Bài tập file word Vật lí 10 kết nối Bài 23: Năng lượng. Công cơ học

BÀI  23: NĂNG LƯỢNG. CÔNG CƠ HỌC

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Nêu ví dụ về năng lượng cơ học.

Trả lời:

Năng lượng cơ học có thể là năng lượng chuyển động của vật (đối với đối tượng di chuyển) hoặc năng lượng tiềm năng (đối với đối tượng nằm ở độ cao).

Câu 2: Làm thế nào công cơ học liên quan đến năng lượng?

Trả lời:

Công cơ học nghiên cứu về cách năng lượng được chuyển đổi và tận dụng trong các quá trình cơ học.

Câu 3: Tại sao năng lượng được xem là một đại lượng bảo toàn?

Trả lời:

Năng lượng không thể tạo ra hoặc mất đi mà không được chuyển đổi.

Câu 4: Giải thích tại sao năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng.

Trả lời:

Năng lượng mặt trời không làm ô nhiễm môi trường và không giới hạn.

Câu 5: Tại sao cần phải tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng trong công nghiệp?

Trả lời:

Tối ưu hóa giúp giảm lượng năng lượng tiêu thụ và giảm tác động tiêu cực đến môi trường.

2. THÔNG HIỂU

Câu 6: Phân tích cách năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng trong các tấm pin mặt trời.

Trả lời:

Mô tả quy trình chuyển đổi từ năng lượng mặt trời thành năng lượng điện.

Câu 7: Xây dựng một thiết bị sử dụng năng lượng tái tạo và giải thích nguyên tắc hoạt động của nó.

Trả lời:

Ví dụ, một đèn sạc bằng năng lượng mặt trời có thể được xây dựng để minh họa nguyên tắc này.

Câu 8: Xây dựng mô hình đơn giản của một cỗ máy nhiệt và mô phỏng cách nó chuyển đổi năng lượng.

Trả lời:

Sử dụng vật liệu đơn giản như ống nước và đèn để minh họa nguyên tắc hoạt động.

Câu 9: Tính toán năng lượng mà một đèn LED tiêu thụ trong một khoảng thời gian.

Trả lời:

Sử dụng công thức E = PtE=Pt để tính toán năng lượng dựa trên công suất và thời gian.

Câu 10: Tác dụng lực không đổi 150N theo phương hợp với phương ngang góc 30^o vào vật khối lượng 80kg làm vật chuyển động được quãng 20m. Tính công của lực tác dụng.

Trả lời:

A = F.s.cosα = 150.20.cos30^o = 2598(J)

3. VẬN DỤNG

Câu 11: So sánh hiệu suất của các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.

Trả lời:

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và ưu nhược điểm của từng nguồn.

Câu 12: Thiết kế một hệ thống sử dụng năng lượng tái tạo để cung cấp điện cho một ngôi nhà.

Trả lời:

Xây dựng một kế hoạch sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.

Câu 13: Ô tô 2 tấn chuyển động thẳng nhanh dần đều từ vị trí đứng yên sau khi đi được 200m đạt vận tốc 20m/s. Biết hệ số ma sát là 0,2 tính công lực phát động và lực ma sát, cho g = 10m/s²

Trả lời:

m = 2000kg; s = 200m; v_o = 0; v = 20m/s; µ = 0,2; g = 10m/s²

Giải

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe

v² – v_o² = 2as = > a = 1(m/s²)

F_ms = µ.N = µ.mg = 4000N

áp dụng định luật II Newton theo phương ngang

F_K – F_ms = ma = > F_K = F_ms + ma = 6000 (N)

A_F = F_K.s = 6000.200 = 1,2.10⁶ (J)

A_Fms = -F_ms.s = 4000.200 = 0,8.10⁶(J)

Câu 14: Một thang máy khối lượng m = 800kg chuyển động thẳng đứng lên cao 10m. Tính công của động cơ để kéo thang máy đi lên khi:

a/Thang máy đi lên đều.

b/Thang máy đi lên nhanh dần đều với gia tốc 1m/s². Lấy g = 10m/s².

Trả lời:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động đi lên của thang máy

a/ Thang máy đi lên đều

= > F_K = P = m.g = 800.10 = 8000 (N)

A_F = F.s = 8000.10 = 80000 (J)

b/ Thang máy đi lên nhanh dần đều:

F_K – P = ma = > F_K = P + ma = 8800 (N)

A_F = F.s = 8.800.10 = 88000(J)

Câu 15: Một vật 1,5kg trượt từ đỉnh với vận tốc ban đầu 2m/s xuống chân dốc nghiêng một góc 30^o so với phương ngang. Vật đạt vận tốc 6m/s khi đến chân dốc, Biết dốc dài 8m. Lấy g = 10m/s². Tính:

a/Công của trọng lực.

b/Công của lực ma sát.

c/ Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng.

Trả lời:

m = 1,5kg; α = 30^o; g = 10m/s²;

v_o = 2m/s; v = 6m/s; s = 8m

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật

v² – v_o² = 2as = > a = 2m/s²

Áp dụng định luật II Newton theo phương của mặt phẳng nghiêng

Psinα – F_ms = ma = > F_ms = mg.sinα – ma = 4,5(N)

a/ A_P = Psinα.s = 60(J)

b/ A_Fms = -F_ms.s = -36 (J)

c/ F_ms = µ.N = µ.Pcosα = µ.m.g.cosα = > µ = 0,346

Câu 16: Vật m = 5kg được thả rơi từ độ cao h = 4m xuống một hồ nước sâu 2m. Tính công của trọng lực khi vật rơi tới đáy hồ.

Trả lời:

A = mg(h+h’) = 300J

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 17: Cho hệ như hình vẽ

α = 30^o; m₁ = 1kg; m₂ = 2kg. Tính công của trọng lực của hệ thống khi m₁ đi lên không ma sát trên mặt phẳng nghiêng được quãng đường 1m

Trả lời:

Khi m1 đi lên quảng đường s = 1m trên mặt phẳng nghiên thì m2 đi xuống thẳng đứng một quảng đường cũng bằng s (hình vẽ)

Ta có:

h₁ = s.sinα = 1.0,5 = 0,5m; h₂ = s = 1m

Công của trọng lực của hệ thống: A = A₁ + A₂

• A = -m₁gh₁ + m₂gh₂ = -1.10.0,5 + 2.10.1 = 15J

Câu 18: Lò xo có độ cứng k = 50N/m. Tính công của lực đàn hồi của lò xo khi nó dãn thêm 10cm từ

a/ Chiều dài tự nhiên

b/ Vị trí đã dãn 10cm

c/ Vị trí đang nén 10cm

Trả lời:

Công của lực đàn hồi A = 0,5k(x₁² – x₂²)

Chọn gốc thế năng tại vị trí lò xo có độ dài ban đầu, chiều dương hướng xuống

a/ x₁ = 0; x₂ = 0,1m = > A₁ = -0,25J

b/ x₁ = 0,1m; x₂ = 0,1 + 0,1 = 0,2m = > A₂ = -0,75J

c/ x₁ = -0,1m; x₂ = 0 = > A₃ = 0,25J

Nhận xét A₁< 0; A₂ < 0 = > hệ nhận công = > để lò xo dãn phải cung cấp năng lượng cho hệ

A₃ > 0 = > hệ sinh công = > lò xo khi bị nén sẽ tự sinh ra năng lượng để làm lò xo dãn.

Câu 19: Khi một lò xo nhẹ, đầu trên cố định, đầu dưới treo một đĩa cân khối lượng 100g thì lò xo có chiều dài 10cm. Đặt thêm lên một đĩa cân vật khối lượng 200g lò xo dãn thêm và có chiều dài 14cm so với vật ở vị trí cân bằng. Tính công của trọng lực và lực đàn hồi của lò xo khi lò xo dãn thêm.

Trả lời:

L_o: chiều dài tự nhiên của lò xo

L₁: chiều dài của lò xo khi treo vật m₁

L₂: chiều dài của lò xo khi thêm vật m₂

Công của trọng lực khi thêm vật m₂

A_p = (m₁ + m₂)gh = (m₁ + m₂)g(L₂ – L₁) = 0,12J

m₁g = k(L₁ – L_o) (1)

(m₁ + m₂)g = k(L₂ – L_o) (2)

Từ (1) và (2) = > k = 50N/m

= > x₁ = L₁ – L_o = 0,02m

x₂ = L₂ – L_o = 0,06m

Công của lực đàn hồi

A_đh = 0,5k(x₁² – x₂²) = -0,08J

Câu 20: Một vật m = 100g trượt không vận tốc đầu từ đỉnh xuống chân một mặt phẳng nghiêng dài L = 2m, chiều cao h = 0,4m. Vận tốc ở chân mặt phẳng nghiêng là 2m/s. Tính công của lực ma sát.

Trả lời:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật

Gia tốc của vật a = v_B²/2L = 1m/s²

Theo định luật II Newton = > mgsinα – F_ms = ma = > F_ms = m(gsinα – a)

A_Fms = – F_msL = -0,2J