Bài tập tự luận Vật lý 10 bài 26 Thế Năng (có lời giải chi tiết)

Bài tập tự luận Vật lý 10 bài 26 Thế Năng có lời giải chi tiết rất hay được soạn dưới dạng file PDF gồm 4 trang.Tài liệu giúp bổ sung kiến thức và hỗ trợ bạn làm bài tập, ôn luyện cho kỳ thi sắp tới.Chúc bạn đạt kết quả cao trong học tập.

BÀI TP T LUN VT LÝ 10
BÀI 26: TH NĂNG
I. LÝ THUYT
I. Thế năng trọng trường.
1. Định nghĩa: Thế năng trọng trường ca mt vt dạng năng lượng tương tác
gia trái đất vt, ph thuc vào v trí ca vt trong trọng trường. Nếu chn
thế năng tại mặt đất thì thế năng trọng trường ca mt vt khối lượng m đặt ti
độ cao z là:
t
Wzmg=
Với: + z là độ cao ca vt so vi v trí gc thế năng
+ g là gia tc trọng trường
+ Đơn vị thế năng là jun ( J )
Chú ý : Nếu chn gc thế năng tại mặt đất thì thế năng tại mặt đất bng không ( W
t
= 0 )
2. Tính cht:
- Là đại lượng vô hướng
- giá tr dương, âm hoặc bng không, ph thuc vào v trí chn làm gc thế
năng.
3. Công ca vt: Công ca vt trong thế năng trọng trường độ thay đổi thế năng
ca vt:
=
t1 t2 1 2
A=W W mgz mgz
II. Thế năng đàn hồi.
1. Công ca lực đàn hi.
- Xét một lò xo có độ cng k, một đầu gn vào mt vt, đầu kia gi c định.
- Khi lò xo b biến dng với độ biến dng là l = l l
0
.
- Khi đưa xo từ trng thái biến dng v trng thái không biến dng thì công ca
lực đàn hồi được xác định bng công thc : A =
2
1
k(l)
2
2. Thế năng đàn hồi.
+ Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng ca mt vt chu tác dng ca lực đàn hồi.
+ Công thc tính thế năng đàn hồi ca mt lò xo trng thái biến dng
l
là :
2
t
1
W ( )
2
kl=
+ Thế năng đàn hồi là một đại lượng vô hướng, dương.
+ Đơn vị ca thế năng đàn hồi là jun ( J )
3. Công ca vt: Công ca vt trong thế năng đàn hồi đ thay đổi thế năng của
vt:
=
22
t1 t2 1 2
11
A=W W k l k l
22
II. BÀI TP T LUN
Câu 1: Một người khối lượng 60 kg đứng trên mặt đất cnh mt cái giếng
nước, ly g = 10 m/s
2
.
a. Tính thế năng của người ti A cách mặt đt 3m v phía trên và tại đáy giếng cách
mặt đất 5m vi gc thế năng tại mặt đất.
b. Nếu ly mc thế năng tại đáy giếng, hãy tính li kết qu câu trên
c. Tính công ca trng lực khi người di chuyn t đáy giếng lên độ cao 3m so vi
mặt đất. Nhn xét kết qu thu được.
Gii:
www.thuvienhoclieu.com
www.thuvienhoclieu.com Trang 2
a. Mc thế năng tại mặt đất
Thế năng tại A cách mặt đất 3m:
( )
= = =
tA A
W mgz 60.10.3 1800 J
Gọi B là đáy giếng
b. Mc thế năng tại đáy giếng
( ) ( )
= = + =
tA A
W mgz 60.10. 3 5 4800 J
( )
= = =
tB B
W mgz 60.10.0 0 J
c. Độ biến thiên thế năng
( ) ( )
= = = + =
tB tA B A
A W W mgz mgz 60.10. 5 3 4800 J 0
Công là công âm vì là công cn
Câu 2: Mt lò xo có chiều dài ban đầu l
0
. Nhưng lò xo có chiều dài 21cm khi treo
vt có có khối lưng m
1
= 100g và có chiu dài 23cm khi treo vt có m
2
= 3.m
1
.
Cho g = 10m/s
2
. Tính công cn thiết để lò xo dãn t 25cm đến 28cm là bao nhiêu?
Gii: Ta có: m
1
g = k (l l
0
) ; m
2
g = k (l
l
0
)
( )
( )
0
1
0
'
2
0
k l l
m g
20
m g
k l l
l cm= =
m
1
g = k (l l
0
)
k = 100 ( N/m )
Mà công ca lò xo:
=
22
12
11
A k. l k. l
22
( ) ( ) ( )
= =
22
11
A k 0,25 0,2 k 0,28 0,2 0,195 J
22
Câu 3: Mt hc sinh lp 10 trong giThy Tun làm thí nghim th mt qu
cu có khối lượng 250g t độ cao 1,5m so vi mặt đất. Hi khi vật đạt vn tc
18km/h thì vật đang độ cao bao nhiêu so vi mặt đất. Chn v trí được th làm
gc thế năng. Lấy g = 10m/s
2
.
Gii: Ta có
( ) ( )
==v 18 km / h 5 m / s
Áp dụng định lý động năng
( )
= = =
22
11
A mv .0,25.5 3,125 J
22
( ) ( )
= = = = =
t
A 3,125
A W mgz z 1,25 m
mg 0,25.10
Vy vt cách mặt đt
( )
= = =
0
h h z 1,5 1,25 0,25 m
Câu 4: Mt hc sinh ca Trung Tâm Bi Dưỡng Kiến Thc Thiên Thành th
mt vật rơi tự do có khối lượng 500g t độ cao 45 m so vi mặt đất, b qua ma sát
vi không khí. Tính thế năng của vt ti giây th hai so vi mặt đất. Cho g = 10
m/s
2
Gii: Quãng đường chuyển động ca vt sau hai giây
( )
= = =
22
11
s gt .10.2 20 m
22
Vy vt cách mặt đt z = 45 20 = 25 ( m )
Thế năng của vt
( )
= = =W mgz 0,5.10.25 125 J
Câu 5: Cho mt lò xo nằm ngang có độ cng k = 100N/m. Công ca lực đàn hồi
thc hin khi lò xo b kéo dãn t 2cm đến 4cm là bao nhiêu ?
Gii: Áp dụng độ biến thiên thế năng
( )
( )
2 2 2 2
1 2 1 2
11
W W ( ) .100 0,02 0,04 0,06
22
tt
A k x x J= = = =
Bài Tp T Luyn:
Câu 1: Mt bung cáp treo ch người vi khối lượng tng cộng là 800kg đi từ v
trí xut phát cách mặt đất 10m ti mt trm dng trên núi độ cao 550m, sau đó
lại đi tiếp tc ti trm khác độ cao 1300m.
a. Tìm thế năng trọng trường ca vt ti v trí xut phát và ti các trm trong các
trưng hp:
+ Ly mặt đất làm mc thế năng, g = 9,8m/s
2
.
+ Ly trm dng th nht làm mc thế năng.
b. Tính công do trng lc thc hin khi bung cáp treo di chuyn t:
+ T v trí xuất phát đến trm 1
+ T trạm 1 đến trm kế tiếp.
Câu 2: Cho mt lò xo nm ngang trạng thái ban đầu không b biến dng. Gi
một đầu c định đầu kia tác dng mt lực F = 2N kéo lò xo cũng theo phương
ngang ta thấy lò xo dãn được 1cm.
a. Tìm độ cng ca lò xo và thế năng của lò xo khi dãn ra 1cm.
b. Tính công ca lực đàn hồi thc hiện khi lò xo được kéo dãn thêm t 2cm đến
3,5cm
Câu 3: Mt vt khối lượng 4kg được đặt v trí trong trọng trường thế
năng tại đó W
t1
= 600J. Th vật rơi tự do đến mặt đất có thế năng W
t2
= -800J.
a. Xác định v tng vi mc không ca thế năng đã chọn vật đã rơi từ độ cao
nào so vi mặt đất.
b. Tìm vn tc ca vt khi vt qua v trí này.
Câu 4: Mt vt có khi lượng 100g đang độ cao 6m so vi mặt đất sau đó thả
cho rơi tự do. Tìm công ca trng lc và vn tc ca vt khi vật rơi đến độ cao 2m.
ng dn gii:
Câu 1:
a. Chn mặt đất làm mc thế năng.
v trí xut phát: W
t1
= mgz
1
= 78400 J
trm 1: W
t2
= mgz
2
= 4312000 J
trm 2: W
t3
= mgz
3
= 10192000 J
- Chn trm mt làm mc thế năng
v trí xut phát: W
t1
= mg(-z
4
)= - 4233600 J
trm 1: W
t2
= mgz
2
= 0J
trm 2: W
t3
= mgz
3
= 5880000 J
b. Theo độ biến thiên thế năng
A
1
= mgz
1
mgz
2
= - 4233600 J
A
1
= mgz
2
mgz
3
= - 5880000 J
Câu 2:
www.thuvienhoclieu.com
www.thuvienhoclieu.com Trang 4
a. Ta có lực đàn hồi
2
. 200 /
0,01
F
F k l k k k N m
l
= = = =
( )
2 2 3
11
W .( ) .100.0,01 5.10
22
tdh
k l J
= = =
b. Theo độ biến thiên thế năng
( )
( )
2 2 2 2
12
1 1 1
.( ) .( ) .100 0,02 0,035 0,04125
2 2 2
A k l k l J= = =
Câu 3:
a. Ta có độ cao ca vt so vi v trí lm mc thế năng
( )
= = = =
t1
t1 1 1
W
600
W m gz z 15 m
mg 4.10
( )
= = =
t2 2 2 2
W mgz 800 4.10.z z 20 m
Vy mc thế năng của vt là v trí cách mặt đất 20 m và các v trí rơi là 15 m. Độ
cao ban đầu ca vt là h = 15 + 20 = 35 ( m )
b. Ta có công chuyển động ca vt
( )
==
t1
A W 600 J
Theo định lý động năng
( )
= = =
22
11
A mv 600 .4.v v 10 3 m / s
22
Câu 4: Theo độ thay đổi thế năng
( ) ( )
= = =
12
A mgz mgz 0,1.10 6 2 4 J
Theo định lý động năng
( )
= = = =
2
1 2A 2.4
A mv v 4 5 m / s
2 m 0,1
| 1/4

Preview text:


BÀI TẬP TỰ LUẬN VẬT LÝ 10 BÀI 26: THẾ NĂNG I. LÝ THUYẾT
I. Thế năng trọng trường.
1. Định nghĩa:
Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác
giữa trái đất và vật, nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. Nếu chọn
thế năng tại mặt đất thì thế năng trọng trường của một vật có khối lượng m đặt tại
độ cao z là: W = mgz t
Với: + z là độ cao của vật so với vị trí gốc thế năng
+ g là gia tốc trọng trường
+ Đơn vị thế năng là jun ( J )
Chú ý : Nếu chọn gốc thế năng tại mặt đất thì thế năng tại mặt đất bằng không ( Wt = 0 ) 2. Tính chất:
- Là đại lượng vô hướng
- Có giá trị dương, âm hoặc bằng không, phụ thuộc vào vị trí chọn làm gốc thế năng.
3. Công của vật: Công của vật trong thế năng trọng trường là độ thay đổi thế năng
của vật: A=W − W = mgz − t1 t2 1 mgz 2
II. Thế năng đàn hồi.
1. Công của lực đàn hồi.
- Xét một lò xo có độ cứng k, một đầu gắn vào một vật, đầu kia giữ cố định.
- Khi lò xo bị biến dạng với độ biến dạng là l = l – l0.
- Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng thì công của 1
lực đàn hồi được xác định bằng công thức : A = k(l)2 2
2. Thế năng đàn hồi.
+ Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
+ Công thức tính thế năng đàn hồi của một lò xo ở trạng thái có biến dạng l  là : 1 2 W = k( l  ) t 2
+ Thế năng đàn hồi là một đại lượng vô hướng, dương.
+ Đơn vị của thế năng đàn hồi là jun ( J )
3. Công của vật: Công của vật trong thế năng đàn hồi là độ thay đổi thế năng của 1 1 vật: A=W − W = k 2 l − k 2 t1 t2 1 l2 2 2 II. BÀI TẬP TỰ LUẬN
Câu 1:
Một người có khối lượng 60 kg đứng trên mặt đất và cạnh một cái giếng nước, lấy g = 10 m/s2.
a. Tính thế năng của người tại A cách mặt đất 3m về phía trên và tại đáy giếng cách
mặt đất 5m với gốc thế năng tại mặt đất.
b. Nếu lấy mốc thế năng tại đáy giếng, hãy tính lại kết quả câu trên
c. Tính công của trọng lực khi người di chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với
mặt đất. Nhận xét kết quả thu được. Giải: www.thuvienhoclieu.com
a. Mốc thế năng tại mặt đất
Thế năng tại A cách mặt đất 3m: W = mgz = 60.10.3 = tA A 1800(J)
Gọi B là đáy giếng W = −mgz = −60.10.5 = − tB B 3000(J)
b. Mốc thế năng tại đáy giếng W = mgz = 60.10.(3 + 5) = tA A 4800(J) W = mgz = 60.10.0 = tB B 0(J)
c. Độ biến thiên thế năng A = W − W
= −mgz − mgz = −60.10.(5 + 3) = −4800(J)  tB tA B A 0
Công là công âm vì là công cản
Câu 2: Một lò xo có chiều dài ban đầu l0. Nhưng lò xo có chiều dài 21cm khi treo
vật có có khối lượng m1 = 100g và có chiều dài 23cm khi treo vật có m2 = 3.m1.
Cho g = 10m/s2. Tính công cần thiết để lò xo dãn từ 25cm đến 28cm là bao nhiêu?
Giải: Ta có: m1g = k (l – l0 ) ; m2g = k (l’ – l0 ) m g k (l – l 1 0 ) =  l = cm m g k (l – l ) 20 0 ' 2 0
 m1g = k (l – l0 )  k = 100 ( N/m ) 1 1 Mà công của lò xo: A = k  2 . l − k  2 1 . l2 2 2 1 2 1 2  A =
k (0,25 − 0,2) − k(0,28 − 0,2) = −0,195(J) 2 2
Câu 3: Một học sinh lớp 10 trong giờ lý Thầy Tuấn làm thí nghiệm thả một quả
cầu có khối lượng 250g từ độ cao 1,5m so với mặt đất. Hỏi khi vật đạt vận tốc
18km/h thì vật đang ở độ cao bao nhiêu so với mặt đất. Chọn vị trí được thả làm
gốc thế năng. Lấy g = 10m/s2.
Giải: Ta có v = 18(km / h) = 5(m / s) 1 1
Áp dụng định lý động năng A = 2 mv = 2 .0, 25.5 = 3,125(J) 2 2 A 3,125
Mà A = −W = −(−mgz)  z = = = t 1,25(m) mg 0,25.10
Vậy vật cách mặt đất h = h − z = 1,5 − 1,25 = 0 0,25(m)
Câu 4: Một học sinh của Trung Tâm Bồi Dưỡng Kiến Thức Thiên Thành thả
một vật rơi tự do có khối lượng 500g từ độ cao 45 m so với mặt đất, bỏ qua ma sát
với không khí. Tính thế năng của vật tại giây thứ hai so với mặt đất. Cho g = 10 m/s2
Giải: Quãng đường chuyển động của vật sau hai giây 1 1 s = 2 gt = 2 .10.2 = 20 (m) 2 2
Vậy vật cách mặt đất z = 45 – 20 = 25 ( m )
www.thuvienhoclieu.com Trang 2
Thế năng của vật W = mgz = 0,5.10.25 = 125(J)
Câu 5: Cho một lò xo nằm ngang có độ cứng k = 100N/m. Công của lực đàn hồi
thực hiện khi lò xo bị kéo dãn từ 2cm đến 4cm là bao nhiêu ?
Giải: Áp dụng độ biến thiên thế năng 1 1 2 2 A = W − W =
k(x x ) = .100 − = − J t t ( 2 2 0, 02 0, 04 0, 06 1 2 1 2 ) ( ) 2 2 Bài Tập Tự Luyện:
Câu 1:
Một buồng cáp treo chở người với khối lượng tổng cộng là 800kg đi từ vị
trí xuất phát cách mặt đất 10m tới một trạm dừng trên núi ở độ cao 550m, sau đó
lại đi tiếp tục tới trạm khác ở độ cao 1300m.
a. Tìm thế năng trọng trường của vật tại vị trí xuất phát và tại các trạm trong các trường hợp:
+ Lấy mặt đất làm mốc thế năng, g = 9,8m/s2.
+ Lấy trạm dừng thứ nhất làm mốc thế năng.
b. Tính công do trọng lực thực hiện khi buồng cáp treo di chuyển từ:
+ Từ vị trí xuất phát đến trạm 1
+ Từ trạm 1 đến trạm kế tiếp.
Câu 2: Cho một lò xo nằm ngang ở trạng thái ban đầu không bị biến dạng. Giữ
một đầu cố định đầu kia tác dụng một lực F = 2N kéo lò xo cũng theo phương
ngang ta thấy lò xo dãn được 1cm.
a. Tìm độ cứng của lò xo và thế năng của lò xo khi dãn ra 1cm.
b. Tính công của lực đàn hồi thực hiện khi lò xo được kéo dãn thêm từ 2cm đến 3,5cm
Câu 3: Một vật có khối lượng 4kg được đặt ở vị trí trong trọng trường và có thế
năng tại đó Wt1 = 600J. Thả vật rơi tự do đến mặt đất có thế năng Wt2 = -800J.
a. Xác định vị trí ứng với mức không của thế năng đã chọn và vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất.
b. Tìm vận tốc của vật khi vật qua vị trí này.
Câu 4: Một vật có khối lượng 100g đang ở độ cao 6m so với mặt đất sau đó thả
cho rơi tự do. Tìm công của trọng lực và vận tốc của vật khi vật rơi đến độ cao 2m.
Hướng dẫn giải: Câu 1:
a. Chọn mặt đất làm mốc thế năng.
Ở vị trí xuất phát: Wt1 = mgz1 = 78400 J
Ở trạm 1: Wt2 = mgz2 = 4312000 J
Ở trạm 2: Wt3 = mgz3 = 10192000 J
- Chọn trạm một làm mốc thế năng
Ở vị trí xuất phát: Wt1 = mg(-z4 )= - 4233600 J Ở trạm 1: Wt2 = mgz2 = 0J
Ở trạm 2: Wt3 = mgz3 = 5880000 J
b. Theo độ biến thiên thế năng
A1 = mgz1 – mgz2 = - 4233600 J
A1 = mgz2 – mgz3 = - 5880000 J Câu 2: www.thuvienhoclieu.com F 2
a. Ta có lực đàn hồi F = k. l   k =  k =
k = 200N / m l  0, 01 1 1 2 2 3 W k.( l) .100.0, 01 5.10− =  = = J tdh ( ) 2 2
b. Theo độ biến thiên thế năng 1 1 1 2 2 A = k.( l  ) − k.( l  ) = .100( 2 2 0, 02 − 0, 035 = 0 − ,04125 J 1 2 ) ( ) 2 2 2 Câu 3:
a. Ta có độ cao của vật so với vị trí lầm mốc thế năng W 600 W = mgz  z = t1 = = t1 1 1 15(m) mg 4.10
W = −mgz  −800 = −4.10.z  z = t2 2 2 2 20(m)
Vậy mốc thế năng của vật là vị trí cách mặt đất 20 m và các vị trí rơi là 15 m. Độ
cao ban đầu của vật là h = 15 + 20 = 35 ( m )
b. Ta có công chuyển động của vật A = W = t1 600(J)
Theo định lý động năng A = 1 2 mv  600 = 1 2 .4.v  v = 10 3 (m / s) 2 2
Câu 4: Theo độ thay đổi thế năng A = mgz − mgz = 0,1.10(6 − 2) = 1 2 4(J)
Theo định lý động năng = 1 2  = 2A = 2.4 A mv v = 4 5 (m / s) 2 m 0,1
www.thuvienhoclieu.com Trang 4