I. Lý thuyết cần nắm để giải bài tập vật lý 10 trang 141 SGK
1. Thế năng trọng trường
a) Trọng trường
Trọng trường là trường hấp dẫn xung quanh Trái Đất.
Biểu hiện của trọng trường là sự xuất hiện của trọng lực tác dụng lên vật có khối lượng m đặt tại một vị trí bất kỳ trong không gian có trọng trường.
Biểu thức: P = mg
Nếu xét trong khoảng không gian không không quá rộng thì trọng trường trong khoảng không gian đó là trọng trường đều.
b) 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. Nếu chọn thế năng tại mặt đất thì thế năng trọng trường của một vật có khối lượng m đặt tại độ cao z là:
c) Tính chất
– Là đại lượng vô hướng.
– Có giá trị dương, âm hoặc bằng không, phụ thuộc vào vị trí chọn làm gốc thế năng.
d) Đơn vị
Đơn vị của thế năng là jun (J)
Chú ý: Nếu chọn gốc thế năng tại mặt đất thì thế năng tại mặt đất bằng không
e) Liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của trọng lực
Khi một vật chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến vị trí N thì công của trọng lực của vật 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.
– Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm.
2. Thế năng đàn hồi
a) Công của lực đàn hồi
– Xét một lò xo có độ cứng k, một đầu gắn vào một vật, đầu kia giữ cố định.
– Khi lò xo bị biến dạng với độ biến dạng là thì lực đàn hồi là:
– Khi đưa lò xo từ trạng thái biến dạng về trạng thái không biến dạng thì công của lực đàn hồi được xác định bằng công thức:
b) Thế năng đàn hồi
– Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
– Công thức tính thế năng đàn hồi của một lò xo ở trạng thái có độ biến dạng Δl là:
– Thế năng đàn hồi là một đại lượng vô hướng, dương.
– Đơn vị của thế năng đàn hồi là jun (J).
II. Hướng dẫn giải bài tập vật lý 10 trang 141 SGK
1. Hướng dẫn giải bài tập vật lí 10 Bài 1 Trang 141
Nêu định nghĩa và ý nghĩa của thế năng:
a) trọng trường
b) đàn hồi
Lời giải:
– Thế năng trọng trường (hay còn gọi là thế năng hấp dẫn) 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.
– Thế năng đàn hồi : là dạng năng lượng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi.
– Ý nghĩa thế năng trọng trường: khi một vật ở vị trí có độ cao z so với mặt đất thì vật có khả năng sinh công, nghĩa là vật mang năng lượng, năng lượng này dự trữ bên trong vật dưới dạng gọi là thế năng.
– Tương tự, một lò xo có độ cứng k khi nén hoặc dãn một lượng Δl thì lực đàn hồi của ló xo khả năng sinh công, nghĩa là vật mang năng lượng, năng lượng này gọi là thế năng đàn hồi.
2. Hướng dẫn giải lý 10 bài 2 trang 141 SGK
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.
Lời giải:
Chọn B.
Công A chỉ phụ thuộc hiệu độ cao không phụ thuộc dạng đường đi nên theo định lý biến thiên động năng ta có:
(h là hiệu độ cao giữa hai điểm)
v1 là vận tốc đầu không đổi, h = z, nên theo các con đường khác nhau thì độ lớn v2 vẫn bằng nhau và công của trọng lực bằng nhau
→ B sai, thời gian sẽ phụ thuộc vào hình dạng quỹ đạo đi.
Chọn B.
3. Hướng dẫn giải bài tập vật lý lớp 10 bài 3 trang 141
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
Lời giải:
– Chọn A
– Áp dụng công thức tính thế năng trọng trường:
4. Hướng dẫn giải bài tập vật lý lớp 10 bài 4 trang 141 SGK
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 Δl (Δl < 0) thì thế năng đàn hồi bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Chọn A.
Thế năng đàn hồi của vật là:
giải bài tập vật lý 10 5. Hướng dẫn bài 5 trang 141 SGK
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 tại N.
Hình 26.5
Lời giải:
Vì MN nằm ngang nên nếu chọn cùng 1 mốc thế năng (ví dụ tại O) thì thế năng của vật tại M và tại N là như nhau.
6. Hướng dẫn giải bài tập vật lý 10 Bài 6 trang 141 SGK
Lò xo có độ cứng k = 200 N/m, một đầu cố định, đầu kia gắn với vật nhỏ. Khi lò xo bị nén 2 cm thì thế năng đàn hồi của hệ bằng bao nhiêu? Thế năng này có phụ thuộc khối lượng của vật không?
Lời giải:
Áp dụng công thức tính thế năng đàn hồi:
Thế năng này không phụ thuộc vào khối lượng của vật.