Bài tập Vật lý 9 Tính tương đối trong chuyển động
Bài tập tính tương đối của chuyển động Vật lý 9
Bài tập Vật lý 9 Tính tương đối trong chuyển động giúp học sinh hiểu rõ cách xác định trạng thái chuyển động hoặc đứng yên của vật phụ thuộc vào vật được chọn làm mốc. Nội dung bài tập được xây dựng theo các tình huống quen thuộc, giúp học sinh dễ hình dung và vận dụng kiến thức. Kèm đáp án, tài liệu hỗ trợ củng cố lý thuyết và rèn kỹ năng giải Vật lý 9.
Tính tương đối của chuyển động là một nội dung hay và khó của động học. Ngay cả học sinh có tư duy linh hoạt cũng khó nắm bắt tinh thần của phát biểu này: “Nói một vật chuyển động hay đứng yên chỉ có tính chất tương đối”. Học sinh có thể hiểu được phần nào thông qua các ví dụ cụ thể . Việc áp dụng tính chất này để giải toán động học còn nhiều hạn chế.Với những bài toán có nhiều động tử, học sinh thường làm bài theo con đường như giải một bài toán đố với những phép toán khá phức tạp, làm mờ đi nội dung của một bài vật lí. Để giúp học sinh thực sự hiểu hơn cái nhìn của vật lí đối với chuyển động, tôi đã bồi dưỡng các em một chuyên đề về các bài toán liên quan đến tính tương đối của chuyển động.
A. Cách giải bài tập tính tương đối của chuyển động
Bài toán tổng quát: Trên một đường thẳng có hai vật chuyển động ngược chiều về phía nhau với vận tốc lần lượt là v1(km/h) và v2(km/h). Thời điểm ban đầu hai vật cách nhau một đoạn S(km). Hỏi sau bao lâu hai vật gặp nhau?
Thông thường lời giải của bài toán là:
Gọi t là thời gian cần tìm.Trong thời gian đó, quãng đường chuyển động của mỗi vật là:
S1=v1.t (km) , S2=v2.t (km)
Vì S1+S2 = S => t(v1+ v2) = S => t = S/(v1+ v2) (h)
Ở đây chúng ta đã lấy vật mốc là trái đất để xét chuyển động của hai vật , giá trị S1 và S2 đều xác định theo trái đất.Vấn đề là ta xét vị trí tương đối của hai vật , trong khoảng thời gian t khoảng cách của hai vật đã thay đổi một đoạn S nên vận tốc tương đối giữa hai vật là S/t. Giá trị S/t đúng bằng
v1+ v2
và đó chính là độ lớn vận tốc tương đối của hai vật.Vận tốc tương đối này có thể hiểu là: một vật đứng yên còn vật kia chuyển động lại gần với vận tốc
v = v1+ v2.
Với cách nhìn nhận này ta có thể xét trực tiếp tương quan giữa hai vật mà không cần thông qua vật mốc khác.Tương tự, khi hai vật chuyển động cùng chiều thì độ lớn vận tốc tương đối của hai vật là
v = |v1-v2 |
Ta có thể kiểm nghiệm công thức thứ hai này bằng lời giải như trên.Tuy nhiên cũng không cần thiết phải làm công việc đó mà quan trọng là ta hãy coi đó là điều đương nhiên.
Như vậy, ta có cơ sở lí thuyết sau:
Đối với vật mốc A, vận tốc của vật B và vật C là v1 và v2. Vận tốc tương đối của B đối với C là:
- v = v1+ v2 , nếu B và C chuyển động ngược chiều nhau
- v = | v1-v2 |, nếu hai vật chuyển động cùng chiều
Ở đây ta ngầm hiểu với nhau rằng ta đang xét và chỉ xét các vật chuyển động thẳng đều. Bây giờ chúng ta cùng tìm hiểu một số bài toán liên quan.
B. Bài tập ví dụ minh họa giải bài tập tính tương đối của chuyển động
Ví dụ 1: Qua hai vị trí A và B cách nhau 50km trên một đường thẳng có hai xe đang chuyển động với vận tốc lần lượt là v1= 40km/h và v2 = 60km/h. Kể từ khi qua hai vị trí đó , sau bao lâu hai xe sẽ gặp nhau nếu:
a) Hai xe chuyển động ngược chiều
b) Hai xe chuyển động cùng chiều.
Hướng dẫn giải
a) Thời gian để hai xe tiến đến gặp nhau là:
\(t = \frac{{AB}}{{{v_1} + {v_2}}} = \frac{{50}}{{60 + 40}} = \frac{1}{2}\) giờ.
b)Nếu hai xe cùng chuyển động theo hướng từ A đến B (và không có gì bất thường !) thì hai xe không thể gặp nhau.
Nếu hai xe chuyển động theo hướng B đến A thì thời gian cần tìm là
\(t = \frac{{AB}}{{{v_1} - {v_2}}} = \frac{{50}}{{60 - 40}} = \frac{5}{2}\) giờ.
Ví dụ 2: Từ hai vị trí A và B cách nhau 50km có hai xe chuyển động ngược chiều nhau với vận tốc lần lượt là 40km/h và 60km/h. Sau bao lâu khoảng cách hai xe là 10km?
Hướng dẫn giải
Đặt v1 = 40km/h, v2 = 60km/h, S = 10km.
Khi hai xe chưa gặp nhau , thời gian cần tìm là
\(t = \frac{{AB - S}}{{{v_1} + {v_2}}} = \frac{{50 - 10}}{{40 + 60}} = 0,4\) giờ.
Khi hai xe đã gặp nhau rồi cách xa nhau 10km, thời gian từ lúc xe qua A đến lúc gặp xe kia là
\({t_1} = \frac{{AB}}{{{v_1} + {v_2}}} = \frac{{50}}{{40 + 60}} = 0,5\) giờ.
Thời gian từ lúc hai xe gặp nhau đến lúc cách xa nhau 10km là
\({t_2} = \frac{S}{{{v_1} + {v_2}}} = \frac{{10}}{{40 + 60}} = 0,1\) giờ.
Thời gian cần tìm là t = 0,6 giờ.
Như vậy, bài toán có hai đáp số.
Ví dụ 3: Từ hai vị trí A và B cách nhau 50km có hai xe chuyển động cùng chiều theo hướng từ B đến A với vận tốc lần lượt là 40km/h và 60km/h. Lấy thời điểm ban đầu là lúc hai xe qua A ,B.
a) Tính khoảng cách của hai xe sau các khoảng thời gian: 1giờ,2 giờ, 3 giờ.
b) Hai xe cách nhau 20km sau khoảng thời gian bao lâu?
Hướng dẫn giải
a) Khoảng cách ban đầu của hai xe là 50km
Sau 1 giờ ,khoảng cách hai xe rút ngắn đi một đoạn là 1.(60-40) = 20km.
Khoảng cách của hai xe sau 1giờ là S1 = 50-20=30 km.
Khoảng cách S2 = 10 km, S3 = 10km.
b) Khi chưa gặp nhau \({t_1} = \frac{{50 - 20}}{{60 - 40}} = 1,5\) giờ.
Sau khi đã gặp nhau \({t_2} = 2,5 + \frac{{20}}{{60 - 40}} = 3,5\) giờ.
C. Bài tập tự rèn luyện về tính tương đối của chuyển động
Bài tập 1. Trên một đường thẳng có hai người chạy lại gần nhau. Khi còn cách nhau 10 mét, một người ném một quả bóng về phía người kia ; sau khi nhận được bóng người kia lại ném trở lại…cứ như vậy cho đến khi hai người cùng quả bóng dừng lại ở vị trí gặp nhau. Giả sử vận tốc của mỗi người là 2m/s và 3m/s, quả bóng thì luôn được ném bay đi với vận tốc 6m/s.Tính quãng đường quả bóng đã chuyển động trong khoảng thời gian từ lúc quả bóng bắt đầu được ném đi đến lúc dừng.
Bài tập 2. Giữa hai bến sông A và B cách nhau 20km có đoàn canô chở khách . Cứ 20 phút lại có một cannô rời bến A với vận tốc 20km/h và có một canô về bến A với vận tốc 10km/h. Hỏi mỗi canô rời bến sẽ gặp bao nhiêu canô đi ngược lại. Cho rằng nước đứng yên.
Bài tập 3. Từ hai vị trí A và B cách nhau 60km có hai xe chuyển động lại gần nhau. Xe thứ nhất đi qua A trước khi xe thứ hai đi qua B 15 phút và hai xe gặp nhau ở chính giữa quãng đường AB. Sau khi tiếp tục vượt qua nơi gặp nhau được 9 phút khoảng cách giữa hai xe là 12 km. Tính vận tốc của mỗi xe.
📥 Để xem trọn vẹn nội dung và ví dụ minh họa, bạn vui lòng tải tài liệu tham khảo tại đây.
------------------------------------
Qua các bài tập tính tương đối trong chuyển động, học sinh có thể củng cố cách lựa chọn vật mốc và xác định trạng thái chuyển động của vật. Việc luyện tập thường xuyên giúp nâng cao khả năng phân tích và vận dụng kiến thức vào các tình huống thực tế. Đây là nội dung hữu ích trong quá trình học tập và ôn luyện chuyên đề Vật lý 9.
