Xem toàn bộ tài liệu Lớp 10: tại đây

Xem thêm các sách tham khảo liên quan:

• Giải Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Khoa Vật Lý 10
• Giải Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10
• Sách giáo khoa vật lý 10 nâng cao
• Sách Giáo Viên Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10
• Sách Bài Tập Vật Lí Lớp 10 Nâng Cao

Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 37: Định luật bảo toàn cơ năng (Nâng Cao) giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:

Câu c1 (trang 173 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một vật được thả rơi tự do từ độ cao h xuống đất. Hãy áp dụng định luật bảo toàn cơ năng để chứng tỏ rằng vận tốc của vật khi chạm đất là v = √2gh

Lời giải:

Tại độ cao ban đầu, vật có vận tốc bằng không nên cơ năng của vật là : W₀ = 0 + mgz = mgh.

Tại thời điểm chạm đất (trùng mốc thế năng) nên thế năng bằng không. Cơ năng của vật là: W = 1/2mv² + 0

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng

W₀ = W hay mgh =1/2 mv²

v= √2gh

Câu c2 (trang 173 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Có thể áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho chuyển động của con lắc đơn (hình 37.1 sgk) được không?

Lời giải:

HDTL: nếu bỏ qua lực cản của không khí thì vật còn chịu tác dụng của hai lực: trọng lực P và lực căng dây T

Lực căng dây T luôn vuông góc với độ dời s nên không sinh công.

Vậy có thể áp dụng được định luật bảo toàn cơ năng cho chuyển động của con lắc: chọn mốc thế năng tại C.

Câu 1 (trang 177 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Thế nào là cơ năng của vật? cho ví dụ.

Lời giải:

HDTL: xem phần tóm tắt lí thuyết

Ví dụ: vật m= 100g rơi tự do từ độ cao ban đầu 30m so với mặt đất. tìm cơ năng của vật sau 2s. mốc thế năng tại mặt đất.

Sau 2s vận tốc của vật là: v = gt = 10.2= 20m/s

Động năng vật là:

Sau 2s vật rơi được quãng đường:

nên còn cách mốc z= 30 -20 =10m

Thế năng của vật: W_t = mgz = 0,1.10.10= 10J

Vậy cơ năng của vật là: W = W_đ + W_t = 20 + 10 =30J

Câu 2 (trang 177 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Thiết lập định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lực.

Lời giải:

HDTL: xét vật m rơi tự do từ độ cao z₁ xuống độ cao z₂, vận tốc tương ứng tại 2 vị trí v₁ và v₂

Định lí động năng:

Mặt khác công này bằng độ giảm thế năng của vật trong trọng trường

A₁₂ = W_t1 – W_t2 = mgz₁ – mgz₂ (2)

So sánh (1) và (2) ta được:

Hay W_đ + W_t = const.

Câu 3 (trang 177 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Viết định luật bảo toàn cơ năng cho trường hợp lực đàn hồi của lò xo. Suy rộng cho trường hợp lực thế bất kì

Lời giải:

HDTL: xem phần tóm tắt lí thuyết.

Bài 1 (trang 177 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một quả bóng được ném với vận tốc đầu xác định. Đại lượng nào không đổi trong khi quả bóng chuyển động.

A. Thế năng

B. Động lượng

C. Động năng

D. Gia tốc

Lời giải:

Đáp án D

Khi vật rời khỏi tay, vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực, do đó gia tốc của vật bằng gia tốc trọng trường

Bài 2 (trang 177 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một hòn bi có khối lượng 20g được ném thẳng đứng lên cao với vật tốc 4m/s tư độ cao 1,6m so với mặt đất. Tính trong hệ quy chiếu mặt đất các giá trị động năng, thế năng và cơ năng của hòn bi tại lúc ném vật. Tìm độ cao cực đại mà bi đạt được

Lời giải:

Wđ = 1/2mv²+ 1/2 0,02.4² = 0,16J

Wt = mgz = 0,02.9,8.1,6 = 0,31J

W = Wđ + Wt = 0.47J

Tại độ cao cực đại vật dừng lại, động năng bằng không, cơ năng của vật chỉ còn thế năng:

W = 0 + mgz_max

Theo định luật bảo toàn cơ năng:

W= 0.47 = mgz_max

Bài 3 (trang 177 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một con lắc đơn có chiều dài l= 1m. kéo cho dây làm với đường thẳng đứng góc ∝ =45^o rồi thả tự do. Tìm vận tốc của con lắc khi nó đi qua:

Vị trí ứng với góc 30^o

Vị trí cân bằng

Lời giải:

Chọn mốc thế năng tại vị trí thấp nhất O của vật.

Cơ năng tại M: W_M = mgz_M + 0 (tại M vật có vận tốc bằng không)

Với z_M = OH = OI – HI= l –lcos45^o = l(1-cos45^o)

W_M = mgl(1 – cos45^o)

Cơ năng tại N:

– Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: WN = WM

Bài 4 (trang 177 sgk Vật Lý 10 nâng cao): Một vật được ném từ mặt đất với vận tốc 10m/s hướng chếch lên phía trên, với các góc ném hợp với phương nằm ngang lần lượt là 30^o và 60^o. Bỏ qua sức cản của không của không khí. Vận tốc chạm đất của vật trong mỗi lần ném thay đổi ra sao? Độ cao cực đại mà vật đạt được trong mỗi trường hợp bằng bao nhiêu?

HD: dung định luật bảo toàn cơ năng để giải, có kết hợp với phương pháp động lực học.

Lời giải:

Tại điểm ném, cơ năng của vật: W_t = 0 + 1/2mv ₁ ²

Tại điểm chạm đất. cơ năng của vật là : W₂ = 0 + 1/2 mv₂ ²

(vì mốc thế năng tại mặt đất nên W_t1 = W_t2)

Vật chỉ chịu tác dụng duy nhất của lực thế (trọng lực) nên cơ năng được bảo toàn

Tức vận tốc lúc chạm đất bằng vận tốc lúc ném, không phụ thuộc góc ném (hướng của các vecto vận tốc v₁ và v₂ là khác nhau)

b) Do ném xiên nên tại độ cao cực đại vận tốc của vật hướng ngang, có công thức :

v_x = v₀cosα, động năng tại đó là:

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:

(cơ năng tại điểm ném bằng cơ năng tại độ cao cực đại)

Áp dụng: với α = 30^o; h₁ = 1,27m

α = 60^o; h₂ = 3,83m