Bài giảng môn học Vật lý lớp 10 - Chủ đề 3: động năng – thế năng

CHỦ ĐỀ 3: ĐỘNG NĂNG – THẾ NĂNG A.CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Dạng 1: bài toỏn tớnh động năng và ỏp dụng định lý biến thiờn động năng 1.Động năng của vật: Wđ (J) 2. Bài toỏn về định lý biến thiờn động năng ( phải chỳ ý đến loại bài tập này) DWđ = Nhớ kỹ: là tổng tất cả cỏc lực tỏc dụng lờn võt. Dạng 2: Tính thế năng trọng trường, công của trọng lực và độ biến thiên thế năng trọng trường. * Tính thế năng - Chọn mốc thế năng (Wt= 0); xác định độ cao so với mốc thế năng đã chọn z(m) và m(kg). - Sử dụng: Wt = mgz Hay Wt1 – Wt2 = AP * Tính công của trọng lực AP và độ biến thiên thế năng (DWt): - Áp dụng : DWt = Wt2 – Wt1 = -AP ô mgz1 – mgz2 = AP Chú ý: Nếu vật đi lên thì AP = - mgh 0(công phát động) B. BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Một viờn đạn cú khối lượng 14g bay theo phương ngang với vận tốc 400 m/s xuyờn qua tấm gỗ dày 5 cm, sau khi xuyờn qua gỗ, đạn cú vận tốc 120 m/s. Tớnh lực cản trung bỡnh của tấm gỗ tỏc dụng lờn viờn đạn? Giải Độ biến thiờn động năng của viờn đạn khi xuyờn qua tấm gỗ. Theo định lý biến thiờn động năng: AC = = FC.s = - 1220,8 Suy ra: Dấu trừ để chỉ lực cản. Bài 2: Một ụtụ cú khối lượng 1100 kg đang chạy với vận tốc 24 m/s. a/ Độ biến thiờn động năng của ụtụ bằng bao nhiờu khi vận tốc hóm là 10 m /s? b/ Tớnh lực hóm trung bỡnh trờn quóng đường ụtụ chạy 60m. Giải Độ biến thiờn động năng của ụtụ là: - Lực hóm trung bỡnh tỏc dụng lờn ụtụ trong quóng đường 60m Theo định lý biến thiờn động năng: AC = = FC.s = - 261800 Suy ra: Dấu trừ để chỉ lực hóm Bài 3: Một ụ tụ cú khối lượng 2 tấn đang chuyển động trờn đường thẳng nằm ngang AB dài 100m, khi qua A vận tốc ụ tụ là 10m/s và đến B vận tốc của ụ tụ là 20m/s. Biết độ lớn của lực kộo là 4000N. 1. Tỡm hệ số masat m1 trờn đoạn đường AB. 2. Đến B thỡ động cơ tắt mỏy và lờn dốc BC dài 40m nghiờng 30o so với mặt phẳng ngang. Hệ số masat trờn mặt dốc là m2 = . Hỏi xe cú lờn đến đỉnh dốc C khụng? 3. Nếu đến B với vận tốc trờn, muốn xe lờn dốc và dừng lại tại C thỡ phải tỏc dụng lờn xe một lực cú hướng và độ lớn thế nào? Giải 1. Xột trờn đoạn đường AB: Cỏc lực tỏc dụng lờn ụ tụ là: Theo định lớ động năng: AF + Ams = m => F.sAB – m1mgsAB = m() => 2m1mgsAB = 2FsAB - m => m1 = Thay cỏc giỏ trị F = 4000N; sAB= 100m; vA = 10ms-1 và vB = 20ms-1 và ta thu được m1 = 0,05 2. Xột trờn đoạn đường dốc BC. Giả sử xe lờn dốc và dừng lại tại D Theo định lớ động năng: AP + Ams = m = - m => - mghBD – m’mgsBDcosa = - m gsBDsina + m’gsBDcosa = gsBD(sina + m’cosa) = => sBD = thay cỏc giỏ trị vào ta tỡm được sBD = m < sBC Vậy xe khụng thể lờn đến đỉnh dốc C. 3. Tỡm lực tỏc dụng lờn xe để xe lờn đến đỉnh dốc C. Giả sử xe chỉ lờn đến đỉnh dốc: vc = 0, SBC = 40m Khi đú ta cú: AF + Ams + Ap = - m => FsBC - mghBC – m’mgsBCcosa = - m => FsBC = mgsBCsina + m’mgsBCcosa - m => F = mg(sina + m’cosa) - = 2000.10(0,5 + .)- = 2000N Vậy động cơ phải tỏc dụng một lực tối thiểu là 2000N thỡ ụ tụ mới chuyển động lờn tới đỉnh C của dốc. Bài 4: Một xe cú khối lượng m =2 tấn chuyển động trờn đoạn AB nằm ngang với vận tốc khụng đổi v = 6km/h. Hệ số ma sỏt giữa xe và mặt đường là , lấy g = 10m/s2. a. Tớnh lực kộo của động cơ. b. Đến điểm B thỡ xe tắt mỏy và xuống dốc BC nghiờng gúc 30o so với phương ngang, bỏ qua ma sỏt. Biết vận tốc tại chõn C là 72km/h. Tỡm chiều dài dốc BC. c. Tại C xe tiếp tục chuyển động trờn đoạn đường nằm ngang CD và đi thờm được 200m thỡ dừng lại. Tỡm hệ số ma sỏt trờn đoạn CD. Giải a. Vỡ xe chuyển đụng với vận tốc khụng đổi là 6km/h nờn ta cú: b. Theo định lý biến thiờn động năng, Ta cú: Do nờn ; Trong đú: Suy ra: c. Gia tốc trờn đoạn CD. Ta cú: Mặt khỏc: Bài 5: Dưới tỏc dụng của một lực khụng đổi nằm ngang, một xe đang đứng yờn sẽ chuyển động thẳng nhanh dần đều đi hết quóng đường s = 5m đạt vận tốc v = 4m/s. Xỏc định cụng và cụng suất trung bỡnh của lực, biết rằng khối lượng xe m = 500kg, hệ số ma sỏt giữa bỏnh xe và mặt đường nằm ngang μ =0,01. Lấy g = 10m/s2. Giải - Cỏc lực tỏc dụng lờn xe là:; ; ; - Theo định luật II Niu tơn: Trờn Ox: F – Fms = + - Cụng của trọng lực: A = F.s = (+ ).s = 4250J - Cụng suất trung bỡnh của xe là: + Ta cú: v =a.t t = = 2,5s Bài 6: Một vật cú khối lượng 10 kg, lấy g = 10 m/s2. a/ Tớnh thế năng của vật tại A cỏch mặt đất 3m về phớa trờn và tại đỏy giếng cỏch mặt đất 5m với gốc thế năng tại mặt đất. b/ Nếu lấy mốc thế năng tại đỏy giếng, hóy tớnh lại kết quả cõu trờn c/ Tớnh cụng của trọng lực khi vật chuyển từ đỏy giếng lờn độ cao 3m so với mặt đất. Nhận xột kết quả thu được. 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 đỏy giếng h3 = -3m: Wt3 = mgh3 = - 100J b/ Lấy mốc thế năng tại đỏy giếng + Tại độ cao 3m so mặt đất h1 = 8m: Wt1 = mgh1 = 160J + Tại mặt đất h2 = 5m: Wt2 = mgh2 = 100 J + Tại đỏy giếng h3 = 0: Wt3 = mgh3 = 0 c/ Cụng của trọng lực khi vật chuyển từ đỏy giếng lờn 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 đỏy giếng: A31 = Wt3 – Wt1 = 0 – 160 = -160J Bài 7: Một vật cú khối lượng 3 kg được đặt ở vị trớ trong trọng trường và cú thế năng tại đú Wt1 = 500J. Thả vật rơi tự do đến mặt đất cú thế năng Wt1 = -900J. z Z2 o B Z1 A a/ Hỏi vật đó rơi từ độ cao nào so với mặt đất. b/ Xỏc định vị trớ ứng với mức khụng của thế năng đó chọn. c/ Tỡm vận tốc của vật khi vật qua vị trớ này. Giải - Chọn chiều dương cú trục Oz hướng lờn Ta cú: Wt1 – Wt2 = 500 – (- 900) = 1400J = mgz1 + mgz2 = 1400J Vậy z1 + z2 = Vậy vật rơi từ độ cao 47,6m b/ Tại vị trớ ứng với mức khụng của thế năng z = 0 - Thế năng tại vị trớ z1 Wt1 = mgz1 Vậy vị trớ ban đầu cao hơn mốc thế năng đó chọn là 17m c/ Vận tốc tại vị trớ z = 0 Ta cú: v2 – v02 = 2gz1