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
Một quả bóng được thả rơi tự do từ độ cao 20 m so với mặt đất. Khi chạm đất, một phần cơ năng biến thành nhiệt năng nên quả bóng chỉ nảy lên theo phương thẳng đứng với độ cao 10 m. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định vận tốc của quả bóng khi chạm đất. Bỏ qua sức cản không khí.
Từ một đỉnh tháp cao 20 m, người ta ném thẳng đứng lên cao một hòn đá khối lượng 50 g với vận tốc đầu 18 m/s. Khi rơi chạm mặt đất, vận tốc của hòn đá bằng 20 m/s. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định công của lực cản do không khí tác dụng lên hòn đá.
Một lò xo có độ cứng 100 N/m được đặt trên mặt phẳng ngang : một đầu gắn cố định với giá đỡ, đầu còn lại gắn với một quả cầu khối lượng 40 g. Kéo quả cầu rời khỏi vị trí cân bằng của nó một đoạn 3 cm, rồi buông tay ra để nó chuyển động. Bỏ qua lực ma sát, lực cản không khí và khối lượng của lò xo. Xác định vận tốc của quả cầu khi nó về tới vị trí cân bằng.
Một ô tô khối lượng 1000 kg (mất phanh, tắt máy), trượt từ đỉnh xuống chân một đoạn đường dốc nghiêng AB dài 100 m và bị dừng lại sau khi chạy tiếp thêm một đoạn đường nằm ngang BC dài 35 m. Cho biết đỉnh dốc A cao 30 m và các mặt đường có cùng hệ số ma sát. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định :
a) Hệ số ma sát của mặt đường.
b) Động năng của ô tô tại chân dốc B.
c) Công của lực ma sát trên cả đoạn đường ABC.
Một lò xo có độ cứng 200 N/m được treo thẳng đứng : đầu trên gắn cố định với giá đỡ, đầu dưới gắn với quả cầu khối lượng 80 g. Kéo quả cầu rời khỏi vị trí cân bằng của nó một đoạn 5,0 cm xuống phía dưới, sau đó thả nhẹ để nó chuyển động. Xác định vận tốc của quả cầu khi nó về tới vị trí cân bằng.
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 *