Giải Vật Lí 10 (Chân trời sáng tạo) Bài 17: Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng
Hoidap.vietjack.com trân trọng giới thiệu: lời giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 17: Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng sách Chân trời sáng tạo thức hay nhất, chi tiết giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Vật lí 10 Bài 17. Mời các bạn đón xem:
Giải Vật Lí lớp 10 Bài 17: Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng
Lời giải:
- Trong quá trình sản xuất điện năng từ dòng nước chảy trên cao xuống, có những dạng năng lượng cơ học xuất hiện là động năng, thế năng trọng trường.
- Nước ở trên cao dự trữ thế năng, nước đi xuống qua tua bin làm quay tua bin, có sự chuyển hóa từ thế năng sang động năng.
- Trong điều kiện bỏ qua lực cản không khí, bỏ qua ma sát thì cơ năng được bảo toàn.
1. Động năng
Mối liên hệ giữa động năng và công
Câu hỏi 1 trang 105 Vật lí 10:
Lời giải:
Đặc điểm chung của các dạng năng lượng trên là đều có động năng.
Năng lượng này phụ thuộc vào yếu tố vận tốc và khối lượng của vật.
Câu hỏi 2 trang 105 Vật lí 10:
Dựa vào phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều, rút ra biểu thức (17.1).
Lời giải:
Phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều:
Áp dụng định luật II Newton cho biểu thức trên:
Xét trong trường hợp đặc biệt, vật bắt đầu từ trạng thái nghỉ (v0 = 0), dưới tác dụng của lực F thì đạt được vận tốc v. Khi đó, ta có biểu thức:
Đặc điểm của động năng
Luyện tập trang 106 Vật lí 10:
- Tìm động năng của ô tô tại các thời điểm ứng với các giá trị tốc độ đã cho.
- Phần động năng mất đi của ô tô đã chuyển hóa thành các dạng năng lượng nào?
Lời giải:
Đổi đơn vị: 1,5 tấn = 1500 kg.
-
Động năng của ô tô lúc này là:
-
Động năng của ô tô lúc này là:
- v = 0 thì động năng của ô tô lúc này Wđ = 0.
- Phần động năng mất đi của ô tô đã chuyển hóa thành nhiệt năng.
Câu hỏi 3 trang 106 Vật lí 10:
a) Chọn hệ quy chiếu gắn với xe buýt.
b) Chọn hệ quy chiếu gắn với hàng cây bên đường.
Lời giải:
a) Chọn hệ quy chiếu gắn với xe buýt.
Vận tốc của em gắn với hệ quy chiếu xe buýt bằng 0 nên Wđ khi đó bằng 0.
b) Chọn hệ quy chiếu gắn với hàng cây bên đường.
Vận tốc của em gắn với hệ quy chiếu là hàng cây bên đường
Khi đó động năng có giá trị. với m là khối lượng của em.
Lời giải:
Theo công thức: ta có m tỉ lệ thuận với Wđ. Vì vậy, “Trục phá thành” phải có khối lượng đủ lớn để năng lượng (động năng) tác dụng vào cổng thành lớn và làm vỡ cổng thành.
2. Thế năng
Thế năng trong trường trọng lực đều
Câu hỏi 4 trang 107 Vật lí 10:
Lời giải:
Trọng lực có phương thẳng đứng hướng xuống, vuông góc với mặt bàn, tức là trọng lực có phương vuông góc với độ dịch chuyển. Khi đó công của trọng lực trong cả hai trường hợp luôn bằng 0.
Đối với lực ma sát thì sẽ hợp với độ dịch chuyển và các góc khác nhau trong hai trường hợp.
Câu hỏi 5 trang 107 Vật lí 10:
Lời giải:
- Độ biến thiên thế năng trọng trường khi vật di chuyển từ vị trí có độ cao h1 sang vị trí có độ cao h2 (với h1 > h2):
(chọn chiều dương hướng lên)
- Công của trọng lực: (trọng lực cùng hướng với chuyển động nên góc )
Chứng tỏ độ biến thiên thế năng trọng trường bằng về độ lớn nhưng trái dấu với công của trọng lực.
Vận dụng công thức thế năng trọng trường
Luyện tập trang 108 Vật lí 10:
Lời giải:
Thả viên bi sắt ở những độ cao khác nhau sẽ thu được những vết lõm có bán kính khác nhau. Thả viên bi ở độ cao càng hớn thì bán kính của vết lõm càng lớn. Ngược lại, khi thả viên bi ở độ cao càng thấp thì bán kính của vết lõm càng nhỏ.
Giải thích: khi được thả ở các độ cao khác nhau, thế năng trọng trường dự trữ trong viên bi sẽ khác nhau, khi chạm cát thì thế năng chuyển hóa thành động năng, thế năng càng lớn thì động năng được chuyển hóa càng lớn, bán kính càng rộng.
3. Cơ năng
Quá trình chuyển hóa giữa động năng và thế năng
Câu hỏi 6 trang 109 Vật lí 10:
Lời giải:
Hình 17.7a, khi ở trên cao thế năng của người đó lớn nhất, khi trượt xuống thế năng giảm dần, động năng lớn dần.
Hình 17.7b, quả bóng được khi được ném lên cao thì động năng giảm dần, thế năng tăng dần đến độ cao cực đại. Sau đó quả bóng rơi xuống thì thế năng chuyển hóa dần thành động năng.
Luyện tập trang 109 Vật lí 10:
a) Người A chuẩn bị nhảy, người B đứng trên đòn bẩy.
Lời giải:
a) Người A chuẩn bị nhảy, người B đứng trên đòn bẩy.
Người A có thế năng, người B có năng lượng hóa học dự trữ trong cơ thể
b) Người A chạm vào đòn bẩy.
Người A có động năng và thế năng, người B có động năng
c) Người B ở vị trí cao nhất.
Người A có động năng, người B có thế năng
Phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng trong một số hoạt động của đời sống hằng ngày.
Lời giải:
Thả gàu xuống giếng để múc nước, ban đầu gàu dự trữ thế năng trọng trường, động năng bằng 0; khi gàu đi xuống gần mặt nước thì thế năng chuyển hóa dần thành động năng, thế năng giảm dần.
Định luật bảo toàn cơ năng
Câu hỏi 7 trang 110 Vật lí 10:
Lời giải:
Nếu xem lực cản của không khí không đáng kể thì trọng lực là lực duy nhất tác dụng lên quả bóng trong quá trình rơi.
Khi quả bóng ở độ cao h thì thế năng lớn nhất, động năng bằng 0, khi quả bóng rơi xuống thì thế năng dần chuyển hóa thành động năng tức là thế năng giảm, động năng tăng.
Khi quả bóng chạm mặt đất, động năng lớn nhất còn thế năng bằng 0.
Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng
Luyện tập trang 111 Vật lí 10:
Lời giải:
Từ khi con bọ chét bắt đầu bật nhảy thẳng đứng đến khi lên đến độ cao tối đa, có quá trình chuyển hóa giữa động năng và thế năng.
- Khi ở mặt đất:
+ Động năng:
+ Thế năng: Wt = 0
+ Cơ năng:
- Khi bật nhảy lên độ cao tối đa:
+ Động năng:
+ Thế năng: Wt = mgh
+ Cơ năng: W = mgh + 0
Bỏ qua sức cản của không khí nên cơ năng được bảo toàn, ta có:
Lời giải:
Vị trí đặt bồn nước sao cho nước chảy ra từ vòi nước sinh hoạt là mạnh nhất là trên tầng thượng của tòa nhà. Vì ở đó, độ cao là lớn nhất, dẫn đến thế năng lớn. Trong quá trình chuyển hóa thành động năng, thì động năng của nước khi xuống dưới cũng lớn hơn.
Bài tập (Trang 112)
Bài tập 1 trang 112 Vật lí 10:
Lời giải:
+ Tại vị trí 1 và 5, thế năng bằng nhau và cực đại, động năng bằng 0.
+ Tại vị trí 2 động năng đang tăng và thế năng đang giảm.
+ Tại vị trí 3 động năng cực đại, thế năng bằng 0.
+ Tại vị trí 4 động năng đang giảm và thế năng đang tăng.
Bỏ qua mọi ma sát thì ở tất cả các vị trí, cơ năng không đổi.
Bài tập 2 trang 112 Vật lí 10:
Lời giải:
Do bỏ qua mọi ma sát, nên cơ năng của vật được bảo toàn. Tại đỉnh dốc, vật chỉ có thế năng, tại chân dốc vật chỉ có động năng. Nên, động năng của vật ở chân dốc bằng thế năng ở đỉnh dốc.
Thế năng ở đỉnh dốc: Wt = m.g.h
Do đó, động năng của vật tại chân dốc có phụ thuộc vào độ cao của dốc chứ không phụ thuộc vào góc nghiêng.
Lời giải:
Đổi đơn vị: 15 cm = 0,15 m
Lấy mốc thế năng là mặt đất.
a) Trước khi bước lên bậc thang đầu tiên, người chỉ có động năng. Cơ năng của người là:
b) Ở bậc thang trên cùng, người chỉ có thế năng. Cơ năng khi đó là:
c) Phần năng lượng thay đổi ở hai vị trí này được cung cấp bởi năng lượng dữ trữ trong cơ bắp của người.
Bài tập 4 trang 112 Vật lí 10:
b) Tính tốc độ của cả hai bạn ngay trước khi chạm đệm nhún.
Lời giải:
Gọi m1 = 16 kg; m2 = 13 kg
Đổi đơn vị: 70 cm = 0,7 m
Lấy g = 10 m/s2.
a) Công của trọng lực tác dụng lên bạn thứ nhất là:
A1 = P1.d = m1.g.d = 16.10.0,7 = 112 J.
Công của trọng lực tác dụng lên bạn thứ hai là:
A2 = P2.d = m1.g.d = 13.10.0,7 = 91 J.
b) Cơ năng trong cả quá trình chuyển động được bảo toàn, ta có: W = A
Ở vị trí 0,7 m, hai bạn chỉ có thế năng, động năng bằng 0. Ngay trước khi chạm đệm nhún, động năng là cực đại, thế năng bằng 0.
Tốc độ của cả hai bạn ngay trước khi chạm đệm nhún