Giải SGK Vật Lí 10 Bài 25 (Kết nối tri thức): Động năng, thế năng

Giải bài tập Vật Lí lớp 10 Bài 25: Động năng, thế năng

Video bài giảng Động năng, thế năng – Kết nối tri thức

Giải vật lí 10 trang 99 Tập 1 Kết nối tri thức

Khởi động trang 99 Vật Lí 10: Hãy mô tả hoạt động của tàu lượn. Tại sao khi tàu lượn ở vị trí cao nhất của đường ray thì tốc độ của nó lại chậm nhất và ngược lại?

Phương pháp giải:

Quan sát hình

Trả lời:

– Hoạt động của tàu lượn: Tàu bắt đầu chuyển động từ vị trí thấp nhất và tăng tốc dần dần, khi đi lên vị trí cao nhất thì vận tốc của tàu nhỏ nhất và khi đi từ vị trí cao nhất xuống dưới thì tàu lại tăng tốc.

– Khi ở vị trí cao nhất của đường ray thì tốc độ của tàu lại nhỏ nhất để tránh trường hợp tàu bị văng ra khỏi đường ray.

I. Động năng

Câu hỏi 1 trang 99 Vật Lí 10: Năng lượng của các con sóng trong Hình 25.1 tồn tại dưới dạng nào?

– Tại sao sóng thần lại có sức tàn phá mạnh hơn rất nhiều so với sóng thông thường?

– Tại sao sóng thần chỉ gây ra sự tàn phá khi xô vào vật cản?

Phương pháp giải:

Quan sát hình

Trả lời:

Năng lượng của con sóng trong Hình 25.1 tồn tại dưới dạng động năng

– Sóng thần có sức tàn phá mạnh hơn rất nhiều so với sóng thôg thường vì vận tốc của sóng thần rất lớn dẫn đến động năng của sóng vô cùng lớn, trong khi đó các sóng thông thường lại có vận tốc nhỏ hơn rất nhiều so với sóng thần nên năng lượng của sóng thông thường nhỏ hơn sóng thần, vì vậy sóng thần có sức tàn phá rất lớn.

– Khi xô vào vật cản thì năng lượng (động năng) lớn nhất dẫn đến sự tàn phá.

Câu hỏi 2 trang 99 Vật Lí 10: Khi đang bay, năng lượng của thiên thạch tồn tại dưới dạng nào?

– Tại sao năng lượng của thiên thạch lại rất lớn so với năng lượng của các vật thường gặp?

– Khi va vào Trái Đất (Hình 25.2), năng lượng của thiên thạch được chuyển hóa thành những dạng năng lượng nào?

Phương pháp giải:

Động năng tỉ lệ thuận với khối lượng vật và bình phương vận tốc của vật.

Trả lời:

Khi đang bay, năng lượng của thiên thạch tồn tại dưới dạng động năng.

– Năng lượng của các thiên thạch rất lớn so với năng lượng của các vật thường gặp vì thiên thạch có khối lượng và vận tốc lớn hơn rất nhiều so với các vật thường gặp.

– Khi va vào Trái Đất, năng lượng của thiên thạch chuyển hóa thành quang năng, thế năng.

Câu hỏi 3 trang 99 Vật Lí 10: Khi sóng đổ vào bờ nó sinh công và có thể xô đổ các vật trên bờ. Tuy nhiên, với vận động viên lướt sóng thì không bị ảnh hưởng. Tại sao?

Phương pháp giải:

Vận dụng các kiến thức đã học về lực

Trả lời:

Khi vận động viên dang lướt ván, bao giờ bản thân cũng ngả về phía sau, hai chân chìa ra phía trước dùng sức đạp lên ván trượt, tạo thành một góc hẹp với mặt nước. Vận động viên dùng sức đạp tạo một lực nghiêng xuống dưới. Mặt khác, theo định luật III newton, ta có mặt nước ngược lại sẽ sinh ra phản lực nghiêng bên trên đối với vận động thông qua ván trượt. Chính phản lực này đã đỡ vận động viên không bị chìm xuống.

Câu hỏi 4 trang 99 Vật Lí 10: Một mũi tên nặng 48 g đang chuyển động với tốc độ 10 m/s. Tính động năng của mũi tên.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2}m{v}^2$

+ m: khối lượng của vật (kg).

+ v: vận tốc của vật (m/s).

Trả lời:

Ta có: m = 48 g = 0,048 kg; v = 10 m/s

Động năng của mũi tên là:

$W_d=\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}.0,{048.10}^2=2,4(J)$

Giải vật lí 10 trang 100 Tập 1 Kết nối tri thức

Câu hỏi 1 trang 100 Vật Lí 10: Thả một quả bóng từ độ cao h xuống sàn nhà. Động năng của quả bóng được chuyển hóa thành những dạng năng lượng nào ngay khi quả bóng chạm vào sàn nhà?

Trả lời:

Khi bóng rơi xuống sàn thì động năng chuyển hóa thành thế năng.

Câu hỏi 2 trang 100 Vật Lí 10: Một vật có khối lượng 10 kg đang chuyển động với tốc độ 5 km/h trên mặt bàn nằm ngang. Do có ma sát, vật chuyển động chậm dần đều và đi được 1 m thì dừng lại. Tính hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn. Lấy gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2 .

Trả lời:

Cách 1: Phương pháp sử dụng phương trình động lực học, định luật II newton

 Đổi 5 km/h = 25/18 m/s.

Chọn hệ quy chiếu như hình vẽ

Theo định luật II newton ta có:

$\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{F_{ms}}=m.\overrightarrow{a}$           (1)

Chiếu (1) lên Ox ta có:

$-F_{ms}=ma\iff -\mu .N=m.a$     (2)

Chiếu (1) lên Oy ta có: N – P = 0 => N = P = m.g thay vào (2), ta có:

$-\mu .m.g=m.a\Rightarrow \mu =\frac{-a}{g}$    (3)

Vật chuyển động chậm dần đều:

$a=\frac{v^2-v_0^2}{2.s}$ thay vào (3), có:

$\mu =\frac{v_0^2-v^2}{2.g.s}=\frac{{\left(\frac{25}{18}\right)}^2-0^2}{2.9,8.1}\approx 0,1$

Cách 2: Mối liên hệ giữa động năng và công của lực

Ta có động năng của vật bằng công của lực ma sát

Wđ  = A

$\begin{array}{l}\iff \frac{1}{2}.m.v^2=F_{ms}.s.\cos \alpha \\ \iff \frac{1}{2}.m.v^2=\mu .m.g.s.\cos \alpha \\ \Rightarrow \mu =\frac{v^2}{2.g.s.\cos \alpha }=\frac{{\left(\frac{25}{18}\right)}^2}{2.9,\mathrm{8.1.}\cos 0}\approx 0,1\end{array}$

II. Thế năng

Câu hỏi trang 100 Vật Lí 10: Máy đóng cọc (Hình 25.3) hoạt động như sau: Búa máy được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi thả cho rơi xuống cọc cần đóng.

1. Khi búa đang ở một độ cao nhất định thì năng lượng của nó tồn tại dưới dạng nào? Năng lượng đó do đâu mà có?

2. Trong quá trình rơi, năng lượng của búa chuyển từ dạng nào sang dạng nào?

3. Khi chạm vào đầu cọc thì búa sinh công để làm gì?

Phương pháp giải:

Một vật đặt ở độ cao h so với mặt đất thì lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng.

Trả lời:

1. Khi búa đang ở độ cao nhất định thì năng lượng của nó tồn tại dưới dạng thế năng.

Năng lượng này có được là do việc chọn mốc tính độ cao.

2. Trong quá trình rơi, năng lượng của búa chuyển từ thế năng sang động năng.

3. Khi chạm vào đầu cọc thì búa sinh công để đóng cọc xuống dưới đất

Giải vật lí 10 trang 101 Tập 1 Kết nối tri thức

Câu hỏi trang 101 Vật Lí 10: Hình 25.5 mô tả một cuốn sách được đặt trên giá sách. Hãy so sánh thế năng của cuốn sách trong hai trường hợp: gốc thế năng là sàn nhà và gốc thế năng là mặt bàn

Phương pháp giải:

Biểu thức tính thế năng:

Wt = m.g.h

Trong đó:

+ Wt : thế năng của vật (J)

+ m: khối lượng của vật (kg)

+ h: độ cao của vật so với mốc chọn (m)

Trả lời:

Thế năng tỉ lệ thuận với độ cao

Ta có độ cao trong trường hợp gốc thế năng tại sàn nhà lớn hơn độ cao trong trường hợp gốc thế năng tại mặt bàn

=> Thế năng trong trường hợp hợp gốc thế năng tại sàn nhà lớn hơn thế năng trong trường hợp gốc thế năng tại mặt bàn.

Câu hỏi 1 trang 101 Vật Lí 10: Một chiếc cần cẩu xây dựng cẩu một khối vật liệu nặng 500 kg từ vị trí A ở mặt đất đến vị trí B của một tòa nhà cao tầng với các thông số cho trên Hình 25.6. Lấy gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2 . Tính thế năng của khối vật liệu tại B và công mà cần cẩu đã thực hiện.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính thế năng: Wt = m.g.h

Trong đó:

+ m: khối lượng của vật (kg)

+ g: gia tốc trọng trường (m/s2 )

+ h: độ cao của vật tính từ mốc (m)

+ Wt : thế năng của vật (J)

Thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao h.

(A = Wt )

Trả lời:

Chọn mốc thế năng tại A

Ta có m = 500 kg; g = 9,8 m/s2 ; h = 40 m.

Thế năng của khối vật liệu tại B là: Wt = m.g.h = 500.9,8.40 = 1,96.105 (J)

=> Công mà cần cẩu đã thực hiện là: A = Wt = 1,96.105 J.

Câu hỏi 2 trang 101 Vật Lí 10: Hãy chứng minh có thể dùng một mặt phẳng nghiêng để đưa một vật lên cao với một lực nhỏ hơn trọng lượng của vật (Hình 25.7). Coi ma sát không đáng kể.

Phương pháp giải:

Biểu thức tính thế năng: Wt = m.g.h

Trong đó:

+ m: khối lượng của vật (kg)

+ g: gia tốc trọng trường (m/s2 )

+ h: độ cao của vật tính từ mốc (m)

+ Wt : thế năng của vật (J)

Thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao h.

(A = Wt )

Trả lời:

Do ma sát không đáng kể nên công của trọng lực bằng công của lực nhỏ

=> Dù lực có nhỏ hơn trọng lượng nhưng vẫn có thể đưa một vật lên cao trong mặt phẳng nghiêng.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 24: Công suất

Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

Bài 27: Hiệu suất

Bài 28: Động lượng