PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG
1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Khi áp dụng định luật bảo toàn cơ năng cần :
- Xác định được biểu thức cụ thể của động năng và thế năng tại hai vị trí của vật. Thông thường hai vị trí thường chọn có động năng hoặc thế năng bằng không hoặc tại vị trí mà việc tính toán cơ năng là đơn giản.
- Chọn mốc thế năng sao cho việc tính thế năng của vật là dễ nhất.
- Định luật bảo toàn cơ năng được áp dụng đối với vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực hoặc lực đàn hồi ( lực thế).
II. VÍ DỤ MINH HỌA
Một vật được ném lên cao với vận tốc ban đầu vo=10m/s từ độ cao h=20m so với mặt đất , lấy g=10m/s2 . Bỏ qua lực cản :
a) Chọn trục Oz , chiều dương hướng lên . Chọn gốc tọa độ O tại đất . Tính độ cao cực đại của vật so với mặt đất ( dùng định luật bảo toàn cơ năng ) ;
b) Tính vận tốc của vật khi chạm đất ;
c) ở độ cao nào thì động năng bằng thế năng ?
Giải
Chọn mốc thế năng tại mặt đất.
a) Cơ năng của vật:
\(W = \frac{1}{2}m{v^2} + mgh = \frac{1}{2}m{.10^2} + m.10.20 = 250m\)
Khi vật lên độ cao cực đại thì cơ năng là:
\({{\rm{W}}_{\rm{2}}}{\rm{ = mg}}{{\rm{h}}_{{\rm{max}}}}{\rm{ = m}}{\rm{.10}}{\rm{.}}{{\rm{h}}_{{\rm{max}}}}\)
Bảo toàn cơ năng ta có:
\({W_2} = W \Rightarrow {h_{max}} = 25(m)\)
b) Khi chạm đất, cơ năng của vật là:
\({W_3} = \frac{1}{2}m{v^2}\)
Bảo toàn cơ năng ta có:
\({W_3} = W \Rightarrow \frac{1}{2}m{v^2} = 250m \Rightarrow v = 10\sqrt 5 (m/s)\)
c) Tại vị trí Wđ= Wt
\(\begin{array}{l}
{W_d} = {\rm{ }}{W_t}\\
\Rightarrow W = 2{W_t} = 2.mgh = mg{h_{max}}\\
\Rightarrow h = \frac{{{h_{max}}}}{2} = 12,5(m)
\end{array}\)
III. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1: Từ độ cao 10 m so với mặt đất, một vật được ném lên cao theo phương thẳng đứng với vận tốc đầu 5 m/s. Bỏ qua sức cản của không khí và lấy g = 10 m/s2.
a. Tính độ cao cực đại mà vật đạt được so với mặt đất.
b. Tính vận tốc của vật tại thời điểm vật có động năng bằng thế năng.
c. Tìm cơ năng toàn phần của vật, biết khối lượng của vật là m = 200 g.
Đ/S:
Chọn gốc thế năng tại mặt đất
a) Tìm độ cao cực đại
\( \Rightarrow {h_{m{\rm{ax}}}} = \frac{{v_A^2}}{{2g}} + {h_A} = 1,25 + 10 = 11,25m\)
b) Tính vận tốc của vật tại thời điểm vật có động năng bằng thế năng
\({{\rm{W}}_C} = {{\rm{W}}_B} \Rightarrow 2.\frac{1}{2}mv_C^2 = mg{h_{m{\rm{ax}}}} \Rightarrow {v_C} = \sqrt {g{h_{m{\rm{ax}}}}} = 7,5\sqrt 2 m/s\)
c) Tìm cơ năng toàn phần của vật, biết khối lượng của vật là m = 200 g
\({\rm{W}} = {{\rm{W}}_B} = mg{h_{m{\rm{ax}}}} = 0,2.10.11,25 = 22,5J\)
Bài 2: Quả cầu nhỏ khối lượng 500 g treo ở đầu một sợi dây dài 1 m, đầu trên của dây cố định. Kéo quả cầu ra khỏi vị trí cân bằng sao cho dây hợp với phương thẳng ứng góc 450 rồi thả tự do. Tìm:
a. Vận tốc của con lắc khi nó đi qua vị trí cân bằng.
b. Tính lực căng của dây tại vị trí cân bằng.
Đ/S :
a) Chọn gốc thế năng tại vị trí cân bằng (vị trí thấp nhất của vật).
\(\begin{array}{l}
mg{h_A} = \frac{1}{2}mv_B^2\\
\left( \begin{array}{l}
{h_A} = l\left( {1 - c{\rm{os}}{\alpha _{{{45}^0}}}} \right) = l\left( {1 - c{\rm{os}}{{45}^0}} \right)\\
\Rightarrow \sqrt {2gl\left( {1 - c{\rm{os}}{{45}^0}} \right)} = \sqrt {2.10.1\left( {1 - \frac{{\sqrt 2 }}{2}} \right)} = \sqrt {20 - 10\sqrt 2 } = 2,42m/s
\end{array} \right)
\end{array}\)
b) Khi cần tính đến lực căng dây T, ta phải áp dụng lại Định luật II Niu tơn cho vật tại vị trí cần tính.
\( \Leftrightarrow T = m{a_{ht}} = m\frac{{v_B^2}}{l} = 0,5.10 + 0,5.\frac{{2,{{42}^2}}}{1} = 7,93N\)
...
-(Nội dung tiếp theo của tài liệu, các em vui lòng xem tại online hoặc tải về)-
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải bài tập Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng môn Vật Lý 10 năm 2021. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
