Tốc độ và đồ thị quãng đường – thời gian (KHTN 7): công thức, cách đọc đồ thị, bài tập

Chủ đề Tốc độ là phần Vật lý đầu tiên học sinh gặp trong Khoa học tự nhiên 7. Kiến thức không nhiều nhưng là nền cho cả chương trình Vật lý THCS và THPT sau này. Bài viết tóm tắt công thức, cách đổi đơn vị, cách vẽ và đọc đồ thị quãng đường – thời gian, cùng những lỗi học sinh hay mắc.

Tốc độ là gì

Tốc độ cho biết vật chuyển động nhanh hay chậm, được đo bằng quãng đường vật đi được trong một đơn vị thời gian:

v = s / t

Trong đó s là quãng đường, t là thời gian đi hết quãng đường đó, v là tốc độ. Từ công thức suy ra: s = v · t và t = s / v.

Đơn vị và cách đổi

• Đơn vị thường dùng: m/s (mét trên giây) và km/h (ki-lô-mét trên giờ).
• 1 m/s = 3,6 km/h, nên muốn đổi từ km/h sang m/s thì chia cho 3,6; từ m/s sang km/h thì nhân 3,6.
• Ví dụ: 54 km/h = 54 : 3,6 = 15 m/s.

Lỗi phổ biến nhất là để quãng đường và thời gian khác hệ đơn vị (km với phút, m với giờ). Trước khi thay số, luôn đổi về cùng một hệ.

Ví dụ tính tốc độ

Ví dụ 1. Một bạn đạp xe từ nhà đến trường dài 3 km hết 12 phút. Tính tốc độ theo km/h.

• Đổi 12 phút = 12/60 giờ = 0,2 giờ.
• v = s / t = 3 / 0,2 = 15 km/h.

Ví dụ 2. Một ô tô đi với tốc độ 40 km/h trong 1,5 giờ. Quãng đường đi được là s = v · t = 40 · 1,5 = 60 km.

Đo tốc độ trong thực tế

Để đo tốc độ, cần đo quãng đường và thời gian: dùng thước đo độ dài và đồng hồ bấm giây, hoặc dùng cổng quang điện kết nối đồng hồ đo thời gian hiện số trong phòng thí nghiệm để đo chính xác những khoảng thời gian rất ngắn. Ngoài đời, thiết bị bắn tốc độ được lực lượng giao thông dùng để kiểm tra phương tiện có chạy quá tốc độ cho phép hay không.

Đồ thị quãng đường – thời gian

Đồ thị biểu diễn quãng đường vật đi được theo thời gian: trục nằm ngang là thời gian t, trục thẳng đứng là quãng đường s.

Cách vẽ:

1. Lập bảng số liệu s theo t.
2. Vẽ hai trục, chọn tỉ lệ phù hợp, ghi rõ tên đại lượng và đơn vị.
3. Xác định các điểm tương ứng rồi nối lại.

Cách đọc:

• Vật chuyển động với tốc độ không đổi: đồ thị là đoạn thẳng xiên. Đoạn càng dốc, tốc độ càng lớn.
• Vật đứng yên: đồ thị là đoạn nằm ngang (thời gian tăng nhưng quãng đường không đổi).
• Muốn tính tốc độ trên một đoạn: lấy quãng đường tăng thêm chia cho thời gian tương ứng.

Ví dụ 3. Một xe đi từ A: sau 2 giờ đi được 80 km, sau đó dừng nghỉ 0,5 giờ, rồi đi tiếp 1 giờ thêm 50 km. Trên đồ thị có ba đoạn:

• Đoạn 1 (0 → 2 giờ): tốc độ 80 / 2 = 40 km/h.
• Đoạn 2 (2 → 2,5 giờ): nằm ngang, xe đứng yên.
• Đoạn 3 (2,5 → 3,5 giờ): tốc độ 50 / 1 = 50 km/h, dốc hơn đoạn 1.

Bài tập tự luyện (có đáp số)

1. Một người đi bộ với tốc độ 5 km/h trong 36 phút. Tính quãng đường đi được. Đáp số: 3 km (đổi 36 phút = 0,6 giờ).
2. Một đoàn tàu chạy với tốc độ 72 km/h. Đổi ra m/s. Đáp số: 20 m/s.
3. Một xe máy đi 45 km hết 1 giờ 15 phút. Tính tốc độ theo km/h. Đáp số: 36 km/h (1 giờ 15 phút = 1,25 giờ).
4. Bạn An chạy 100 m hết 20 giây. Tính tốc độ theo m/s và km/h. Đáp số: 5 m/s = 18 km/h.
5. Trên đồ thị quãng đường – thời gian của hai bạn cùng xuất phát, đường của bạn A dốc hơn đường của bạn B. Bạn nào đi nhanh hơn? Đáp số: bạn A, vì trong cùng thời gian đi được quãng đường dài hơn.

Làm xong, hãy tự kiểm tra: đã đổi đơn vị trước khi thay số chưa, kết quả có hợp lý với thực tế không (người đi bộ không thể có tốc độ 50 km/h).

Tốc độ và an toàn giao thông

Tốc độ càng lớn thì quãng đường xe đi thêm trong lúc người lái phản ứng và phanh càng dài. Vì vậy luật giao thông quy định tốc độ tối đa và khoảng cách an toàn giữa các xe. Đây là phần kiến thức hay được hỏi dưới dạng câu hỏi vận dụng thực tế.

Lỗi thường gặp

• Không đổi đơn vị trước khi tính.
• Nhầm đoạn nằm ngang trên đồ thị là "chuyển động đều chậm".
• Đọc sai tỉ lệ trên trục khi chia ô không đều.
• Tính tốc độ trung bình cả quãng đường bằng cách lấy trung bình cộng các tốc độ (sai); đúng phải lấy tổng quãng đường chia tổng thời gian.

Học tốt KHTN 7 cùng người kèm

Nếu con chưa quen đọc đồ thị hay đổi đơn vị, một người kèm theo sát vài buổi thường giúp con vượt qua nhanh. Phụ huynh có thể xem gia sư Khoa học tự nhiên lớp 7 hoặc trang tổng hợp gia sư Khoa học tự nhiên; gia sư phần Vật lý THCS có tại trang gia sư Vật lý THCS.

Câu hỏi thường gặp

Tốc độ và vận tốc có giống nhau không? Ở lớp 7, học sinh học khái niệm tốc độ (nhanh hay chậm). Vận tốc còn cho biết hướng chuyển động, sẽ học ở các lớp trên.

Vì sao 1 m/s bằng 3,6 km/h? 1 m/s nghĩa là mỗi giây đi 1 m; một giờ có 3600 giây nên đi được 3600 m = 3,6 km.

Đồ thị quãng đường – thời gian có thể đi xuống không? Với quãng đường đi được (luôn cộng dồn), đồ thị không đi xuống; nếu vật dừng lại thì đồ thị nằm ngang.

Tính tốc độ trung bình cả hành trình có nghỉ giữa đường thế nào? Lấy tổng quãng đường chia tổng thời gian, tính cả thời gian nghỉ. Ở ví dụ 3: (80 + 50) : 3,5 ≈ 37,1 km/h.