Giải bài tập SGK Vật lý 10 Bài 26 : Thế năng

Nêu định nghĩa và ý nghĩa của thế năng:

a) trọng trường

b) đàn hồi

Phương pháp giải

- Thế năng trọng trường: 

+ Năng lượng tương tác giữa trái đất và vật

+ Một vật ở vị trí có độ cao z so với mặt đất thì vật có khả năng sinh công

- Thế năng đàn hồi: 

+ Năng lượng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

+ Lực đàn hồi của lò xo có khả năng sinh công

Hướng dẫn 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 lò xo khả năng sinh công, nghĩa là vật mang năng lượng, năng lượng này gọi là thế năng đàn hồi.

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.

Phương pháp giải

Khi một vật từ độ cao z, với cùng vận tốc đầu, bay xuống đất theo những con đường khác nhau thì thời gian rơi bằng nhau

Hướng dẫn giải

- Công A chỉ phụ thuộc hiệu độ cao không phụ thuộc dạng đường đi nên theo định lý biến thiên động năng ta có:

\(\frac{1}{2}mv_2^2 - \frac{1}{2}mv_1^2 = {A_{\overrightarrow P }} = mgh\)

(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 đáp án B.

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

Phương pháp giải

Áp dụng công thức tính thế năng: 

W_t = mgz để tính tính

Hướng dẫn giải

- Áp dụng công thức tính thế năng trọng trường:

\(\begin{array}{l} {{\rm{W}}_t} = mgz\\ \Rightarrow z = \frac{{{{\rm{W}}_t}}}{{mg}} = \frac{1}{{1.9,8}} = 0,102(m) \end{array}\)

- Chọn đáp án A.

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?

\(\begin{array}{l} A.\,\, + \frac{1}{2}k{(\Delta l)^2}\\ B.\,\, + \frac{1}{2}k.\Delta l\\ C.\,\, - \frac{1}{2}k.\Delta l\\ D.\,\, - \frac{1}{2}k{(\Delta l)^2} \end{array}\)

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được công thức tính thế năng

Hướng dẫn giải

- Thế năng đàn hồi của vật là:

\({{\rm{W}}_t} = \frac{1}{2}k{(\Delta l)^2}\)

- Chọn đáp án A.

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.

Phương pháp giải

Thế năng phụ thuộc vào vị trí của vật, nếu hai vật ở cùng một độ cao thì thế năng là như nhau

Hướng dẫn 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.

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?

Phương pháp giải

Công thức tính thế năng: \({{\rm{W}}_t} = \frac{1}{2}k{(\Delta l)^2} \) không phụ thuộc vào khối lượng

Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức tính thế năng đàn hồi:

\({{\rm{W}}_t} = \frac{1}{2}k{(\Delta l)^2} = \frac{1}{2}.200.{(0,02)^2}\)

⇒ Thế năng này không phụ thuộc vào khối lượng của vật.