Bài Tập Định Luật Bảo Toàn Năng Lượng Lớp 10
Định luật bảo toàn năng lượng là một trong những khái niệm cơ bản và quan trọng nhất trong vật lý lớp 10. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức trọng tâm về định luật này, kèm theo các bài tập vận dụng và lời giải chi tiết để bạn tự tin chinh phục mọi bài kiểm tra.
Định luật bảo toàn năng lượng là gì?
Định luật bảo toàn năng lượng phát biểu rằng: Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi. Nó chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác. Nói cách khác, tổng năng lượng của một hệ kín luôn được bảo toàn.
Các dạng năng lượng thường gặp
Trong chương trình vật lý lớp 10, chúng ta thường gặp các dạng năng lượng sau:
- Động năng: Năng lượng của một vật do chuyển động của nó.
- Thế năng: Năng lượng của một vật do vị trí của nó trong trường lực.
- Thế năng trọng trường: Năng lượng của một vật do vị trí của nó trong trường hấp dẫn.
- Thế năng đàn hồi: Năng lượng của một vật bị biến dạng đàn hồi như lò xo.
- Cơ năng: Tổng của động năng và thế năng của một vật.
Công thức tính toán
- Động năng: Wđ = 1/2mv² (m: khối lượng vật, v: vận tốc vật)
- Thế năng trọng trường: Wt = mgh (m: khối lượng vật, g: gia tốc trọng trường, h: độ cao của vật so với mốc thế năng)
- Thế năng đàn hồi: Wt = 1/2kx² (k: độ cứng lò xo, x: độ biến dạng của lò xo)
- Cơ năng: W = Wđ + Wt
Bài tập vận dụng định luật bảo toàn năng lượng lớp 10
Bài tập 1: Một vật có khối lượng 2kg được ném thẳng đứng lên cao từ mặt đất với vận tốc đầu 10m/s. Lấy g = 10m/s². Bỏ qua sức cản của không khí.
a) Tính cơ năng của vật tại vị trí ném.
b) Tìm độ cao cực đại mà vật đạt được.
c) Tính vận tốc của vật khi vật ở độ cao bằng 1/2 độ cao cực đại.
Lời giải:
a) Tại vị trí ném, thế năng của vật bằng 0 (Wt = 0).
Cơ năng của vật tại vị trí ném chính bằng động năng của vật:
W = Wđ = 1/2mv² = 1/2 2 10² = 100 (J)
b) Tại độ cao cực đại, vận tốc của vật bằng 0 (v = 0) nên động năng của vật bằng 0 (Wđ = 0).
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có:
W = Wt = mgh => h = W/mg = 100/(2*10) = 5 (m)
c) Tại độ cao h’ = h/2 = 2.5m, gọi vận tốc của vật là v’.
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có:
W = Wđ’ + Wt’ = 1/2mv’² + mgh’
=> 100 = 1/2 2 v’² + 2 10 2.5
=> v’ = 5√2 (m/s)
Bài tập 2: Một vật có khối lượng 1kg trượt không vận tốc đầu từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng dài 10m, nghiêng góc 30° so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt phẳng nghiêng là 0.1. Lấy g = 10m/s².
a) Tính vận tốc của vật khi đến chân mặt phẳng nghiêng.
b) Tính công của lực ma sát.
Lời giải:
a) Gọi vận tốc của vật khi đến chân mặt phẳng nghiêng là v.
Độ cao của vật so với chân mặt phẳng nghiêng: h = lsin(α) = 10sin(30°) = 5m
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có:
W1 = W2 + A(ms)
(W1: cơ năng tại đỉnh mặt phẳng nghiêng, W2: cơ năng tại chân mặt phẳng nghiêng, A(ms): Công của lực ma sát)
=> mgh = 1/2mv² + μmgcos(α)l
=> 1 10 5 = 1/2 1 v² + 0.1 1 10 cos(30°) * 10
=> v ≈ 8.7 m/s
b) Công của lực ma sát:
A(ms) = μmgcos(α)l = 0.1 1 10 cos(30°) * 10 ≈ 8.66 (J)
Giải bài tập định luật bảo toàn năng lượng
Các lưu ý khi giải bài tập định luật bảo toàn năng lượng
- Chọn mốc thế năng sao cho việc tính toán đơn giản nhất.
- Xác định đầy đủ các lực tác dụng lên vật và phân tích xem lực nào sinh công, lực nào không sinh công.
- Khi tính toán cần chú ý đến đơn vị của các đại lượng.
Kết luận
Định luật bảo toàn năng lượng là một công cụ mạnh mẽ để giải quyết các bài toán vật lý. Việc nắm vững định luật này sẽ giúp bạn giải quyết được nhiều bài toán phức tạp một cách nhanh chóng và chính xác. Hãy luyện tập thường xuyên để nâng cao kỹ năng giải bài tập của mình!
Câu hỏi thường gặp
1. Khi nào cơ năng của vật được bảo toàn?
Cơ năng của vật được bảo toàn khi vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi. Trong trường hợp có lực ma sát, cơ năng của vật không được bảo toàn.
2. Thế năng có giá trị âm được không?
Có. Giá trị của thế năng phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng. Nếu vật ở vị trí thấp hơn mốc thế năng thì thế năng của vật có giá trị âm.
3. Làm thế nào để phân biệt động năng và thế năng?
Động năng là năng lượng do vật chuyển động, còn thế năng là năng lượng do vị trí của vật trong trường lực.
Các câu hỏi khác bạn có thể quan tâm
Bạn cần hỗ trợ?
Nếu bạn cần giải đáp thêm bất kỳ thắc mắc nào về định luật bảo toàn năng lượng hoặc các vấn đề liên quan đến Luật Game, hãy liên hệ với chúng tôi:
Số Điện Thoại: 0903883922
Email: [email protected]
Hoặc đến địa chỉ: Đoàn Thị Điểm, An Lộc, Bình Long, Bình Phước, Việt Nam.
Chúng tôi có đội ngũ chăm sóc khách hàng 24/7 sẵn sàng hỗ trợ bạn!
