Lý thuyết Sự rơi tự do (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 10: Sự rơi tự do

A. Lý thuyết Sự rơi tự do

I. Sự rơi trong không khí

– Sự rơi nhanh hay chậm của vật phụ thuộc vào độ lớn của lực cản không khí tác dụng lên vật. Lực cản càng nhỏ so với trọng lực dụng lên vật thì vật sẽ rơi càng nhanh và ngược lại.

– Hai vật là viên bi chì và chiếc lông vũ đều rơi nhanh như nhau trong ống chân không

Ống đầu tiên chứa đầy không khí,

Ống thứ hai là môi trường chân không

II. Sự rơi tự do

1. Sự rơi tự do

– Sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực.

– Nếu vật rơi trong không khí mà độ lớn của lực cản không khí không đáng kể so với trọng lượng của vật thì cũng coi là rơi tự do.

2. Đặc điểm của sự rơi tự do

– Sự rơi tự do chỉ chịu tác dụng của trọng lực nên nó có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống.

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

– Ở cùng một nơi trên Trái đất, mọi vật đều rơi tự do với cùng một gia tốc. Gia tốc rơi tự do kí hiệu là g, nó phụ thuộc vào vĩ độ địa lý và độ cao. Ở vị trí gần bề mặt Trái Đất, người ta thường lấy $\text{g}\approx {\text{9,8m/s}}^2$

3. Công thức rơi tự do

– Rơi tự do là chuyển động nhanh dần đều không vận tốc đầu.

– Chọn mốc thời gian ${\text{t}}_{\text{o}}\text{= 0}$ thời điểm vật bắt đầu rơi. Ta có:

+ Độ dịch chuyển và quãng đường đi của vật tại thời điểm t

$\text{d = s = }\frac{1}{2}{\text{g.t}}^2$

+ Vận tốc tức thời tại thời điểm t là ${\text{v}}_{\text{t}}\text{= g.t}$

+ Mối liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường đi được ${\text{v}}^2\text{= }2.\text{g.s}$

B. Trắc nghiệm Sự rơi tự do

Câu 1: Một vật rơi tự do, trong 4 s cuối cùng rơi được 320 m. Tính thời gian rơi của vật. Lấy $g=10m/s^2$

A. 20 s.

B. 10 s.

C. 40 s.

D. không đủ dữ kiện để tính.

Đáp án đúng là: B

Gọi:

Thời gian rơi cả quãng đường là t.

– Quãng đường rơi trong khoảng thời gian t: $\text{s}=\frac{1}{2}g{t}^2$

– Quãng đường vật rơi được trong khoảng thời gian (t – 4 ): $s‘=\frac{1}{2}g{\left(t-4\right)}^2$

Ta có: $h-h‘=320\Rightarrow \frac{1}{2}g{t}^2-\frac{1}{2}g{\left(t-4\right)}^2=320$

Suy ra t = 10 s.

Câu 2: Một vật rơi tự do từ độ cao h, $g=10m/s^2$ . Tính thời gian rơi biết quãng đường vật rơi được trong 7 s cuối cùng là 385 m.

A. 7 s

B. 4 s.

C. 6,5 s.

D. 9 s.

Đáp án đúng là: D

$\Delta s_1$ là quãng đường vật rơi được trong 7 s cuối cùng.

$s_t$ là quãng đường vật rơi trong thời gian t.

$s_{\left(t-7\right)}$ là quãng đường vật rơi được trong thời gian (t – 7) s đầu.

$\Delta s=s_t-s_{\left(t-7\right)}$

$\Rightarrow 385=\frac{1}{2}.g.t^2-\frac{1}{2}.g.{\left(t-7\right)}^2$

$\Rightarrow t=9s$.

Câu 3: Tính đường đi của một vật rơi tự do trong giây thứ 4 kể từ lúc thả. Lấy $g=10m/s^2$

A. 35 m.

B. 45 m.

C. 50 m.

D. Không đủ dữ kiện để tính.

Đáp án đúng là: A

Quãng đường vật rơi tự do trong giây thứ 4 bằng quãng đường rơi trong 4s trừ đi quãng đường rơi trong 3 s.

$\Rightarrow h=h_4-h_3=\frac{1}{2}g\left(4^2-3^2\right)=35m$ .

Câu 4. Một vật rơi tự do từ độ cao h trong thời gian 10 s. Hãy tính thời gian vật rơi trong 95 m cuối cùng. Lấy $g=10m/s^2$

A. 2 s.

B. 0,1 s.

C. 1 s.

D. 3 s.

Đáp án đúng là: C

Độ cao: $h=\frac{1}{2}.g.t^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.10.10}}^2=500m$ .

Thời gian vật rơi trong 405 m đầu: $t_1=\sqrt{\frac{2h_1}{g}}=\sqrt{\frac{2.405}{10}}=9s$

Thời gian rơi trong 95 m cuối cùng: $t_2=t-t_1=10-9=1$ (s)

Với là thời gian rơi trong 405 m đầu tiên, là thời gian rơi trong 95 m cuối cùng.

Câu 5. Một vật được thả rơi tự do từ độ cao 5 m xuống đất. Tính độ lớn của vận tốc khi vật chạm đất. Lấy g = 10 m/s².

A. 5 m/s.

B. 25 m/s.

C. 10 m/s.

D. 100 m/s

Đáp án đúng là: C

Độ lớn vận tốc khi vật chạm đất: $v=\sqrt{2gh}=\sqrt{\mathrm{2.10.5}}=10m/s$

Câu 6: Chuyển động dưới đây được coi là sự rơi tự do nếu được thả rơi ?

A. Một cái lá cây rụng.

B. Một sợi chỉ.

C. Một chiếc khăn tay.

D. Một mẩu phấn.

Đáp án đúng là: D

Trọng lượng của mẩu phấn lớn hơn nhiều so với sức cản của không khí tác dụng lên nó, do đó ta bỏ qua sức cản của không khí, coi như mẩu phấn chỉ rơi dưới tác dụng của trọng lực và coi sự rơi của mẩu phấn là rơi tự do.

Câu 7: Đặc điểm nào dưới đây không phải là đặc điểm của chuyển động rơi tự do của các vật?

A. Chuyển động theo phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống.

B. Chuyển động thẳng, nhanh dần đều.

C. Tại một nơi và ở gần mặt đất, mọi vật rơi tự do như nhau.

D. Lúc t = 0 thì vận tốc ban đầu theo phương ngang khác không.

Đáp án đúng là: D

Chuyển động rơi tự do có đặc điểm :

Chuyển động theo phương thẳng đứng và có chiều từ trên xuống dưới.

Chuyển động rơi tư do là chuyển động thẳng nhanh dần đều với vận tốc ban đầu theo phương ngang bằng 0.

Ở cùng một nơi trên Trái Đất và ở gần mặt đất, các vật rơi tự do đều có cùng một gia tốc g, thường lấy $g=9,8m/s^2$ hoặc $g=10m/s^2$

Câu 8: Chuyển động của vật nào dưới đây có thể coi là chuyển động rơi tự do?

A. Một vận động viên nhảy dù đã buông dù và đang rơi trong không trung.

B. Một quả táo rụng từ trên cây đang rơi xuống đất.

C. Một chiếc lá rụng đang rơi từ trên cây xuống đất.

D. Một chiếc thang máy đang chuyển động đi xuống.

Đáp án đúng là: B

A- Sai vì: Khi đã buông dù, lực cản của không khí rất lớn tác dụng vào vận động viên.

B- Đúng vì: lực cản của không khí tác dụng vào quả táo không đáng kể nên coi là rơi tự do.

C- Sai vì: lực cản của không khí tác dụng vào chiếc lá đáng kể nên không thể coi là rơi tự do.

D- Sai vì: Thang máy còn chịu thêm tác dụng của lực căng của dây treo nên không coi là rơi tự do.

Câu 9: Một vật rơi tự do không vận tốc ban đầu từ độ cao h xuống đất, tại nơi có gia tốc trọng trường g. Công thức tính độ lớn v của vật khi chạm đất là:

A. $v=2gh$

B. $v=\sqrt{2gh}$

C. $v=\sqrt{\frac{2h}{g}}$

D. $v=\sqrt{gh}$

Đáp án đúng là: B

Áp dụng công thức tính vận tốc trong chuyển động thẳng biến đổi đều $v=v_0+a.t$ với vận tốc ban đầu v₀ = 0 và a = g.

Thời gian kể từ lúc bắt đầu rơi đến khi chạm đất là: $t=\sqrt{\frac{2h}{g}}$

Thay vào biểu thức $v=v_0+a.t=g.\sqrt{\frac{2h}{g}}=\sqrt{2gh}$

Câu 10: Một vật rơi tự do không vận tốc ban đầu từ đỉnh tháp với gia tốc $g=10m/s^2$ , sau 3s thì chạm đất. Chiều cao của tháp là?

A.35 m.

B. 40 m.

C. 45 m.

D. 50 m.

Đáp án đúng là: C

Áp dụng công thức tính quãng đường đi được trong rơi tự do $s=\frac{1}{2}g{t}^2$

$h=s=\frac{1}{2}g{t}^2=0,{\mathrm{5.10.3}}^2=45m$

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật lí 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 9: Chuyển động thẳng biến đổi đều

Bài 12: Chuyển động ném

Bài 13: Tổng hợp và phân tích lực. Cân bằng lực

Bài 14: Định luật 1 Newton