Toptailieu biên soạn và giới thiệu giải Sách bài tập Vật lí 10 trang 35,36,37 Bài 1: Năng lượng và công sách Cánh diều hay nhất, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng làm các bài tập từ đó nâng cao kiến thức và biết cách vận dụng phương pháp giải vào các bài tập trong SBT Vật lí 10 Bài 1.

SBT Vật lí 10 Cánh diều Bài 1: Năng lượng và công

Bài 3.1 trang 35 sách bài tập Vật lí 10: Một người tác dụng một lực có độ lớn không đổi F lên một vật. Trong khoảng thời gian chịu tác dụng của lực F vật đó bị dời chỗ so với vị trí ban đầu một đoạn thẳng có độ dài s. Nhận xét nào sau đây là chính xác nhất?

A. Người đó đã thực hiện một công A = Fs lên vật.

B. Người đó nhận công A’ = Fs từ vật.

C. Công mà người đó thực hiện lên vật có giá trị cực đại là A_m = Fs.

D. Công của lực F không thể mang dấu âm.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Ta có biểu thức tính công: A = Fscos α ≤ Fs

Bài 3.2 trang 35 sách bài tập Vật lí 10:Nhận xét nào sau đây là đúng về công?

A. Công là đại lượng vô hướng.

B. Giá trị của công không phụ thuộc vào người quan sát.

C. Công là đại lượng có hướng.

D. Công là đại lượng vô hướng và luôn dương.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Công là đại lượng vô hướng, có thể dương, âm hoặc bằng không.

Bài 3.3 trang 35 sách bài tập Vật lí 10:Tính công của một người đã thực hiện khi nâng một vật có khối lượng 20,0 kg từ mặt đất lên độ cao 1,2 m.

Lời giải:

Công của người thực hiện: $A\ge mgh=20,0kg\times 9,8m/s^2\times 1,2m=235,2J$

Nếu coi người thực hiện nâng vật, làm cho vật chuyển động đều thì công có độ lớn bằng 235,2 J.

Bài 3.4 trang 35 sách bài tập Vật lí 10: Một lò sưởi điện có công suất 2,5 kW hoạt động trong khoảng thời gian từ 20h00 đến 24h00. Lò sưởi đã sử dụng bao nhiêu năng lượng điện?

Lời giải:

Năng lượng điện mà lò sưởi đã sử dụng:

Bài 3.5 trang 36 sách bài tập Vật lí 10:Một ô tô có khối lượng m = 1,30.10³ kg di chuyển trên đoạn đường ABCD có dạng như hình 3.1, trong đó BC là đoạn đường nằm ngang ở độ cao

h = 50,0 m so với mặt phẳng nằm ngang chứa AD. Biết rằng BC = 20 km, gia tốc rơi tự do g = 9,80 m/s², độ dài các cung cong nối các đoạn đường thẳng với nhau rất nhỏ so với chiều dài của các đoạn thẳng đó, hãy tính công của trọng lực trên các đoạn đường AB, BC, CD.

Lời giải:

Công của trọng lực trên các đoạn đường AB, BC và CD

$A_{AB}=-mgh=-1,{3.10}^3.9,8.50=-637kJ$

$A_{BC}=0$

$A_{CD}=mgh=1,{3.10}^3.9,8.50=637kJ$

Bài 3.6 trang 36 sách bài tập Vật lí 10:Một chiếc xe khối lượng m = 10,0 tấn, chuyển động trên mặt đường nằm ngang với vận tốc không đổi v = 40,0 km/h. Biết gia tốc rơi tự do là

g = 9,80 m/s².

a. Tính lực mà mặt đường tác dụng lên xe.

b. Tính công của lực mà mặt đường tác dụng lên xe.

Lời giải:

a. Vì xe chuyển động với vận tốc không đổi nên lực mà mặt đường tác dụng lên xe cân bằng với trọng lượng của xe, có chiều hướng thẳng đứng lên trên và độ lớn bằng:

F = mg = 10000 . 9,8 = 98 kN

b. Vì lực mà mặt đường tác dụng lên xe vuông góc với phương chuyển động của xe nên công của lực mà mặt đường tác dụng lên xe: A = 0

Bài 3.7 trang 36 sách bài tập Vật lí 10:Trong giai đoạn gần tiếp đất, một giọt nước mưa có khối lượng m = 65,5 mg chuyển động thẳng đều với tốc độ v = 9,00 m/s. Biết rằng gia tốc rơi tự do hầu như không phụ thuộc vào độ cao và có giá trị g = 9,80 m/s². Tính công của trọng lực và công của lực cản thực hiện lên giọt nước mưa nói trên trong giai đoạn nó rơi từ độ cao h = 10,0 m xuống mặt đất, giả sử trong giai đoạn này khối lượng và hình dạng của giọt nước mưa đang xét hầu như không thay đổi.

Lời giải:

Công của trọng lực: $A_p=mgh=65,{5.10}^{-6}.9,8.10=6,{42.10}^{-3}J$

Vì giọt nước mưa chuyển động thẳng đều nên theo định luật III Newton, ta có lực cản cân bằng với trọng lượng của vật. Công của lực cản $A_C=-F_{C}h=-mgh=-6,{42.10}^{-3}J$

Bài 3.8 trang 36 sách bài tập Vật lí 10:Một người dùng lực F hợp với phương nằm ngang một góc $\alpha =60,0°$ , để kéo vật có khối lượng m = 50,0 kg trượt trên mặt sàn nằm ngang một đoạn thẳng có độ dài s = 10,0 m với tốc độ không đổi. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt sàn là $\mu =0,250$ ; thành phần thẳng đứng của lực F hướng từ dưới lên trên, gia tốc rơi tự do

g = 9,8 m/s². Tính:

a. Công của trọng lực.

b. Công của lực F.

c. Công của lực ma sát.

Lời giải:

a. Công của trọng lực: A_p = 0

b. Giản đồ vecto

Từ định luật II Newton: $\overrightarrow{F}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{F_{ms}}=\overrightarrow{0}$ (do vật chuyển động đều)

Vì vật chuyển động thẳng đều nên độ lớn của lực ma sát bằng độ lớn của thành phần nằm ngang của lực F.

Theo phương Ox: $F\cos \alpha -F_{ms}=0\iff F\cos \alpha -\mu N=0$

Theo phương Oy: $N+F\sin \alpha =P\Rightarrow N=mg-F\sin \alpha$

$\Rightarrow \mu \left(mg-F\sin \alpha \right)=F\cos \alpha$

$\Rightarrow F=\frac{\mu mg}{\cos \alpha +\mu \sin \alpha }$

Công của lực F:

$A_F=Fs\cos \alpha =\frac{\mu mgs\cos \alpha }{\cos \alpha +\mu \sin \alpha }\approx 855J$

c. Lực ma sát: $F_{ms}=\mu N=\mu \left(mg-F\sin \alpha \right)$

Công của lực ma sát

$A_{ms}=-\mu \left(mg-F\sin \alpha \right)s=-\frac{\mu mgs\cos \alpha }{\cos \alpha +\mu \sin \alpha }\approx -855J$

Bài 3.9 trang 36 sách bài tập Vật lí 10:Một người dùng lực F hợp với phương nằm ngang một góc $\alpha =30,0°$ , để đẩy vật có khối lượng m = 50,0 kg trượt trên mặt sàn nằm ngang một đoạn thẳng có độ dài s = 15,0 m với vận tốc không đổi. Biết hệ số ma sát giữa vật và mặt sàn là $\mu =0,30$ ; thành phần thẳng đứng của lực F hướng từ trên xuống dưới, gia tốc rơi tự do g = 9,80 m/s². Tính

a. Công của trọng lực.

b. Công của lực F.

c. Công của lực ma sát.

Lời giải:

a. Công của trọng lực A_P = 0

b. Từ định luật II Newton: $\overrightarrow{F}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{F_{ms}}=\overrightarrow{0}$ (do vật chuyển động đều)

Theo phương Ox: $F\cos \alpha -F_{ms}=0\iff F\cos \alpha =\mu N$

Theo phương Oy: $N=F\sin \alpha +P\Rightarrow N=mg+F\sin \alpha$

Vì vật chuyển động thẳng đều nên độ lớn của lực ma sát bằng độ lớn của thành phần nằm ngang của lực F.

$\mu \left(mg+F\sin \alpha \right)=F\cos \alpha$

$\Rightarrow F=\frac{\mu mg}{\cos \alpha -\mu \sin \alpha }=\frac{0,\mathrm{3.50.9},8}{cos{30}^0-0,3.\sin {30}^0}\approx 205\left(N\right)$

Công của lực F là

$A=Fs\cos \alpha =\mathrm{205.15.}c{\text{os30}}^0\approx 2663J$

c. Công của lực ma sát là

$A_{ms}=-\mu \left(mg+F\sin \alpha \right)s=-0,3(50.9,8+205.\sin {30}^0).15\approx -2666,25J$

Bài 3.10 trang 37 sách bài tập Vật lí 10:Một ô tô có khối lượng m = 3,50 tấn đi hết một con dốc có chiều dài s = 100 m trong khoảng thời gian $\tau =10,0s$ với tốc độ không đổi. Biết rằng con dốc là một đoạn đường thẳng hợp với mặt phẳng nằm ngang một góc $\alpha =30,0°$ và gia tốc rơi tự do là g = 9,80 m/s². Tính công và công suất của trọng lực trong các trường hợp.

a. Ô tô đi lên dốc.

b. Ô tô đi xuống dốc.

Lời giải:

a. Công và công suất của trọng lực khi ô tô lên dốc:

$A_1=P.s.\cos \alpha =mg.s.\cos \left({180}^0-{60}^0\right)$

$\Rightarrow A_1=3,\mathrm{5.1000.9},\mathrm{8.100.}cos{120}^0=-1715000J$

Công suất của trọng lực trong trường hợp này là

${\text{P}}_1=\frac{A_1}{\tau }=\frac{-1715000}{10}\approx -171500W$

b. Công và công suất của trọng lực khi ô tô xuống dốc

$A_2=P.s.\cos \alpha =mg.s.\cos {60}^0$

$\Rightarrow A_2=3500.9,\mathrm{8.100.}cos{60}^0=1715000J$

Công suất của trọng lực trong trường hợp này là

${\text{P}}_2=\frac{A_2}{\tau }=\frac{1715000}{10}\approx 171500W$

Bài 3.11 trang 37 sách bài tập Vật lí 10:Một vật có khối lượng m = 300 g được ném lên từ mặt đất với tốc độ ban đầu v₀ = 19,6 m/s theo hướng hợp với mặt đất nằm ngang một góc $\alpha =30,0°$ . Bỏ qua lực cản của không khí, gia tốc rơi tự do g = 9,80 m/s². Tính công suất của trọng lực thực hiện lên vật.

a. tại thời điểm t = 0.

b. tại thời điểm vật đạt độ cao cực đại.

c. tại thời điểm vật chạm đất.

Lời giải:

Công suất của trọng lực

${\text{P}}_g=P.v=-mg{v}_y=-mg\left(v_0\sin \alpha -gt\right)$

a. Công suất của trọng lực thực hiện lên vật tại thời điểm t = 0

${\text{P}}_g=-mg{v}_0\sin \alpha =-0,3.9,8.19,6.\sin {30}^0=-28,8W$

b. Khi vật đạt độ cao cực đại, v_y = 0 nên công suất của trọng lực thực hiện lên vật là ${\text{P}}_{g{h}_{\max }}=0$

c. Độ cao của vật tại thời điểm t

$y=v_0\left(\sin \alpha \right)t-\frac{1}{2}g{t}^2$

Vật chạm đất khi $t=\frac{2v_0\sin \alpha }{g}$ , lúc đó công suất của trọng lực tác dụng lên vật là

${\text{P}}_g=mg{v}_0\sin \alpha =0,3.9,8.19,6.\sin {30}^0=28,8W$

Bài 3.12 trang 37 sách bài tập Vật lí 10:Để múc nước từ dưới giếng lên bể người ta dùng một chiếc gầu có khối lượng m₀ = 500 g. Để di chuyển ổn định (nước trong gầu không bị thất thoát ra ngoài trong quá trình kéo nước từ giếng lên bể) gầu đựng được một lượng nước có khối lượng tối đa m = 4,50 kg. Biết rằng khối lượng của dây gầu không đáng kể, mặt nước trong giếng cách mặt bể một khoảng h = 5,00 m, gia tốc rơi tự do g = 9,80 m/s². Trong các quá trình dùng gầu để đưa nước từ giếng lên bể.

a. Tính công toàn phần tối thiểu để đưa được M = 9,00 kg nước từ giếng lên bể.

b. Tính hiệu suất cực đại của quá trình múc nước.

c. Trong một lần đưa đầy gầu nước (gầu chứa 4,50 kg nước) từ giếng lên bể, người múc nước dùng lực có độ lớn F = 60,0 N để kéo gầu, tính công toàn phần và hiệu suất của lần múc nước này.

Lời giải:

a. Mỗi lần múc được m = 4,5 kg nước, số lượng nước cần múc là M = 9kg.

Số lần tối thiểu cần múc: $k=\frac{M}{m}=\frac{9}{4,5}=2$

Công tối thiểu cho 1 lần múc:

$A=\left(m+m_0\right)gh=\left(4,5+0,5\right).9,8.5=245J$

Công toàn phần: $A_{tp}=k.A=490J$

b. Giả sử mỗi lần chỉ múc được m_n kg nước (do có sự thất thoát ra ngoài)

Công có ích: $A_{ci}=m_{n}gh$ (công có ích múc được m_n kg nước)

Công toàn phần: $A_{tp}=\left(m+m_n\right)gh$

Hiệu suất của quá trình múc nước

$H=\frac{m_{n}gh}{\left(m_0+m_n\right)gh}=\frac{1}{1+\frac{m_0}{m_n}}\le \frac{1}{1+\frac{m_0}{m}}$

(vì khối lượng nước múc được tối đa là m)

Hiệu suất cực đại của quá trình múc nước

$H_{\max }=\frac{1}{1+\frac{m_0}{m}}=\frac{1}{1+\frac{0,5}{4,5}}=90,0\%$

c. Công toàn phần của quá trình múc nước với lực kéo F

$A_{F_{tp}}=Fh=60.5=300J$

Hiệu suất của quá trình múc nước này:

$H=\frac{(m+m_0)gh}{Fh}=\frac{(4,5+0,5).9,8.5}{60.5}\approx 81,67\%$

Xem thêm lời giải vở bài tập Vật lí lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 3: Ba định luật Newton về chuyển động

Bài 4: Khối lượng riêng. Áp suất chất lỏng 

Bài 5: Tổng hợp lực và phân tích lực

Bài 6: Mô men lực. Điều kiện cân bằng của vật

Bài 2: Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng