Công thức thế năng lớp 10 (hay, chi tiết)

Bài viết Công thức thế năng lớp 10 trình bày đầy đủ công thức, ví dụ minh họa có lời giải chi tiết và các bài tập tự luyện giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm về Công thức thế năng từ đó học tốt môn Vật Lí 10.

Công thức thế năng lớp 10 (hay, chi tiết)

1. Công thức

- Khi một vật có khối lượng m đặt ở độ cao h so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức:

W_t = mgh

Trong đó:

m: khối lượng của vật (kg)

g: gia tốc trọng trường (m/s²).

h: Độ cao của vật so với gốc thế năng (m)

Mở rộng

- Từ công thức thế năng trọng trường, ta có thể tính:

+ Khối lượng của vật: $m=\frac{W_t}{g.h}$

+ Độ cao của vật so với gốc thế năng: $h=\frac{W_t}{m.g}$

- Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực:

Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N.

$A_{\mathrm{MN}}=W_{t1}–W_{t2}={\mathrm{\Delta W}}_t={\mathrm{mgh}}_M-{\mathrm{mgh}}_N$

Trong đó: A₁₂: công của trọng lực chuyển từ vị trí 1 sang vị trí 2

$\mathrm{Wt}1–\mathrm{Wt}2={\mathrm{\Delta W}}_t$: độ giảm thế năng

Chú ý: Nếu A_MN > 0 thì ${\mathrm{\Delta W}}_t$> 0: thế năng của vật giảm

Nếu A₁₂ < 0 thì ${\mathrm{\Delta W}}_t$< 0: thế năng của vật tăng

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Một vật có khối lượng 1 kg được thả rơi từ độ cao 10 m xuống mặt cát phẳng. Chọn mốc tính thế năng tại mặt cát, lấy gia tốc rơi tự do là 9,8 m/s². Tính thế năng của vật ở độ cao trên.

A. 9,8 J.

B. 98 J.

C. 980 J.

D. 0,98 J.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là B

Thế năng: ${\text{W}}_t=\mathrm{mgh}=1.9,8.10=98J$

Ví dụ 2: Hai vật có khối lượng là m và 2m đặt ở hai độ cao lần lượt là 2h và h. Tỉ số giữa thế năng trọng trường của vật thứ nhất so với vật thứ hai là?

A. 0,5.

B. 0,25.

C. 1.

D. 1,25.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là C

Thế năng của vật 1 có giá trị là: $W_{t1}=m.g.2.h=2\mathrm{mgh}$

Thế năng của vật 2 có giá trị là: $W_{t2}=2.m.g.h=2\mathrm{mgh}$

=> Tỉ số giữa thế năng trọng trường của vật thứ nhất so với vật thứ hai là:

$\frac{W_{t1}}{W_{t2}}=\frac{2\mathrm{mgh}}{2\mathrm{mgh}}=1$

Ví dụ 3. Một vận động viên cử tạ nâng quả tạ khối lượng 200 kg từ mặt đất lên độ cao 1,5 m. Lấy gia tốc trọng trường là g = 9,8 m/s². Độ tăng thế năng của tạ là

A. 1962 J.

B. 2940 J.

C. 800 J.

D. 3000 J.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Độ tăng thế năng của tạ bằng công của lực tác dụng:

$\Delta {\text{W}}_t=A=F.s=200.9,8.1,5=2940J$

3. Bài tập

Bài 1. Một em bé có khối lượng 4,2 kg đang nằm trên giường có độ cao 40 cm so với mặt sàn thì được bố bế lên đến độ cao 1,5 m so với mặt sàn. Lấy gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s². Tính công tối thiểu mà người bố đã thực hiện.

A. 453 J.

B. 45,3 J.

C. 4,53 J.

D. 0,453 J.

Đáp án đúng là B

Sử dụng dữ kiện sau để trả lời cho bài 2, 3, 4

Một vật khối lượng m = 30,0 kg được kéo từ mặt đất (được chọn làm gốc thế năng) lên đến một vị trí xác định có độ cao h = 40,0 m. Biết gia tốc rơi tự do là g = 9,80 m/s².

Bài 2. Tính thế năng của vật khi ở mặt đất

A. 0 J.

B. 40 J.

C. 1200 J

D. 30 J.

Đáp án đúng là A

Bài 3. Thế năng của vật ở độ cao h

A. 30 kJ.

B. 1,18 kJ.

C. 11,8 kJ.

D. 0 J.

Đáp án đúng là C

Bài 4. Tính công mà vật nhận được trong quá trình kéo vật từ mặt đất lên vị trí xác định nói trên.

A. 30 kJ.

B. 11,8 kJ.

C. 11,8 kJ.

D. 0 J.

Đáp án đúng là B

Bài 5. Một ô tô có khối lượng m = 1,20 tấn chuyển động lên trên một con dốc phẳng có độ dài S = 1,50 km với vận tốc v = 54,0 km/h. Chiều cao của đỉnh dốc so với mặt phẳng nằm ngang đi qua chân dốc (gốc thế năng nằm ở chân dốc) là h = 30,0 m. Biết gia tốc rơi tự do là g = 9,80 m/s². Tính thế năng của ô tô ở đỉnh con dốc.

A. 353 J.

B. 3,53 kJ.

C. 35,3 kJ.

D. 353 kJ.

Đáp án đúng là D

Xem thêm các bài viết về công thức Vật Lí 10 sách mới hay, chi tiết khác:

• Công thức cơ năng

• Công thức tính hiệu suất

• Công thức động lượng

• Công thức mối quan hệ giữa lực và độ thay đổi động lượng

• Công thức định luật bảo toàn động lượng

---