Động năng

Bài tập động năng có lời giải chi tiết

Động năng là một trong những khái niệm cốt lõi của chương Năng lượng trong Vật lý 10, phản ánh năng lượng mà vật có được do chuyển động. Bài viết cung cấp đầy đủ lý thuyết, công thức tính, phương pháp giải và hệ thống bài tập có đáp án chi tiết, giúp học sinh nắm vững kiến thức và vận dụng hiệu quả vào các dạng bài tập theo chương trình GDPT 2018.

A. Động năng

1. Động năng là gì?

Động năng là dạng năng lượng của một vật có được do nó đang chuyển động và được xác định theo công thức:

W_đ = \(\frac{1}{2}\)mv²

2. Tính chất của động năng

- Chỉ phụ thuộc độ lớn vận tốc, không phụ thuộc hướng vận tốc

- Là đại lượng vô hướng, có giá trị dương.

- Mang tính tương đối.

3. Đơn vị của động năng

Đơn vị của động năng là jun (J)

B. Công của lực tác dụng và độ biến thiên động năng

Định lý động năng

Độ biến thiên động năng bằng công của các ngoại lực tác dụng vào vật, công này dương thì động năng của vật tăng, công này âm thì động năng của vật giảm.

\(\frac{1}{2}m{v^2} - \frac{1}{2}mv_0^2 = 0\)

Trong đó:

\(\frac{1}{2}mv_0^2\) là động năng ban đầu của vật

\(\frac{1}{2}m{v^2}\) là động năng lúc sau của vật

A là công của các ngoại lực tác dụng vào vật

C. Các dạng bài tập động năng có hướng dẫn

Bài 1: Một viên đạn \(m = 1kg\) bay ngang với \(v_1 = 300m/s\) xuyên qua tấm gỗ dày 5cm. Sau khi xuyên qua gỗ, đạn có \(v_2 = 100m/s\). Tính lực cản của tấm gỗ tác dụng lên viên đạn.

Hướng dẫn giải:

Theo định lý động năng:

A = F_c.s = ½ mv₂² – ½ mv₁²

^{\(\Rightarrow {F_c} = \frac{{\frac{1}{2}mv_2^2 - \frac{1}{2}mv_1^2}}{s} = - 8000N \Rightarrow \left| {{F_c}} \right| = 8000N\)}

Bài 2: Một lực F không đổi làm vật bắt đầu chuyển động với không vận tốc đầu và đạt được vận tốc v sau khi đi được quãng đường S. nếu tăng lực tác dụng lên 3 lần thì vận tốc v của nó là bao nhiêu khi đi cùng quãng đường S.

Hướng dẫn giải:

Ta có:

A= Fs = ½ mv₂² – ½ mv₁² = ½ mv²\(\Rightarrow v = \sqrt {\frac{{2.F.s}}{m}}\)

Khi F₁ = 3F thì v^’ = \(\sqrt 3\).v

Bài 3: Một viên đạn \(m = 50g\) đang bay với v_kd = 200m/s

a) Viên đạn đến xuyên qua một tấm gỗ dày và chui sau vào gỗ 4cm. Xác định lực cản của gỗ.

b) Trường hợp tấm gỗ chỉ dày 2cm thì viên đạn chui qua tấm gỗ và bay ra ngoài. Xác định vận tốc lúc ra khỏi tấm gỗ.

Hướng dẫn giải:

a) A= Fs = ½ mv₂²– ½ mv₁² = ½ mv₀² 

b) Fs^’= ½ mv₁² – ½ mv₀^{2\(\Rightarrow F = - 25000N\)}\(\Rightarrow {v_1} = \sqrt {(1 - \frac{{{S^\prime }}}{S}).v_0^2} .{v_0} = 141,4m/s\)

Bài 4: Trọng lượng của một vận động viên điền kinh là \(650N\). Tìm động năng của vận động viên khi chạy đều hết quãng đường 600m trong 50s, \(g = 10m/s^2\).

Hướng dẫn giải:

Ta có:

P = m.g = 650N =>  m = 65kg

\(v = \frac{S}{t} = 12m/s \Rightarrow {{\rm{W}}_d} = \frac{1}{2}m.{v^2} = 4680J\)

Bài 5: Một vật có trọng lượng 5N, g = 10m/s² có vận tốc ban đầu là 23km/h dưới tác dụng của một lực vật đạt 45km/h. Tìm động năng tại thời điểm ban đầu và công của lực tác dụng.

Hướng dẫn giải:

Ta có:

P = m.g = 5N => m = 0,5kg

\({W_{d1}} = \frac{1}{2}.m.{v_1}^2 = 10,24J;{W_{d2}} = \frac{1}{2}.m.{v_2}^2 = 39J\)

\(\Rightarrow A = {{\rm{W}}_{d2}} - {{\rm{W}}_{d1}} = 28,76J\)

Bài 6: Một vật có trọng lượng 5N chuyển động với v = 7,2m/s. Tìm động năng của vật, g = 10m/s².

Hướng dẫn giải:

Ta có:

P = m.g = 5N =>  m = 0,5kg

\({W_d} = \frac{1}{2}.m.{v^2} = 13J\)

Bài 7: Một toa tàu có m = 0,8 tấn, sau khi khởi hành chuyển động nhanh dần đều với a = 1m/s². Tính động năng sau 12s kể từ lúc khởi hành?

Hướng dẫn giải:

Ta có:

v = v₀ + at = at

\(\Rightarrow {W_d} = \frac{1}{2}.m.{v^2} = 57600J\)

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

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

Khi hiểu rõ bản chất của động năng và thành thạo các phương pháp giải bài tập, học sinh sẽ dễ dàng xử lý các bài toán về công, cơ năng và định luật bảo toàn năng lượng. Hãy luyện tập thường xuyên với các bài tập có đáp án để củng cố kiến thức, nâng cao kỹ năng giải bài và tự tin trong các kỳ kiểm tra, đánh giá.