Giải Vật Lý 10 Bài 26. Thế năng

  • Bài 26. Thế năng trang 1
  • Bài 26. Thế năng trang 2
  • Bài 26. Thế năng trang 3
  • Bài 26. Thế năng trang 4
  • Bài 26. Thế năng trang 5
Bài 26. THỂ NÀNG
A. KIẾN THỨC CẦN NAM vững
Thế năng trọng trường
Trọng trường
Mọi vật ở xung quanh Trái Đất đều chịu tác dụng của trọng lực. Ta nói xung quanh Trái Đất tồn tại một trọng trường.
Biểu hiện cúa trọng trường là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên các vật đặt trong khoảng không gian có trọng trường. Biểu thức của trọng lực của một vật có khối lượng m có dạng: p = mg
Nếu xét trong khoảng không gian không quá rộng thì vectơ g tại mọi điếm đều có phương song song, cùng chiều và cùng độ lớn. Ta nói trong khoảng không gian đó trọng trường là đều.
Thế năng trọng trường
Khái niệm: Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa vật và Trái Đất; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường.
Biểu thức: Khi một vật có khối lượng m đặt ỏ’ vị trí có độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức: wt = mgz
Nếu vật đặt trên mặt đất thì z = 0 và wt (mặt đất) = 0. Ta nói mặt đất được chọn làm mốc thế năng.
Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực
- Khi một vật có khối lượng m rơi từ điểm M có độ cao ZM đến điểm N có độ cao ZN thì công của trọng lực trong quá trình đó bằng:
Amn = mgzM - mgzN = Wt(M) - Wt(N)
Khi một vật chuyến 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 trưừng tại M và tại N.
Hệ quả:
Trong quá trình chuyến động của vật trong trọng trường:
+ Nếu vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm 'thì trọng lực sinh công dương.
+ Nêu vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm.
II. Thê năng đàn hồi
Công của lực đàn hoi	. k >
Khi một vật bị biến dạng thì nó có thế sinh	
cóng. Lúc đó, vật có một dạng năng lượng gọi là thế
năng đàn hồi (Hình 20)	Hình'20
Đối với lò xo đàn hồi, có độ cứng k, một đầu
gắn vào một vật, đầu kia được giữ cô định: A = i-k(AZ)2
2
Thế năng đàn hồi
Thê năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
Khi lò xo đang ở trạng thái biến dạng thì hệ gồm lò xo và vật nhỏ có thế năng (thế năng đàn hồi). Ta định nghĩa thế năng đàn hồi bằng cồng của lực đàn hồi và có thể viết: wt = ~k(AZ)2
2
B. TRẢ LỜI CÂU HỎI
Cl. Chứng tỏ rằng, trong trọng trường đều, mọi vật (nếu không chịu tác dụng của một lực nào khác) sẽ chuyến động với cùng một gia tốc g, gọi là gia tốc trọng trường.
Trả lời
Áp dụng định luật II Newton trong trường dìỢp vật đang rơi ta có phương trình chuyển động:
mă = p + Fng
Khi Fng = 0 thì ma = mg
Suy ra a = g hay gia tốc a bằng gia tốc trọng trường g.
C2. Tìm hai ví dụ chứng tỏ rằng một vật có khối lượng m khi đưa lên vị trí cách mặt đất độ cao z thì lúc rơi xuống có thể sinh công.
Trả lời
Vật rơi lúc thực hiện một lực là: F = p = mg
Vậy công thực hiện cúa vật là:
A = F.s = mg.z.
Dựa váo công thức trên, có thể thấy nếu vật có khối lượng m và được đưa lên độ cao z thì lúc rơi xuông có thế sinh công.
C3. Nếu chọn môc thế năng tại vị trí o (độ cao = 0, hình bên) thì tại điểm nào:
Thế năng = 0?
Thế năng > 0?
Thế năng < 0?
Trả lời
wt = mgz tại o
wt = mgz tại A
wt = mgz tại B
z = 0 => wt = 0
z > 0 => wt > 0
z wt < 0
C4. Chứng minh
rằng, hiệu thế năng của một vật chuyển động
trong trọng trường không phụ thuộc việc chọn gốc thế năng.
Trả lời
Dựa vào hình vẽ bên, ta có:
Thế năng tại Zm là:
WtM = mgzM
Thế năng tại ZN là:
WtN = mgzN
Hiệu thế năng là:
Amn = WlM - WtN = mg(zM - ZN)
Như vậy, hiệu thế năng của một vật chuyển động trong trọng trường không phụ thuộc việc chọn góc thế năng mà phụ thuộc vào khoảng cách giữa đầu và cuối của chuyến động.
C5. Chứng minh rằng, khi một vật chuyển động từ M đến N trong trọng trường theo những đường khác nhau thì công của trọng lực theo các đường ấy là như nhau.
Trả lòi
Theo hình vẽ bên. ta có công của vật theo phương thẳng đứng MN
Hình chiếu của đường cong MN cũng chính là đường thẳng:
MN = (zM - Zjj) = scosơ
Suy ra: A = mg(zM - ZN) (2)
Từ (1) và (2) ta thấy khi một vật chuyến động từ M đến N trong trọng trường theo những đường khác nhau thì công của trọng lực theo các đường ấy là như nhau.
c. GIẢI BÀI TẬP
Khi một vật từ độ cao z, với cùng vận tốc đầu, bay xuống đất theo những đường khác nhau thì:
Độ lớn vận tốc chạm đất bằng nhau.
Thời gian rơi bằng nhau.
c. Công của trọng lực bằng nhau.
D. Gia tốc rơi bằng nhau.
Hãy chọn câu sai.
Giải
Với cùng vận tốc đầu, khi ném ngang và vật rơi tự do với Vo = 0, cùng độ cao khi chạm đất mới cùng thời gian, còn khi ném xuống đất theo những đường khác nhau sẽ cho thời gian rơi khác nhau.
Vậy chọn đáp án B.
Một vật khối lưựng Ikg có thế năng 1J đối với mặt đất. Khi đó vật ỏ’ độ cao bằng bao nhiêu? Lấy g = 9,8m/s .
A. 0,102m.	B. Im.	c. 9,8m.	D. 32m.
Giải
Thế năng của vật được tính theo công thức:
w. 1 wt = mgh => h = —— -	= 0,102 (m).
mg 1.9,8
Vậy chọn đáp án A.
90	GBT Vật li 10 - •
Một vật khối lượng m gắn vào đầu một lò xo đàn hồi có độ cứng k, đầu kia cúa lò xo cố định. Khi lò xo bị nén lại một đoạn AI ( AI < 0) thì thế năng đàn hồi bằng bao nhiêu?
A. ịk(Al)2. B. ịkAl. C.-ịkAl. D.-ịk(Al)2.
2	2	2	2
Giải
Chọn đáp án A.
~k( Aỉ )2.
2
11N
Trong hình vẽ bên, hai vật cùng khôi lượng nằm ở hai vị trí M và N sao cho MN nằm ngang. So sánh thế năng tại M vả N.
Giai
Thố năng của vật tại M là:
WtM = mghy
Thê năng của vật tại N là:
WtN = mghN
Với hN > hy => WfM > WtN.
Lò xo có độ cứng k = 200N/m, một đầu cô định, đầu kia gắn với vật nhỏ. Khi lò xo bị nén 2cm thì thế năng đàn hồi cua hệ bằng bao nhiêu? Thế năng này có phụ thuộc vào khôi lượng của vật không?
Giải
Thế năng của lò xo khi bị nén 2cm là:
wt = ịk(AỈ)2 = 1200.(0,02)2
2	2
Vậy Wt = 0,04 (J) không phụ thuộc vào khối lượng m của vật treo vào lò xo.