Cơ năng của vật trong trọng trường Định luật bảo toàn cơ năng
Phương pháp giải bài tập bảo toàn cơ năng
Cơ năng của vật trong trọng trường – Định luật bảo toàn cơ năng là chuyên đề trọng tâm của Vật lý 10, giúp học sinh hiểu mối quan hệ giữa động năng, thế năng và sự chuyển hóa năng lượng trong quá trình chuyển động. Bài viết tổng hợp đầy đủ lý thuyết, công thức, phương pháp giải cùng hệ thống bài tập có đáp án chi tiết, hỗ trợ học sinh ôn tập hiệu quả và chinh phục các dạng bài từ cơ bản đến nâng cao theo chương trình GDPT 2018.
A. Cách tính cơ năng của vật
- Chọn gốc thế năng
- Chọn hai điểm có các dữ kiện về vận tốc hoặc về độ cao để áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:
WA = WB => 
\(\frac{1}{2}m{v^2}_A + mg{h_A} = \frac{1}{2}m{v^2}_B + mg{h_B}\)
- Sau đó tìm vận tốc hoặc tìm độ cao
Lưu ý: định luật bảo toàn cơ năng chỉ được áp dụng khi vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực.
B. Bài tập tính cơ năng của vật, áp dụng định luật bảo toàn cơ năng
Bài 1: Một vật có \(m = 10kg\) rơi từ trên cao xuống. Biết tại vị trí vật cao 5m thì vận tốc của vật là \(13km/h\). Tìm cơ năng tại vị trí đó, \(g = 9,8m/s^2\).
Hướng dẫn giải:
Cơ năng của vật tại vị trí đó là:
W = Wd + Wt = 554,8 J
Bài 2: Người ta thả vật \(500g\) cho rơi tự do, biết vận tốc lúc vật vừa chạm đất là \(36km/h\). Chọn gốc thế năng tại mặt đất. Cơ năng của vật lúc chạm đất là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Chọn gốc thế năng ở mặt đất Wt = 0
W = Wd + Wt = Wd = 2,5J
Bài 3: Cơ năng của vật m là 375J. Ở độ cao 3m vật có Wd = 3/2 Wt. Tìm khối lượng của vật và vận tốc của vật ở độ cao đó.
Hướng dẫn giải:
Ta có;
W = Wt + Wd = 5/2 Wt => m = 5,1kg
Wd = 3/2 Wt = 224,9 J => v = 9,4 m/s
Bài 4: Một hòn bi \(m = 25g\) được ném thẳng đứng lên cao với \(v = 4,5m/s\) từ độ cao 1,5m so với mặt đất. Chọn gốc thế năng tại mặt đất, \(g = 10m/s^2.\)
a) Tính Wđ, Wt, W tại lúc ném vật.
b) Tìm độ cao cực đại mà bi đạt được.
Hướng dẫn giải:
a) Ta có:
W = Wt + Wd = 0,63 J
b) Ở độ cao cực đại thì Wtmax=> Wd= 0
=> Wtmax = W = 0,63 J => zmax = 2,52m
Bài 5: Vật m = 2,5kg được thả rơi tự do từ độ cao 45m so với mặt đất, g = 10m/s2.
a) Tính động năng lúc chạm đất.
b) Ở độ cao nào vật có Wd= 5.Wt.
Hướng dẫn giải:
a. Theo định luật bảo toàn cơ năng: WMD= WH
\(\begin{array}{l}
\Leftrightarrow {{\rm{W}}_{tMD}} + {{\rm{W}}_{dMD}} = {{\rm{W}}_{dH}} + {{\rm{W}}_{tH}}\\
\Leftrightarrow {{\rm{W}}_{dMD}} = {{\rm{W}}_{tH}} = 1125J
\end{array}\)
b. Wd= 5 Wt
=> W = Wt + Wd = 6Wt = 1125 J
=> z = 7,5m
Bài 6: Một vật rơi tự do từ độ cao 120m, g = 10m/s2. Bỏ qua sức cản của không khí. Tìm độ cao mà ở đó thế năng của vật lớn bằng 2 lần động năng.
Hướng dẫn giải:
Theo định luật bảo toàn cơ năng: W120 = WH
\(\begin{array}{l}
\Leftrightarrow {{\rm{W}}_{t120}} + {{\rm{W}}_{d120}} = {{\rm{W}}_{dH}} + {{\rm{W}}_{tH}}\\
\Leftrightarrow {{\rm{W}}_{t120}} = {{\rm{W}}_{dH}} + {{\rm{W}}_{tH}} = \frac{3}{2}{{\rm{W}}_{tH}} \Rightarrow h = z = 80m
\end{array}\)
📚 Phần tiếp theo của tài liệu đã được tổng hợp trong file đính kèm, mời bạn tải về để đọc tiếp.
------------------------------------
Khi nắm vững cơ năng của vật trong trọng trường và định luật bảo toàn cơ năng, học sinh sẽ dễ dàng giải các bài toán về chuyển động, rơi tự do, vật ném và chuyển hóa năng lượng. Việc luyện tập thường xuyên với các bài tập có lời giải chi tiết sẽ giúp củng cố kiến thức, nâng cao kỹ năng vận dụng và đạt kết quả cao trong các bài kiểm tra cũng như kỳ thi.
