Bài tập cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập cơ năng lớp 10 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập cơ năng.

Bài tập cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

1. Phương pháp giải

Bài toán 1: Tính động năng, thế năng của vật

Bước 1: Chọn chiều dương, chọn mốc thế năng.

Bước 2: Xác định vận tốc của vật, độ cao h của vật so với mốc.

Bước 3: Sử dụng công thức tính:

- Động năng: ${\text{W}}_d=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2$

- Thế năng: ${\text{W}}_t=\mathrm{mgh}$

Trong đó:

+ ${\text{W}}_d$ là động năng, đơn vị J

+ ${\text{W}}_t$ là thế năng, đơn vị J

+ m là khối lượng của vật, đơn vị kg

+ v là vận tốc của vật, đơn vị m/s

+ h là độ cao của vật, đơn vị m.

Chú ý: Có thể sử dụng công thức

- Liên hệ giữa động năng và công của lực: W_đ2 – W_đ1 = A

$\iff \frac{1}{2}m.v_2^2-\frac{1}{2}m.v_1^2=F.s.\mathrm{cos\alpha }$

- Liên hệ giữa thế năng và công của lực: Thế năng của vật ở độ cao h bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao này.

W_t = A $\iff$ m.g.h = F.s

Bài toán 2: Định luật bảo toàn cơ năng

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:

${\text{W}}_1={\text{W}}_2\iff {\text{W}}_{d1}+W_{t1}=W_{d2}+W_{t2}\iff \frac{1}{2}{\mathrm{mv}}_1^2+{\mathrm{mgh}}_1=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}_2^2+{\mathrm{mgh}}_2$

Bước 1: Chọn gốc thế năng thích hợp sao cho tính thế năng dễ dàng (thường chọn tại mặt đất và tại chân mặt phẳng nghiêng).

Bước 2: Tính cơ năng lúc đầu ${\text{W}}_1$ và lúc sau ${\text{W}}_2$.

Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: ${\text{W}}_1={\text{W}}_2$.

Bước 4: Giải phương trình trên để tìm nghiệm của bài toán.

Bài toán 3: Bài toán liên quan đến độ biến thiên cơ năng

Sử dụng lí thuyết và công thức phần độ biến thiên cơ năng để giải quyết các bài tập.

- Bước 1: Chọn gốc thế năng, chọn chiều dương

- Bước 2: Xác định các lực tác dụng vào vật => Có lực không phải lực thế

- Bước 3: Áp dụng độ biến thiên cơ năng

A_F = W₂ - W₁

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1. Một vật có khối lượng 1 tấn đang chuyển động với tốc độ 72 km/h thì động năng của nó bằng

A. 7 200 J.

B. 200 J.

C. 200 kJ.

D. 72 kJ.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Đổi: 72 km/h = 20 m/s

Động năng: ${\text{W}}_d=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2=\frac{1}{2}.1000{.20}^2=200000J$

Ví dụ 2. Một vật được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc là 30 m/s từ độ cao h so với mặt đất. Khi chạm đất vận tốc của vật là 50 m/s, bỏ qua sức cản không khí. Lấy $g=10m/s^2$, hãy tính độ cao h?

A. 60 m.

B. 70 m.

C. 80 m.

D. 90 m.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Chọn gốc thế năng tại mặt đất (tại B).

Cơ năng tại O (tại vị trí ném vật): $\text{W}\left(O\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}_0^2+\mathrm{mgh}$

Cơ năng tại B (tại mặt đất): $\text{W}\left(B\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2$

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: W(O) = W(B)

$\iff \frac{1}{2}{\mathrm{mv}}_0^2+\mathrm{mgh}=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2=>h=\frac{v^2-v_0^2}{2g}=\frac{{50}^2-{30}^2}{2.10}=80m$

Ví dụ 3. Quả cầu khối lượng m = 0,1 kg treo dưới một dây dài $l$ = 1 m. Nâng quả cầu lên để dây treo nằm ngang rồi buông tay. Biết vận tốc của quả cầu ở vị trí cân bằng là 2 m/s. Tìm lực cản trung bình của không khí lên quả cầu? Lấy $g=10m/s^2$ (Chọn đáp án gần đúng nhất)

A. 0,5 N.

B. 0,7 N.

C. 0,9 N.

D. 1 N.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là A

Chọn gốc thế năng tại đường thẳng đứng OB.

Cơ năng tại vị trí A là: ${\text{W}}_A={\text{W}}_{\mathrm{tA}}=\mathrm{mgh}=\mathrm{mg}l=0,1.10.1=1J$

Cơ năng tại vị trí B là: ${\text{W}}_B={\text{W}}_{\mathrm{dB}}=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}_B^2=\frac{1}{2}.0{,1.2}^2=0,2J$

Ta có độ biến thiên cơ năng:

$A_C={\text{W}}_B-{\text{W}}_A=0,2-1=-0,8J$ 

$=>-F_C.S=-F_C.\frac{2\pi l}{4}=-F_C.\frac{2\pi .1}{4}=-0,8=>F_C\approx 0,5N$

Ví dụ 4. Một vật nhỏ tại D được truyền vận tốc đầu <![if !vml]><![endif]> theo hướng DC (hình vẽ). Biết vật đến A thì dừng lại, AB = 2 m, BD = 40 m, hệ số ma sát $\mu =0,25$. Tính $v_0$?

A. 15 m/s.

B. 15,5 m/s.

C. 16 m/s.

D. 16,5 m/s.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là B

Chọn gốc thế năng tại mặt phẳng đi qua DB.

Công của lực ma sát trên đoạn DC là: $A_{\mathrm{ms}1}=-F_{\mathrm{ms}1}.\mathrm{DC}=-\mathrm{\mu mg}.\mathrm{DC}$

Công của lực ma sát trên đoạn CA là:

$A_{\mathrm{ms}2}=-F_{\mathrm{ms}2}.\mathrm{CA}=-\mu .(\mathrm{mg}.\cos \widehat{\mathrm{ACB}}).\mathrm{CA}=-\mu .\mathrm{mg}.\frac{\mathrm{CB}}{\mathrm{CA}}.\mathrm{CA}=-\mu .\mathrm{mg}.\mathrm{CB}$

Công của lực ma sát trên cả đoạn đường DCA là:

$A_{\mathrm{ms}}=A_{\mathrm{ms}1}+A_{\mathrm{ms}2}=-\mathrm{\mu mg}.\mathrm{DC}-\mathrm{\mu mg}.\mathrm{CB}=-\mathrm{\mu mg}.\mathrm{DB}$

Độ biến thiên cơ năng:

$\Delta \text{W}=A_{\mathrm{ms}}={\text{W}}_A-{\text{W}}_B=\mathrm{mgAB}-\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}_0^2=-\mathrm{\mu mg}.\mathrm{DB}$

$=>10.2-\frac{1}{2}.v_0^2=-0,25.10.40=>v_0\approx 15,5m/s$

3. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1. Khi tăng tốc một vật từ tốc độ v lên tốc độ 2v, động năng của nó

A. tăng lên 2 lần.

B. tăng lên 4 lần.

C. giảm đi 2 lần.

D. giảm đi 4 lần.

Bài 2. Nhận xét nào sau đây là đúng về thế năng?

A. Độ biến thiên thế năng phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

B. Giá trị của thế năng không phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

C. Độ biến thiên thế năng không phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

D. Giá trị của thế năng và độ biến thiên thế năng đều phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

Bài 3. Nhận xét nào sau đây là đúng nhất về cơ năng trong trọng trường?

A. Cơ năng là đại lượng vô hướng luôn dương.

B. Cơ năng là đại lượng vô hướng luôn âm.

C. Cơ năng là đại lượng có hướng.

D. Giá trị của cơ năng phụ thuộc vào cả vị trí và tốc độ của vật.

Bài 4. Một chiếc xe mô tô có khối lượng 220 kg đang chạy với tốc độ 14 m/s. Công cần thực hiện để tăng tốc xe lên tốc độ 19 m/s là bao nhiêu?

A. 18150 J.

B. 21560 J.

C. 39710 J.

D. 2750 J.

Bài 5. 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.

Bài 6. Một ô tô mô hình được thả nhẹ từ trạng thái nghỉ từ độ cao h của một cái rãnh không ma sát. Rãnh được uốn thành đường tròn có đường kính D ở phía cuối như trên Hình 26.1. Ô tô này trượt trên rãnh được cả vòng tròn mà không bị rơi. Giá trị tối thiểu của h là:

A. $\frac{5D}{4}$.

B. $\frac{3D}{2}$.

C. $\frac{5D}{2}$.

D. $\frac{5D}{3}$.

Bài 7. Một thùng gỗ nặng 20 kg được kéo từ mặt đất lên độ cao 10 m. Thế năng trọng trường của thùng gỗ tại độ cao đó là bao nhiêu? Lấy g = 10 m/s². Chọn gốc tính thế năng tại mặt đất.

A. 2000 J.

B. 200 J.

C. 20 J.

D. 2 J.

Bài 8. Năng lượng mà vật có được do vị trí của nó so với các vật khác được gọi là

A. Động năng.

B. Cơ năng.

C. Thế năng.

D. Hóa năng.

Bài 9. Khi một quả bóng được ném lên cao thì

A. động năng chuyển thành thế năng.

B. thế năng chuyển thành động năng.

C. động năng chuyển thành cơ năng.

D. cơ năng chuyển thành động năng.

Bài 10. Một vận động viên nhảy cầu nhảy xuống hồ nước từ tấm ván ở độ cao 10 m so với mặt hồ. Lấy g = 9,8 m/s². Tốc độ của người khi cách mặt hồ 4 m là:

A. 14,14 m/s.

B. 8,94 m/s.

C. 10,84 m/s.

D. 7,7 m/s.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí 10 hay, chi tiết khác:

• Bài tập tính động lượng
• Bài tập về định luật bảo toàn động lượng
• Bài tập về chuyển động tròn đều
• Bài tập về lực hướng tâm
• Bài tập lực đàn hồi

Lời giải bài tập lớp 10 sách mới:

• Giải bài tập Lớp 10 Kết nối tri thức
• Giải bài tập Lớp 10 Chân trời sáng tạo
• Giải bài tập Lớp 10 Cánh diều

---