Bài tập file word Vật lí 10 kết nối Bài 25: Động năng, thế năng

BÀI 25: ĐỘNG NĂNG, THẾ NĂNG

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Định nghĩa động năng và thế năng.

Trả lời:

Động năng là năng lượng do vật thực hiện chuyển động, thế năng là năng lượng do vị trí của vật trong môi trường.

Câu 2: Liệt kê các loại năng lượng khác nhau mà em biết.

Trả lời:

Động năng, thế năng, năng lượng nhiệt, năng lượng hạt nhân, năng lượng hóa học.

Câu 3: Động năng được tính bằng biểu thức:

Trả lời:

Câu 4: Điền từ thích hợp vào ô trống: “Động năng là đại lượng…, có thể … hoặc bằng không”

Trả lời:

Vô hướng – dương

2. THÔNG HIỂU

Câu 5: Giải thích mối quan hệ giữa động năng và thế năng trong một hệ thống đóng.

Trả lời:

Khi động năng tăng, thế năng giảm và ngược lại để duy trì tổng năng lượng không đổi.

Câu 6: Tại sao một quả cầu đang lăn trên một sườn núi sẽ có tốc độ ngày càng tăng?

Trả lời:

Vì động năng được chuyển đổi từ thế năng khi quả cầu giảm độ cao.

Câu 7: Tại sao năng lượng không bao giờ mất đi mà chỉ chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác?

Trả lời:

Theo định luật bảo toàn năng lượng, tổng năng lượng trong hệ thống luôn giữ nguyên.

Câu 8: Tại sao năng lượng hạt nhân được coi là nguồn năng lượng sạch?

Trả lời:

Không gây ra lượng lớn khí nhà kính hay ô nhiễm môi trường như năng lượng hóa học.

3. VẬN DỤNG

Câu 9: Cần công bao nhiêu để 1 chiếc xe tô nặng 1,5 tấn tăng tốc từ 20m/s lên 30m/s? Tinh lực cần thiết để thực hiện công đó nếu xe tăng tốc trên đoạn đường 3m.

Trả lời:

Áp dụng định lý động năng:

Lực cần thực hiện công đó:

Câu 10: Một ô tô có khối lượng 1600kg đang chạy với tốc độ 80km/h thì người lái xe nhìn thấy một vật cản trước mặt cách khoảng 15m. Người đó tắt máy và hãm phanh khẩn cấp với lực hãm không đổi là 1,2.10⁴N. Xe có kịp dừng trước khi đâm vào vật cản đó không?

Trả lời:

Đổi vận tốc: v = 80 km/h = 22,22 m/s

Áp dụng định lý động năng:

Xe phải đi thêm 32,9m mới dừng lại. Do đó xe không tránh khỏi vật cản

Câu 11: Một chiếc xe trượt tuyết chở một em bé có khối lượng tổng cộng 30kg được kéo từ trạng thái nghỉ trên một đoạn đường nằm ngang dài 20m bằng một lực có độ lớn không đổi bằng 300N và có phương hợp với độ dịch chuyển một góc 30, hệ số ma sát của xe với đường là 0,3. Vận tốc của xe ở cuối đoạn đường là bao nhiêu?

Trả lời:

Lực ma sát tác dụng lên xe: F_ms = μ.N = μmg = 30.9,8.0,3 = 88,2 N

Công tác dụng lên vật:

A = A_F + A_Fms = F.s.cosα – F_ms.s = 300.20.cos30^o – 88,2.20 = 3432,15J

Áp dụng định lý động năng: :

Câu 12: Đỉnh Phan Xi Păng là đỉnh núi cao nhất Việt Nam ở độ cao 3147m. Một người và hành lý có khối lượng 75 kg xuất phát từ thành phố Sa Pa ở độ cao 1600m đi chinh phục đỉnh Phan Xi Păng. Tính thế năng của người đó khi ở đỉnh núi và công của trọng lực khi người đó leo núi. Tùy chọn gốc thế năng.

Trả lời:

Chọn gốc thế năng là ở mặt đất

Thế năng của người khi ở đỉnh Phan Xi Păng: Wt = mgh = 75.9,8.3147 = 2,31.10⁶J

Công của trọng lực:

A = _{Wt phan xi păng} – _{Wt sapa} = mgh_{phan xi păng} – mgh_sapa = 75.9,8.(3147 – 1600) = 1,4.10⁶J

Câu 13: Một chiếc xe có khối lượng 300 kg trượt đều từ vị trí A xuống vị trí C như hình vẽ. Bỏ qua ma sát. Xác định thế năng của xe tại điểm A, B và C. Tính công mà chiếc xe thực hiện khi di chuyển từ A đến B và từ A đến C.

1. Chọn điểm C làm gốc thế năng
2. Chọn điểm B làm gốc thế năng

Trả lời:

300. Thế năng tại A: W_tA = mgh_A = 300.9,8.30 = 88,2.10³ J

Thế năng tại B: W_tB = mgh_B = 300.9,8.15 = 44,1.10³ J

Thế năng tại C: W_tC = mgh_C = 300.9,8.0 = 0 J

Công đi từ A đến B: A = W_tA – W_tB = 88,2.10³ – 44,1.10³ = 44,1.10³ J

Công đi từ A đến C: A = W_tA – W_tC = 88,2.10³ – 0 = 88,2.10³ J

300. Thế năng tại A: W_tA = mg(h_A – h_B) = 300.9,8.(30 – 15) = 44,1.10³J

Thế năng tại B: W_tB = mg(h_B – h_B) = 0 J

Thế năng tại C: W_tC = mg(h_C – h_B) = 300.9,8.(0 – 15) = - 44,1.10³J

Công đi từ A đến B: A = W_tA – W_tB = 44,1.10³ – 0 = 44,1.10³ J

Công đi từ A đến C: A = W_tA – W_tC = 44,1.10³ – ( -44,1.10³)= 88,2.10³ J

Câu 14: Một vật có khối lượng 0,2 kg được phóng thẳng đứng từ mặt đất với vận tốc 10 m/s.Lấy g = 10 m/s².Bỏ qua sức cản. Hỏi khi vật đi được quãng đường 8 m thì động năng của vật có giá trị bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Khi vật đạt đến độ cao cực đại thì vận tốc bằng 0.

Ta có:

⇒ Vật đã đi lên đến độ cao cực đại và rơi xuống 3m so với vị trí này.

Vận tốc của vật khi đi được 8 m là v₁.

v₁² - v² = 2gs ⇔ v₁² = v² + 2gs = 60.

⇒ Động năng của vật tại đó là: W_đ = (1/2) mv₁² = 6 J

Câu 15: Một vật có khối lượng 500 g rơi tự do từ độ cao z = 100 m xuống đất, lấy g = 10 m/s². Động năng của vật tại độ cao 50 m so với mặt đất bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Vận tốc của vật tại độ cao 50 m là v.

Ta có: v² - v₀² = 2gh ⇔ v² = v₀² + 2gh = 0² + 2.10.50 = 1000.

⇒ Động năng của vật tại vị trí đó là: W_đ = (1/2) mv² = 250 J.

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 16: Một viên đạn có khối lượng 14 g bay theo phương ngang với vận tốc 400 m/s xuyên qua tấm gỗ dày 5 cm, sau khi xuyên qua gỗ, đạn có vận tốc 120 m/s. Tính lực cản trung bình của tấm gỗ tác dụng lên viên đạn.

Trả lời:

Độ biến thiên động năng của viên đạn khi xuyên qua tấm gỗ là:

Theo định lí biến thiên động năng:

A_c = ΔW_đ = F_c.s = - 1220,8

Dấu trừ chỉ lực cản.

Câu 17: Một ôtô có khối lượng 1100 kg đang chạy với vận tốc 24 m/s.

1. Độ biến thiên động năng của ôtô bằng bao nhiêu khi vận tốc hãm là 10 m/s?
2. Tính lực hãm trung bình trên quãng đường ôtô chạy 60 m.

Trả lời:

Độ biến thiên động năng của ô tô là:

Theo định lí biến thiên động năng:

A_c = ΔW_đ = F_c.s = - 261800

Dấu trừ để chỉ lực hãm.

Câu 18: Một xe có khối lượng m = 2 tấn chuyển động trên đoạn AB nằm ngang với vận tốc không đổi v = 6 km/h. Hệ số ma sát giữa xe và mặt đường là μ = 0,2, lấy g = 10 m/s².

1. Tính lực kéo của động cơ.
2. Đến điểm B thì xe tắt máy và xuống dốc BC nghiêng góc 30° so với phương ngang, bỏ qua ma sát. Biết vận tốc tại chân C là 72 km/h. Tìm chiều dài dốc BC.
3. Tại C xe tiếp tục chuyển động trên đoạn đường nằm ngang CD và đi thêm được 200 m thì dừng lại. Tìm hệ số ma sát trên đoạn CD.

Trả lời:

1. Vì xe chuyển động với vận tốc khống đổi là 6 km/h nên ta có:

F_k = F_ms = μmg = 0,2.2.10³.10 = 4000 N.

1. Theo định lí biến thiên động năng, ta có:

Vì A_N = 0 nên  = A_P = m.g.BC.sinα

1. Gia tốc trên đoạn CD.

Ta có: v_D² - v_C² = 2.a.CD ⇔ 

Mặt khác: F_ms = - ma ⇔ μ.m.g = - m.a ⇔ 

Câu 19: Dưới tác dụng của một lực không đổi nằm ngang, một xe đang đứng yên sẽ chuyển động thẳng nhanh dần đều đi hết quãng đường s = 5 m đạt vận tốc v = 4 m/s. Xác định công và công suất trung bình của lực, biết rằng khối lượng xe m = 500 kg, hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường nằm ngang μ = 0,01. Lấy g = 10 m/s².

Trả lời:

Các lực tác dụng lên xe là: F→, F_ms→, N→, P→

Theo định luật II Newton, ta có:

    F→ + F_ms→ + N→ + P→ = m a→

Trên Ox:

Công của trọng lực: A = F.s = 

Công suất trung bình của xe là:

Vì v = at nên 

Câu 20: Ôtô khối lượng 1 tấn, ban đầu chuyển động trên đoạn đường AB = 100m nằm ngang, vận tốc xe đều từ 0 đến 36 km/h. Biết lực cản trên đoạn đường AB bằng 10% trọng lượng xe.

1. Tính công của động cơ, công suất trung bình và lực kéo của động cơ.
2. Sau đó xe tắt máy, hãm phanh và đi xuống dốc BC dài 100 m, cao 10 m. Biết vận tốc của xe ở chân dốc là 7,2 km/h. Tính công của lực cản và lực cản trung bình tác dụng lên xe trên đoạn đường BC.

Trả lời:

1. v₀= 0, v_B= 10 m/s

Theo định lí biến thiên động năng, ta có:

A_F + A_Fc = ΔW_đ = 0,5 mv².

⇔ A_F + F_c.AB = 0,5 mv² ⇔ A_F - 0,1 mgAB = 0,5 mv².

⇔ A_F = 60 kJ.

Lực kéo F = A_F/AB = 600 N.

Gia tốc  ⇒ t = v/a = 20s.

⇒ Công suất trung bình P = A_F/t = 3 kW.

1. Áp dụng định lí động năng cho vật chuyển động theo phương song song với mặt phẳng nghiêng:

A_P + A_Fc = ΔW_đ = 0,5m( v₂² - v² ).

⇔ mgh + A_Fc = 0,5m( v₂² - v² )

⇔ A_Fc = - 148 kJ.

Lực cản trung bình: