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 cơ năng lớp 10 gắn với định luật bảo toàn cơ năng

Chuyên đề Vật lý 10 có đáp án

Bài trước

Tải về

Bài sau

Lớp: Lớp 10

Môn: Vật Lý

Dạng tài liệu: Chuyên đề

Loại: Tài liệu Lẻ

Loại File: Word + PDF

Phân loại: Tài liệu Tính phí

Cơ năng, Định luật bảo toàn cơ năng Vật lý 10

Trong chương Các định luật bảo toàn – Vật lý 10, dạng bài tập cơ năng gắn với định luật bảo toàn cơ năng giữ vai trò then chốt giúp học sinh hiểu sâu mối quan hệ giữa động năng và thế năng. Đây là dạng bài xuất hiện thường xuyên trong kiểm tra, đề thi trắc nghiệm và tự luận ở lớp 10.

Bài viết cung cấp bài tập cơ năng lớp 10 có đáp án, giúp học sinh rèn kỹ năng vận dụng định luật bảo toàn cơ năng một cách chính xác và hiệu quả.

A. Cơ năng

1. Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường

Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực thì bằng tổng động năng và thế năng của vật:

$W = W_{d} + W_{t} = \frac{1}{2}mv^{2} + mgz$

Định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực

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

$W = \frac{1}{2}mv^{2} + mgz = const$ $\Rightarrow \frac{1}{2}mv_{1}^{2} + mgz_{1} = \frac{1}{2}mv_{2}^{2} + mgz_{2}$

Hệ quả: Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường:

+ Cơ năng luôn luôn được bảo toàn và không thay đổi trong quá trình chuyển động

+ Nếu động năng giảm thì thế năng tăng và ngược lại (động năng và thế năng chuyển hoá lẫn nhau)

+ Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.

2. Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật:

$W = W_{d} + W_{t} = \frac{1}{2}mv^{2} + \frac{1}{2}k(\Delta l)^{2}$

Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động chỉ dưới tác dụng của lực đàn hồi.

Khi một vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn:

$W = \frac{1}{2}mv^{2} + \frac{1}{2}k(\Delta l)^{2} = const$ $\Rightarrow \frac{1}{2}mv_{1}^{2} + \frac{1}{2}k\left( \Delta l_{1} \right)^{2} = \frac{1}{2}mv_{2}^{2} + \frac{1}{2}k\left( \Delta l_{2} \right)^{2}$

Chú ý: Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi. Nếu vật còn chịu tác dụng thêm các lực khác thì công của các lực khác này đúng bằng độ biến thiên cơ năng. Sử dụng định luật bảo toàn năng lượng để làm bài

B. Phương pháp giải toán

- Chọn mốc thế năng (Nên chọn mốc thế năng tại mặt đất)

- Xác định các giá trị về độ cao hoặc vận tốc đề bài cho rồi theo định luật bảo toàn cơ năng: $W_{A} = W_{B}$

$\Rightarrow \frac{1}{2}m{v^{2}}_{A} + mgh_{A} = \frac{1}{2}m{v^{2}}_{B} + mgh_{B}$

- Xác định giá trị đề bài cần tính

C. Bài tập minh họa tính cơ năng

Ví dụ 1: Cho một vật có khối lượng m. Truyền cho vật một cơ năng là 37,5J. Khi vật chuyển đọng ở độ cao 3m vật có $W_{d} = \frac{3}{2}W_{t}$ . Xác định khối lượng của vật và vận tốc của vật ở độ cao đó. Lấy $g = 10\left( m/s^{2} \right)$

Hướng dẫn giải

Chọn mốc thế năng tại mặt đất

Theo định luật bảo toàn năng lượng

$W = W_{d} + W_{t} = \frac{5}{2}W_{t}$ $\Rightarrow W = \frac{5}{2}mgz$

$\Rightarrow m = \frac{2W}{5gz} = \frac{2.37,5}{5.10.3} = 0,5(kg)$

Ta có $W_{d} = \frac{3}{2}W_{t} \Rightarrow \frac{1}{2}mv^{2} = \frac{3}{2}mgz \Rightarrow v = \sqrt{3.gz} \approx 9,49(m/s)$

Ví dụ 2: Một người ở có độ cao 45m (so với mặt đấy) cầm một vật có khối lượng 100g thả vật rơi tự do xuống mặt đất mặt đất. Lấy g = 10m/s².

a. Tính vận tốc của vật khi vật chạm đất.

b. Tính độ cao của vật khi W_d = 2W_t

c. Tính vận tốc của vật khi $2W_{d} = 5W_{t}$

d. Xác định vị trí để vận có vận tốc

e. Tại vị trí có độ cao 20m vật có vận tốc bao nhiêu

f. Khi chạm đất, do đất mềm nên vật bị lún sâu 10cm. Tính lực cản trung bình tác dụng lên vật.

Hướng dẫn giải

Chọn mốc thế năng tại mặt đất

a. Gọi A là vị trí ném, B là mặt đất $v_{A} = 0(m/s);z_{A} = 45(m);z_{B} = 0(m)$

Theo định luật bảo toàn cơ năng:

$W_{A} = W_{B} \Rightarrow mgz_{A} = \frac{1}{2}mv_{B}^{2}$

$\Rightarrow v_{B} = \sqrt{2gz_{A}}$ $\Rightarrow v = \sqrt{2.10.45} = 30(m/s)$

b. Gọi C là vị trí $W_{d} = 2W_{t}$

Theo định luật bảo toàn cơ năng: $W_{A} = W_{C}$ $\Rightarrow W_{A} = 3W_{tC} \Rightarrow mgz_{A} = 3mgz_{C}$

$\Rightarrow z_{A} = \frac{z_{C}}{2} = \frac{45}{3} = 15(m)$

c. Gọi D là vị trí để $2W_{d} = 5W_{t} \Rightarrow W_{tD} = \frac{2}{5}W_{dD}$

Theo định luật bảo toàn cơ năng: $W_{A} = W_{D}$

$\Rightarrow W_{A} = \frac{7}{5}W_{dD} \Rightarrow mgz_{A} = \frac{7}{5}.\frac{1}{2}.mv_{D}^{2}$ $\Rightarrow v_{D} = \sqrt{\frac{10}{7}.gz_{A}}$

$\Rightarrow v_{D} = \sqrt{\frac{10}{7}.10.45} \approx 25,355(m/s)$

d. Gọi E là vị trí để vận có vận tốc

Theo định luật bảo toàn cơ năng $W_{A} = W_{E}$

$\Rightarrow mgz_{A} = mgz_{E} + \frac{1}{2}mv_{E}^{2}$ $\Rightarrow z_{E} = z_{A} - \frac{v_{E}^{2}}{2g}$ $\Rightarrow z_{E} = 45 - \frac{20^{2}}{2.10} = 25(m)$

Vật cách mặt đất 25m thì vật có vận tốc

e. Gọi F là vị trí để vật có đọ cao 20m

Theo định luật bảo toàn cơ năng $W_{A} = W_{F}$

$\Rightarrow mgz_{A} = mgz_{F} + \frac{1}{2}mv_{F}^{2}$ $\Rightarrow v_{F} = \sqrt{2g\left( z_{A} - z_{F} \right)}$

$\Rightarrow v_{F} = \sqrt{2.10.(45 - 20)} = 10\sqrt{5}(m/s)$

f. Áp dụng định lý động năng

$A = W_{dn} - W_{dB} = 0 - \frac{1}{2}mv_{B}^{2}$

$\Rightarrow F_{c}.s = - \frac{1}{2}mv_{B}^{2}$ $\Rightarrow F_{c} = - \frac{mv_{B}^{2}}{2s} = - \frac{0,1.30^{2}}{2.10} = - 4,5(N)$

🔍 Để thuận tiện cho việc học tập và lưu trữ, mời bạn tải tài liệu tham khảo bên dưới.

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

Thông qua hệ thống bài tập cơ năng lớp 10 gắn với định luật bảo toàn cơ năng, học sinh sẽ nắm vững bản chất các đại lượng năng lượng, tránh sai lầm khi giải bài toán chuyển động và nâng cao kết quả học tập môn Vật lý.

Xem thử Tải về

Chọn file muốn tải về: