CHUYÊN ĐỀ VỀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ LỚP 10 …hspt.vn/wp-content/uploads/2015/04/GiaiBaiTap_ChuongIV_VatLy10.pdf · Ôn tập Vật lý 10 ... số các

Ôn tập Vật lý 10 chương”Các định luật bảo toàn”

1

CHUYÊN ĐỀ VỀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ

LỚP 10 CHƢƠNG IV

“CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”

I. Nêu vấn đề -Hiện nay việc tìm kiếm tài liệu không còn khó nữa. Chỉ cần máy tính có nối internet và gõ vào vấn đề chúng ta

cần tìm thì sẽ có ngay. Nhƣng không phải bất cứ tài liệu nào cũng đáp ứng đƣợc nhu cầu mà mỗi ngƣời giáo

viên đặt ra. Vì thế muốn có một tài liệu đúng với mục tiêu và mục đích của ngƣời dạy thì mỗi ngƣời giáo viên

đều phải biết chọn lọc để sao cho vấn đề mình truyền tải đến học sinh phù hợp với từng yêu cầu của mỗi giáo

viên và tùy vào từng đối tƣợng học sinh. Xuất phát từ nhu cầu đó tôi đã hệ thống lại lí thuyết và đã đƣa ra một

số các bài tập sát với chƣơng trình chuẩn luyện tập cho các em học sinh để chuẩn bị cho thi học kì sắp tới

1. Đối tượng:

-Dành cho các lớp cơ bản

2. Mục đích:

-Giúp các em đi từ vấn đề dễ đến vấn đề khó

-Tóm tắt lí thuyết giúp các em nắm vững các công thức và phƣơng pháp khi giải các bài toán vật lí

-Giải một số các bài tập mẫu thật cụ thể và chi tiết để các em nắm vững phƣơng pháp giải

-Đƣa ra một số các bài tập vận dụng để các em luyện tập thêm, giúp các em suy nghĩ và nhớ lại kiến thức cũ

*Tôi xin đƣa ra một tập “phƣơng pháp giải bài tập vật lí lớp 10 chƣơng IV Các định luật bảo toàn’ mà tôi đã chọn

lọc những cái hay và kết hợp thêm một số các vấn đề và một số các bài toán mà theo tôi là cần thiết cho việc giảng

dạy của mình


2

II. Phương pháp giải bài tập vật lý lớp 10 chương IV CHỦ ĐỀ 1: ĐỘNG LƯỢNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐỘNG LƯỢNG

Dạng 1: Tính động lượng của vật

- Động lượng p của một vật có khối lượng m đang chuyển động với vận tốc v là một đại lượng được xác định bởi biểu thức:

p = m v

- Là 1 đại lượng vector có hướng cùng hướng với vận tốc của vật

- Đơn vị động lượng: kgm/s hay kgms-1

.

* Ý nghĩa: là đại lượng đặc trưng cho sự truyền chuyển động của vật

- Động lượng của hệ vật

1 2

p p p

Nếu: 1 21 2p p p p p

Nếu: 1 21 2p p p p p

Nếu: 2 2

1 21 2p p p p p

Nếu: 2 2 2

1 2 1 2 1 2, 2 . . osp p p p p p p c

Dạng 2: Tính xung lượng của lực, độ biến thiên động lượng( dạng khác của định luật II Niuton)

2 12 1p p p mv mv F t

-Nếu các vector cùng phương thì biểu thức trở thành

2 1F t p p

-Vector nào cùng chiều(+) thì có giá trị (+)

- Vector nào ngược chiều(+) thì có giá trị (-)

Dạng 3:Định luật bảo toàn động lương

-Tổng động lƣợng của hệ kín luôn đƣợc bảo toàn

1 2onsp p c t

*Phương pháp giải bài toán áp dụng định luật bảo toàn động lượng

-Bước 1: Xác định hệ khảo xác phải là hệ cô lập

-Bước 2: Viết biểu thức động lượng của hệ trước khi va chạm tp

-Bước 3: Viết biểu thức động lượng của hệ sau khi va chạm sp

-Bước 3:Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ t sp p

-Bước 4: Chuyển phương trình thành dạng vô hướng bằng 2 cách :

+Phương pháp chiếu

+Phương pháp hình học

*. Những lưu ý khi giải các bài toán liên quan đến định luật bảo toàn động lượng:

a. Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) cùng phương, thì biểu thức của định

luật bảo toàn động lượng được viết lại: m1v1 + m2v2 = m1'

1v + m2'

2v

Trong trường hợp này ta cần quy ước chiều dương của chuyển động.

- Nếu vật chuyển động theo chiều dương đã chọn thì v > 0;

- Nếu vật chuyển động ngược với chiều dương đã chọn thì v < 0.

b. Trường hợp các vector động lượng thành phần (hay các vector vận tốc thành phần) không cùng phương, thì ta cần sử dụng

hệ thức vector: sp = tp và biểu diễn trên hình vẽ. Dựa vào các tính chất hình học để tìm yêu cầu của bài toán.

c. Điều kiện áp dụng định luật bảo toàn động lượng:

- Tổng ngoại lực tác dụng lên hệ bằng không.

- Ngoại lực rất nhỏ so với nội lực

- Thời gian tương tác ngắn.


3

- Nếu ai luc 0ngoF nhưng hình chiếu của ai lucngoF trên một phương nào đó bằng không thì động lượng bảo toàn trên

phương đó.

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Hai vật có khối lƣợng m1 = 1 kg, m2 = 4 kg chuyển động với các vận tốc v1 = 3 m/s và v2 = 1 m/s. Tìm tổng động

lƣợng ( phƣơng, chiều và độ lớn) của hệ trong các trƣờng hợp :

a) v

1 và v

2 cùng hƣớng.

b) v

1 và v

2 cùng phƣơng, ngƣợc chiều.

c) v

1 và v

2 vuông góc nhau

Giải

Chọn chiều dƣơng cùng chiều với 2v

a) Động lƣợng của hệ :

p

= p

1 + p

2

Độ lớn : p = p1 + p2 = m1v1 + m2v2 = 1.3 + 4.1 = 7 kgm/s

Chiều :cùng chiều với 1v và 2v

b) Động lƣợng của hệ :

p

= p

1 + p

2

Độ lớn : p = -m1v1 + m2v2 = -3+4=1 kgm/s

Chiều: cùng chiều với 2v

c) Động lƣợng của hệ :

p

= p

1 + p

2

Độ lớn: p = 2

2

2

1 pp = = 4,242 kgm/s

1

2

3tan 0,75

4

36,8

pg

p

Chiều hợp với 2p một góc 36,8

Bài 2:Một quả cầu rắn có khối lƣợng 500 g bay đập vào tƣờng theo phƣơng vuông góc với tƣờng rồi bật ngƣợc trở lại với

cùng vận tốc v=4m/s

a.Tính độ biến thiên động lƣợng của quả cầu trong khoảng thời gian va chạm là 0,02s

b.Tính lực mà tƣờng tác dụng lên quả cầu trong khoảng thời gian đó

Giải

Bài 3: Một viên đạn có khối lƣợng m=10g, vận tốc 800m/s sau khi xuyên thủng 1 bức tƣờng vận tốc của viên đạn chỉ còn

200m/s. Tìm độ biến thiên động lƣợng của viên đạn và lực cản trung bình mà tƣờng tác dụng vào viên đạn, thời gian đạn

xuyên qua tƣờng là 1/1000s

(+) Chọn chiều (+) hƣớng vào tƣờng

Ta có:

Chiếu lên chiều (+)

Lực mà tƣờng tác dụng lên quả cầu

1P

2P

P

O

1P

2P

P

O

2P

1P

O

P


4

Bài 4: Một khẩu súng đại bác nằm ngang khối lƣợng ms = 1000kg, bắn một viên đoạn khối lƣợng mđ = 2,5kg. Vận tốc viên

đoạn ra khỏi nòng súng là 600m/s. Tìm vận tốc của súng sau khi bắn

- Hệ súng và đạn là hệ kín

- Động lƣợng của súng khi chƣa bắn là bằng tp =0.

- Động lƣợng của hệ sau khi bắn súng là:

sp = đđSS vmvm

..

Áp dụng định luật bảo toàn động lƣợng.

tp = sp

0.. đđSS vmvm

- Vận tốc của súng là:

. 1,5( / )đ đ

S

m vv m s

m

“Dấu(-) chứng tỏ súng bị giật lùi sau khi bắn

Bài 5.Toa tàu thứ nhất đang chuyển động với vận tốc v1=15m/s đến va chạm với toa tàu thứ 2 đang đứng yên có khối lƣợng

gấp đôi toa tàu thứ nhất. Sau va chạm 2 toa tàu móc vào nhau và cùng chuyển động. Tính vận tốc của 2 toa sau va chạm

Giải

- Xem hệ hai toa tàu là hệ cô lập

-Động lƣợng trƣớc khi va chạm

1 1tp m v

- Động lƣợng sau khi va chạm

1 2( )sp m m v

-Áp dụng địmh luật bảo toàn động lƣợng của hệ.

tp = sp

vmmvm

)(. 2111

v

cùng phƣơng với vận tốc 1v

.

- Vận tốc của mỗi toa là:

1 1 1 11

1 2 1

. 155 /

3 3 3

m v m vv v m s

m m m

Bài 6: Một vật có khối lƣợng 25kg rơi nghiêng một góc 600so với đƣờng nằm ngang với vận tốc 36km/h vào 1 xe goong chứa

cát đứng trên đƣờng ray nằm ngang. Cho khối lƣợng xe 975kg. Tính vận tốc của xe goong sau khi vật cắm vào

(+) Giải

Chọn chiều (+) hƣớng vào tƣờng

Ta có:

Chiếu lên chiều (+)

-Dấu (-) cho biết động lƣợng giảm do lực cản ngƣợc chiều chuyển động

Lực cản trung bình mà tƣờng tác dụng lên quả cầu


5

Bài 7: Một ngƣời có khối lƣợng m1=50kg nhảy từ một chiếc xe có khối lƣợng m2=80kg đang chuyển động theo phƣơng

ngang với vận tốc v=3m/s. Biết vận tốc nhảy đối với xe là v0=4m/s. Tính vận tốc sau khi ngƣời ấy nhảy

a.Cùng chiều

b.Ngƣợc chiều

Giải

-Xét hệ ngƣời và xe là hệ kín

+ 0v vận tốc của ngƣời đối với xe( 4m/s)

+ v vận tốc của xe đối với đất( 3m/s)

Vậy vận tốc của ngƣời đối với đất

1 0v v v

+ 2v là vận tốc của xe so với mặt đất ngay sau khi ngƣời nhảy

-Động lƣợng của ngƣời và xe trƣớc khi nhảy: 1 2( )tp m m v

-Động lƣợng của ngƣời và xe sau khi nhảy: 1 1 2 2sp m v m v

-Áp dụng định luật bảo toàn động lƣợng: t sp p

1 2( )m m v = 1 1 2 2m v m v

1 2 1 0 2 2( ) ( )m m v m v v m v

Chon chiều (+) là chiều chuyển động

1 2 1 0 2 2( ) ( )m m v m v v m v

a.Cùng chiều (v0>0; v>0)

1 2 1 02

2

2

( ) ( )

130.3 50(4 3)0,5 /

80

m m v m v vv

m

v m s

b. Ngƣợc chiều:( v0<0; v>0)

1 2 1 02

2

( ) ( )m m v m v vv

m

2

130.3 50( 4 3)5,5 /

80v m s

Bài 8. Một viên đạn có khối lƣợng 2 kg đang bay thẳng đứng lên cao với vận tốc 250m/s thì nổ thành 2 mảnh có khối lƣợng

bằng nhau. Biết mảnh thứ nhất bay theo phƣơng nằm ngang với vận tốc 500m/s, hỏi mảnh kia bay theo phƣơng nào với vận

tốc bao nhiêu?

-Động lƣợng của hệ lúc đầu:

-Động lƣợng của hệ ngay sau khi vật rơi vào xe

-Định luật bảo toàn động lƣợng:

(*)

-Chiếu (*)lên phƣơng chuyển động ngang:


6

Giải

- Xét hệ gồm hai mảnh đạn trong thời gian nổ là hệ kín

- Động lƣợng trƣớc khi đạn nổ:

tp mv

- Động lƣợng sau khi đạn nổ:

1 1 2 2sp m v m v

-Áp dụng định luật bảo toàn động lƣợng.

1 1 2 2

t sp p

mv m v m v

-Chiếu lên phƣơng ngang

1 1 2 2

1 12

2

sin 0

sin

m v m v

m vv

m

(1)

-Chiếu lên phƣơng thẳng đứng

2 2

2

2

cos

os

m v mv

mvv c

m

(2)

-Lây (1):(2)

1 1 2

2

2 2

2 2

1.500. 1

2.250

45

2.500os 1414

os 1. 45

m v mtg

m mv

mv mvv c v N

m m c cos

Bài tập tự giải:

Bài 1: Một xe ôtô có khối lƣợng m1 = 3 tấn chuyển động thẳng với vận tốc v1 = 1,5m/s, đến tông và dính vào một xe gắn máy

đang đứng yên có khối lƣợng m2 = 100kg. Tính vận tốc của các xe.

Đs: 5m/s

Bài 2.Một xe chở cát có khối lƣợng m1=390kg chuyển động theo phƣơng ngang với vận tốc v1=8m/s. Hòn đá có khối lƣợng

m2=10kg bay đến cắm vào bao cát. Tìm vận tốc của xe sau khi hòn đá rơi vào trong 2 TH sau:

a.Hòn đá bay ngang, ngƣợc chiều với xe với vận tốc v2=12m/s

b.Hòn đá rơi thẳng đứng

ĐS:a.7,5m/s; b.7,8m/s

Bài 3. Một toa xe khối lƣợng 4 tấn chuyển động đén va chạm vào toa xe thứ 2 có khối lƣợng 2 tấn đang đúng yên sau đó cả 2

cùng chuyển động với vận tốc 2m/s. Hỏi trƣớc khi va chạm với toa thứ 2 thì toa thứ nhất có vận tốc là bao nhiêu?

ĐS:3m/s

Bài 4. Một xe có khối lƣợng m1=10 tấn, trên xe có gắn một khẩu súng đại bác 5 tấn. Đại bác bắn 1 phát đạn theo phƣơng

ngang với vận tốc 500m/s. Đạn có khối lƣợng 100kg.Tìm vận tốc của xe ngay sau khi bắn, nếu :

a. Ban đầu xe đứng yên

b.Xe đang chạy với vận tốc 18km/h

ĐS:a.-3,3m/s; b.1,6m/s

Bài 5: Một viên đạn khối lƣợng 1kg đang bay theo phƣơng thẳng đứng với vận tốc 500m/s thì nổ thành hai mảnh có khối

lƣợng bằng nhau. Mảnh thứ nhất bay theo phƣơng ngang với vận tốc 500 2 m/s. hỏi mảnh thứ hai bay theo phƣơng nào với

vận tốc bao nhiêu?

ĐS:2

2 1225 / ; 35v m s

O


7

CHỦ ĐỀ 2: CÔNG VÀ CÔNG SUẤT

Dạng 1: Tính công thực hiện

-Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực

góc thì công thực hiện bởi lực đó được tính bằng CT

cos ( )A Fs Pt J

-Jun là công do lực có độ lớn là 1N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1m theo hướng của lực 1J=1N.m

-Các trƣờng hợp xảy ra:

+ = 0o => cos = 1 => A = Fs > 0: lực tác dụng cùng chiều với chuyển động.

+ 0o < < 90

o =>cos > 0 => A > 0;

Hai trường hợp này công có giá trị dương nên gọi là công phát động.

+ = 90o => cos = 0 => A = 0: lực không thực hiện công;

+ 90o < < 180

o =>cos < 0 => A < 0;

+ = 180o => cos = -1 => A = -Fs < 0: lực tác dụng ngƣợc chiều với chuyển động.

Hai trường hợp này công có giá trị âm, nên gọi là công cản; Dạng 2: Tính công suất

-Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian

. . osA

P F v ct

(W)

-Oat là công suất của một thiết bị thực hiện công bằng 1J trong thời gian 1s 1W=1J/1s

*Ý nghĩa: Là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công nhanh hay chậm

*Lưu ý:

-Vật chuyển động thẳng đều s=v.t

-Vật chuyển động thẳng biến đổi đều

2

0

2 2

1.

2

2 .o

s v t a t

v v a s

-Nếu vật chịu tác dụng của nhiều lực thì công của hợp lực F bằng tổng công của các lực tác dụng lên vật


Bài 1: Kéo một vật có khối lƣợng m=50kg trƣợt trên sàn nhà đƣợc 5m dƣới tác dụng của 1 lực F=50N theo phƣơng ngang ,

hệ số ma sát giữa vật và sàn là 0,2

a.Tính công của lực F

b.Tính công của lực ma sát

Bài 2: Ngƣời ta kéo một cái thùng nặng 30kg trƣợt trên sàn nhà bằng một dây hợp với phƣơng nằm ngang một góc 450, lực

tác dụng lên dây là 150N. Tính công của lực đó khi thùng trƣợt đƣợc 15m. Khi thùng trƣợt công của trọng lực bằng bao

nhiêu?

Giải

-Công của lực F kéo thùng đi đƣợc 15m là:

- Các lực tác dụng lên xe: , , , .

Theo định luật II Niuton:

-Chiếu lên ox:

- = ma.(1)

-Chiếu lên oy

N – P = 0

N=P=mg


8

A = F.s.cosα = 150.15. os45c =1590 J

-Trong quá trình chuyển động trọng lực luôn vuông

góc với phƣơng chuyển động nên công của Ap = 0.

Bài 3: Một xe con khối lƣợng 1,5 T, bắt đầu chuyển động nhanh dần đều sau khi đi đƣợc quãng đƣờng 100m thì vận tốc đạt

đƣợc 10m/s. Hệ số ma sát giữa xe và mặt đƣờng là μ = 0,04. Tính công của các lực tác dụng lên xe trên quãng đƣờng 100m

đầu tiên. Lấy g = 10m/s2.

Giải

- Các lực tác dụng lên xe: N

, P

, kF

, msF

.

Theo định luật II Niuton: k msF F F P ma

-Chiếu lên ox:

kF - msF = ma.

-Chiếu lên oy

N – P = 0.

- Gia tốc của xe là:

22

/5,02

sms

va

- Độ lớn của lực ma sát:

Fms = μ.m.g = 0,04.1500.10=600N

- Độ lớn của lực kéo là:

Fk = Fms + ma = 1350N

Công của các lực: - AP = AN = 0 (vì cos 90

0 =0)

- A Fk = coskF s =1350.100.cos0o =135.10

3J

- Afms = Fms .s.cos1800 =600.100.cos180

0 = - 60.10

3J

Bài 4: Một ôtô có khối lƣợng m = 1,2 tấn chuyển động đều trên mặt đƣờng nằm ngang với vận tốc v = 36km/h. Biết công

suất của động cơ ôtô là 8kw. Tính lực ma sát của ôtô và mặt đƣờng.

Giải

- Các lực tác dụng lên xe:

F N

, P

, kF

, msF

.

Theo Định luật II Niuton: k msF F F P ma

-Chiếu lên ox:

0k msF F (vì chuyển động đều)

k msF F

- Độ lớn của lực kéo là:

Ta có:

vFt

sF

t

AP .

. N

v

PFF ms 800

Bài 4. Một máy nâng có công suất P=40KW nâng một vật có khối lƣợng 2 tấn lên đều ở độ cao 5m. Tính thời gian nâng

vật lên và lực nâng tác dụng lên vật


9

Giải

Bài 5: Dƣới tác dụng của một lực không đổi nằm ngang, một xe đang đứng yên sẽ chuyển động thẳng nhanh dần đều đi hết

quãng đƣờng s = 5m đạt vận tốc v = 4m/s. Xác định công và công suất trung bình của lực, biết rằng khối lƣợng xe m = 500kg,

hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đƣờng nằm ngang μ =0,01. Lấy g = 10m/s2.

Giải

- Các lực tác dụng lên xe là:

F

; msF

; N

; P

- Theo định luật II Niu tơn:

amPNFF ms

Trên Ox: F – Fms = s

vm

.2.

2

msFF + s

vm

.2.

2

- Công của trọng lực:

A = F.s = ( msF + s

vm

.2.

2

).s

A = 4250J

- Công suất trung bình của xe là:

+ Ta có: v =a.t t = a

v= 2,5s W

t

AP 1700

5,2

4250

Bài tập tự giải :

Bài 1.Một máy kéo một vật có khối lƣợng 100kg chuyển động thẳng đều không ma sát lên độ cao 1m. Tính công của máy

đã thực hiện khi

a. Kéo vật lên thẳng đứng

b.Kéo vật lên theo mặt phẳng nghiêng dài 5m

Đs:1000J

Bài 2.Một vật có khối lƣợng 10kg trƣợt trên đƣờng nằm ngang dƣới tác dụng của lực F=20N cùng hƣớng chuyên động .

Hệ số ma sát trên đƣờng là 0,1. Tính công của lực kéo ? Công của lực cản ? Biết vật đi đƣợc quãng đƣờng 5m

Đs: 100J;-50J

Bài 3. Một vật chuyển động đều trên mặt phẳng ngang dài 100m với vận tốc 72km/h nhờ lực kéo F=40N có phƣơng hợp

với phƣơng ngang 1 góc 600. TÍnh công và công suất của lực F

Đs: 2000J; 400W

Bài 4. Tính công và công suất của một ngƣời khi kéo một vật có khối lƣợng 30kg lên cao 2m. Vật chuyển động đều hết

2s

ĐS: A1=600J; P1=300W

Theo định luật II Newton:

(*)

Chiếu (*) lên chiều dƣơng

(Vì chuyển động đều a=0)

(+)


10

Bài 5.Một ngƣời kéo một chiếc xe có khối lƣợng 50kg di chuyển trên đƣờng ngang môt đoạn đƣờng 100m. Hệ số ma sát

là 0,05. Tính công của lực kéo khi

a.Xe chuyển động đều

b.Xe chuyển động với gia tốc a=1m/s2

ĐS:a. A=2500J; b.A=7500J

Bài 6. Một xe có khối lƣợng 1500kg đang chuyển động với vận tốc 36km/h thì tắt máy. Sau 10s xe dừng lại. Tính công

và độ lớn của lực ma sát của chuyển động

ĐS:A=-75000J; Fms=-1500N

Bài 7: Kéo đều 1 vật có khối lƣợng 10 tấn từ mặt đât lên cao theo phƣơng thẳng đứng đến độ cao 8m.Tính công của lực :

a.F ?

b.P ?

ĐS:800000J; -800000J

CHỦ ĐỀ 3: ĐỘNG NĂNG

-Động năng của một vật có khối lượng m đang chuyển đông với vận tôc v là năng lượng mà vật có được do chuyển động và

được xác định theo công thức

Wđ=21

2mv

*Tính chất :

+Động năng là một đại lượng vô hướng và luôn dương

+Đơn vị Jun(J)

-Định lý biến thiên động năng :Độ biến thiên động năng của một vật bằng tổng công của ngoại lực tác dụng lên vật

2 1 ucW W Wd d d nglA

2 2

2 1

1 1.

2 2ngoailucmv mv F s

+Nếu A>0 2 1W Wd d Động năng tăng

+Nếu A<0 2 1W Wd d Động năng giảm

Chú ý : ngoailucF là tổng tất cả các lực tác dụng lên vật

BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Một ô tô khối lƣợng 4 tấn đang chạy với vận tốc 36km/h thì ngƣời lái thấy có chƣớng ngại vật ở 10 m và đạp phanh

a.Đƣờng khô lực hãm bằng 22000N. Xe dừng cách chƣớng ngại vật bao nhiêu?

b. Đƣờng ƣớt, lực hãm bằng 8000N . Tính động năng và vận tốc của ô tô khi va vào chƣớng ngại vật

Giải

a.Theo định lý động năng

2 1

2

2 2 2

2 2

1 1

W W

. . os180 22000.

1W 0( 0)

2

1 1W .4000.10 200000

2 2

d d

d

d

A

A F s c s

mv v

mv J

2 1W W

22000. 200000

9,09( )

d dA

s

s m

Vậy xe dừng cách chƣớng ngại vật một khoảng 10-9,09=0,9(m)

b. Với F=8000N

Động năng của ô tô khi va vào chƣớng ngại vật


11

2 1 2W W W 200000

. 8000.10 80000

d d dA

A F s J

2W 200000 80000 280000d J

Vận tốc của ô tô khi va vào chƣớng ngại vật

2 2 22 2 2

W1 2.280000W 2

2 4000

2 35 /

dd mv v

m

v m s

Bài 2: Một búa máy có khối lƣợng 500kg rơi từ độ cao 2m vào 1 cọc bê tông, làm cọc ngập sâu vào đất 0,1m. Tính lực cản

của đất vào cọc

Giải 2 2

0 0

2

2 ( 0)

2

2 2.10.2 2 10

v v gh v

v gh

v gh

Theo định lý động năng

2 1

1 2

2

1

22

1

W W W

. . os180 0,1

W ( 0)

10,1

2

1.500.(2 10)1.100000

2.( 0,1) 2.0,1

Fc d d d

Fc c c

Fc d

c

c

A

A F s c F

A v

F mv

mvF N

Bài 3: Một vật có khối lƣợng 100kg đang nằm yên trên 1 mặt phẳng không ma sát. Lúc t=0,ngƣời ta tác dụng lên vật 1 lực

kéo F=500N không đổi. Sau 1 khoảng thời gian vật đi đƣợc quãng đƣờng 10m. Tính vận tốc cuả vật tại đó nếu:

a.F nằm ngang

b.F hợp với phƣơng ngang 1 góc với sin 0,6

Giải

a. Nếu F nằm ngang

A=F.S=500.10=5000J

Theo định lí động năng

A=21

2mv

2 1

2

d 2 1

2

2

2

1W W 0( 0)

2

2 2.5000100

100

10 /

d mv v

Av

m

v m s

b.Nếu F hợp với phƣơng ngang góc

cos 500.10.0,8 4000A Fs J

Theo định lí động năng

2

2

1

2A mv 2

24 5 /

Av m s

m

Bài4:Một oto khối lƣợng 4 tấn đang chuyển động trên đƣờng nằm ngang với vận tốc không đổi v=54km/h. Lúc t=0, ngƣời ta

tác dụng lực hãm lên ô tô làm nó chuyển động thêm đƣợc 10m thì dừng. Tính độ lớn trung bình của lực hãm. Xác định

khoảng thời gian từ lúc hãm đến lúc dừng xe

Công của lực hãm: 0cos180 10h hA F s F


12

Theo định lí động năng:2 1 1

W W Wd d dA A (vì v2=0)

2

1

2

110

2

1.4000.15

2 45000010

h

h

mv F

F N

2 2

0

2 2 2

0

0

0

2

0 1511,25 /

2 2.10

151,3

11,25

v v as

v va a m s

s

v v at

v vt s

a

Bài 5: Một viên đạn có khối lƣợng 14g bay theo phƣơng 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?

Giải

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

2 2 2 2

2 1

1 1 1W .0,014(120 400 ) 1019,2

2 2 2d mv mv J

Theo định lý biến thiên động năng

AC = Wd

= FC.s = -1019,2J

Suy ra: 1019,2

203840,05

CF N

Dấu trừ để chỉ lực cản.

Bài6: Một ôtô có khối lƣợng 1100 kg đang chạy với vận tốc 24 m/s.

a.Độ biến thiên động năng của ôtô bằng bao nhiêu khi vận tốc hãm là 10 m /s?

b.Tính lực hãm trung bình trên quãng đƣờng ôtô chạy 60m.

Giải

Độ biến thiên động năng của ôtô là

2 2 2 2

2 1

1 1 1W .1100.(10 24 ) 261800

2 2 2d mv mv J

- Lực hãm trung bình tác dụng lên ôtô trong quãng đƣờng 60m

Theo định lý biến thiên động năng

AC = Wd

= FC.s = - 261800

Suy ra: 261800

4363,360

CF J

Dấu trừ để chỉ lực hãm

Bài tập làm thêm

Bài 1: Một ô tô tăng tốc trong 2 trƣờng hợp : từ 10 km/h đến 18km/h và từ 54km/h lên 62km/h. Hãy so sánh công thực hiện

trong 2 TH có bằng nhau không?

Bài 2:Tính động năng của một vận động viên có khối lƣợng 70kg chạy đều hết quãng đƣờng 400m trong thời gian 45s

ĐS:2765,4J

Bài 3:Một vật khối lƣợng m=2kg đang nằm yên trên một măt phẳng ngang không ma sát. Dƣới tác dụng của lực nằm ngang

5N, vật chuyển động và đi đƣợc 10m. Tính vận tốc của vật ở cuối chuyển dời ấy

ĐS:7m/s


13

Bài 4:Một ô tô khối lƣợng 1200kg chuyển động trên một đƣờng nằm ngang có hệ số ma sát 0,05.Sau khi đi đƣợc 30m kể từ

lúc khởi hành, xe có vận tốc 36km/h. hãy áp dụng định lí động năng để tính lực phát động đã tác dụng vào xe

ĐS:2600N

CHỦ ĐỀ 4: THẾ NĂNG

-Khi một vật có khối lượng m đặt ở độ cao z so với mặt đất (trong trọng trường của trái đất)thì thế năng trọng trường của vật

được định nghĩa bằng công thức

Wt=mgz

-Tính thế năng trọng trường

+Chọn mốc thế năng (Wt=0) ; xác định độ cao so với mốc thế năng đã chon(m) và m(kg)

+Sử dụng : Wt=mgz

Hay Wt1-Wt2= Ap

-Tính công của trọng lực Ap và độ biến thiên thế năng

2 1 1 2W W Wt t t Ap mgz mgz Ap

Chú ý : Nếu vật đi lên thì Ap=-mgh<0(công cản) ; vật đi xuống Ap=mgh>0(công phát động)

-Thế năng đàn hồi :

21W ( )

2t k l

Bài tập vận dụng

Bài1: Một vật có khối lƣợng 10 kg, lấy g = 10 m/s2.

a/ Tính thế năng của vật tại A cách mặt đất 3m về phía trên và tại đáy giếng cách mặt đất 5m với gốc thế năng tại mặt đất.

b/ Nếu lấy mốc thế năng tại đáy giếng, hãy tính lại kết quả câu trên

c/ Tính công của trọng lực khi vật chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất. Nhận xét kết quả thu đƣợc.

Giải

Lấy gốc thế năng tại mặt đất O(h0=0)

a/ + Tại độ cao hA = 3m

WtA = mghA =10.10.3= 300J

+ Tại mặt đất hO = 0

Wt0 = mgh0 = 0

+ Tại đáy giếng hB = -5m

WtB = mghB =-10.10.5= - 500J

b/ Lấy mốc thế năng tại đáy giếng B

+ Tại độ cao 3m so mặt đất hA = 8m

WtA = mghA = 10.10.8=800J

+ Tại mặt đất h0 = 5m

WtB = mghB = 10.10.5=500 J

+ Tại đáy giếng hB = 0

WtB = mghB = 0

c/ Công của trọng lực khi vật chuyển từ đáy giếng lên độ cao 3m so với mặt đất.

AP = WtB – WtA

+ Khi lấy mốc thế năng tại mặt đất

AP = WtB – WtA = -500 – 300 = -800J

+Khi lấy mốc thế năng đáy giếng

AP = WtB – WtA = 0 – 800 = -800J

Bài 2: Một vật có khối lƣợng 3 kg đƣợc đặt ở vị trí trong trọng trƣờng và có thế năng tại đó Wt1 = 500J. Thả vật rơi tự do đến

mặt đất có thế năng Wt1 = -900J.

a/ Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất.

b/ Xác định vị trí ứng với mức không của thế năng đã chọn.

c/ Tìm vận tốc của vật khi vật qua vị trí này.

O

A

B

3m

5m


14

Giải

- Chọn chiều dƣơng có trục Oz hƣớng lên

Ta có:

Wt1 – Wt2

= 500 – (- 900) = 1400J

= mgz1 + mgz2 = 1400J

Vậy z1 + z2 = 1400

47,6

3.9,8

m

Vậy vật rơi từ độ cao 47,6m

b/ Tại vị trí ứng với mức không của thế năng z = 0

- Thế năng tại vị trí z1

Wt1 = mgz11

50017

3.9,8

z m

Vậy vị trí ban đầu cao hơn mốc thế năng đã chọn là 17m

c/ Vận tốc tại vị trí z = 0

Ta có: v2 – v0

2 = 2gz1

1

2 18,25 /v gz m s

Bài 4:CƠ NĂNG. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG

1. Động năng: Wđ =1

2mv

2

2. Thế năng: Wt = mgz

3.Cơ năng: W = Wđ +Wt = 1

2mv

2 + mgz

* Phương pháp giải bài toán về định luật bảo toàn cơ năng

- Chọn gốc thế năng thích hợp sao cho tính thế năng dễ dàng ( thƣờng chọn tại mặt đất và tại chân mặt phẳng nghiêng).

- Tính cơ năng lúc đầu ( 2

1 1 1

1W

2mv mgh ), lúc sau (

2

2 2 2

1W

2mv mgh )

- Áp dụng: W1 = W2

- Giải phƣơng trình trên để tìm nghiệm của bài toán.

Chú ý: chỉ áp dụng định luật bảo toàn cơ năng khi hệ không có ma sát ( lực cản) nếu có thêm các lực đó thì Ac = W = W2 –

W1. ( công của lực cản bằng độ biến thiên cơ năng).


Bài 1: Một viên đá có khối lƣợng 100g đƣợc ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 10m/s từ mặt đất. g=10m/s2. Bỏ qua sức cản

của không khí

a. Tính động năng của viên đá lúc ném. Suy ra cơ năng của viên đá

b. Tìm độ cao cực đại mà viên đá đạt đƣợc

c. Ở độ cao nào thì thế năng của viên đá bàng động nƣng của nó

z

Z2

o

B

Z1

A


15

Giải

- Chọn gốc thế năng tại mặt đất

a.

2 21 1W .0,1.10 5

2 2

W W W W ( 0)

5

d

d d t d

mv J

mgh h

J

b.Gọi B là vị trí vật đạt đƣợc hmax

2

ax

ax

W W W

1( 0, )

2

B dB tB

B B B B m

m

mv mgh v h h

h

-Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại A và B

W WA B

Hmax=5(m)

c. Gọi C là vị trí mà W WdC tC

Cơ năng tại C

W W W 2C tC dC tCW

2 Cmgh

-Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại A và C

W W

2 5

2,5

A C

C

C

mg h

h m

Bài 2: Từ độ cao 10 m, một vật đƣợc ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 10m/s, lấy g = 10m/s2.

a/ Tìm độ cao cực đại mà vật đạt đƣợc so với mặt đất.

b/ Ở vị trí nào của vật thì Wđ = 3Wt.

c/ Xác định vận tốc của vật khi Wđ = Wt.

d/ Xác định vận tốc của vật trƣớc khi chạm đất.

Giải

- Chọn gốc thế năng tạ mặt đất.

+ Cơ năng tại O

W(0)=2

0

1

2mv mgh

+ Cơ năng tại A

WA Amgh

Theo định luật bảo toàn cơ năng

W (O) = W(A)

Suy ra:

22 0 00 0

2115

2 2A A

v ghmv mgh mgh h m

g

b/ Tìm h1 để ( Wđ1 = 3Wt3)

Gọi C là điểm có Wđ1 = 3Wt3

+ Cơ năng tại C

W(C) = 4Wtc = 4mghc

Theo định luật BT cơ năng

W(C) = W(A)

H

h

z

O

A

B

0

B( )

C( )

hB hC


16

Suy ra: 15

3,754 4

AC

hh m

c/ Gọi D là điểm có WđD = WtD

+ Cơ năng tại D

W(D) = 2WđD = mvD2


W(D) = W(A) 15.10 12,2 /D Av gh m s

d/ Cơ năng tại B : W(B) = 21

2Bmv


W(B) = W(A)

21

2

24,4 /

B A

B A

mv mgh

v gh m s

Bài 3: Một hòn bi có khối lƣợng 20g đƣợc ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 4m/s từ độ cao 1,6m so với mặt đất.

a) Tính trong hệ quy chiếu mặt đất các giá trị động năng, thế năng và cơ năng của hòn bi tại lúc ném vật

b) Tìm độ cao cực đại mà bi đạt đƣợc.

c) Tìm vị trí hòn bi có thế năng bằng động năng?

Giải

a. Động năng tại A

2 21 1W .0,02.4 0,16

2 2dA Amv J

Thế năng tại A

W 0,02.10.1,6 0,32tA Amgh J

Cơ năng tại A

W W W 0,16 0,32 0,48A tA dA J

b. Goi B là vị trí mà bi đạt độ cao cực đại

Cơ năng tại B:

2

W W W

1W ( 0)

2

B tB dB

B B B Bmgh mgv v

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tai A và B

W W

0,48 0,02.10.

2,4

A B

B

B

h

h m

c. Gọi C là vị trí thế năng bằng động năng W WdC tC

Cơ năng tại C

W W W 2 2C dC tC tC CW mgh

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại A và C

W W

0,48 2

0,481,2

2.0,02.10

A C

C

C

mgh

h m

Bài 4: Từ mặt đất, một vật có khối lƣợng m = 200g đƣợc ném lên theo phƣơng thẳng đứng với vận tốc 30m/s. Bỏ qua sức

cản của không khí và lấy g = 10ms-2

.

1. Tìm cơ năng của vật.


17

2. Xác định độ cao cực đại mà vật đạt đƣợc.

3. Tại vị trí nào vật có động năng bằng thế năng? Xác định vận tốc của vật tại vị trí đó.

Giải

Chọn gốc thế năng tại A là vị trí ném vật (ở mặt đất): WtA = 0

1.Ta có W = WA = WđA = 2

1 mv

2

A = 2

1.0,2.900 = 90 (J)

2. Gọi B là vị trí cao nhất mà vật đạt đƣợc: vB = 0

Cơ năng của vật tại B: WB = WtB = mghmax

Theo định luật bảo toàn cơ năng: WB = WA => mghmax= 2

1 mv

2

A

=> hmax = g2

v2

A = 45m

3.Gọi C là vị trí mà vật có động năng bằng thế năng: WđC = WtC

=> WC = WđC + WtC = 2WđC = 2WtC

Theo định luật bảo toàn cơ năng: WC = WB

+ 2WtC = mghmax <=> 2mghC = mghmax=> hC = 2

1hmax= 22,5m

+ 2WđC = mghmax<=>2.

2

1 mv

2

C = mghmax=> vC = maxgh = 15 2 ms-1

Bài 5:Một con lắc đơn có chiêu dài 1m. Kéo cho dây làm với đƣờng thẳng đứng góc =450 rồi thả nhẹ. Tính vận tốc của con

lắc khi nó đi qua vị trí mà dây làm với đƣờng thẳng đúng 1 góc 300. lấy g=10m/s

2

Giải:

Chọn gốc thê năng tại C là vị trí cân bằng

Cơ năng tại A

W (1 os )A mgl c

Cơ năng tại B

21W (1 os )

2B mgl c mv

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại A và B

2

2

2

W W

1(1 os ) (1 os )

2

2 ( os os )

2.10.1( os45 os30) 3,18

1,8 /

A B

mgl c mgl c mv

v gl c c

v c c

v m s

Bài 6:Một viên bi đƣợc thả không ma sát từ mặt phẳng nghiêng cao 20cm. TÌm vận tốc của viên bi tại chân mặt phẳng

nghiêng. g=10m/s2

B

A

C

A

B

-Chọn gốc thế năng tại B

-Cơ năng tại A

-Cơ năng tại B:


18

Bài tập làm thêm:

Bài tập tự giải

Bài 1: Ném thẳng đứng vật có khối lƣợng 100g từ dƣới lên với vận tốc ban đầu là 40m/s. Tính thế năng , động năng và cơ

năng toàn phần của vật trong những trƣờng hợp sau:

a. Lúc bắt đầu ném vật

b. 3 giây sau khi ném

c. Ở độ cao cực đại

ĐS: a. Wt=0; Wd=80J; W=80J

b. Wt=75J; Wd=5J; W=80J

c. Wt=80J; Wd=0; W=80J

Bài 2: Một vật khối lƣợng 1kg đƣợc thả rơi từ độ cao 20m

b. Tính thế năng của vật lúc bắt đầu thả

b. Tính thế năng của vật ở độ cao 10m. Suy ra động năng của vật tại đó

c. Tính động năng của vật khi chạm đất

ĐS: a. 200J; b.100J, 100J; c.200J;20m/s

Bài 3: Một quả bóng nặng 10g đƣợc ném thẳng đứng xuống dƣới với vận tốc 10m/s từ độ cao 5m

a.Tính cơ năng của quả bóng

b. Vận tốc của bóng khi chạm đất

c. Ở độ cao nào thì động năng bằng 3 lần thế năng

ĐS:a. 1J; b. 10 2 m/s; c. 2,5m

Bài 4: Một vật khối lƣợng 1kg trƣợt không vận tốc đầu từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng dài 10m, nghiêng góc 300 so với

phƣơng ngang (g=10m/s2)

a. Tính cơ năng của vật

b. Vận tốc của vật tại chân mặt phẳng nghiêng. Bỏ qua ma sát

c. Nếu hệ số ma sát là 0,1. Tính vận tốc của vật tại chân mặt phảng nghiêng

ĐS: a. W=50J, b.10m/s; c. 9,1m/s

Bài 5: Một con lắc chiều dài 1m đƣợc đƣa lên độ cao so với vị trí cân bằng là 15cm.

a. Thả vật không vận tốc đầu. Tính vị trí của con lắc khi qua vị trí cân bằng

b. Khi vận tốc của con lắc là 1m/s. Tính độ cao và góc lệch lúc này

c. Tính lực căng dây ở vị trí cân bằng và vị trí biên. Cho m=100g và bỏ qua ma sát

ĐS: a. 1,73m/s; b. h=10cm ; =25048’, c.T1=1,3N; T2=0,85N

-Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng tại A và B

Documents

CHUYÊN ĐỀ VỀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ LỚP 10 …hspt.vn/wp-content/uploads/2015/04/GiaiBaiTap_ChuongIV_VatLy10.pdf · Ôn tập Vật lý 10 ... số các