Title 17. Chuyên đề Vật lý 10 tổng hợp - Cơ năng - File word có lời giải chi tiết.doc ✅

CHUYỂN ĐỀ 17. CƠ NĂNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường. 1. Định nghĩa. Cơ năng cùa vật chuyến động dưới tác dụng của trọng lực thì bằng tổng động năng và thế năng của vật: 2 dt 1 WWmvmgz 2 2. Định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực. Khi một vật chuyến động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn. 222 1122 111 Wmvmgzconstmvmgzmvmgz 222 3. Hệ quả: Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường : + Cơ năng luôn luôn được bảo toàn và không thay đổi trong quá trình chuyển động + Nếu động năng giảm thì thế năng tăng và ngược lại (động năng và thế năng chuyển hoá lẫn nhau) + Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại. II. Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. 1. Định nghĩa. Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật: 22dt11WWWmvk 22ℓ 2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động chỉ dưới tác dụng của lực đàn hồi. Khi một vật chi chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật là một đại lượng bào toàn: 2222221122111111Wmvkconstmvkmv 222222ℓℓℓ Chú ý: Định luật bảo toàn cơ năng chi đúng khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi. Nếu vật còn chịu tác dụng thêm các lực khác thì công của các lực khác này đúng bằng độ biến thiên cơ năng. Sử dụng định luật bảo toàn năng lượng đế làm bài Dạng bài tập cần lưu ý DẠNG 1: NÉM VẬT HOẶC THẢ VẬT TỪ MỘT VỊ TRÍ THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG TRONG MÔI TRƯỜNG TRỌNG TRƯỜNG Phương pháp giải − Chọn mốc thế năng (nên chọn mốc thế năng tại .mặt đất) − Xác định các giá trị về độ cao hoặc vận tốc đề bài cho rồi theo định luật bảo toàn cơ năng: 22 ABAABB 11 WWmvmghmvmgh 22 − Xác định giá trị đề bài cần tính VÍ DỤ MINH HỌA Câu 1. Cho một vật có khối lượng m. Truyền cho vật một cơ năng là 37,5J. Khi vật chuyển động ở độ cao 3m vật có dt 3 WW 2 . Xác định khối lượng của vật và vận tốc của vật ở độ cao đó. Lấy g = 10m/s 2 Giải: Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Theo định luật bảo toàn năng lượng:
dtt 552W2.37,5 WWWWWmgzm0,5kg 225gz5.10.3 Ta có: 2dt313WWmvmgzv3.gz9,49m/s 222 Câu 2. Một học sinh của trung tâm bôi dưỡng kiến thức Hà Nội đang chơi đùa ở sân thượng trung tâm có độ cao 45m, liền cầm một vật có khối lượng 100g thả vật rơi tự do xuống mặt đất. Lấy g = 10m/s 2 . a. Tính vận tốc của vật khi vật chạm đất. b. Tính độ cao của vật khi W đ = 2W t c. Tính vận tốc của vật khi 2W đ = 5W t d. Xác định vị trí để vận có vận tốc 20(m/s) e. Tại vị trí có độ cao 20m vật có vận tốc bao nhiêu f. Khi chạm đất, do đất mềm nên vật bị lún sâu lũcm. Tính lực cản trung bình tác dụng lên vật. Giải: Chọn mốc thế năng tại mặt đất a. Gọi A là vị trí ném, B là mặt đất: v A =0(m / s); z A = 45(m); z B = 0(m) Theo định luật bảo toàn cơ năng: 2 ABABBA 1 WWmgzmvv2gzv2.10.4530m/s 2 b. Gọi C là vị trí: W d = 2W t . Theo định luật bảo toàn cơ năng: C ACAtCACA z45 WWW3Wmgz3mgzz15 23 c. Gọi D là vị trí để: dttDdD 2 2W5WWW 5 Theo định luật bảo toàn cơ năng: 2 AdAdDADDA 77110 WWWWmgz.mvv.gz 5527 D10v.10.4525,555m/s 7 d. Gọi E là vị trí để vật có vận tốc 20(m/s) Theo định luật bảo toàn cơ năng: 2 2E AEAEEEA v1 WWmgzmgzmvzz 22g 2 E 20 z4525m 2.10 Vật cách mặt đất 25m thì vật có vận tốc: 20(m/s) e. Gọi F là vị trí để vật có độ cao 20m Theo định luật bảo toàn cơ năng: 2AFAEFFAF1WWmgzmgzmvv2gzz 2 Fv2.104520105m/s f. Áp dụng định lý động năng: 22 22B dndBBCBC mv110,1.30 AWW0mvF.smvF4,5N 222s2.10 Câu 3. Một viên bi khối lượng m chuyến động ngang không ma sát với vận tốc 2 m/s rồi đi lên mặt phẳng nghiêng góc nghiêng 30°. a. Tính quãng đường s mà viên bi đi được trên mặt phẳng nghiêng b. Ở độ cao nào thì vận tốc của viên bi giảm còn một nửa. c. Khi vật chuyển động được quãng đường là 0,2 m lên mặt phẳng nghiêng thì vật có vận tốc bao nhiêu. Chọn mốc thế năng tại A, giả sử lén đến B vật dùng lại a. Theo định luật báo toàn cơ năng:
22 2A ABABB v12 WWmvmgzzz0,2m 22g2.10 0BB 0 zz0,2 sin30ss0,4m 1ssin30 2  0 30 A B b. Gọi C là vị trí mà vận tốc giảm đi một nửa tức là còn 1 m/s Theo định luật bảo toàn cơ năng: 2222ABACCCAC111WWmvmgzmvzvv 222g 22C1z210,15m 2.10 Vật chuyển động được một quãng đường: C0zs0,3m sin30 c. Khi vật đi được quãng đường 0,2m thì vật có độ cao: /0D1zs.sin300,2.0,1m 2 Theo định luật bảo toàn cơ năng: 222 ADADDDAD 11 WWmvmgzmvvv2gz 22 W 2Dv22.10.0,12m/s Câu 4. Một "vòng xiếc" có phần dưới được uốn thành vòng tròn có bán kính R như hình vẽ. Một vât nhỏ khối lượng m được buông ra trượt không ma sát dọc theo vòng xiếc. a. Tìm độ cao tối thiểu h để vật có thể trượt hết vòng tròn, ứng dụng với bán kính vòng tròn là 20 cm. b. Nếu h = 60cm thì vận tốc của vật là bao nhiêu khi lên tới đỉnh vòng tròn. Rh Giải: + Chọn mốc thế năng tại mặt đất + Theo định luật bảo toàn cơ năng 22AMMMMA11WWmghmvmgzm.vmgh2R1 22 Mặt ta có: 22 MMmvmv PNNmg RR Để vật vẫn chuyến động trên vòng thì N0 : 22M M mv1mgR mg0mv2 R22 Từ (1) và (2) ta có: mgRR5Rmgh2Rh2R 222 Nếu R = 20cm thì chiều cao là: 5.0,2 h0,5m50cm 2 Rh M A PN b. Từ (1) ta có: 2MAM1m.vmgh2Rvr2gh2R 2 Mv2.100,62.0,22m/s
Câu 5. Thả vật rơi tự do từ độ cao 45m so với mặt đất. Bỏ qua sức cản của không khí. Lấy g = 10m/s 2 a. Tính vận tốc của vật khi vật chạm đất. b. Tính độ cao của vật khi Wd = 2Wt c. Khi chạm đất, do đất mềm nên vật bị lún sâu 10cm. Tính lực cản trung bình tác dụng lên vật, cho m = 100g. Giải: Chọn mốc thế năng tại mặt đất a. Gọi M là mặt đất. Theo định luật báo toàn cơ năng: W M = W 45 dMt451WWmvmgzv30m/s 2 b. Gọi D là vị trí W đ =2W t . Theo định luật bảo toàn cơ năng: W D = W 45 45 tMt45M45M z45 3WW3mzmgzz15m 33 c. Áp dụng định lý động năng: dhdMDcCAWWF.sF450N BÀI TẬP TỰ LUYỆN: Câu 1. Một vật có khối lượng 100g được ném thẳng đúng lên cao với vận tốc 8m/s từ độ cao 4m so với mặt đất. Lấy g = 10m/s 2 a. Xác định cơ năng của vật khi vật chuyển động? b. Tìm độ cao cực đại mà bi đạt được? c. Vận tốc của vật khi chạm đất? d. Tìm vị trí vật để có thế năng bằng động năng? e. Xác định vận tốc của vật khi W đ = 2W t ? f. Xác định vận tốc của vật khi vật ở độ cao 6m? g. Tìm vị trí đê vận tốc của vật là 3m/s? h. Nếu có lực càn 5N tác dụng thì độ cao cực đại mà vật lên được là bao nhiêu? Câu 2. Một viên bi được thả lăn không vận tốc đầu từ đình một mặt phẳng nghiêng cao 40cm. Bỏ qua ma sát và lực cản không khí. Lấy g = 10m/s 2 a. Xác định vận tốc của viên bi khi nó đi xuống được nửa dốc? b. Xác định vận tốc của viên bi tại chân dốc? c. Xác định vị trí trên dốc đê thế năng của viên bi bằng 3 lần động năng? Tìm vận tốc của viên bi khi đó? Câu 3. Một vật có khối lượng 900g được đặt trên một đỉnh dốc dài 75cm và cao 45cm. Cho trượt không vật tốc ban đầu từ đinh dốc. Lấy g = 10m/s 2 1. Sử dụng định luật bảo toàn cơ năng tìm: a. Xác định vận tốc của vật ở cuối chân dốc ? b. Xác định vị trí để W đ = 2W t và vận tốc của vật khi đó. Tính thế năng của vật? 2. Sử dụng định lý động năng tìm: a. Xác định vận tốc của vật của vật tại vị trí cách chân dốc 27cm. b. Xác định quãng đường cùa vật khi vật đạt được vận tốc l,2(m/s) Câu 4. Từ độ cao 15m so với mặt đất, một người ném một vật có khối lượng lkg thẳng đứng lên trên với vận tốc ban đầu là l0m/s. Bỏ qua ma sát không khí. Lấy g = 10m/s 2 a. Chứng tỏ rằng vận tốc của vật không phụ thuộc vào khối lượng của nó. b. Xác định độ cao cực đại mà vật có thể lên được? c. Xác định vận tốc của vật khi động năng gấp ba lần thế năng, vị trí vật khi đó ? d. Khi rơi đến mặt đất do đất mềm nên vật đi sâu xuống đất một đoạn là 8cm. Xcác định độ lớn của lực càn trung bình của đất tác dụng lên vật? Câu 5. Cho một vật có khối lượng lkg trượt không vận tốc đâu từ đinh dốc của một mặt phẳng dài 10m và nghiêng một góc 30° so với mặt phẳng nằm ngang. Bỏ qua ma sát, lấy g = 10m/s 2 . Khi đến chân mặt phẳng nghiêng vân tốc của vật có giá trị bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Câu 1: Chọn mốc thế năng tại mặt đất a. Cơ năng của vật tại vị trí ném. Gọi A là vị trí ném: v A =8(m/s); z A =4(m)