Bài 17. Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng trang 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112 Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo...

Câu hỏi trang 105 Mở đầu

Hướng dẫn giải :

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết :

- Trong quá trình sản xuất điện năng từ dòng nước chảy trên cao xuống, có những dạng năng lượng cơ học xuất hiện là động năng, thế năng trọng trường.

- Động năng và thế năng chuyển hóa qua lại lần nhau.

- Trong điều kiện bỏ qua lực cản không khí thì cơ năng được bảo toàn.

Câu hỏi trang 105 CH 1

Hướng dẫn giải :

Quan sát hình vẽ

Lời giải chi tiết :

Điểm chung về dạng năng lượng trong các trường hợp trên là đều có động năng.

Động năng phụ thuộc vào yếu tố vận tốc và khối lượng của vật.

Câu hỏi trang 105 CH 2

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết :

Biểu thức (17.1): \(A = F.s = \frac{1}{2}.m.{v^2}\)

Ban đầu vật đứng yên nên v₀ = 0

Ta có:

\(F = m.a = m.\frac{{{v^2} - v_0^2}}{{2.s}} = \frac{{m.{v^2}}}{{2.s}}\)

=> \(A = F.s = \frac{{m.{v^2}}}{{2.s}}.s = \frac{1}{2}.m{v^2}\)

Câu hỏi trang 106 Luyện tập

Hướng dẫn giải :

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

Lời giải chi tiết:

m = 1,5 tấn = 1500 kg.

* Khi \(v = 80km/h = \frac{{200}}{9}m/s\)

Động năng của xe là: \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \frac{1}{2}.1500.{\left( {\frac{{200}}{9}} \right)^2} \approx 3,{7.10^5}(J)\)

* Khi \(v = 50km/h = \frac{{125}}{9}m/s\)

Động năng của xe là: \({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \frac{1}{2}.1500.{\left( {\frac{{125}}{9}} \right)^2} \approx 1,{45.10^5}(J)\)

* Khi v = 0 thì W_d = 0 (J).

- Phần động năng mất đi của ô tô đã chuyển hóa thành nhiệt năng.

Câu hỏi trang 106 Vận dụng

Hướng dẫn giải :

Tìm hiểu trên Internet

Lời giải chi tiết :

Trục phá thành phải có khối lượng đủ lớn để năn lượng (động năng) lớn thì mới có thể phá được cổng thành lớn được.

Câu hỏi trang 107 CH 4

Hướng dẫn giải :

Biểu thức công tính công: A = F.d

Trong đó:

+ F: lực tác dụng (N)

+ d: độ dịch chuyển (m).

Lời giải chi tiết :

Ta có độ dịch chuyển khi quyển sách đi theo hai con đường khác nhau là: d = AD.

Trọng lực trong suốt quá trình chuyển động không thay đổi, lực ma sát thay đổi

=> Công của trọng lực không đổi, công của lực ma sát thay đổi.

Câu hỏi trang 107 CH 5

Lời giải chi tiết :

Chọn gốc thế năng tại mặt đất (vị trí A), ném thẳng đứng vật lên cao đến độ cao h (vị trí B).

Công của trọng lực: A = m.g.h

Độ biến thiên thế năng: ΔW_t = W_A – W_B = 0 – m.g.h = -m.g.h

=> Độ biến thiên thế năng có độ lớn bằng công của trọng lực nhưng trái dấu

Câu hỏi trang 108

Hướng dẫn giải :

Thực hiện thí nghiệm và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết :

Vật thả càng cao thì bán kính của vết lõm càng lớn.

Vật thả càng cao thì công thực hiện của viên bi càng lớn, lực tiếp đất càng lớn, vì vậy sẽ tạo ra vết lõm có bán kính càng lớn.

Học sinh tự thực hiện thí nghiệm.

Câu hỏi trang 109 CH 6

Hướng dẫn giải :

Quan sát hình vẽ

Lời giải chi tiết :

- Hình 17.7a: Khi trượt từ trên đỉnh xuống, động năng của người chơi tăng trong khi đó thế năng giảm.

- Hình 17.7b: Khi bóng bay lên, động năng của bóng giảm trong khi đó thế năng của bóng tăng. Khi bóng rơi xuống, động năng của bóng tăng trong khí thế năng của bóng giảm.

Câu hỏi trang 109 Luyện tập

Hướng dẫn giải :

Quan sát hình và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết :

a) Người A có dạng năng lượng là thế năng, người B có động năng

b) Người A chạm vào đòn bẩy thì A có động năng

c) Người B ở vị trí cao nhất thì B có thể năng.

Câu hỏi trang 106 CH 3

Hướng dẫn giải :

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

Lời giải chi tiết:

a) Khi hệ quy chiếu gắn với xe buýt thì vận tốc của em bằng 0 nên động năng bằng 0.

b) Khi hệ quy chiếu của em gắn với hàng cây bên đường thì em có \(v = 50km/h = \frac{{125}}{9}m/s\)

Thay vào biểu thức tính động năng, từ đó ra được động năng của em.

Câu hỏi trang 109 Vận dụng

Hướng dẫn giải :

Liên hệ thực tế.

Lời giải chi tiết :

Thả gàu xuống giếng để múc nước, ban đầu gàu có thế năng cực đại, động năng bằng 0; khi gàu xuống dưới mặt nước thì động năng cực đại, thế năng bằng 0.

Câu hỏi trang 110

Hướng dẫn giải :

Quan sát hình vẽ và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết :

- Nếu xem lực cản của không khí không đáng kể thì trọng lực là lực duy nhất tác dụng lên quả bóng trong quá trình rơi.

- Khi thả quả bóng từ trên cao xuống mặt đất thì thế năng giảm dần và động năng tăng dần. Khi quả bóng bật ngược trở lại thì thế năng tăng dần và động năng giảm dần.

Câu hỏi trang 111 Luyện tập

Hướng dẫn giải :

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

Biểu thức tính thế năng: \({W_t} = mgh\)

Biểu thức tính cơ năng: \(W = {W_d} + {W_t}\)

Lời giải chi tiết:

- Khi con bọ chét nhảy lên đến độ cao cực đại thì thế ănng cực đại, động năng bằng 0

=> \(W = {W_d} + {W_t} = 0 + mgh\)    (1)

- Khi con bọ chét ở dưới mặt đất thì thế năng bằng 0, động năng cực đại

=> \(W = {W_d} + {W_t} = \frac{1}{2}m{v^2} + 0\)     (2)

Cơ năng được bảo toàn trong quá trình chuyển động nên từ (1) và (2) ta có:

\(\frac{1}{2}m{v^2} = mgh \Rightarrow v = \sqrt {2gh}  = \sqrt {2.9,8.0,2}  \approx 1,98(m/s)\)

Câu hỏi trang 111 Vận dụng

Lời giải chi tiết :

Nước chảy càng cao thì vận tốc dòng chảy càng mạnh nên từ đó ta có thể đặt vị trí bồn nước ở trên tầng thượng của gia đình.

Câu hỏi trang 112 Bài tập 1

Lời giải chi tiết :

+ Tại vị trí 1 và 5, thế năng bằng nhau và cực đại

+ Tại vị trí 2 và 4 động năng và thế năng đều bằng nhau

+ Tại vị trí 3 động năng cực đại, thế năng bằng 0

=> Tất cả các vị trí, cơ năng không đổi.

Câu hỏi trang 112 Bài tập 2

Lời giải chi tiết :

Động năng của vật ở chân dốc bằng thế năng ở đỉnh dốc

Thế năng ở đỉnh dốc: W_t = m.g.h

=> Động năng của vật tại chân dốc không phụ thuộc vào góc nghiêng.

Câu hỏi trang 112 Bài tập 3

Hướng dẫn giải :

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

Biểu thức tính thế năng: \({W_t} = mgh\)

Biểu thức tính cơ năng: \(W = {W_d} + {W_t}\)

Lời giải chi tiết:

a) Trước khi bước lên bậc thang đầu tiên thì thế năng bằng 0

=> Cơ năng: \(W = {W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \frac{1}{2}.55.1,{5^2} = 61,875(J)\)

b) Khi bước lên bậc thang trên cùng thì động năng bằng 0

=> Cơ năng: \(W = {W_t} = m.g.h = 55.10.3,75 = 2062,5(J)\)

c) Phần năng lượng thay đổi ở hai vị trí do thế năng tăng dần trong khi đó động năng không thay đổi.

Câu hỏi trang 112 Bài tập 4

Hướng dẫn giải :

Công của trọng lực: A = m.g.h

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

Biểu thức tính thế năng: \({W_t} = mgh\)

Biểu thức tính cơ năng: \(W = {W_d} + {W_t}\)

Lời giải chi tiết :

a) Công của trọng lực đối với bạn nam là: A₁ = m₁ .g.h = 16.10.0,7 = 112 (J)

Công của trọng lực đối với bạn nữ là: A₂ = m₂ .g.h = 13.10.0,7 = 91 (J).

b) Cơ năng trong cả quá trình chuyển động được bảo toàn:

Ta có: W = A

Khi cả hai bạn chạm đệm nhún thì thế năng bằng 0

=> W = W_đ

=> Vận tốc của bạn nam là: \(v = \sqrt {\frac{{2{W_d}}}{m}}  = \sqrt {\frac{{2.112}}{{16}}}  \approx 3,74(m/s)\)

Vận tốc của bạn nữ là: \(v = \sqrt {\frac{{2{W_d}}}{m}}  = \sqrt {\frac{{2.91}}{{13}}}  \approx 3,74(m/s)\)