Bài tập tự luận về Thế năng môn Vật Lý 10 năm 2021

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/s 2.. + Lấy trạm dừng thứ nhất làm mốc thế năng.[r]

BÀI TẬP TỰ LUẬN VỀ THẾ NĂNG A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I Thế trọng trường

1 Định nghĩa: Thế trọng trường vật dạng lượng tương tác trái đất vật, phụ thuộc vào vị trí vật trọng trường Nếu chọn mặt đất năng trọng trường vật có khối lượng m đặt độ cao z là:

Với: + z độ cao vật so với vị trí gốc + g gia tốc trọng trường

+ Đơn vị jun ( J )

Chú ý : Nếu chọn gốc mặt đất mặt đất không ( Wt = )

2 Tính chất:

- Là đại lượng vơ hướng

- Có giá trị dương, âm khơng, phụ thuộc vào vị trí chọn làm gốc

3 Công vật: Công vật trọng trường độ thay đổi vật:

− = −

t1 t2

A=W W mgz mgz II Thế đàn hồi 1 Công lực đàn hồi

- Xét lị xo có độ cứng k, đầu gắn vào vật, đầu giữ cố định - Khi lò xo bị biến dạng với độ biến dạng l = l – l0

- Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng trạng thái khơng biến dạng cơng lực đàn hồi

được xác định công thức : A = k(l)2

2 Thế đàn hồi

+ Thế đàn hồi dạng lượng vật chịu tác dụng lực đàn hồi t

W =mgz

+ Cơng thức tính đàn hồi lị xo trạng thái có biến dạng : + Thế đàn hồi đại lượng vô hướng, dương

+ Đơn vị đàn hồi jun ( J )

3 Công vật: Công vật đàn hồi độ thay đổi vật:

− =  −2 2

t1 t2

1 A=W W k l k l

2

B BÀI TẬP VÍ DỤ

Câu 1: Một người có khối lượng 60 kg đứng mặt đất cạnh giếng nước, lấy g = 10 m/s2

a Tính người A cách mặt đất 3m phía đáy giếng cách mặt đất 5m với gốc mặt đất

b Nếu lấy mốc đáy giếng, tính lại kết câu

c Tính cơng trọng lực người di chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất Nhận xét kết thu

Giải: a Mốc mặt đất

Thế A cách mặt đất 3m:WtA=mgzA=60.10.3 1800 J= ( ) Gọi B đáy giếngWtB= −mgzB= −60.10.5= −3000 J( )

b Mốc đáy giếngWtA=mgzA=60.10 5( + )=4800 J( ) ( )

= = =

tB B

W mgz 60.10.0 J c Độ biến thiên

( ) ( )

= tB− tA= − B− A= − + = −  A W W mgz mgz 60.10 4800 J Công cơng âm cơng cản

l



t

W ( )

2k l

Câu 2: Một lò xo có chiều dài ban đầu l0 Nhưng lị xo có chiều dài 21cm treo vật có có khối

lượng m1 = 100g có chiều dài 23cm treo vật có m2 = 3.m1 Cho g = 10m/s2 Tính cơng

cần thiết để lị xo dãn từ 25cm đến 28cm bao nhiêu? Giải: Ta có: m1g = k (l – l0 ) ; m2g = k (l’ – l0 )

( )

( 0)

1

0 '

2

k l – l m g

20 m g = k l – l  =l cm

m1g = k (l – l0 ) k = 100 ( N/m )

Mà cơng lị xo: =  −2 2

1

1 A k l k l

2

A=1k 0,25 0,2( − )2−1k 0,28 0,2( − )2= −0,195 J( )

2

Câu 3: Một học sinh lớp 10 lý Thầy Tuấn làm thí nghiệm thả cầu có khối lượng 250g từ độ cao 1,5m so với mặt đất Hỏi vật đạt vận tốc 18km/h vật độ cao so với mặt đất Chọn vị trí thả làm gốc Lấy g = 10m/s2

Giải: Ta có v 18 km / h= ( ) (=5 m / s)

Áp dụng định lý động A=1mv2 =1.0,25.52 =3,125 J( ) 2

Mà A= −Wt= − −( mgz) =z A = 3,125 =1,25 m( ) mg 0,25.10

Vậy vật cách mặt đất h h= 0− =z 1,5 1,25 0,25 m− = ( )

Câu 4: Một học sinh thả vật rơi tự có khối lượng 500g từ độ cao 45 m so với mặt đất, bỏ qua ma sát với khơng khí Tính vật giây thứ hai so với mặt đất Cho g = 10 m/s2

s=1gt2=1.10.22 =20 m( ) 2

Vậy vật cách mặt đất z = 45 – 20 = 25 ( m ) Thế vật W mgz 0,5.10.25 125 J= = = ( )

Câu 5: Cho một lò xo nằm ngang có độ cứng k = 100N/m Cơng lực đàn hồi thực lò xo bị kéo dãn từ 2cm đến 4cm ?

Giải: Áp dụng độ biến thiên

( ) ( )

2 2

1 2

1

W W ( ) 100 0, 02 0, 04 0, 06

2

t t

A= − = k x −x = − = − J

C BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Câu 1: Một buồng cáp treo chở người với khối lượng tổng cộng 800kg từ vị trí xuất phát cách mặt đất 10m tới trạm dừng núi độ cao 550m, sau lại tiếp tục tới trạm khác độ cao 1300m

a Tìm trọng trường vật vị trí xuất phát trạm trường hợp: + Lấy mặt đất làm mốc năng, g = 9,8m/s2

+ Lấy trạm dừng thứ làm mốc

b Tính cơng trọng lực thực buồng cáp treo di chuyển từ: + Từ vị trí xuất phát đến trạm

+ Từ trạm đến trạm

Câu 2: Cho một lò xo nằm ngang trạng thái ban đầu không bị biến dạng Giữ đầu cố định đầu tác dụng lực F = 2N kéo lò xo theo phương ngang ta thấy lò xo dãn 1cm

a Tìm độ cứng lị xo lò xo dãn 1cm

b Tính cơng lực đàn hồi thực lị xo kéo dãn thêm từ 2cm đến 3,5cm

Câu 3: Một vật có khối lượng 4kg đặt vị trí trọng trường Wt1

a Xác định vị trí ứng với mức khơng chọn vật rơi từ độ cao so với mặt đất

b Tìm vận tốc vật vật qua vị trí

Câu 4: Một vật có khối lượng 100g độ cao 6m so với mặt đất sau thả cho rơi tự Tìm cơng trọng lực vận tốc vật vật rơi đến độ cao 2m

D HƯỚNG DẪN GIẢI Câu 1:

a Chọn mặt đất làm mốc 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 làm mốc

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 A1 = mgz1 – mgz2 = - 4233600 J

A1 = mgz2 – mgz3 = - 5880000 J

Câu 2:

a Ta có lực đàn hồi 200 /

0, 01

F

F k l k k k N m

l

=   =  =  =

 ( )

2

1

W ( ) 100.0, 01 5.10

2

tdh k l J

−

=  = =

b Theo độ biến thiên

( ) ( )

2 2

1

1 1

.( ) ( ) 100 0, 02 0, 035 0, 04125

2 2

A= k l − k l = − = − J

a Ta có độ cao vật so với vị trí lầm mốc

=  = t1 = = ( )

t1 1

W 600

W mgz z 15 m mg 4.10

Wt2 = −mgz2 −800= −4.10.z2z2=20 m( )

Vậy mốc vật vị trí cách mặt đất 20 m vị trí rơi 15 m Độ cao ban đầu vật h = 15 + 20 = 35 ( m )

b Ta có cơng chuyển động vật A W= t1=600 J( )

Theo định lý động A=1mv2600=1.4.v2 =v 10 m / s( )

2

Câu 4: Theo độ thay đổi A mgz= 1−mgz2=0,1.10 2( − ) ( )=4 J Theo định lý động A=1mv2 =v 2A = 2.4 =4 m / s( )

Website HOC247 cung cấp môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thơng minh, nội dung giảng biên soạn công phu giảng dạy giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ sư phạm đến từ trường Đại học trường chuyên danh tiếng

I Luyện Thi Online

- Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ Trường ĐH THPT danh tiếng

xây dựng khóa luyện thi THPTQG mơn: Tốn, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học Sinh Học

- Luyện thi vào lớp 10 chun Tốn: Ơn thi HSG lớp luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán

trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An trường Chuyên khác TS.Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo Thầy Nguyễn Đức

Tấn

II Khoá Học Nâng Cao HSG

- Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Tốn Nâng Cao, Tốn Chun dành cho em HS

THCS lớp 6, 7, 8, u thích mơn Tốn phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập trường đạt điểm tốt kỳ thi HSG

- Bồi dưỡng HSG Tốn: Bồi dưỡng phân mơn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học Tổ Hợp

dành cho học sinh khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh

Trình, TS Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia

III Kênh học tập miễn phí

- HOC247 NET: Website hoc miễn phí học theo chương trình SGK từ lớp đến lớp 12 tất

các môn học với nội dung giảng chi tiết, sửa tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú cộng đồng hỏi đáp sôi động

- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp Video giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa tập, sửa đề thi

miễn phí từ lớp đến lớp 12 tất mơn Tốn- Lý - Hố, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học Tiếng Anh

Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai

Học lúc, nơi, thiết bi – Tiết kiệm 90%

Học Toán Online Chuyên Gia