Toptailieu biên soạn và giới thiệu giải Sách bài tập Vật lí 10 trang 37,38,39,40 Bài 2: Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng 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 2.

SBT Vật lí 10 Cánh diều Bài 2: Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Bài 3.13 trang 37 sách bài tập Vật lí 10: Khi tăng tốc một vật từ tốc độ v lên tốc độ 2v, động năng của nó

A. tăng lên 2 lần.

B. tăng lên 4 lần.

C. giảm đi 2 lần.

D. giảm đi 4 lần.

Lời giải:

Đáp án đúng là: B

Động năng tỉ lệ với bình phương của tốc độ.

Khi tốc độ tăng lên 2 lần thì động năng tăng lên 4 lần.

Bài 3.14 trang 37 sách bài tập Vật lí 10:Nhận xét nào sau đây là đúng về thế năng?

A. Độ biến thiên thế năng phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

B. Giá trị của thế năng không phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

C. Độ biến thiên thế năng không phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

D. Giá trị của thế năng và độ biến thiên thế năng đều phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Thế năng phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

Độ biến thiên thế năng không phụ thuộc vào mốc tính thế năng.

Bài 3.15 trang 38 sách bài tập Vật lí 10: Nhận xét nào sau đây là đúng nhất về cơ năng trong trọng trường?

A. Cơ năng là đại lượng vô hướng luôn dương.

B. Cơ năng là đại lượng vô hướng luôn âm.

C. Cơ năng là đại lượng có hướng.

D. Giá trị của cơ năng phụ thuộc vào cả vị trí và tốc độ của vật.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

Cơ năng trong trọng trường là đại lượng vô hướng.

Cơ năng phụ thuộc vào cả vị trí và tốc độ của vật.

Bài 3.16 trang 38 sách bài tập Vật lí 10: Một vật khối lượng m = 30,0 kg được kéo từ mặt đất (được chọn làm gốc thế năng) lên đến một vị trí xác định có độ cao h = 40,0 m. Biết gia tốc rơi tự do là g = 9,80 m/s².

a. Tính thế năng của vật khi ở mặt đất và khi ở độ cao h.

b. Tính công mà vật nhận được trong quá trình kéo vật từ mặt đất lên vị trí xác định nói trên.

Lời giải:

a. Thế năng của vật ở mặt đất (h = 0) là

W₀ = mg.h = 0

Thế năng của vật ở độ cao h = 40 m là

${\text{W}}_h=mgh=30.9,8.40=11760J$

b. Công mà vật nhận được chính là công truyền cho vật làm thay đổi thế năng từ W₀ đến W_h, do đó:

$A={\text{W}}_h-{\text{W}}_0=mgh=11760J$

Bài 3.17 trang 38 sách bài tập Vật lí 10: Một ô tô có khối lượng m = 1,20 tấn chuyển động lên trên một con dốc phẳng có độ dài S = 1,50 km với vận tốc v = 54,0 km/h. Chiều cao của đỉnh dốc so với mặt phẳng nằm ngang đi qua chân dốc (gốc thế năng nằm ở chân dốc) là

h = 30,0 m. Biết gia tốc rơi tự do là g = 9,80 m/s².

a. Tính thế năng của ô tô ở đỉnh con dốc.

b. Lấy gốc thời gian là lúc ô tô ở chân dốc, tìm thời điểm thế năng của ô tô bằng $\epsilon =25,0\%$ thế năng của nó tại đỉnh dốc.

c. Xác định công suất của động cơ ô tô biết rằng tỉ số giữa thế năng của ô tô với công mà động cơ của nó thực hiện là $\eta =90,0\%$ .

Lời giải:

a. Thế năng của ô tô khi nó ở đỉnh dốc

${\text{W}}_{th}=mgh=1200.9,8.30=352800J$

b. Ta có: $\frac{{\text{W}}_t}{{\text{W}}_{th}}=\frac{mg{h}_t}{mgh}=\frac{h_t}{h}=\frac{S_t}{S_h}=\frac{vt}{S}=\epsilon$

Trong đó h_t là độ cao của ô tô (so với chân dốc) ở thời điểm t, s_t là quãng đường ô tô đi được trong khoảng thời gian t.

$\Rightarrow t=\frac{\epsilon S}{v}=\frac{0,25.1500}{\frac{54}{3,6}}=25,0s$

c. Ta có: $\eta =\frac{W_t}{A}=\frac{mg{h}_t}{\text{P}t}$

Từ câu b, ta có: $h_t=\frac{hvt}{S}\Rightarrow \eta =\frac{mghv}{\text{P}S}$

Công suất của động cơ ô tô là

$\text{P}=\frac{mghv}{\eta S}=\frac{1,\mathrm{2.1000.9},\mathrm{8.30.}\frac{54}{3,6}}{90\%.1,5.1000}=3920W$

Bài 3.18 trang 38 sách bài tập Vật lí 10: Một vật có khối lượng m = 1,00 kg được thả rơi không vận tốc ban đầu từ độ cao h = 10,0 m so với mặt đất nằm ngang. Vật dừng lại sau khi ngập sâu vào lòng đất một đoạn d = 30,0 cm theo phương thẳng đứng. Biết rằng gia tốc rơi tự do là g = 9,80 m/s². Lấy gốc thế năng là mặt đất nằm ngang. Tính

a. Thế năng cực tiểu của vật trong quá trình chuyển động.

b. Công mà mặt đất truyền cho vật.

Lời giải:

a. Thế năng của vật đạt giá trị cực tiểu khi nó ở độ sâu cực đại, do đó: ${\text{W}}_{t\min }=-mgd=-1.9,{\mathrm{8.30.10}}^{-2}=-2,94J$

b. Vì vật không sinh công lên không khí nên công mà vật thực hiện lên đất $A={\text{W}}_{t1}-{\text{W}}_{t2}=mgh-\left(-mgd\right)$

$\Rightarrow A=1.9,8(10+0,3)\approx 101J$

Công mà đất truyền cho vật

A’ = - A = - 101 J

Bài 3.19 trang 39 sách bài tập Vật lí 10:Một vật nhỏ khối lượng m = 500 g được lồng vào một sợi cáp kim loại mảnh đã được uốn thành một đường cong như hình 3.2 qua một lỗ nhỏ trên vật. Khi người ta thả vật không vận tốc ban đầu từ điểm A cách mặt sàn nằm ngang một đoạn H = 1,20 m thì vật trượt dọc theo đường cong cho đến khi nó dừng lại tại điểm B cách mặt sàn nằm ngang một khoảng h = 80,0 cm. Biết gia tốc rơi tự do g = 9,80 m/s².

Hình 3.2

a. Tính thế năng của vật tại A và B.

b. Tính công mà sợi cáp kim loại tác dụng lên vật.

Lời giải:

Chọn mốc tính thế năng tại mặt sàn nằm ngang.

a. Thế năng của vật tại A và B

W_tA = mgH = 0,5.9,8.1,2 = 5,88 J

W_tB = mgh = 0,5.9,8.0,8 = 3,92 J

b. Công mà sợi cáp tác dụng lên vật là phần thế năng truyền vào vật khi nó chuyển động từ A đến B nên:

A = W_tB – W_tA = mg(h – H) = 0,5.9,8. (0,8 - 1,2) = - 1,96 J

Dấu “-” thể hiện năng lượng được truyền từ vật vào sợi cáp trong quá trình vật trượt từ A đến B.

Bài 3.20 trang 39 sách bài tập Vật lí 10:Tính động năng của các đối tượng sau:

a. Một giọt nước mưa có khối lượng m₁ = 50,0 mg rơi với vận tốc v₁ = 5,00 m/s.

b. Một con rùa có khối lượng m₂ = 3,50 kg đang bò với vận tốc v₂ = 1,00 cm/s.

c. Một viên đạn có khối lượng m₃ = 5,00 kg đang bay với vận tốc v₃ = 600 m/s.

Lời giải:

a. W_đ1 = $\frac{1}{2}{m}_1{v}_1^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.50.10}}^{-6}{.5}^2=0,625mJ$

b. . W_đ2 = $\frac{1}{2}{m}_2{v}_2^2=\frac{1}{2}.3,5.0,{01}^2=0,175mJ$

c. . W_đ3 = $\frac{1}{2}{m}_3{v}_3^2=\frac{1}{2}{\mathrm{.5.600}}^2=900000J$

Bài 3.21 trang 39 sách bài tập Vật lí 10: Một ô tô có khối lượng m = 1,25 tấn chuyển động nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ cho đến khi đạt tốc độ v = 54,0 km/h thì chuyển động thẳng đều. Biết rằng trong quá trình tăng tốc ô tô đi được quãng đường có độ dài S = 800 m.

a. Tính động năng của ô tô trong giai đoạn nó chuyển động thẳng đều.

b. Tính động năng của ô tô ngay khi nó đã tăng tốc được một khoảng thời gian $\tau =10s$

c. Tính động năng của ô tô ngay khi nó đã đi được quãng đường S’ = 200 m tính từ lúc bắt đầu xuất phát.

d. Tính công suất của động cơ ô tô khi nó có vận tốc v’ = 10,0 m/s biết rằng hiệu suất của động cơ ở vận tốc này là $\eta =70\%$ .

Lời giải:

Đổi 54 km/h = 15 m/s

a. Động năng của ô tô giai đoạn nó chuyển động thẳng đều

W_đ0 = $\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}.1,{\mathrm{25.1000.15}}^2\approx 141kJ$

b.

Ta có gia tốc của ô tô là $a=\frac{v^2}{2S}=\frac{{15}^2}{2.800}\approx 0,141m/s^2$

Vận tốc của ô tô sau khoảng thời gian $\tau$ là

$v_{\tau }=a\tau =0,141.10=1,41m/s$

Động năng của ô tô sau khoảng thời gian $\tau$ là

${\text{W}}_{đ\tau }=\frac{1}{2}m{v}_{\tau }^2=\frac{1}{2}.1,\mathrm{25.1000.1},{41}^2=1242,6J$

c. Vận tốc của ô tô khi nó đi được quãng đường S’

$v_{S\text{'}}=\sqrt{2aS\text{'}}=\sqrt{2.\frac{v^2}{2S}.S\text{'}}=v\sqrt{\frac{S\text{'}}{S}}=15\sqrt{\frac{200}{800}}=7,5m/s$

$\Rightarrow {\text{W}}_{đS\text{'}}=\frac{1}{2}m{v}_{S\text{'}}^2=\frac{1}{2}.1,\mathrm{25.1000.7},5^2\approx 35,2kJ$

d. Công suất có ích mà ô tô nhận được để tăng tốc

${\text{P}}_i=Fv\text{'}=mav\text{'}=\eta {\text{P}}_{dc}$

Công suất của động cơ ô tô:

Bài 3.22 trang 39 sách bài tập Vật lí 10: Một vật nhỏ có khối lượng m = 100 g được ném lên từ mặt đất với vận tốc ban đầu v₀ = 15,0 m/s theo hướng hợp với mặt đất nằm ngang một góc $\alpha =60,0°$ . Bỏ qua sức cản của không khí, biết gia tốc rơi tự do là g = 9,80 m/s².

a. Tính động năng ban đầu của vật.

b. Tính động năng cực tiểu của vật trong suốt quá trình chuyển động.

c. Động năng của vật tại thời điểm $t<\frac{2v_0\sin \alpha }{g}$ là bao nhiêu?

d. Động năng của vật khi nó ở độ cao h là bao nhiêu?

Lời giải:

a. Động năng ban đầu của vật

W_đ0 = $\frac{1}{2}m{v}_0^2=\frac{1}{2}.0,{1.15}^2=11,25J$

b. Ta có vận tốc tại một điểm bất kì trong chuyển động ném xiên là

$v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}=\sqrt{{\left(v_0\cos \alpha \right)}^2+{\left(v_0\sin \alpha -gt\right)}^2}$

W_đ $=\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}m\left({\left(v_0\cos \alpha \right)}^2+{\left(v_0\sin \alpha -gt\right)}^2\right)\ge \frac{1}{2}m{v}_0^2{\cos }^2\alpha$

Động năng cực tiểu của vật trong suốt quá trình chuyển động

W_đmin = $\frac{1}{2}m{v}_0^2{\cos }^2\alpha =\frac{1}{2}.0,{1.15}^2.cos{60}^0\approx 2,81J$

c. Động năng của vật tại thời điểm t

W_đt = $\frac{1}{2}m\left({\left(v_0\cos \alpha \right)}^2+{\left(v_0\sin \alpha -gt\right)}^2\right)=\frac{1}{2}m{v}_0^2\left(1-\frac{2gt\sin \alpha }{v_0}+\frac{g^2{t}^2}{v_0^2}\right)$

Hay: W_đt = 11,25.(1 - 1,13.t + 0,427.t²)

d. Động năng của vật ở độ cao h

W_đt = $\frac{1}{2}m\left({\left(v_0\cos \alpha \right)}^2+{\left(v_0\sin \alpha -gt\right)}^2\right)$

$=\frac{1}{2}m\left({\left(v_0\cos \alpha \right)}^2+{\left(v_0\sin \alpha \right)}^2+g^2{t}^2-2v_0.\sin \alpha .g.t\right)$(1)

Do vật né$=11,25\left(1-8,{71.10}^{-2}h\right)$m xiên nên ta có phương trình theo trục 0y:

$y=v_0.\sin \alpha .t-\frac{1}{2}.g.t^2$

Tại độ cao y = h có:

$h=v_0.\sin \alpha .t-\frac{1}{2}.g.t^2\Rightarrow 2gh=2v_0.\sin \alpha .gt-g^2{t}^2$

Thay vào (1) ta được:

W_{đt$=\frac{1}{2}m\left({\left(v_0\cos \alpha \right)}^2+{\left(v_0\sin \alpha \right)}^2-2gh\right)$}

W_đt =$\frac{1}{2}m{v}_0^2\left(1-\frac{2gh}{v_0^2}\right)$

W_{đt$=11,25\left(1-8,{71.10}^{-2}h\right)$}

Bài 3.23 trang 39 sách bài tập Vật lí 10:Một viên đạn có khối lượng m = 5,00 g đang bay với vận tốc v₀ = 800 m/s thì va chạm với một khúc gỗ có khối lượng M = 10,0 kg đang chuyển động với vận tốc v = 2,50 m/s. Sau va chạm viên đạn cắm chặt vào khúc gỗ, cả hệ đạn và khúc gỗ chuyển động với vận tốc V = 2,20 m/s. Tính:

a. Động năng ban đầu của viên đạn.

b. Động năng ban đầu của khúc gỗ.

c. Công mà hệ đạn, khúc gỗ sinh ra trong quá trình đạn cắm vào khúc gỗ.

Lời giải:

a. Động năng ban đầu của viên đạn

W_đ1 =12mv20=12.0,005.8002=1,60kJ

b. Động năng ban đầu của khúc gỗ

W_đ2 =12Mv2=12.10.2,52=31,25J

c. Động năng của hệ đạn, khúc gỗ lúc đạn đã cắm chặt vào khúc gỗ

Wđ=12(m+M)V2=12(0,005+10)2,22≈24,2J

Công mà hệ đạn, khúc gỗ sinh ra do va chạm là phần năng lượng mà hệ này mất đi

Bài 3.24 trang 40 sách bài tập Vật lí 10:Một vật khối lượng m = 100 g được thả rơi tự do từ độ cao H = 20,0 m so với mặt đất (được chọn làm mốc thế năng). Biết gia tốc rơi tự do g = 9,80 m/s².

a. Tính cơ năng của vật.

b. Tính độ lớn vận tốc tiếp đất của vật.

c. Khi động năng của vật gấp ba lần thế năng của nó thì vật cách mặt đất một khoảng bằng bao nhiêu?

Lời giải:

a. Cơ năng của vật: W = mgH = 0,1.9,8.20 = 19,6 J

b. Áp dụng định luậ bảo toàn cơ năng, ta có: $\frac{1}{2}m{v}^2=mgH$

c. Ta có: ${\text{W}}_{đ}=3W_t$

$\Rightarrow \text{W}={\text{W}}_{đ}{\text{+W}}_t=4W_t$

$\Rightarrow mgH=4mgh$

Khoảng cách giữa vật và mặt đất khi đó

$h=\frac{H}{4}=\frac{20}{4}=5m$

Bài 3.25 trang 40 sách bài tập Vật lí 10: Một vật khối lượng m = 200 g được ném thẳng đứng lên trên với vận tốc ban đầu v₀ = 15,0 m/s từ một điểm có độ cao h = 20,0 m so với mặt đất nằm ngang (là mốc thế năng). Biết gia tốc rơi tự do tại nơi ném vật là g = 9,80 m/s². Vật đạt độ cao cực đại so với mặt đất là H = 30,0 m và tiếp đất với vận tốc v = 22,0 m/s.

a. Tính cơ năng ban đầu của vật.

b. Tính cơ năng của vật khi nó đạt độ cao cực đại so với mặt đất và khi nó tiếp đất.

c. Tính công mà vật thực hiện lên không khí trong giai đoạn vật đi lên và trong giai đoạn vật rơi xuống.

Lời giải:

a. Cơ năng ban đầu của vật

${\text{W}}_0=\frac{1}{2}m{v}_0^2+mgh=\frac{1}{2}.0,{2.15}^2+0,2.9,8.20=61,7J$

b. Cơ năng của vật khi nó ở độ cao cực đại so với mặt đất

${\text{W}}_H=mgH=0,2.9,8.30=58,8J$

Cơ năng của vật lúc tiếp đất

${\text{W}}_v=\frac{1}{2}m{v}^2=\frac{1}{2}.0,{2.22}^2=48,4J$

c. Công mà vật thực hiện lên không khí bằng độ giảm cơ năng nên công mà vật truyền vào không khí trong các giai đoạn đi lên (A₁) và đi xuống (A₂) là:

$A_1={\text{W}}_0-{\text{W}}_H=61,7-58,8=2,9J$

$A_2={\text{W}}_H-{\text{W}}_v=58,8-48,4=10,4J$

Bài 3.26 trang 40 sách bài tập Vật lí 10: Động cơ xăng của ô tô có hiệu suất là 27%. Điều này có nghĩa là chỉ 27% năng lượng được lưu trữ trong nhiên liệu của ô tô được sử dụng để ô tô chuyển động (sinh công thắng lực ma sát).

a. Biết một lít xăng dự trữ năng lượng 30 MJ. Năng lượng trong 1 lít xăng mà ô tô sử dụng được để chuyển động là bao nhiêu MJ?

b. Một ô tô dùng 1 lít xăng đi được 7 km với vận tốc không đổi 10 m/s. Tính độ lớn lực ma sát tác dụng lên ô tô.

Lời giải:

a. Năng lượng trong 1 lít xăng mà ô tô sử dụng được để chuyển động là $W_{ci}=30.0,27=8,1MJ$

b. Xe chuyển động với vận tốc không đổi nên công của lực ma sát có độ lớn bằng công của lực phát động làm ô tô chuyển động và bằng chính năng lượng có ích nhưng có dấu “-”

$A_{F_{ms}}=F_{ms}.v\iff -8,{1.10}^6=F_{ms}.\frac{7000}{10}\iff F_{ms}=-1,{15.10}^{4}N$

Độ lớn lực ma sát là: $F_{ms}=1,{15.10}^{4}N$

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 1: Năng lượng và công