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 t
Trang 1I 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:
t
W mgz
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 Đơn vị của thế năng là: jun (J)
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 - lo, thì lực đàn hồi là
F= - k l
- Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng thì công của lực đàn hồi được xác định bằng công thức :
A = 1
2k(l)2
2 Thế năng đàn hồi
+ Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi
2 t
1
W k( l) 2
+Thế năng đàn hồi là một đại lượng vô hướng, dương
+Đơn vị của thế năng đàn hồi là jun(J)
THẾ NĂNG GIÁO VIÊN: PHẠM VĂN TÙNG
Đây là tài liệu đi kèm bài giảng Thế năng thuộc khóa học: Vật lí 10 Thầy Đỗ Ngọc Hà-Thầy Phạm Văn Tùng tại Hocmai.vn Để sử dụng hiệu quả, Bạn nên kết hợp xem tài liệu cùng bài giảng này
Trang 2 LUYỆN TẬP
Một lò xo nằm ngang có k = 250N/m, khi tác dụng lực hãm lò xo giãn ra 2cm thì thế năng đàn hồi là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
2
t
1
W k.x 0,05J
2
Lò xo nằm ngang có k = 250N/m Công của lực đàn hồi thực hiện khi lò xo bị kéo dãn từ 2cm đến 4cm là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
1
2
Hướng dẫn giải
Wt = mgz = -200J
Người ta tung quả cầu m = 250g từ độ cao 1,5m so với mặt đất Hỏi khi vật đạt v = 23km/h thì vật đang ở độ cao bao nhiêu
Hướng dẫn giải
Một vật có m = 1,2kg đang ở độ cao 3,8m so với mặt đất Thả cho rơi tự do, tìm công của trọng lực và vận tốc của vật khi vật rơi đến độ cao 1,5m
Hướng dẫn giải
A = mgz1 – mgz2 = 27J
Cho 1 lò xo nằm ngang ở trạng thái ban đầu không bị biến dạng Khi tác dụng một lực F = 3N kéo lò xo cũng theo phương ngang ta thấy nó dãn được 2cm
a) Tìm độ cứng của lò xo
b) Xác định giá trị thế năng của lò xo khi dãn ra 2cm
c) Tính công của lực đàn hồi thực hiện khi lò xo được kéo dãn thêm từ 2cm đến 3,5cm
Hướng dẫn giải
a F k l k 150N / m
tdh
1
W k.( l) 0,03J
2
A k.( l ) k.( l ) 0,062J
công cần thiết để lò xo dãn từ 25cm đến 28cm là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
m1g = k (l – l0 ) ; m2g = k (l’ – l0 )
Thay vào pt: m1g = k (l – l0 ) k = 1 N/m
A = ½ k ( 0,28 – 0,2)2 – ½ k ( 0,25 – 0,2 )2 = 1,95.10-3 J
0
1
0 '
k l – l
m g
l 20cm
m g k l – l
Trang 3THAM KHẢO
Câu 1: Thế năng của vật nặng ở đáy giếng sâu 10m so với mặt đất tại nơi có g = 9,8m/s2 là -294J Tìm khối lượng vật Hướng dẫn giải:
Chọn mặt đất làm mốc thế năng:
Câu 2: Một vật có khối lượng 10 kg, lấy g = 10 m/s2
a/ Tính thế năng của vật 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 vật chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất Nhận xét kết quả thu được
Hướng dẫn giải:
Lấy gốc thế năng tại mặt đất h = 0
a/ + Tại độ cao h1 = 3m
Wt1 = mgh1 = 60J
+ Tại mặt đất h2 = 0
Wt2 = mgh2 = 0
+ Tại đáy giếng h3 = -3m
Wt3 = mgh3 = - 100J
b/ Lấy mốc thế năng tại đáy giếng
Wt1 = mgh1 = 160J
+ Tại mặt đất h2 = 5m
Wt2 = mgh2 = 100 J
+ Tại đáy giếng h3 = 0
Wt3 = mgh3 = 0
c/ Công của trọng lực khi vật chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất
A31 = Wt3 – Wt1
+ Khi lấy mốc thế năng tại mặt đất
A31 = Wt3 – Wt1 = -100 – 60 = -160J
+ Khi lấy mốc thế năng đáy giếng
A31 = Wt3 – Wt1 = 0 – 160 = -160J
Câu 3: Một vật có khối lượng 3 kg được đặt ở vị trí trong trọng trường và có thế năng tại đó Wt1 = 500J Thả vật rơi tự do
a/ Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất
b/ Xác định vị trí ứng với mức không của thế năng đã chọn
c/ Tìm vận tốc của vật khi vật qua vị trí này
Hướng dẫn giải:
- Chọn chiều dương có trục Oz hướng lên
Ta có:
Wt1 – Wt2 = 500 – (- 900) = 1400J = mgz1 + mgz2 = 1400J
Vậy vật rơi từ độ cao 47,6m
b/ Tại vị trí ứng với mức không của thế năng z = 0
- Thế năng tại vị trí z1: Wt1 = mgz1 1
500
3.9,8
Vậy vị trí ban đầu cao hơn mốc thế năng đã chọn là 17m
c/ Vận tốc tại vị trí z = 0
Ta có: v2 – v0 = 2gz1
v 2gz118,25m / s
Câu 4: Một vật từ độ cao 3m với vận tốc v0 = 35km/h bay xuống đất theo 2 con đường khác nhau Hãy chứng tỏ độ lớn
của vận tốc chạm đất là bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
Khi rơi xuống đất: A = mgz = 0
z
Z2
o
B
Z1
A
Trang 4b) 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
Hướng dẫn giải:
a Chọn MĐ làm mốc thế năng
Ở vị trí xuất phát: Wt1 = mgz1 = 78400 J
- Chọn trạm 1 làm mốc thế năng
Ở vị trí xuất phát: Wt1 = mg(-z4 )= - 4233600 J
Ở trạm 1: Wt2 = mgz2 = 0J
b A1 = mgz1 – mgz2 = - 4233600 J
A1 = mgz2 – mgz3 = - 5880000 J
Trang 5 BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 1: Một vật rơi từ độ cao 50m xuống đất, ở độ cao nào động năng bằng thế năng ?
Câu 2: Một vật được ném thẳng đứng từ dưới lên cao với vận tốc 2m/s Khi chuyển động ngược chiều lại từ trên xuống dưới độ lớn vận tốc của vật khi đến vị trí bắt đầu ném là : (Bỏ qua sức cản của không khí )
Câu 3: Một vật có khối lượng 2,0kg sẽ có thế năng 4,0J đối với mặt đất khi nó có độ cao là
Câu 4: Khi bị nén 3cm một lò xo có thế năng đàn hồi bằng 0,18J Độ cứng của lò xo bằng :
Câu 5: Cho một lò xo đàn hồi nằm ngang ở trạng thái ban đầu không bị biến dạng Khi tác dụng một lực F = 3N kéo lò
xo theo phương ngang ta thấy nó giãn được 2cm Tính giá trị thế năng đàn hồi của lò xo
Câu 6: Một lò xo có độ dài ban đầu l0 = 10cm Người ta kéo giãn với độ dài l1 = 14cm Hỏi thế năng lò xo là bao nhiêu ? Cho biết k = 150N/m
Câu 7: Một vật có khối lượng m = 3kg được đặt ở một vị trí trong trọng trường và có thế năng tại vị trí đó bằng Wt1 =
cao là
Câu 8: Đại lượng vật lí nào sau đây phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường?
Câu 9: Xét một vật chuyển động thẳng biến đổi đều theo phương nằm ngang Đại lượng nào sau đây không đổi?
Câu 10: Một vật được ném thẳng đứng từ dưới lên cao Trong quá trình
chuyển động của vật thì:
Câu 11: Thế năng hấp dẫn là đại lượng:
Câu 12: Phát biểu nào sau đây sai: Thế năng hấp dẫn và thế năng đàn hồi:
A Cùng là một dạng năng lượng
B Có dạng biểu thức khác nhau
C Đều phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối
D Đều là đại lượng vô hướng, có thể dương, âm hoặc bằng không
Câu 13: Dưới tác dụng của lực bằng 5N lò xo bị giãn ra 2 cm Công của ngoại lực tác dụng để lò xo giãn ra 5 cm là:
Câu 14: Một vật đang chuyển động có thể không có:
Câu 15: Một lò xo bị nén 5 cm Biết độ cứng của lò xo k = 100N/m, thế năng đàn hồi của lò xo là:
Câu 16: Một lò xo bị giãn 4cm, có thế năng đàn hồi 0,2 J Độ cứng của lò xo là:
Câu 17: Hai vật có khối lượng là m và 2m đặt ở hai độ cao lần lượt là 2h và h Thế năng hấp dẫn của vật thức nhất so với vật thứ hai là:
Câu 18: Một thang máy có khối lượng 1 tấn chuyển động từ tầng cao nhất cách mặt đất 100m xuống tầng thứ 10 cách mặt đất 40m Nếu chọn gốc thế năng tại tầng 10, lấy g = 9,8m/s2 Thế năng của thang máy ở tầng cao nhất là:
Trang 6ĐÁP ÁN