Ở bài học trước chúng ta đã nghiên cứu về Động năng- là dạng năng lượng mà vật có được do chuyển động. Trong bài học mới này, chúng ta sẽ nghiên cứu về một dạng năng lượng khác , đó là dạng năng lượng tồn tại khi một vật đang ở một độ cao nào đó .
Dạng năng lượng này có đặc điểm gì khác so với động năng ? Nó phụ thuộc vào yếu tố nào? Biểu thức tính ra sao?
Để trả lời cho những câu hỏi trên, mời các em cùng nhau tìm hiểu nội dung của Bài 26: Thế năng. Chúc các em học tốt !
Xung quanh Trái Đất tồn tại một trọng trường. Biểu hiện của trọng trường là sự xuất hiện trọng lực tác dụng lên vật khối lượng m đặt tại một vị trí bất kì trong khoảng không gian có trọng trường.
Trong một khoảng không gian không rộng nếu gia tốc trọng trường \(\overrightarrow g \) tại mọi điểm có phương song song, cùng chiều, cùng độ lớn thì ta nói trong khoảng không gian đó trọng trường là đều.
Công thức trọng lực: \(\vec P = m\vec g\)
m: khối lượng của vật.
\(\vec g\): gia tốc trọng trường
a. Định nghĩa
Thế năng trọng trường 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
b. Biểu thức thế năng của trọng trường
Công của trọng lực : \(A = P.z = mgz\)
Theo định nghĩa: \({W_t} = A = mgz\)
Khi một vật khối lượng m đặt ở 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:
\({W_t} = mgz\)
Chú ý: Khi tính thế năng ta phải chọn mốc thế năng để tính độ cao z, ta chọn chiều dương hướng lên.
Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực có giá trị bằng hiệu thế năng trọng trường tại M và tại N.
Hệ quả : Trong quá trình chuyển động của một vật trong trọng trường : Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương. Ngược lại khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm
Khi một vật bị biến dạng thì nó có thể sinh công. Lúc đó vật có một dạng năng lượng gọi là thế năng đàn hồi.
Xét một lò xo độ cứng k, có chiều dài \({l_o}\) một đầu gắn vào đầu gắn vào một vật có khối lượng m đầu kia gắn cố định.
Khi chiều dài vật \(l = {l_o} + \Delta l\), lực đàn hồi tác dụng vào vật
\(\left| {\mathop F\limits^ \to } \right| = - k\left| {\mathop {\Delta l}\limits^ \to } \right|\)
Chọn chiều dương là chiều tăng chiều dài:
\(\mathop F\limits^ \to = - k\mathop {\Delta l}\limits^ \to \)
Công của lực đàn hồi đưa vật về vị trí lò xo không biến dạng:
\(A = \frac{1}{2}K{\left( {\Delta l} \right)^2}\)
Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
Thế năng đàn hồi của một lò xo có độ cứng k ở trọng thái có biến dạng \(\Delta l\) là :
\({W_t} = \frac{1}{2}k{\left( {\Delta l} \right)^2}\)
Lưu ý: Trong thế năng đàn hồi, ta cũng phải chọn mốc thế năng (khi không giãn) là vị trí mà từ đó ta tính được độ biến dạng của vật.
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 \(g = 10{\rm{ }}m/{s^2}\).
a) Tính thế năng của vật khi chọn gốc thế năng là đáy hố.
b) Cho vật rơi không vận tốc ban đầu, tìm vận tốc của vật khi chạm đáy hố. Bỏ qua sức cản của không khí.
c) Với gốc thế năng là mặt đất thì thế năng của vật khi nằm ở đáy hố bằng bao nhiêu?
a) Với gốc thế năng là đáy hố:
\(z = H{\rm{ }} + {\rm{ }}h = 25{\rm{ }}m,\)
\({W_t} = mgz = 250{\rm{ }}J.\)
b) Theo định luật bảo toàn cơ năng:
\(mg{z_1} + {\rm{ }}0,5m{v_1}^2 = mg{z_2} + {\rm{ }}0,5m{v_2}^2\)
Vì \({v_1} = 0{\rm{ }};{\rm{ }}{z_1} = z{\rm{ }};{\rm{ }}{z_2} = 0\) nên \(mgz = 0,5m{v_2}^2\)
\( \Rightarrow {\rm{ }}{v_2} = \sqrt {2gz} = 22,4{\rm{ }}m/s.\)
c) Với gốc thế năng ở mặt đất:
\(z = - {\rm{ }}h = - {\rm{ }}5{\rm{ }}m;\)
\({W_t} = mgz = - 50{\rm{ }}J.\)
Từ độ cao 180 m, người ta thả rơi một vật nặng không vận tốc ban đầu. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy \(g = 10{\rm{ }}m/{s^2}\) . Xác định:
a) Độ cao mà ở đó thế năng bằng động năng và tính vận tốc của vật ở độ cao đó.
b) Vận tốc của vật lúc chạm đất.
Chọn gốc thế năng ở mặt đất.
a) Vị trí mà thế năng bằng động năng:
\(mg{z_1} = mg{z_2} + {\rm{ }}0,5m{v_2}^2 = 2mg{z_2}\)
\( \Rightarrow {z_2} = \frac{{{z_1}}}{2} = 90{\rm{ }}m\)
\(mg{z_2} = 0,5m{v_2}^2\)
\( \Rightarrow {v_2} = {\rm{ }}42,4{\rm{ }}m/s.\)
b) Vận tốc của vật lúc chạm đất:
\(mg{z_1} = 0,5m{v_3}^2\)
\( \Rightarrow {v_3} = 60{\rm{ }}m/s.\)
Một vật nhỏ có khối lượng m=160 g gắn vào đầu của một lò xo đàn hồi có độ cứng k=100 N/m, khối lượng không đáng kể; đầu kia của của lò xo được giữ cố định. Tất cả nằm trên một mặt ngang không ma sát. Vật được đưa về vị trí mà tại đó lò xo dãn 5 cm. Sau đó vật được thả nhẹ nhàng. Dưới tác dụng của lực đàn hồi, vật bắt đầu chuyển động. Xác định vận tốc của vật khi:
a) Vật về tới vị trí lò xo không biến dạng.
b) Vật về tới vị trí lò xo dãn 3 cm.
Chọn mốc thế năng và gốc tọa độ tại vị trí lò xo không biến dạng, chiều dương của trục tọa độ trùng chiều lò xo dãn.
a) Tại vị trí lò xo không biến dạng:
\(0,5k{x_o}^2 = 0,5m{v_o}^2\)
\( \Rightarrow |{v_0}| = \sqrt {\frac{k}{m}} {\rm{ }}|{x_0}| = 1,25m/s = 125cm/s.\)
b) Tại vị trí lò xo dãn 3 cm:
\( \Rightarrow v = \sqrt {\frac{k}{m}\left( {x_o^2 - {x^2}} \right)} = 1{\rm{ }}m/s\)
Xem Video giải BT Bài 26 trang 141 SGK Vật lý 10 tại: javascript:;
Qua bài giảng Thế năng này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :
Phát biểu được định nghĩa trọng trường, trọng trường đều.
Viết được biểu thức trọng lực của một vật: \(\vec P\, = \,m\vec g\), trong đó \(\vec g\) là gia tốc của một vật chuyển động tự do trong trọng trường đều.
Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng trọng trường (hay thế năng hấp dẫn). Định nghĩa được khái niệm mốc thế năng.
Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của thế năng đàn hồi.
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 10 Bài 26 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Một vật nhỏ có khối lượng m=160 g gắn vào đầu của một lò xo đàn hồi có độ cứng k=100 N/m, khối lượng không đáng kể; đầu kia của của lò xo được giữ cố định. Tất cả nằm trên một mặt ngang không ma sát. Vật được đưa về vị trí mà tại đó lò xo dãn 5 cm. Sau đó vật được thả nhẹ nhàng. Dưới tác dụng của lực đàn hồi, vật bắt đầu chuyển động. Xác định vận tốc của vật khi vật về tới vị trí lò xo không biến dạng.
Lò xo có độ cứng k = 200 Nm, một đầu cố định đầu kia gắn với vật nhỏ. Khi bị lo xo nén 2 cm thì thế năng đàn hồi của hệ bằng bao nhiêu?
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?
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 10 Bài 26để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Bài tập 1 trang 141 SGK Vật lý 10
Bài tập 2 trang 141 SGK Vật lý 10
Bài tập 3 trang 141 SGK Vật lý 10
Bài tập 4 trang 141 SGK Vật lý 10
Bài tập 5 trang 141 SGK Vật lý 10
Bài tập 6 trang 141 SGK Vật lý 10
Bài tập 1 trang 167 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 2 trang 167 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 3 trang 167 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 4 trang 168 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 5 trang 168 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 1 trang 171 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 2 trang 171 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 26-27.1 trang 61 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.2 trang 61 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.3 trang 61 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.4 trang 62 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.5 trang 62 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.6 trang 62 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.7 trang 62 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.8 trang 62 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.9 trang 62 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.10 trang 62 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.11 trang 62 SBT Vật lý 10
Bài tập 26-27.12 trang 62 SBT Vật lý 10
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 10 DapAnHay
Một vật nhỏ có khối lượng m=160 g gắn vào đầu của một lò xo đàn hồi có độ cứng k=100 N/m, khối lượng không đáng kể; đầu kia của của lò xo được giữ cố định. Tất cả nằm trên một mặt ngang không ma sát. Vật được đưa về vị trí mà tại đó lò xo dãn 5 cm. Sau đó vật được thả nhẹ nhàng. Dưới tác dụng của lực đàn hồi, vật bắt đầu chuyển động. Xác định vận tốc của vật khi vật về tới vị trí lò xo không biến dạng.
Lò xo có độ cứng k = 200 Nm, một đầu cố định đầu kia gắn với vật nhỏ. Khi bị lo xo nén 2 cm thì thế năng đàn hồi của hệ bằng bao nhiêu?
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?
Từ độ cao 180 m, người ta thả rơi một vật nặng không vận tốc ban đầu. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy \(g = 10{\rm{ }}m/{s^2}\) . Xác định vận tốc của vật ở độ cao mà thế năng bằng động năng.
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 \(g = 10{\rm{ }}m/{s^2}\). Với gốc thế năng là mặt đất thì thế năng của vật khi nằm ở đáy hố bằng bao nhiêu?
Một thang máy có khối lượng 1 tấn chuyển động từ tầng cao nhất cách mặt đất 100m xuống tầng thứ 10 cách mặt đất 40 m. Lấy g = 10 m/s2. Nếu chọn gốc thế năng tại tầng 10, thì thế năng của thang máy ở tầng cao nhất là
Một lò xo có độ cứng k = 200 N/m, bị nén ngắn lại 10 cm so với chiều dài tự nhiên ban đầu. Chọn mốc thế năng tại vị trí ban đầu. Thế năng đàn hồi của lò xo là
Một người kéo một lực kế, số chỉ của lực kế là 400 N, độ cứng của lò xo lực kế là 1000 N/m. Công do người thực hiện bằng
Cho một lò xo đàn hồi nằm ngang ở trạng thái ban đầu không bị biến dạng. Khi tác dụng một lực 3 N kéo lò xo theo phương ngang ta thấy nó dãn được 2 cm. Thế năng đàn hồi của lò xo có giá trị bằng
Một lò xo treo thẳng đứng có độ cứng 10 N/m và chiều dài tự nhiên 10 cm. Treo vào đầu dưới của lò xo một quả cân khối lượng 100 g, lấy g = 10 m/s2, bỏ qua khối lượng của lò xo. Giữ quả cân ở vị trí sao cho lò xo có chiều dài 5 cm thì thế năng tổng cộng của hệ (lò xo – quả nặng) với mốc thế năng tại vị trí cân bằng là
Nêu định nghĩa và ý nghĩa của thế năng trọng trường, thế năng đàn hồi.
Khi một vật từ độ cao z, với cùng vận tốc đầu, bay xuống đất theo những con đường khác nhau thì
A. Độ lớn vận tốc chạm đất bằng nhau.
B. Thời gian rơi bằng nhau.
C. Công của trọng lực bằng nhau.
D. Gia tốc rơi bằng nhau.
Hãy chọn câu sai.
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?
A. 0,102 m. B. 1,0 m.
C. 9,8 m. D. 32 m.
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 \(\Delta l (\Delta l < 0)\) thì thế năng đàn hồi bằng bao nhiêu?
A. \(+\frac{1}{2}k(\Delta l)^2\). B. \(\frac{1}{2}k(\Delta l)\).
C. \(-\frac{1}{2}k(\Delta l)\). D. \(-\frac{1}{2}k(\Delta l)^2\).
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 N.
Lò xo có độ cứng k = 200 Nm, một đầu cố định đầu kia gắn với vật nhỏ. Khi bị lo xo nén 2 cm thì thế năng đàn hồi của hệ bằng bao nhiêu? Thế năng này có phụ thuộc khối của vật không?
Chọn câu sai
A. Thế năng của một vật tại một vị trí trong trọng trường phụ thuộc cả vào vận tốc của nó tại vị trí đó.
B. Công dương do trọng lực thực hiện bằng độ giảm thế năng của vật trong trọng trường.
C. Thế năng được xác định sai kém một hằng số cộng, nhưng hằng số này không làm thay đổi độ giảm thế năng khi trọng lực thực hiện công
D. Thế năng của một vật trong trọng trường thực chất cũng là thế năng của hệ kín gồm vật và trái đất.
Dưới tác dụng của trọng lực, một vật có khối lượng m trượt không ma sát từ trạng thái nghỉ trên một mặt phẳng nghiêng có chiều dài BC = l và độ cao BD = h (hình 35.6). Hãy tính công do trọng lực thực hiện khi vật di chuyển từ B đến C và chứng tỏ công này chỉ phụ thuộc sự chênh lệch độ cao giữa hai điểm B và C.
Trong công viên giải trí, một xe có khối lượng m = 80kg chạy trên đường ray có mặt cắt như hình 35.7. Độ cao của các điểm A, B, C, D, E được tính đối với mặt đất và có các giá trị: zA = 20m, zB = 10m, zC = 15m, zD = 5m, zE = 18m. Tính độ biến thiên thế năng của xe trong trọng trường khi nó di chuyển:
a) Từ A đến B
b) Từ B đến C
c) Từ A đến D
d) Từ A đến E
Hãy cho biết công mà trọng lực thực hiện trong mỗi quá trình đó là dương hay âm
Một cần cẩu nâng một contenơ có khối lượng 3000kg từ mặt đất lên độ cao 2m (tính theo di chuyển của trọng tâm contenơ), sau đó đổi hướng và hạ nó xuống sàn một ô tô tải ở độ cao cách mặt đất 1,2m (hình 35.8).
a) Tìm thế năng của contenơ trong trọng trường khi nó ở độ cao 2m. Tính công của lực phát động (lực căng của dây cáp) để nâng nó lên độ cao này.
b) Tìm độ biến thiên thế năng khi contenơ hạ từ độ cao 2m xuống sàn ô tô. Công của trọng lực có phụ thuộc cách di chuyển contenơ giữa hai vị trí đó hay không? Tại sao?
Một buồng cáp treo chở người với khối lượng tổng cộng 800kg đã từ vị trí xuất phát cách mặt đất 10m tới một trạm dừng trên núi ở độ cao 550m, sau đó lại đi tiếp tới một trạm khác ở độ cao 1300m.
a) Tìm thế năng trọng trường của vật tại vị trí xuất phát và tại các trạm dừng
- Lấy mặt đất làm mức không
- Lấy trạm dừng thứ nhất làm mức không
b) Tính công do trọng lực thực hiện khi buồng cáp treo di chuyển:
- Từ vị trí xuất phát tới trạm dừng thứ nhất
- Từ trạm dừng thứ nhất tới trạm dừng thứ hai
c) Công này có phụ thuộc việc chọn mức như câu (a) không ?
Cho một lò xo nằm ngang ở trạng thái ban đầu không bị biến dạng. Khi tác dụng một lực F= 3N kéo lò xo cùng theo phương nằm ngang, ta thấy nó dãn được 2cm.
a) Tìm độ cứng của lò xo.
b) Xác định giá trị thế năng đàn hồi của lò xo khi nó dãn được 2cm
c) Tính công do lực đàn hồi thực hiện khi lò xo được kéo dãn thêm từ 2cm đến 3,5cm. công này dương hay âm? Giải thích ý nghĩa. Bỏ qua mọi lực cản
Giữ một vật khối lượng 0,25kg ở đầu một lò xo đặt thẳng đứng với trạng thái ban đầu chưa bị biến dạng. ấn cho vật đi xuống làm lò xo bị biến dạng một đoạn 10cm. Tìm thế năng tổng cộng của hệ vật – lò xo tại vị trí này. Lò xo có độ cứng 500N/m và bỏ qua khối lượng của nó. Cho g = 10m/2 và chọn mức không của lò xo tại vị trí lò xo không biến dạng
Một tảng đá khối lượng 50 kg đang nằm trên sườn núi tại vị trí M có độ cao 300 m so với mặt đường thì bị lăn xuống đáy vực tại vị trí N có độ sâu 30 m. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định thế năng của tảng đá tại các vị trí M và N :
a) khi chọn gốc thế năng là mặt đường.
A. 15 kJ ;-15 kJ.
B. 150 kJ ; -15 kJ.
C. 1500 kJ ; 15 kJ.
D. 150 kJ ; -150 kJ.
b) khi chọn gốc thế năng là đáy vực.
A. 165 kJ ; 0 kJ.
B. 150 kJ ; 0 kJ.
C. 1500 kJ ; 15 kJ.
D. 1650 kJ ; 0 kJ.
Một cần cẩu nâng một vật khối lượng 400 kg lên đến vị trí có độ cao 25 m so với mặt đất. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định công của trọng lực khi cần cẩu di chuyển vật này xuống phía dưới tới vị trí có độ cao 10 m.
A. 100 kJ.
B. 75 kJ.
C. 40 kJ.
D. 60 kJ.
Từ độ cao 5,0 m so với mặt đất, người ta ném một vật khối lượng 200 g thẳng đứng lên cao với vận tốc đầu là 2 m/s. Bỏ qua lực cản của không khí. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định cơ năng của vật tại vị trí cao nhất mà vật đạt tới.
A. 8,0 J.
B. 10,4J.
C.4, 0J.
D. 16 J.
Người ta móc một vật nhỏ vào đầu một lò xo có độ cứng 250 N.m, đầu kia của lò xo gắn cố định với giá đỡ. Xác định thế năng đàn hồi của lò xo khi lò xo bị nén lại một đoạn 2,0 cm.
A. 50 mJ. B. 100 mJ.
C. 80 mJ. D. 120 mJ.
Một con cá heo trong khi nhào lộn đã vượt khỏi mặt biển tới độ cao 5 m. Nếu coi cá heo vượt lên khỏi mặt biển được chỉ nhờ động năng của nó có vào lúc rời mặt biển và lấy g = 10 m/s2 thì vận tốc của cá heo lúc rời mặt biển là
A. 10 m/s
B. 7,07 m/s
C. 100 m/s
D. 50 m/s
Một vật khối lượng 100 g được ném thẳng đứng từ độ cao 5,0 m lên phía trên với vận tốc đầu là 10 m/s. Bỏ qua lực cản của không khí. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định cơ năng của vật tại vị trí của nó sau 0,50 s kể từ khi chuyển động.
Một vật khối lượng 10 kg trượt 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. Xác định công của lực ma sát trên mặt dốc này.
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *