Giao diện mới của VnDoc Pro: Dễ sử dụng hơn - chỉ tập trung vào lớp bạn quan tâm. Vui lòng chọn lớp mà bạn quan tâm: Lưu và trải nghiệm

Đóng

Điểm danh hàng ngày

Hôm nay +3
Ngày 2 +3
Ngày 3 +3
Ngày 4 +3
Ngày 5 +3
Ngày 6 +3
Ngày 7 +5

Bạn đã điểm danh Hôm nay và nhận 3 điểm! Đăng nhập ngay để nhận điểm

Nhắn tin Zalo VNDOC để nhận tư vấn mua gói Thành viên hoặc tải tài liệu Hotline hỗ trợ: 0936 120 169

VnDoc.com

Bài tập áp dụng định luật bảo toàn cơ năng

Bài tập Vật lý 10 có đáp án

Bài trước

Tải về

Bài sau

Lớp: Lớp 10

Môn: Vật Lý

Dạng tài liệu: Chuyên đề

Loại File: Word + PDF

Phân loại: Tài liệu Tính phí

Cách giải bài tập bảo toàn cơ năng lớp 10

A. Kiến thức cần nhớ
- Phát biểu Định luật bảo toàn cơ năng
B. Bài tập vận dụng định luật bảo toàn cơ năng

Trong Vật lý 10, định luật bảo toàn cơ năng là kiến thức trọng tâm giúp giải nhanh các bài toán về chuyển động trong trọng trường, lò xo và mặt phẳng nghiêng. Nếu nhận dạng đúng điều kiện áp dụng, học sinh có thể xử lý bài tập ngắn gọn và chính xác.

Bài viết Bài tập áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tổng hợp các dạng bài tiêu biểu kèm lời giải và đáp án, hỗ trợ học sinh lớp 10 ôn tập và luyện đề hiệu quả.

A. Kiến thức cần nhớ

Phát biểu Định luật bảo toàn cơ năng

Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật được bảo toàn.

Khi áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cần:

- Xác định được biểu thức cụ thể của động năng và thế năng tại hai vị trí của vật. Thông thường hai vị trí thường chọn có động năng hoặc thế năng bằng không hoặc tại vị trí mà việc tính toán cơ năng là đơn giản.

- Chọn mốc thế năng sao cho việc tính thế năng của vật là dễ nhất.

- Định luật bảo toàn cơ năng được áp dụng đối với vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực hoặc lực đàn hồi ( lực thế).

B. Bài tập vận dụng định luật bảo toàn cơ năng

Bài tập 1: Từ độ cao 10 m so với mặt đất, một vật được ném lên cao theo phương thẳng đứng với vận tốc đầu 5 m/s. Bỏ qua sức cản của không khí và lấy g = 10 m/s².

a. Tính độ cao cực đại mà vật đạt được so với mặt đất.

b. Tính vận tốc của vật tại thời điểm vật có động năng bằng thế năng.

c. Tìm cơ năng toàn phần của vật, biết khối lượng của vật là m = 200 g.

Hướng dẫn giải

Chọn gốc thế năng tại mặt đất

a) Tìm $h_{max}$

Cơ năng tại vị trí ném A: $W_{A} = \frac{1}{2}mv_{A}^{2} + mgh_{A}$

Gọi B là vị trí cao nhất mà vật đạt được: $v_{B} = 0$

$\Rightarrow$ Cơ năng của vật tại B: $W_{B} = W_{tB} = mgh_{max}$

Theo định luật bảo toàn cơ năng: $W_{B} = W_{A} \Leftrightarrow mgh_{max} = \frac{1}{2}v_{A}^{2} + mgh_{A}$

$\Rightarrow h_{max} = \frac{v_{A}^{2}}{2g} + h_{A} = 1,25 + 10 = 11,25m$

b) Tính vận tốc của vật tại thời điểm vật có động năng bằng thế năng

W_đC = W_tC => W_C = W_đC + W_tC = 2W_đC

Theo định luật bảo toàn cơ năng:

$W_{C} = W_{B} \Rightarrow 2.\frac{1}{2}mv_{C}^{2} = mgh_{\max}$

$\Rightarrow v_{C} = \sqrt{gh_{\max}} = 7,5\sqrt{2}m/s$

c) Tìm cơ năng toàn phần của vật, biết khối lượng của vật là m = 200 g

$W = W_{B} = mgh_{max} = 0,2.10.11,25 = 22,5J$

Bài 2: Quả cầu nhỏ khối lượng 500 g treo ở đầu một sợi dây dài 1 m, đầu trên của dây cố định. Kéo quả cầu ra khỏi vị trí cân bằng sao cho dây hợp với phương thẳng ứng góc 45⁰ rồi thả tự do. Tìm:

a. Vận tốc của con lắc khi nó đi qua vị trí cân bằng.

b. Tính lực căng của dây tại vị trí cân bằng.

Hướng dẫn giải

Hình vẽ minh họa:

- Vật chịu tác dụng các lực:

+ Trọng lực $\overrightarrow{P}$ .

+ Lực căng dây $\overrightarrow{T}$ .

- Vật chuyển động trong trường lực thế, ta có thể áp dụng định luật bảo toàn cơ năng để giải bài toán này.

Ngoài ra ta cũng có thể giải bài 2 bằng định lí động năng.

a) Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng (vị trí thấp nhất của vật).

Viết biểu thức định luật bảo toàn cơ năng cho vị trí góc $45^{0}$ và vị trí cân bằng.

$W_{A} = W_{B}$ ⇔ $W_{tA} + 0 = 0 + W_{dB}$ $\Leftrightarrow mgh_{A} = \frac{1}{2}mv_{B}^{2}$

Với : $h_{A} = l\left( 1 - cos\alpha_{45^{0}} \right) = l\left( 1 - cos45^{0} \right)$

$\Rightarrow \sqrt{2gl\left( 1 - cos45^{0} \right)} = \sqrt{2.10.1\left( 1 - \frac{\sqrt{2}}{2} \right)}$

$= \sqrt{20 - 10\sqrt{2}} = 2,42m/s$

b) Khi cần tính đến lực căng dây T, ta phải áp dụng lại Định luật II Newton cho vật tại vị trí cần tính.

- Chú ý rằng vật chuyển động tròn đều với gia tốc hướng tâm, hợp lực của trọng lực và lực căng chính là lực hướng tâm.

- Viết biểu thức định luật II Newton cho vật tại vị trí cân bằng:

$\overrightarrow{P} + \overrightarrow{T} = m\overrightarrow{a_{B}}$

- Chiếu phương trình lên trục hướng tâm BO:

$- P + T = ma_{ht} = m\frac{v_{B}^{2}}{l}$

$\Leftrightarrow T = ma_{ht} = m\frac{v_{B}^{2}}{l} = 0,5.10 + 0,5.\frac{2,42^{2}}{1} = 7,93N$

Bài tập 3. Quả cầu khối lượng m = 100g gắn ở đầu một lò xo nằm ngang, đầu kia của lò xo cố định, độ cứng của lò xo k = 0,4N/cm. Quả cầu có thể chuyển động không ma sát trên mặt phẳng ngang. Từ vị trí cân bằng O, người ta kéo quả cầu cho lò xo dãn ra đoạn OA = 5cm rồi buông tay. Quả cầu chuyển động dao động trên đoạn đường AB.

a) Tính chiều dài quỹ đạo AB.

b) Tính vận tốc cực đại của quả cầu trong quá trình chuyển động. Vận tốc này đạt ở vị trí nào?

Hướng dẫn giải

Hình vẽ minh họa:

a) Chiều dài quỹ đạo AB Các lực tác dụng vào vật: trọng lực $\overrightarrow{P}$ , phản lực $\overrightarrow{Q}$ , lực đàn hồi $\overrightarrow{F_{dh}}$ ( $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{Q}$ cân bằng).

Bỏ qua ma sát, cơ năng của hệ vật và lò xo (con lắc lò xo) bảo toàn. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho 2 vị trí A (vị trí buông tay) và B (vật dừng ở phía bên kia O):

W_A = W_B ⇔ $\frac{1}{2}$ k.OA² = $\frac{1}{2}$ k.OB² ⇒ OB = OA

Vậy: Chiều dài quỹ đạo: L = AB = 2.OA = 2.5 = 10cm.

b) Vận tốc cực đại của quả cầu

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho 2 vị trí A và O (vị trí cân bằng, lò xo không biến dạng): W_A = W_O ⬄ $\frac{1}{2}$ k.OA² = $\frac{1}{2}$ mv²

⇒ v = OA. $\sqrt{\frac{k}{m}}$ = 5. $\sqrt{\frac{40}{0,1}}$ = 100cm/s = 1m/s. (k = 0,4 N/cm = 40 N/m)

Vậy vật đạt vận tốc cực đại bằng 1 m/s khi đi qua vị trí cân bằng, tại đó lò xo không biến dạng.

📚 Phần tiếp theo của tài liệu đã được tổng hợp trong file đính kèm, mời bạn tải về để đọc tiếp.

----------------------------------------------------------

Việc luyện tập thường xuyên bài tập áp dụng định luật bảo toàn cơ năng giúp học sinh thành thạo phương pháp giải, hạn chế sai sót và nâng cao tốc độ làm bài. Bài tập Vật lý 10 có đáp án trong bài viết là tài liệu hữu ích để tự học và củng cố kiến thức cơ học.

Xem thử Tải về

Chọn file muốn tải về: