IMG-LOGO
Trang chủ Lớp 10 Vật lý Giải SBT Vật lí 10 Chương 4: Các định luật bảo toàn

Giải SBT Vật lí 10 Chương 4: Các định luật bảo toàn

Bài tập cuối chương 4

  • 2321 lượt thi

  • 12 câu hỏi

  • 60 phút

Danh sách câu hỏi

Câu 6:

Một vật khối lượng 10 kg đang đứng yên chịu tác dụng một lực 5 N theo phương ngang. Xác định :

a) Công của lực trong giây thứ nhất, giây thứ hai và giây thứ ba.

b) Công suất tức thời của lực tại giây thứ tư. Cho biết công suất tức thời tính theo công thức : P = Fv, với F là lực tác dụng và v là vận tốc tức thời của vật.

Xem đáp án

a. Gia tốc của vật : a = Fm=510= 0,5 m/s2

Quãng đường vật dịch chuyển: s = at22=0,5t22=0,25t2

Công của lực thực hiện: A = Fs.

- Trong giây thứ nhất (từ 0 đến 1s):

s1 = 0,25t12 = 0,25(12 - 0) = 0,25(m)

Suy ra: A1 = Fs1 = 5.0,25 = 1,25 J.

- Trong giây thứ 2 (từ 1s đến 2s):

s2 = 0,25(t22 - t12) = 0,25(22 - 12) = 0,75(m)

Suy ra: A2 = Fs2 = 5.0,75 = 3,75 J.

Trong giây thứ ba (từ 2s đến 3s):

s3 = 0,25(t32 - t22) = 0,25(32 - 22) = 1,25(m)

Suy ra: A3 = Fs3 = 5.1,25 = 6,25 J.

b. Công suất tức thời của lực: P = Fv.

Tại giây thứ tư (t = 4s): v = at = 0,2.4 = 0,8 m/s

Suy ra: P = F.v = 5.0,8 = 4 W.


Câu 8:

Một vật khối lượng 500 kg móc ở đầu sợi dây cáp của một cần cẩu và được kéo thẳng đứng từ mặt đất lên phía trên với sức căng không đổi. Khi tới độ cao 4,5 m thì vật đạt được vận tốc 0,60 m/s.

a) Xác định lực căng của sợi dây cáp. Lấy g = 9,8 m/s2.

b) Nếu sợi dây cáp chỉ chịu được lực căng tối đa là 6000 N, thì ở cùng độ cao nêu trên vật có thể đạt được vận tốc bằng bao nhiêu ?

Xem đáp án

a) Vật nặng chịu lực căng T (ngoại lực) tác dụng, chuyển động từ mặt đất lên tới độ cao h = 10 m và đạt được vận tốc v = 0,5 m. Trong trường hợp này, độ biến thiên cơ năng của vật có giá trị bằng công do ngoại lực thực hiện, nên ta có :

mv22 + mgh = Th

suy ra lực căng của sợi dây cáp :

T = 5004,5.,622+9,8 = 4920(N)

b) Nếu dây cáp chịu được lực căng tối đa Tmax = 6000 N > 4920 N, thì ở cùng độ cao nêu trên vật có thể đạt được vận tốc tối đa vmax sao cho :

mvmax22 + mgh = Tmaxh

Giải sách bài tập Vật Lí 10 | Giải sbt Vật Lí 10


Câu 9:

Hai vật nặng có khối lượng lần lượt là m1 = 2 kg và m2 = 1 kg được móc vào hai đầu của một sợi dây vắt ngang qua một ròng rọc : vật m1 treo thẳng đứng, vật m2 nằm trên mặt phẳng nghiêng một góc α = 30o như hình IV.2. Ban đầu hệ vật được giữ đứng yên, sau đó thả nhẹ cho hệ vật chuyển động. Bỏ qua lực ma sát, lực cản, khối lượng của ròng rọc và dây treo. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định động năng của hệ vật khi vật m1 đi xuống phía dưới được một đoạn 50 cm.

Giải sách bài tập Vật Lí 10 | Giải sbt Vật Lí 10

Xem đáp án

Hệ hai vật m1 và m2 chuyển động trong trọng trường, chỉ chịu tác dụng của trọng lực, nên cơ năng của hệ vật bảo toàn.

Vật m1, có trọng lượng P1 = m1g ≈ 20 N và vật m2 có trọng lượng P2 = m2g ≈ 1.10 = 10 N. Vì sợi dây nối hai vật này không dãn và P1 > P22, nên vật m1 chuyển động, thẳng đứng đi xuống và vật m2 bị kéo trượt lên phía đỉnh mặt nghiêng với cùng đoạn đường đi và vận tốc. Như vậy, khi vật m1 đi xuống một đoạn h thì thế năng của nó giảm một lượng Wt1 = m1gh, đồng thời vật m2 cũng trượt lên phía đỉnh mặt nghiêng một đoạn h nên độ cao của nó tăng thêm một lượng hsinα và thế năng cũng tăng một lượng Wt2 = m2gh.

Theo định luật bảo toàn cơ năng, độ tăng động năng của hệ vật chuyển động trong trọng trường bằng độ giảm thế năng của hệ vật đó, tức là :

ΔWđ = - ΔWt

12(m1 + m2)v2 = m1gh - m2gh.sinα = m1gh - m2gh.sinα

Suy ra Wđ = 12(m1 + m2)v2= gh(m1 - m2sin30o)

Thay số, ta tìm được động năng của hệ vật khi vật m1 đi xuống phía dưới một đoạn h = 50 cm :

Wđ = 10.50.10-2.(2 - 1.0,5) = 7,5 J


Câu 10:

Một hộp đựng đầy cát khối lượng 2,5 kg được treo bằng sợi dây dài có đầu trên gắn với giá đỡ tại điểm O như hình IV.2. Khi bắn viên đạn theo phương ngang thì đầu đạn có khối lượng 20 g bay tới xuyên vào hộp cát, đẩy hộp cát chuyển động theo một cung tròn, làm cho trọng tâm của hộp cát nâng cao thêm 0,2 m so với vị trí cân bằng của nó. Bỏ qua lực cản, lực ma sát và khối lượng của dây treo. Xác định vận tốc của đầu đạn trước khi xuyên vào hộp cát. Lấy g = 9,8 m/s2.

Giải sách bài tập Vật Lí 10 | Giải sbt Vật Lí 10

Xem đáp án

Hệ vật gồm "Đầu đạn - Hộp cát - Trái Đất" là một hệ cô lập, vì không có các ngoại lực (lực cản, lực ma sát) tác dụng. Do đó, động lượng và cơ năng của hệ vật bảo toàn. Chọn mặt đất làm gốc tính thế năng trọng trường và chiều chuyển động của các vật là chiều dương

- Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho quá trình va chạm mềm khi đầu đạn bay tới xuyên vào hộp cát theo phương ngang, ta có :

(m + M)V = mv ⇒ V = mvm+M

trong đó v là vận tốc của đầu đạn có khối lượng m, còn V là vận tốc của hộp cát chứa đầu đạn có tổng khối lượng M + m.

- Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho quá trình khi hộp cát chứa đầu đạn có vận tốc V chuyển động trong trọng trường và trọng tâm của nó được nâng cao thêm một đoạn h so với vị trí cân bằng, ta có :

(m + M)gh = m+MV22v=2gh

Từ hai phương trình trên, ta suy ra vận tốc của đầu đạn :

v = m+Mm.2gh = 249,5(m/s)


Câu 11:

Một lò xo có độ cứng 500 N/m nằm ngang, một đầu gắn cố định, đầu còn lại gắn với một vật khối lượng 200 g. Cho vật trượt trên một mặt phẳng ngang không ma sát. Khi vật đi qua vị trí cân bằng (lò xo không biến dạng), vật có động năng bằng 3,6 J. Xác định :

a) Vận tốc của vật tại vị trí cân bằng.

b) Công suất của lực đàn hồi tại vị trí lò xo bị nén 10 cm và vật đang rời xa vị trí cân bằng.

Xem đáp án

Hệ vật "Lò xo — Vật trượt -Trái Đất" là hệ cô lập (do không chịu ngoại lực tác dụng) nên cơ năng của hệ vật bảo toàn.

Chọn mặt phẳng ngang làm mốc thế năng trọng trường (Wt = 0) và chọn vị trí cân bằng của vật tại điểm O làm mốc thế năng đàn hồi (Wđh = 0). Vì hệ vật chuyển động trên cùng mặt phẳng ngang, nên cơ năng của hệ vật tại vị trí bất kì có giá trị bằng tổng của thế năng đàn hồi và động năng :

W = Wđh + Wđ kl22+mv22

a. Khi hệ vật nằm cân bằng tại vị trí O: lò xo không biến dạng ( Δl = 0 ) nên thế năng đàn hồi Wđh(O) = 0 và cơ năng của hệ vật có giá trị đúng bằng động năng của vật trượt :

W(O) = Wđ(O) = mv022 = 3,6 J

Từ đó suy ra vận tốc của vật tại vị trí O :

Giải sách bài tập Vật Lí 10 | Giải sbt Vật Lí 10

b) Muốn xác định công suất của lực đàn hồi, ta phải tính được lực đàn hồi của lò xo và vận tốc của vật tại cùng một vị trí.

Chọn chiểu lò xo bị nén là chiều dương. Tại vị trí A : lò xo bị nén một đoạn Δl = 10 cm > 0 và vật rời xa vị trí cân bằng có vận tốc v > 0, nên lực đàn hồi của lò xo (chống lại lực nén) ngược hướng với vận tốc của vật và có giá trị bằng :

Fdh = -kΔl =-500. 10.10-2 = -50N < 0

Cơ năng của hệ vật tại vị trí A bằng :

W(A) = W(O) ⇒ mv22+kl22=mv022

Hay:

Giải sách bài tập Vật Lí 10 | Giải sbt Vật Lí 10

Thay số, ta tìm được vận tốc của vật trượt tại vị trí A :

Giải sách bài tập Vật Lí 10 | Giải sbt Vật Lí 10

Từ đó suy ra công suất của lực đàn hồi tại vị trí A có độ lớn bằng :

P = |FđhvA| = 50.3 = 150 W


Câu 12:

Một lò xo được đặt thẳng đứng, đầu dưới cố định, đầu trên đỡ một vật khối lượng 8 kg. Bỏ qua khối lượng của lò xo và lực cản của không khí.

a) Khi hệ vật nằm cân bằng tại vị trí O, lò xo bị nén một đoạn 10 cm. Xác định độ cứng của lò xo. Lấy g ≈ 10 m/s2.

b) Ấn vật xuống phía dưới tới vị trí A để lò xo bị nén thêm 30 cm, rồi buông nhẹ tay thả cho vật chuyển động. Xác định thế năng đàn hồi của lò xo tại vị trí A và độ cao lớn nhất mà vật đạt tới so với vị trí A.

 

Xem đáp án

Hệ vật "lò xo - vật - Trái Đất" là hệ cô lập (do không chịu ngoại lực tác dụng) nên cơ năng của hệ vật bảo toàn.

Chọn mặt phẳng ngang đi qua vị trí A làm mốc tính thế năng trọng trường (Wt = 0) và chọn vị trí lò xo không bị biến dạng làm mốc thế năng đàn hồi (Wđh = 0). Khi đó cơ năng của hệ vật tại vị trí bất kì có giá trị bằng tổng của động năng Wđ thế năng trọng trường Wt và thế năng đàn hồi Wđh :

W = Wđ + Wt + Wdh mv22+mgh+kl22

a. Tại vị trí cân bằng O : hệ vật đứng yên, lò xo bị nén một đoạn Δl0 =10 cm và lực đàn hồi Fđh cân bằng với trọng lực P tác dụng lên vật :

kΔl0= mg

⇒ kΔl0 = mg ⇒ k = mgl0=8.1010.10-2=800 N/m

b. Tại vị trí A, lò xo bị nén một đoạn Δl = (10 + 30).10-2 = 40.10-2 m, vật có động năng Wđ(A) = 0 và thế năng trọng trường Wt(A) = 0, nên cơ năng của hệ vật tại A đúng bằng thế năng đàn hồi của lò xo :

W(A) = Wdh(A) = kl22 = 800.(40.10-2)2 = 64(J)

Khi buông nhẹ tay để thả cho vật từ vị trí A chuyển động lên phía trên tới vị trí B cách A một đoạn Δl = 40 cm, tại đó lò xo không bị biến dạng, thế năng đàn hồi Wđh = 0. Sau đó, vật tiếp tục chuyển động từ vị trí B lên tới vị

trí C có độ cao hmax = BC, tại đó vật có vận tốc vC = 0 và động năng Wđ (C) = 0, nên cơ năng của hệ vật tại C bằng :

W(C) = mg(Δl + hmax) +khmax22

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cho chuyển động của hệ vật từ vị trí A qua vị trí B tới vị trí C, ta có :

W(C) = W(B) = W(A) ⇒ mg(Δl + hmax) +khmax22= 64

Thay số, ta tìm được độ cao hmax = BC :

8.10.(40.10-2 + hmax) + 800.null + 10h - 4 = 0

Phương trình này có nghiệm số dương : hmax = BC = 20 cm.

Như vậy, độ cao lớn nhất mà vật đạt tới so với vị trí A bằng :

Hmax = AB + BC = 40 + 20 = 60 cm


Bắt đầu thi ngay