Vật lí lớp 10 Bài tập thế năng trọng trường thuộc chủ đề vật lí lớp 10 năng lượng
Công thức tính thế năng trọng trường
Chọn gốc thế năng hấp dẫn tại mặt đất → biểu thức thế năng hấp dẫn:
\[{{\text{W}}_{t}}=mg\text{z}=mgh\]
Trong đó:
- m: khối lượng của vật (kg)
- h (hoặc z): vị trí của vật so với gốc thế năng đã chọn (m)
Biến thiên thế năng và công cơ học
\[{{W}_{t2}}-{{W}_{t1}}=-A\]
Bài tập thế năng trọng trường
Bài tập 1. Một vật có khối lượng 1 kg đang ở cách mặt đất một khoảng H=20 m. Ở chân đường thẳng đứng đi qua vật có một cái hố sâu h=5 m. Cho g=10 m/s2.
a) Tính thế năng của vật khi chọn gốc thế năng là đáy hố.
b) Cho vật rơi không vận tốc ban đầu, tìm vận tốc của vật khi chạm đáy hố. Bỏ qua sức cản của không khí.
c) Với gốc thế năng là mặt đất thì thế năng của vật khi nằm ở đáy hố bằng bao nhiêu?
a) Với gốc thế năng là đáy hố:
z=H + h=25 m; W$_{t}$=mgz=250 J.
b) Theo định luật bảo toàn cơ năng:
mgz1 + 0,5mv12=mgz2 + 0,5mv22 ; vì v1=0 ; z1=z ; z2=0
nên: mgz – 0,5mv22 => v2=\[\sqrt{2gz}\]=22,4 m/s.
c) Với gốc thế năng ở mặt đất: z=- h=- 5 m; W$_{t}$=mgz=- 50 J.
Bài tập 2. Từ độ cao 180 m, người ta thả rơi một vật nặng không vận tốc ban đầu. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g=10 m/s2. Xác định:
a) Độ cao mà ở đó thế năng bằng động năng và tính vận tốc của vật ở độ cao đó.
b) Vận tốc của vật lúc chạm đất.
Chọn gốc thế năng ở mặt đất.
a) Vị trí mà thế năng bằng động năng:
mgz1=mgz2 + 0,5mv22=2mgz2=> z2=z1/2=90 m;
mgz2=0,5mv22 => v2 = 42,4 m/s.
b) Vận tốc của vật lúc chạm đất:
mgz1=0,5mv32 => v3=60 m/s.
Bài tập 3. Từ độ cao 25 m người ta ném thẳng đứng một vật nặng lên cao với vận tốc ban đầu bằng 20 m/s. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g=10 m/s2. Tính:
a) Độ cao cực đại mà vật đạt được.
b) Độ cao mà ở đó thế năng bằng nữa động năng và vận tốc của vật ở độ cao đó.
Chọn gốc thế năng ở mặt đất.
a) Ở độ cao cực đại (v=0):
mgzmax=mgz1 + 0,5mv12 => zmax=45 m.
b) Ở độ cao thế năng bằng nữa động năng (mgz2=0,5.0,5mv22):
mgzmax =mgz2 + 0,5mv22=3mgz$_{2=> }$z2=15 m;
mgz2 =0,5. 0,5mv22 => v2=24,5 m/s.
Bài tập 4. Một vật có khối lượng m=3 kg được đặt ở một vị trí trong trọng trường và thế năng tại vị trí đó bằng W$_{t1}$=600 J. Thả tự do cho vật rơi tới mặt đất, tại đó thế năng của vật bằng W$_{t2}$=- 900 J.
a) Hỏi vật đã rơi từ độ cao nào so với mặt đất?
b) Xác định vị trí ứng với mức 0 của thế năng đã chọn và tìm vận tốc của vật khi đi qua vị trí này.
Bài tập thế năng trọng trường, vật lí lớp 10
a) Độ cao so với vị trí chọn mốc thế năng:
z1=\[\dfrac{W_{t1}}{mg}\]=20 m.
Vị trí của mặt đất so với vị trí chọn mốc thế năng:
z2=\[\dfrac{W_{t2}}{mg}\]=- 30 m.
Độ cao từ đó vật đã rơi so với mặt đất: z=z1 + |z2|=50 m.
b) Vị trí ứng với mức không của thế năng được chọn cách vị trí thả vật (ở phía dưới vị trí thả vật) 20 m và cách mặt đất (ở phía trên mặt đất) 30 m.
Vận tốc của vật khi đi qua vị trí được chọn làm gốc thế năng:
mgz1=mv=> v$_{m}$= = 20 m/s.
Bài tập 5. Tính thế năng của một khối nước có thể tích 0,5m3 ở định một ngọn thác cao 10m so với chân thác. Bỏ qua kích thước của khối nước.
Bài tập 6. Cho hệ thống như hình vẽ. m1 = 1kg; m2 = 1.5kg. Bỏ qua ma sát, Khối lượng dây và ròng rọc. Thả cho hệ chuyển động thì vật m1 đi lên hay đi xuống? Khi vật m1 di chuyển 1m tìm độ biến thiên thế năng của hệ suy ra công của trọng lực.
