trọng, giúp học sinh hiểu rõ các quy luật tự nhiên và rèn luyện tư duy khoa học. Đây cũng là phần kiến thức thường xuyên xuất hiện trong các đề thi học sinh giỏi Vật lý 9 và đề thi tuyển sinh vào lớp 10. Để học tốt, học sinh cần không chỉ nắm vững các định luật cơ bản như Định luật II Newton, điều kiện cân bằng, lực ma sát, lực đàn hồi… mà còn phải vận dụng linh hoạt để giải các bài toán thực tế.
Bài viết này cung cấp bộ bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 9 chuyên đề Lực học kèm lời giải chi tiết, giúp các em luyện tập hiệu quả, củng cố kiến thức và nâng cao kỹ năng giải quyết vấn đề.
A. Bài tập minh họa tính lực có lời giải
Bài tập 1. Trong một bình hình trụ diện tích đáy S có chứa nước, một cục nước đá được giữ bởi một sợi chỉ nhẹ, không giãn có một đầu được buộc vào đáy bình như hình vẽ, sao cho khi nước đá tan hết thì mực nước trong bình hạ xuống một đoạn ∆h. Biết trọng lượng riêng của nước là dn. Tìm lực căng của sợi chỉ khi nước đá chưa kịp tan.
Hướng dẫn giải
Có 3 lực tác dụng vào cục nước đá như hình vẽ:
Gọi trọng lượng riêng của nước đá là d; V và Vn lần lượt là thể tích của cục nước đá và của phần nước đá ngập trong nước.
Điều kiện cân bằng của cục nước đá:
\(F_{A}\ = \ T\ + \
P\ \rightarrow \ T\ = \ F_{A}\ - \ P\ = \ d_{n}.V_{n} - d.V\) (1)
Khi đá tan hết, do khối lượng nước đá không đổi nên
\(d.V\ = \ d_{n}.V'\) với \(V'\) là thể tích nước tạo ra khi cục nước đá tan hết
Suy ra: \(V' =
\frac{d.V}{d_{n}}\)
Gọi V0 là thể tích nước ban đầu trong bình. Khi tan hết, mực nước đá trong bình hạ xuống một đoạn \(\Delta h\) nên:
\(\frac{V_{0} + V_{n}}{S} - \frac{V_{0} +
V'}{S} = \Delta h\)
\(\Rightarrow V_{n}^{} - V' = S.\Delta
h \Rightarrow V_{n} = S.\Delta h + \frac{d.V}{d_{n}}\) (2)
Từ (1) và (2) suy ra: \(T = d_{n}\left(
S.\Delta h + \frac{d.V}{d_{n}} \right) - d.V = d_{n}.S.\Delta
h\)
Bài tập 2. Một khối gỗ hình hộp có khối lượng 76g có tiết diện đáy S = 38cm2 có chiều cao H = 5cm, nổi trong nước.
a. Hãy xác định chiều cao h của phần nhô lên khỏi mặt nước của khối gỗ.
b. Để nhấn chìm hoàn toàn khối gỗ, ta cần phải tác dụng một lực bao nhiêu? Biết khối lượng riêng của nước D = 1000kg/m3.
Hướng dẫn giải
a. Khối gỗ cân bằng
\(\Rightarrow\) FA = P \(\Leftrightarrow\)10D.V = 10.m
\(\Leftrightarrow\)10D.S.(H - h) = 10.m
\(\Rightarrow\)h = H-\(\frac{m}{D.s}\)= 0.05 - \(\frac{0,076}{1000.0,0038}\)= 0,03m
b) Gọi F là lực ấn vật. Khi vật chìm hoàn toàn thì ta có:
F + P = FA = 10.D.V = 10.D.S.
F = FA – P = 10.D.S.H – 10.m =10.1000.0,0038.0,05 -10.0,076 = 1,14N.
Bài tập 3. Để đưa một vật có khối lượng 200kg lên độ cao h = 10m, người ta dùng một trong hai cách:
- Cách 1. Dùng hệ thống gồm một ròng rọc cố định và một ròng rọc động. Lúc này lực kéo dây để nâng vật lên là F1 = 1200N.
- Cách 2. Dùng mặt phẳng nghiêng dài l = 12m. Lực kéo vật lúc này là F2 = 1900N.
1. Tính hiệu suất ở hai cách sử dụng trên.
2. Nên chọn cách nào? Vì sao?
Hướng dẫn giải
Công có ích dùng để nâng vật lên cao 10m
A = P.h = 10.m.h = 10.200.10 = 20.000J
Công toàn phần để kéo vật lên bằng ròng hệ rọc:
A = F1.s = F1.2h = 1200.2.10 = 24000J
Công dùng để kéo vật khi dùng mặt phẳng nghiêng
A = F2.l = 1900.12 = 22.800J
Hiệu suất của hệ thống ròng rọc:
H1 = \(\frac{A}{A_{1}}\).100% \(\approx\) 83,33 %
Hiệu suất của mặt phẳng nghiêng:
H2 = \(\frac{A}{A_{2}}\).100% \(\approx\) 87,72 %
Vì H2 > H1 nên dùng mặt phẳng nghiêng có lợi hơn.
Bài tập 4. Một bức tường dài 10m, dày 22cm được xây trên 1 nền đất chịu được áp suất tối đa là 100000 N/m2. Tìm chiều cao tối đa của bức tường. Biết rằng trọng lượng riêng trung bình của gạch và vữa là d =12500 N/m3?
Hướng dẫn giải
Diện tích đáy bức tường
S = 10 . 0,22 = 2,2 (m2)
Áp lực tối đa lên mặt đất
\(p\ = \ \frac{F}{S}\) => F = p . S = 100000. 2,2 = 220000 (N)
Thể tích tối đa của tường:
\(d\ = \ \frac{F}{V}\) => V = \(\frac{F}{d}\) = 220000/12500 = 17,6 (m3)
Chiều cao tối đa của tường
h = \(\frac{V}{S}\) = \(\frac{17,6}{2,2}\) = 8 (m)
C. Bài tập tự rèn luyện có hướng dẫn chi tiết
Bài 1: Một người kéo một gàu nước từ giếng sâu 10m. Công tối thiểu của người đó phải thực hiện là bao nhiêu? Biết gàu nước có khối lượnh là 1Kg và đựng thêm 5lít nước, khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3.
Bài 2: Để đưa một vật coa khối lượng 200Kg lên độ cao 10m người ta dùng một trong hai cách sau:
a. Dùng hệ thống một ròng rọc cố định, một ròng rọc động. Lúc này lực kéo dây để nâng vật lên là F1 = 1200N.
Hãy tính:
- Hiệu suất của hệ thống.
- Khối lượng của ròng rọc động, Biết hao phí để nâng ròng rọc bằng \(\frac{1}{4}\)hao phí tổng cộng do ma sát.
b. Dùng mặt phẳng nghiêng dài l = 12m. Lực kéo lúc này là F2 = 1900N. Tính lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng, hiệu suất của cơ hệ.
Tài liệu dài, tải về để xem chi tiết và đầy đủ nhé!
----------------------------------------------------------
Việc rèn luyện qua bài tập bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 9 chuyên đề Lực học có lời giải sẽ giúp học sinh phát triển khả năng tư duy logic, phân tích tình huống và áp dụng công thức một cách chính xác. Đây là nguồn tài liệu hữu ích cho các em đang trong quá trình ôn thi học sinh giỏi Vật lý 9 hoặc chuẩn bị bước vào kỳ thi tuyển sinh lớp 10.
👉 Để đạt kết quả cao, học sinh nên kết hợp ôn luyện các chuyên đề quan trọng khác trong Vật lý 9 như Điện học, Quang học và Điện từ học, đồng thời thường xuyên làm quen với đề thi thử và bài tập nâng cao. Sự chuẩn bị toàn diện sẽ giúp các em tự tin chinh phục mọi dạng đề và đạt thành tích xuất sắc trong kỳ thi.
