Lí thuyết và bài tập ôn thi học sinh giỏi vật lí lớp 9

www.doimoigiaoduc5.webnode.vn

Phần lí thuyết và bài tập Cơ –Nhiệt – Điện – Quang có đầy
đủ trong website: doimoigiaoduc5.webnode.vn
PHẦN I: LÝ THUYẾT CƠ HỌC
B. LÝ THUYẾT TĨNH HỌC
1. Các đại lượng cơ bản:
1.1. Khối lượng – Trọng lượng
Khối lượng ký hiệu là: m đơn vị đo khối lượng kg (đọc là kilogam)
Trọng lượng ký hiệu là chữ: P đơn vị đo trọng lượng N (đọc là Niu Tơn)
P = 10.m
Ví dụ: một vật có trọng lượng 5 Kg. Vậy vật đó có trọng lượng bằng bao nhiêu Niu Tơn?
Ta có P = 10. m = 10.5 = 50 N
1.2. Khối lượng riêng – Trọng lượng riêng:
* Khối lượng riêng riêng ký hiệu là: D đơn vị đo khối lượng riêng Kg/m3

D=

m
V

m: khối lượng vật (kg)
V: thể tích của vật (m3)
Ví dụ: khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3 có nghĩa là 1 m3 nước có khối lượng
1000kg
* Trọng lượng riêng ký hiệu là: d đơn vị đo là N/m3.
P
d=
V
P: trọng lượng của vật (N)
V: thể tích của vật (m3)

Ví dụ: Trọng lượng riêng của nước là 10000N/m3 có nghĩa là 1 m3 nước có trọng lượng
10000N
Lưu ý: d = 10.D
Bảng Khối Lượng Riêng Của Một Số Chất
Chất rắn

Khối lượng riêng ( Kg

/ m3 )

Chất lỏng
Thuỷ Ngân

Khối lượng riêng ( Kg

Chì

11300

Sắt

7800

Nước

1000

Nhôm

2700

Xăng

700

/ m3 )

13600

2. Các lực cơ bản:
2.1. Khái niệm vec tơ lực:
Lực là một đại lượng véc tơ. Để xác định véc tơ lực chúng ta xác định 4 yếu tố của lực:
+ Điểm đặt của lực: cho biết lực tác dụng lên vật ở vị trí nào?
+ Phương của lực
+ Chiều của lực (cho biết lực tác dụng lên vật theo chiều nào)
+ Độ lớn của lực


www.doimoigiaoduc5.webnode.vn
* Lưu ý:
- Trong mặt phẳng tập hợp các đường thẳng song song xem như là một phương.
- Trên một phương chỉ có hai chiều.
2.2. Các loại lực cơ bản:
2.2.1: Trọng lực:
Trọng lực hút của Trái Đất lên các vật trên bề mặt của nó gọi là trọng lực.
r
Vec tơ trọng lực ký hiệu P : được xác định:
+ Điểm đặt: tại trọng tâm của vật
+ Phương: thẳng đứng.
+ Chiều từ trên hướng xuống.

+ Độ lớn của trọng lực bằng trọng lượng vật: P = 10.m
2.2.2. Lực masat:

r
F

ms có:
Lực ma sát ký hiệu
+ Phương trùng với phương chuyển động.
+ Chiều ngược chiều chuyển động (ngược chiều với lực phát động)
+ Độ lớn dựa vào lực phát động.
2.2.3. Lực đẩy Acsimet.
Lực đẩy Acsimet là lực tác dụng của chất lỏng lên vật nhúng chìm trong nó.

r
F
Ký hiệu véc tơ lực
r
F
Véc tơ lực
được xác định bởi các yếu tố sau:
A

A

+ Điểm đặt: tại tâm của phần vật chìm trong nước.
+ Phương: thẳng đứng.
+ Chiều: từ trên xuống dưới.
= d .V
+ Độ lớn F A

D: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)
V: thể tích của phần vật chìm trong nước hay thể tích nước bị vật chiếm chỗ (m3)
2.2.4. Lực căng dây và phản lực:
a) Lực căng dây (sức căng dây):
Khi vật được treo vào một sợi dây, vật kéo dây một lực P (trọng lực) làm cho dây bị căng
thẳng, ngược lại dây cũng tác dụng lên vật một lực T có phương hướng dọc theo sợi dây, lực T
gọi là lực căng dây.
Sợi dây kéo thường được xem là khối lượng không đáng kể và không co dãn. Khi đó:
sức căng tại mọi điểm trên sợi dây là như nhau.


N


T


P


P


www.doimoigiaoduc5.webnode.vn
b) Phản lực:
Khi một vật đè lên một mặt phẳng, vật sẽ chịu tác dụng lực từ phía dưới mặt phẳng. Lực
này vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc lực này gọi là phản lực.
Ví dụ hình trên: khi vật đặt trên mặt ngang nó ép lên mặt ngang một lực có độ lớn P
(trọng lực), ngược lại mặt sàn cũng tác dụng lên vật một phản lực N.
2.3. Điều kiện cân bằng:

2.3.1. Cân bằng trong chuyển động tịnh tiến:
 
F =0
∑
- Một vật cân bằng khi tổng các véc tơ lực tác dụng lên vật = 0 (
)
- Một vật cân bằng khi trên mọi phương: tổng độ lớn các lực kéo vật theo chiều này
bằng tổng độ lớn các lực tác dụng lên vật theo chiều ngược lại.

N
Ví dụ: vật trên mặt phẳng nằm ngang cân bằng vì chịu tác dụng của hai lực cân bằng



P
P
N
và 1 : như phát biểu trên ta có:
+ 1 =0 N=P


P
T
- Hòn bi được treo trên sợi dây: chịu tác dụng của hai lực cân bằng và 2 :
 
Ta có: T + P2 = 0  T = P


N


T


P


P

2.3.2. Cân bằng trong chuyển động quay:
a) Khái niệm momen lực:
Momen lực là đại vật lý đặc trưng cho mức độ quay nhanh hay chậm của chuyển động
quay, được đo bằng tích độ lớn của lực với cánh tay đòn của nó. Cánh tay đòn là khoảng cách
từ tâm quay đến phương của lực.
Momen ký hiệu là chữ: M đơn vị đo Nm.
M = F.l
F: độ lớn lực tác dụng (N)
l: cánh tay đòn của lực (m)
b) Điều kiện cân bằng trong chuyển động quay:
Một vật cân bằng khi tổng các momen lực tác dụng lên vật theo chiều này bằng tổng các
momen lực tác dụng lên vật theo chiều ngược lại.
2.4. Công – Công suất – Hiệu suất:
2.4.1. Công cơ học:
Khái niệm: Khi có một lực F tác dụng lên vật làm vật dịch chuyển được một quãng
đường S, ta nói lực F thực hiện được một công cơ học. Gọi tắt là công.
Công thức tính công: công có độ lớn được xác định bằng độ lớn của lực F tác dụng lên
vật với quãng đường S dịch chuyển của vật.
A = F.S
2.4.2. Công suất

www.doimoigiaoduc5.webnode.vn
Công suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công trong một đơn vị thời gian.
Được tính bằng công thực hiện chia cho thời gian thực hiện công
p=

A
t

H=

Aci
Atp

2.4.3. Hiệu suất:
Ký hiệu H: (H ≤ 1 )

Aci, Atp: công có ích và công toàn phần
2.5. Các loại máy cơ đơn giản:
Bài toán đặt ra là để nâng vật từ dưới mặt đất lên độ cao h có cách nào làm thì lợi nhiều
nhất?
2.5.1. Mặt phẳng nghiêng:
* Xét trường hợp không có ma sát:
- Để nâng một vật A có trọng lượng P lên độ cao h thực hiện bằng hai cách:
+ Nâng vật trực tiếp theo phương thẳng đứng khi đó công thực hiện: A1 = P.h
+ Nâng vật bằng mặt phẳng nghiêng có chiều dài l và lực kéo vật lên mpn F công kéo:
A2 = F.l
Cả hai cách đều thực hiện để đưa vật nặng lên độ cao h hay A1 = A2 = A
⇔ A = P.h = F. l

h

A

* Trường hợp có ma sát:
Khi có ma sát:
Công nâng vật lên độ cao h theo phương thẳng đứng gọi là công có ích: Aci = P.h
Công kéo vật lên độ cao h theo mặt phẳng nghiêng gọi là công toàn phần: Atp = F.l
Khi đó: Atp> Aci
Ta có hiệu suất của mặt phẳng nghiêng H.
H=

2.5.2. Đòn bẩy

Aci
Atp


www.doimoigiaoduc5.webnode.vn

B

d1


F2

O
d2

A


F1
Thanh AB, có điểm tựa O (là tâm quay của thanh). Thanh chịu tác dụng của hai lực F 1và
F2 tại hai điểm A và B, có phương thẳng đứng.
Theo điều kiện cân bằng trong chuyển động quay ta có:
F1.d1 = F2.d2
F
d
OB
⇔ 1 = 2 =
⇔ F1 .OA = F2 .OB
F2 d1 OA
d1: cánh tay đòn của lực F1 (đơn vị đo là mét)
d2: Cánh tay đòn của lực F2(đơn vị đo là mét)
* Lưu ý: Cánh tay đòn là khoảng cách từ tâm quay (O) đến phương của lực.
2.5.3. Ròng rọc:
a. Ròng rọc cố định: là ròng rọc có trục quay cố định.


F


T2
A


T1


P

Không có lợi về lực, cũng không có lợi về quãng đường.
Theo điều kiện cân bằng vật A:
T1 = P
(1)
Theo tính chất của lực căng dây:
T1 = T2
(2)
Theo điều kiện câng trong chuyển động quay bằng của ròng rọc ta có:
F.r = T2.r ⇒ P = T2
(3)
Từ
(1),
(2)
và
(3)
⇒F = P
* Vậy khi sử dụng ròng rọc cố định không có lợi gì về lực.
b. Ròng rọc động:
* Xét trường hợp: dây không dãn, ròng rọc và dây có khối lượng không đáng kể.


www.doimoigiaoduc5.webnode.vn


F


T2

 
T1 T1
B


P

* Khi sử dụng rồng rọc động có lợi gì về lực hay không?
- Theo điều kiện cân bằng của vật B + ròng rọc:
T1 + T1 = P
(1)
- Ta lại có
P
T2 = T1 =
(2)
2
- Theo điều kiện cân bằng của ròng rọc cố định:
F = T2
(3)
Từ (1), (2) và (3) ta suy ra:
⇒F=

P
2

- Khi sử dụng 1 ròng rọc động thì có lợi hai lần về lực.
* Khi sử dụng ròng rọc động thì có lợi gì về quãng đường hay không?

l1

l2

l3

'
1

l

S

l 2'

l 3'
h

B
B
Hình 1

Hình 2

- Trong hình 1: chiều dài l sợi dây được tính bằng công thức:
l = l1 + l 2 + l 3
(1)
- Trong hình 2:
l = l1' + l 2' + l 3'
(2)
- Từ (1) và (2) ta được:
l1 + l 2 + l 3 = l1' + l 2' + l 3'

(3)
- Mặt khác ta lại có:


www.doimoigiaoduc5.webnode.vn
l1' = l1 + s
l 2' = l 2 − h

(4)

l = l2 − h
- Từ (3) và (4) ta được:
l1 + l 2 + l 3 = (l1 + s ) + (l 2 − h) + (l 3 − h)
⇒ s = 2.h
* Từ kết quả trên, ta thấy khi sử dụng 1 ròng rọc động để nâng vật lên cao một đoạn h thì
ta phải dịch thì ta phải dịch chuyển một quãng đường s = 2h. Vậy khi sử dụng hệ thống có 1
ròng rọc động thì ta thiệt hại 2 lần về quãng đường.
P
* Mở rộng: Nếu trong trường hợp hệ có n ròng rọc động thì có lợi 2 n lần về lực: F = n
2
và có hại 2n lần về quãng đường S = h.2n
Khi đó công nâng vật B lên độ cao h được tính bằng công thức:
P
A = F.S = n .h.2n = P.h
2
* Kết luận: khi sử dụng các máy cơ đơn giản ta không có lợi gì về công: nếu có lợi bao
nhiêu lần về quãng đường thì có hại bấy nhiêu lần về lực và ngược lại.
* Xét trường hợp: dây không dãn, ròng rọc có khối lượng đáng kể.
Công nâng vật lên độ cao h theo phương thẳng đứng gọi là công có ích: Aci = P.h
Công của lực kéo F đi quãng đường S gọi là công toàn phần: Atp = F.S

Hiệu suất của hệ ròng rọc:
'
3

H=

Aci
Atp

2.5. Phương pháp giải bài toán tĩnh học:
Dạng 1: bài toán cân bằng:
Bước 1: Xem vật chịu tác dụng của những lực nào?
Bước 2: Xác định điểm đặt, phương, chiều, độ lớn (nếu có) của từng lực.
Bước 3: Xét điều kiện cân bằng:
+ Trong chuyển động tịnh tiến.
+ Trong chuyển động quay (nếu có).
Bước 4: Lập thêm các phương trình dựa vào đề bài cho, dựa trên các tỉ lệ về khối lượng,
thể tích, chiều dài,….
Bước 5: Giải hệ phương trình tìm được để tìm các ẩn số.
Dạng 2: bài toán về công – công suất:
Bước 1: Tính công có ích
Bước 2: Tính công toàn phần.
Bước 3: Xét các trường hợp:
* Không có ma sát (không yếu tố cản trở): Aci = Atp
A
H = ci
Atp
* Có ma sát (có yếu tố cản trở):
Bước 3: Kết hợp bài toán, lập các phương trình và tìm các ẩn số.

www.doimoigiaoduc5.webnode.vn
3. Áp lực – Áp suất – Bình thông nhau:
3.1. Áp lực:
Áp lực là lực có phương vuông góc bới mặt (mặt mà lực tác dụng lên) bị ép.
Áp lực được ký hiệu là F
3.2. Áp suất:
Áp suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ tác dụng của áp lực lên một đơn vị diện
tích bị ép.
Áp suất được tính bằng công thức:
F
p=
S
p: là áp suất đơn vị đo (N/m2, Pa)
1N/m2 = 1 Pa (Paxcan)
1at (at mốt phe) = 103.000 Pa
F: áp lực (N)
S: diện tích bị ép (m2)
3.3. Áp suất chất lỏng – Bình thông nhau:
3.3.1. Áp suất chất lỏng:
Khi một vật trong lòng chất lỏng chịu tác dụng của áp suất chất lỏng theo mọi phương.
Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào độ cao của cột chất lỏng và loại chất lỏng.
p = d.h
p: áp suất chất lỏng
h
d: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)
h: độ cao của cộ chất lỏng (khoảng cách từ một điểm đang xét đến mặt
A
thoáng chất lỏng) (m)
* Trong chất lỏng các điểm nằm trên một mặt phẳng nằm ngang có áp suất

bằng nhau.
3.3.2. Bình thông nhau:
Bình gồm có hai ống thông nhau gọi là bình thông nhau như hình bên:
Cho vào bình thông nhau cùng một chất lỏng thì độ cao của chất lỏng ở hai cột luôn bằng
nhau.
* Lưu ý: chất lỏng có tính chất đặc biệt, trong một ống chất lỏng áp suất sẽ truyền
nguyên vẹn từ vị trí này đến vị trí khác. Đặc điểm nàu được dung để chế tạo các máy
thủy lực.
Có bình thông nhau có hai nhánh, mỗi nhánh được đậy kín ở bởi hai pittông A có tiết diện
S1 và pittông B có tiết diện S2.
F1
Nếu chúng ta tác dụng lên A một lực F1, khi đó A ép lên chất lỏng 1 áp suất p =
(1)
S1
Áp suất p này sẽ được truyền nguyên vẹn đến B
(chất lỏng tác dụng lên B áp suất p) và gây ra áp lực F2
F
A
S1 1
F2
B
tác dụng lên B. Nên ta có p =
(2)
S2
S2
F2


www.doimoigiaoduc5.webnode.vn

Từ (1) và (2) suy ra

p=

F1 F2
=
S1 S 2