Bài toán vận dụng định luật bảo toàn cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài toán vận dụng định luật bảo toàn 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 Bài toán vận dụng định luật bảo toàn cơ năng.

Bài toán vận dụng định luật bảo toàn cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

Quảng cáo

1. Phương pháp giải

Bài toán 1. Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:

W1=W2Wd1+Wt1=Wd2+Wt212mv12+mgh1=12mv22+mgh2

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 W1 và lúc sau W2.

Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: W1 = W2.

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

Bài toán 2. 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

AF = W2 - W1

Quảng cáo

2. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1: Một vật có khối lượng 100 g được ném thẳng đứng từ dưới lên với vận tốc v0 = 20 m/s. Xác định cơ năng của vật khi chuyển động?

A. 0 J.

B. 20 J.

C. 10 J.

D. 1 J.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Chọn gốc thế năng tại vị trí ném

Tại vị trí ném vật ta có:

+ Thế năng của vật tại đó: Wt=0

+ Động năng của vật tại đó: Wd=12mv02=12.0,1.202=20J

=> Cơ năng của vật: W=Wd+Wt=20+0=20J

Quảng cáo

Ví dụ 2: Từ mặt đất, một vật được ném lên thẳng đứng với vận tốc ban đầu 4 m/s. Bỏ qua sức cản không khí. Cho g = 10 m/s2. Vị trí cao nhất mà vật lên được cách mặt đất một khoảng bằng

A. 0,4 m.

B. 0,8 m.

C. 0,6 m.

D. 2 m.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Cách 1: Chọn mốc tính thế năng tại vị trí ném

- Tại vị trí ném, thế năng bằng 0, cơ năng W=Wd=12mv2=12.m.42=8.m J

- Tại vị trí cao nhất, động năng bằng 0, cơ năng W=Wt=mgh=10.m.hJ

Theo định luật bảo toàn cơ năng: 8.m=10.m.hh=0,8 m

Ví dụ 3. Một vật nhỏ tại D được truyền vận tốc đầu v0 theo hướng DC (hình vẽ). Biết vật đến A thì dừng lại, AB = 2 m, BD = 40 m, hệ số ma sát μ=0,25. Tính v0?

Quảng cáo

Bài toán vận dụng định luật bảo toàn cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

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

Bài toán vận dụng định luật bảo toàn cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

Chọn gốc thế năng tại mặt phẳng đi qua DB.

Công của lực ma sát trên đoạn DC là: Ams1=Fms1.DC=μmg.DC

Công của lực ma sát trên đoạn CA là:

Ams2=Fms2.CA=μ.(mg.cosACB^).CA=μ.mg.CBCA.CA=μ.mg.CB

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

Ams=Ams1+Ams2=μmg.DCμmg.CB=μmg.DB

Độ biến thiên cơ năng: ΔW=Ams=WAWB=mgAB12mv02=μmg.DB

=>10.212.v02=0,25.10.40=>v015,5m/s

3. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Hình vẽ dưới là một phần đường đi của tàu lượn siêu tốc. Chọn mốc tính thế năng tại mặt đất. Nhận xét nào không đúng về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của tàu lượn trên từng đoạn đường?

Bài toán vận dụng định luật bảo toàn cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

A. Từ A – B: Động năng giảm, thế năng tăng đến giá trị cực đại

B. Từ B – C: Động năng tăng, thế năng giảm

C. Từ C – D: Động năng giảm, thế năng tăng

D.Từ D – E: Động năng và thế năng không đổi.

Đáp án đúng là D.

Theo định luật bảo toàn cơ năng: động năng và thế năng có sự chuyển hóa qua lại lẫn nhau, nếu động năng tăng thì thế năng giảm và ngược lại. Do vậy Bài D là nhận xét không đúng về sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của tàu lượn trên từng đoạn đường.

Bài 2: Một vật được thả rơi tự do từ độ cao 9 m. Độ cao vật khi động năng bằng hai lần thế năng là:

A. 3 m.

B. 4,5 m.

C. 9 m.

D. 6 m.

Đáp án đúng là A.

Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Khi đó: W1 = Wt1 = mgh1

Mà Wđ2 = 2Wt2 nên ta có: W2 = Wđ2 + Wt2 = 2Wt2 + Wt2 = 3Wt2

Vật rơi tự do nên cơ năng được bảo toàn: W1 = W2 do đó:

mgh1 = 3mgh2 hay h1 = 3h2 vậy h2=h13=93=3m

Bài 3: Thả một vật có khối lượng m = 0,5 kg từ độ cao h1 = 1,2 m so với mặt đất. Xác định động năng của vật ở độ cao h2 = 1 m. Lấy g = 10 m/s2 .

A. 6J.

B. 5 J.

C. 1 J.

D. 3 J.

Đáp án đúng là C.

Cơ năng của vật ở độ cao h1 là: W1 = mgh1 = 0,5.10.1,2 = 6 (J)

Theo định luật bảo toàn cơ năng: W1 = W2 = W = 6 (J)

Thế năng của vật ở độ cao h2 là: Wt2 = mgh2 = 0,5.10.1 = 5 (J)

Động năng của vật ở độ cao h2 là: Wđ2 =W −Wt = 6 − 5 = 1 (J)

Bài 4: Từ độ cao 25 m một vật được ném lên thẳng đứng với độ lớn vận tốc ban đầu v0 = 20 m/s. Bỏ qua sức cản của không khí. Lấy g=10m/s2. Độ cao cực đại mà vật đạt được so với mặt đất là? Chọn mốc thế năng tại mặt đất.

A. 60 m.

B. 45 m.

C. 20 m.

D. 80 m.

Đáp án đúng là: B.

Gọi B là điểm bắt đầu ném, điểm A là điểm cao nhất mà vật lên tới.

Theo định luật bảo toàn cơ năng ta có:

WA=WBm.g.hA+12.m.νA2=m.g.hB+12.m.νB2

10.hA+0=10.25+12.202hA=45m

Bài 5: Từ độ cao 180 m người ta thả rơi một vật nặng không vận tốc ban đầu. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g=10m/s2. Chọn gốc thế năng tại mặt đất. Khi thế năng bằng động năng thì vật có độ cao h và vận tốc v. Giá trị hv gần giá trị nào sau đây nhất?

A. 2,0.

B. 2,5.

C. 3,0.

D. 3,5.

Đáp án đúng là: A.

Gọi A là điểm thả vật, B là điểm có độ cao h và vận tốc v.

Theo định luật bảo toàn cơ năng: WA=WBm.g.hA+12.m.νA2=m.g.hB+12.m.νB2

Mà theo bài ra: m.g.hB=12.m.νB2; νA=0

Suy ra: m.g.hB=12.m.νB2=12.m.g.hA Bài toán vận dụng định luật bảo toàn cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

Bài 6:Một vật khối lượng 400 g được thả rơi tự do từ độ cao 20 m so với mặt đất. Cho g = 10 m/s2. Sau khi rơi được 12 m, động năng của vật bằng:

A. 16 J.

B. 24 J.

C. 32 J.

D. 48 J.

Đáp án đúng là: D

Sử dụng định luật bảo toàn cơ năng

Cơ năng tại vị trí thả rơi: W = Wtmax = mgh = 0,4.10.20 = 80 J

Thế năng tại vị trí sau khi vật rơi được 12 m: Wt = mgh’ = 0,4.10.(20 – 12) = 32 J

Động năng tại vị trí sau khi vật rơi được 12 m: Wđ = 80 – 32 = 48 J

Bài 7: Hòn đá có khối lượng m = 50 g được ném thẳng đứng từ mặt đất lên trên với vận tốc v0 = 20 m/s. Chọn gốc thế năng tại mặt đất. Thế năng bằng 14 động năng khi vật có độ cao:

A. 16 m.

B. 5 m.

C. 4 m.

D. 20 m.

Đáp án đúng là: C

Đổi đơn vị 50 g = 0,05 kg.

Cơ năng của vật: W = Wt + Wđ = 0 + 0,5.m.v2 = 0,5.0,05.202 = 10 J

Tại độ cao h, thế năng bằng 14 động năng Wt=14WdWt=15Wmgh=15W

h=W5mg=105.0,05.10=4 m

Bài 8:Một học sinh ném một vật có khối lượng 200 g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc ban đầu 8 m/s từ độ cao 8 m so với mặt đất. Lấy g = 10m/s2. Bỏ qua sức cản của không khí. Lấy mốc thế năng tại mặt đất. Xác định vận tốc của vật khi Wđ = 2Wt:

A. 10,22 m/s.

B. 11,22 m/s.

C. 12,22 m/s.

D. 13,22 m/s.

Đáp án đúng là: C

Đổi đơn vị: 200 g = 0,2 kg.

Xét gốc thế năng ở mặt đất.

Tại vị trí ban đầu, cơ năng W1 của vật là:

W1=mv122+mgh1=0,2.822 + 0,2.10.8 = 22,4 J

Tại vị trí Wđ = 2Wt, cơ năng của vật là: W2 = Wđ2 + Wt2 = 32Wđ2

Bỏ qua sức cản của không khí, nên cơ năng được bảo toàn.

Ta có: W1=W2W1=32Wđ2=32.mv222v2=4W13m=4.22,43.0,212,22 m/s.

Bài 9. 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/s2 (Chọn đáp án gần đúng nhất)

Bài toán vận dụng định luật bảo toàn cơ năng lớp 10 (cách giải + bài tập)

A. 0,5 N.

B. 0,7 N.

C. 0,9 N.

D. 1 N.

Đáp án đúng là A

Chọn gốc thế năng tại đường thẳng đứng OB.

Cơ năng tại vị trí A là: WA=WtA=mgh=mgl=0,1.10.1=1J

Cơ năng tại vị trí B là: WB=WdB=12mvB2=12.0,1.22=0,2J

Ta có độ biến thiên cơ năng:

AC=WBWA=0,21=0,8JFC.S=FC.2πl4=FC.2π.14=0,8=>FC0,5N

Bài 10: Một vật không vận tốc đầu từ đỉnh của một mặt dốc có độ cao 20 m. Tới chân mặt dốc, vật có vận tốc 15 m/s. Lấy g = 10 m/s2. Công của lực ma sát trên mặt dốc này bằng bao nhiêu, biết khối lượng vật là 20 kg.

A. -1500 J.

B. -1750 J.

C. -1925 J.

D. -3125 J.

Đáp án đúng là: B

Chọn gốc thế năng tại chân dốc.

Cơ năng của vật tại đỉnh dốc là: W1 = mgh = 20.10.20 = 4000 J.

Cơ năng của vật tại chân dốc là: W2 = 0,5.m.v2 = 0,5.20.152 = 2250 J.

Công của lực ma sát: Ams = W2 – W1 = 2250 – 4000 = -1750 J.

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

Để học tốt lớp 10 các môn học sách mới:

Đã có app VietJack trên điện thoại, giải bài tập SGK, SBT Soạn văn, Văn mẫu, Thi online, Bài giảng....miễn phí. Tải ngay ứng dụng trên Android và iOS.

Theo dõi chúng tôi miễn phí trên mạng xã hội facebook và youtube:

Nếu thấy hay, hãy động viên và chia sẻ nhé! Các bình luận không phù hợp với nội quy bình luận trang web sẽ bị cấm bình luận vĩnh viễn.


Giải bài tập lớp 10 sách mới các môn học