Bài tập 1. Một vật có khối lượng 1 kg đang ở cách mặt đất một khoảng H=20 m. Ở chân đường thẳng đứng đi qua vật có một cái hố sâu h=5 m. Cho g=10 m/s2.
- Tính thế năng của vật khi chọn gốc thế năng là đáy hố.
- Cho vật rơi không vận tốc ban đầu, tìm vận tốc của vật khi chạm đáy hố. Bỏ qua sức cản của không khí.
- Với gốc thế năng là mặt đất thì thế năng của vật khi nằm ở đáy hố bằng bao nhiêu?
Spoiler
- Với gốc thế năng là đáy hố:
z=H + h=25 m; W$_{t}$=mgz=250 J.
- Theo định luật bảo toàn cơ năng:
mgz1 + 0,5mv12=mgz2 + 0,5mv22 ; vì v1=0 ; z1=z ; z2=0
nên: mgz – 0,5mv22 => v2=\[\sqrt{2gz}\]=22,4 m/s.
- Với gốc thế năng ở mặt đất: z=- h=- 5 m; W$_{t}$=mgz=- 50 J.
[collapse]
Bài tập 2. 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=10 m/s2. Xác định:
- Độ cao mà ở đó thế năng bằng động năng và tính vận tốc của vật ở độ cao đó.
- Vận tốc của vật lúc chạm đất.
Spoiler
Chọn gốc thế năng ở mặt đất.
- Vị trí mà thế năng bằng động năng:
mgz1=mgz2 + 0,5mv22=2mgz2=> z2=z1/2=90 m;
mgz2=0,5mv22 => v2 = 42,4 m/s.
- Vận tốc của vật lúc chạm đất:
mgz1=0,5mv32 => v3=60 m/s.
[collapse]
Bài tập 3. Từ độ cao 25 m người ta ném thẳng đứng một vật nặng lên cao với vận tốc ban đầu bằng 20 m/s. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g=10 m/s2. Tính:
- Độ cao cực đại mà vật đạt được.
- Độ cao mà ở đó thế năng bằng nữa động năng và vận tốc của vật ở độ cao đó.
Spoiler
Chọn gốc thế năng ở mặt đất.
- Ở độ cao cực đại [v=0]:
mgzmax=mgz1 + 0,5mv12 => zmax=45 m.
- Ở độ cao thế năng bằng nữa động năng [mgz2=0,5.0,5mv22]:
mgzmax =mgz2 + 0,5mv22=3mgz$_{2=> }$z2=15 m;
mgz2 =0,5. 0,5mv22 => v2=24,5 m/s.
[collapse]
Bài tập 4. Một vật có khối lượng m=3 kg được đặt ở một vị trí trong trọng trường và thế năng tại vị trí đó bằng W$_{t1}$=600 J. Thả tự do cho vật rơi tới mặt đất, tại đó thế năng của vật bằng W$_{t2}$=- 900 J.
- Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất?
- Xác định vị trí ứng với mức 0 của thế năng đã chọn và tìm vận tốc của vật khi đi qua vị trí này.
Spoiler
Bài tập thế năng trọng trường, vật lí lớp 10
- Độ cao so với vị trí chọn mốc thế năng:
z1=\[\dfrac{W_{t1}}{mg}\]=20 m.
Vị trí của mặt đất so với vị trí chọn mốc thế năng:
z2=\[\dfrac{W_{t2}}{mg}\]=- 30 m.
Độ cao từ đó vật đã rơi so với mặt đất: z=z1 + |z2|=50 m.
- Vị trí ứng với mức không của thế năng được chọn cách vị trí thả vật [ở phía dưới vị trí thả vật] 20 m và cách mặt đất [ở phía trên mặt đất] 30 m.
Vận tốc của vật khi đi qua vị trí được chọn làm gốc thế năng:
mgz1=mv=> v$_{m}$= = 20 m/s.
[collapse]
Bài tập 5. Tính thế năng của một khối nước có thể tích 0,5m3 ở định một ngọn thác cao 10m so với chân thác. Bỏ qua kích thước của khối nước.
Spoiler
[collapse]
Bài tập 6. Cho hệ thống như hình vẽ. m1 = 1kg; m2 = 1.5kg. Bỏ qua ma sát, Khối lượng dây và ròng rọc. Thả cho hệ chuyển động thì vật m1 đi lên hay đi xuống? Khi vật m1 di chuyển 1m tìm độ biến thiên thế năng của hệ suy ra công của trọng lực.
Để có những gợi ý hữu ích cho quá trình làm bài tập về Thế năng, bên cạnh việc nắm vững lí thuyết bài học, các em có thể tham khảo thêm bài hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 10 bài 26: Thế năng Bài tập mà chúng tôi giới thiệu dưới đây.
Giải bài tập Vật lý 10 bài 26: Thế năng
Bài 1 [trang 141 SGK Vật Lý 10]
Nêu định nghĩa và ý nghĩa của thế năng:
- Trọng trường
- Đàn hồi
* Hướng dẫn giải:
- Thế năng trọng trường [hay còn gọi là thế năng hấp dẫn] của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa trái đất và vật, nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. - Thế năng đàn hồi: là dạng năng lượng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi. - Ý nghĩa thế năng trọng trường: khi một vật ở vị trí có độ cao z so với mặt đất thì vật có khả năng sinh công, nghĩa là vật mang năng lượng, năng lượng này dự trữ bên trong vật dưới dạng gọi là thế năng. - Tương tự, một lò xo có độ cứng k khi nén hoặc dãn một lượng Δl thì lực đàn hồi của ló xo khả năng sinh công, nghĩa là vật mang năng lượng, năng lượng này gọi là thế năng đàn hồi.
Bài 2 [trang 141 SGK Vật Lý 10]
Khi một vật từ độ cao z, với cùng vận tốc đầu, bay xuống đất theo những con đường khác nhau thì?
- Độ lớn vận tốc chạm đất bằng nhau
- Thời gian rơi bằng nhau
- Công của trọng lực bằng nhau
- Gia tốc rơi bằng nhau Hãy chọn câu sai.
* Đáp án:
Chọn B.
Bài 3 [trang 141 SGK Vật Lý 10]:
Một vật khối lượng 1,0 kg có thế năng 1,0 J đối với mặt đất. Lấy g = 9,8 m/s2. Khi đó, vật ở độ cao bằng bao nhiêu?
- 0,102 m;
- 1,0 m
- 9,8 m;
- 32 m
* Đáp án:
Chọn A
* Phương pháp giải:
Áp dụng công thức tính thế năng trọng trường:
Bài 4 [trang 141 SGK Vật Lý 10]
Một vật khối lượng m gắn vào đầu một lò xo đàn hồi có độ cứng k, đầu kia của lò xo cố định. Khi lò xo bị nén lại một đoạn Δl [Δl nhỏ hơn 0] thì thế năng đàn hồi bằng bao nhiêu?
* Đáp án:
Chọn A
Bài 5 [trang 141 SGK Vật Lý 10]:
Trong hình 26.5, hai vật cùng khối lượng nằm ở hai vị trí M và N sao cho MN nằm ngang. So sánh thế năng tại M và tại N.