Lý thuyết Thế năng đầy đủ nhất

Thế năng là một kiến thức thuộc phần kiến thức chương IV nghiên cứu về các định luật bảo toàn của chương trình Vật lý 10. Cùng tìm hiểu về các kiến thức liên quan đến Vật lý 10 Thế năng và luyện tập với các dạng bài tập tự luận và trắc nghiệm. Hy vọng với bài viết này, các bạn sẽ dễ dàng hơn trong quá trình tìm hiểu về kiến thức Vật lý 10 Thế năng!

A. Tóm tắt lý thuyết Vật lý 10 Thế năng

I - Vật lý 10 Thế năng trọng trường

1. Khái niệm và các đặc điểm của trọng trường. Trọng trường là gì?

- Xét trong không gian xung quanh, bao bọc Trái Đất luôn tồn tại một trường hấp dẫn. Đó được gọi là trọng trường.

- Trong một khoảng không gian bất kỳ tồn tại trọng trường, một vật nặng m đơn vị được đặc tại một vị trí bất kỳ trong trạng thái bị tác dụng bởi một trọng lực thì được gọi là biểu hiện trọng trường lên vật.

- Ta có một công thức sau: \(\overrightarrow{P}= m.\overrightarrow{g}\)

- Nếu ta xét trong một phạm vi hẹp thì người ta coi sự xuất hiện của trọng trường trong khoảng không gian đó là dạng trọng trường đều.

2. Thế năng trọng trường 

a, Định nghĩa và công thức về thế năng trọng trường. Thế năng là gì?

- Trong quá trình tương tác giữa vật và Trái Đất sẽ sinh ra một dạng năng lượng có tên gọi là thế năng trọng trường của một vật. Vậy thế năng là dạng năng lượng sinh ra trong quá trình tương tác giữa vật và Trái Đất. Trong trọng trường, vị trí của vật là yếu tố quyết định đến thế năng trọng trường của vật đó. 

- Ta có công thức về thế năng trọng trường của một vật là:

\(W_{t}=m.g.z\)

Phân tích cách thành phần trong công thức, ta có:

+ (m) là ký hiệu thể hiện khối lượng của vật.

+ (z) là khoảng cách từ vật đến mặt đất (xét trong không gian là trọng trường của Trái Đất).

+ \(W_{t}\) là ký hiệu thể hiện giá trị thế năng trọng trường của vật.

+ (g) là gia tốc rơi tự do.

b, Tính chất của thế năng trọng trường

- Thế năng trọng trường là một đại lượng vô hướng.

- Thế năng trọng trường nhận tất cả các giá trị (tập giá trị của thế năng trọng trường là R) bởi giá trị của thế năng phụ thuộc vào cách chọn gốc thế năng (khi ta chọn mặt đất là gốc thế năng thì thế năng trọng trường nhận giá trị 0).

- Jun được làm đơn vị để đo thế năng, ký hiệu là (J).

3. Mối liên hệ giữa biến thiên thế năng và công của lực

- Trong trọng trường, một vật trong trạng thái di chuyển từ một vị trí là M sang vị trí N thì công được sinh ra bởi trọng lực của vật sẽ được tính bằng thế năng trọng trường tại vị trí M trừ đi thế năng trọng trường tại điểm N. Công thức như sau:

\(A_{MN}= W_{t}(M)-W_{1}(N)\)

- Từ công thức ta có thể rút ra được hệ quả như sau khi một vật đang trong trạng thái di chuyển bên trong trọng trường:

+ Trọng lực của vật sẽ sinh ra một công lớn hơn 0 (sinh ra công dương) bởi vì vật có xu hướng giảm về tốc độ thì sẽ dẫn đến thế năng của vật sẽ giảm.

+ Trọng lực của vật sẽ sinh ra một công nhỏ hơn 0 (sinh ra công âm) bởi khi chiều cao của vật càng lớn thì sẽ dẫn đến thế của vật sẽ tăng.

II - Vật lý 10 Thế năng đàn hồi

- Công có thể sinh ra khi một vật đang ở trong trạng thái bị biến dạng. Khi đó, bên trong vật chứa một dạng năng lượng có tên là năng lượng đàn hồi. Một vật trong trạng thái chịu tác dụng của một lực đàn hồi thì dạng năng lượng bên trong vật được gọi là thế năng đàn hồi.

- Ta có thể xây dựng công thức tính công sinh ra khi lực đàn hồi tác dụng vào một vật như sau:

\(A=\dfrac{1}{2}k(\Delta l)^2\)

Trong đó:

+ Độ cứng của lò xo được ký hiệu là k, hai đầu của lò xo được đặt trong trạng thái 1 đầu gắn với vật và một đầu được giữ cố định.

+ Độ biến dạng của lò xo được kí hiệu là \(\Delta l\), được tính bằng công thức \(l-l_{0}\) (hiệu của hai yếu tố chiều dài của lò xo sau khi chịu tác dụng của một lực đàn hồi và chiều dài ban đầu khi chưa có lực tác dụng). Khi đó lực đàn hồi sẽ có công thức \(\overrightarrow{F}=-k.\Delta l\)

- Công thức tính thế năng đàn hồi của lò xo đang trong trạng thái biến dạng với độ biến dạng là \(\Delta l\) được cho bởi:

\(\)\(W_{t}=\dfrac{1}{2}k.(\Delta l)^2\)

- Các đặc trưng về phương, hướng và độ lớn của thế năng đàn hồi:

+ Là một đại lượng vô hướng, luôn nhận một giá trị không âm (thế năng đàn hồi luôn lớn hơn 0)

+ Thế năng đàn hồi được đo bằng đơn vị Jun, kí hiệu là (J)

- Công thức tính thế năng của con lắc lò xo: \(W_{t}=\dfrac{1}{2}k.x^2\) (với x là li độ của vật m)

B. Bài tập Vật lý 10 Thế năng

1. Các bài tập tự luận Vật lý 10 Thế năng

Bài 1: 1m là độ dài của một con lắc đơn đang được treo bởi một sợi dây đang trong trạng thái được thả tự do. Biết rằng sợ dây hợp với phương vuông góc với mặt đất một góc bằng \(45^0\). Khi sức cản của không khí là không đáng kể và gia tốc rơi tự do được cho bằng \(g=10m/s^2\), hỏi:

a, Khi con lắc đi qua một góc hợp với phương vuông góc với mặt đất một góc là \(30^0\) thì con lắc có vận tốc là bao nhiêu?

b, Khi con lắc trong trạng thái cân bằng thì tại vị trí đó, con lắc có vận tốc là bao nhiêu?

Bài 2: Trong trọng trường đặt một vật nặng bằng 3kg và tai vị trí điểm đặt, cho thế năng có độ lớn bằng 600J. Từ vị trí đó, cho con lắc trong trạng thái rơi tự do xuống mặt đất và tại vị trí điểm rơi của mặt đất thì 900J là độ lớn của thế năng. Hỏi:

a, Khoảng cách độ cao từ điểm đặt của vật so với mặt đất?

b, Nếu thế năng của vật bằng 0 thì vật được đặt tại vị trí nào trong trọng trường? Con lắc có vận tốc là bao nhiêu khi đi qua vị trí này?

Bài 3: 20m là khoảng cách từ mặt đất đến một vật nặng bằng 1kg. Ở chân một phương vuông góc với mặt đất đi qua vật có một cái hố sâu một khoảng bằng 5m. Biết rằng gia tốc rơi tự do được cho bằng \(g=10m/s^2\), hỏi:

a, Nếu đáy hố được chọn làm gốc thế năng, thế năng của vật là bao nhiêu?

b, Khi mà sức cản của không khí là không đáng kể (được cho bằng 0) thì khi chạm đến đáy của hố có độ sâu 5m, vận tốc của vật là bao nhiêu? (Biết rằng vật rơi trong trạng thái vận tốc không ban đầu)

c, Khi chọn gốc thế năng là mặt đất thì ở vị trí là đáy hố thì vật có thế năng bằng bao nhiêu?

Bài 4: 10N/m và 15N/m là lần lượt là độ cứng của hai lò xo có chiều dài bằng nhau và bằng 20cm. Cho một thanh chắn AB, một đầu của lò xo thứ nhất được gắn với đầu điểm A, một đầu của lo xo thứ hai được gắn với đầu điểm B, hai đầu còn lại được gắn với một vật m được đặt chính giữa của thanh AB. Cho độ dài của thanh AB là 50cm, kích thước của m và lực ma sát là không đáng kể, hỏi:

a, Tại điểm cân bằng O, mỗi lò xo có độ dãn bằng bao nhiêu?

b, Di chuyển vị trí vật m từ vị trí cân bằng ra một vị trí khác cách vị trí cân bằng một khoảng bằng 2cm. Nếu vị trí cân bằng được chọn làm gốc thế năng thì tại vị trí vật m được dịch chuyển đến, hệ hai lò xo có thế năng đàn hồi là bao nhiêu?

Bài 5: 50g là khối lượng của một hòn đá đang trong trạng thái được một người đứng yên ném theo một phương vuông góc với mặt đất. 6m là độ cao của hòn đá bay lên được tính từ điểm ném và rơi xuống mặt đất (mặt đất có khoảng cách với điểm ném là 2m). Hỏi:

a, Nếu chọn mốc là điểm ném vật thì vật có thế năng là bao nhiêu? Nếu chọn mốc là mặt nước thì vật có thế năng là bao nhiêu?

b, Khi hòn đá trong trạng thái bay lên đến điểm cao nhất (cách điểm ném 6m) và rơi xuống mặt đất (cách điểm ném 2m) thì công sinh ra khi hòn đá phải chịu một trọng lực thực hiện lên là bao nhiêu? Hãy cho biết việc chọn mốc có ảnh hưởng đến độ lớn của công hay không?

2. Một số câu trắc nghiệm Vật lý 10 Thế năng

Câu 1: Khi vật đang trong trạng thái rơi trong trọng trường, vật có thế năng phụ thuộc vào các yếu tố:

A. Phụ thuộc vào vị trí, khối lượng và độ cao của vật

B, Phụ thuộc vào vị trí, vận tốc và độ cao của vật

C. Phụ thuộc vào vận tốc, độ cao và khối lượng của vật

D. Phụ thuộc vào vận tốc, khối lượng và vị trí của vật

Câu 2: Một vật đang ở trong trạng thái chuyển động có thể không có có dạng năng lượng là:

A. Động lượng                                             B. Động năng

C. Thế năng                                                D. Cơ năng

Câu 3: 2,8kg là khối lượng của một vật đang trong trạng thái chuyển động theo một đường cong (hình vẽ). 6m, 3m, 4m, 1,5m và 7m lần lượt là độ cao của các điểm A, B, C, D, E so với mặt đất. Biết rằng gia tốc rơi tự do được cho bằng \(g=10m/s^2\). Trong trọng lượng, nếu xe đang trong trạng thái di chuyển từ vị trí điểm B sang vị trí điểm C thì có độ biến thiên thế năng là:

A. -84J                                                          B. 28J

C. -126J                                                        D. -28J

Tham khảo thêm >>> Giải bài tập sách giáo khoa bài 26 Vật lý 10 Thế năng

Với bài viết về Vật lý 10 Thế năng, đã đem đến cho các bạn bài tổng hợp lý thuyết thế năng và các dạng câu hỏi trắc nghiệm và bài tập tự luận một cách chi tiết nhất. Nếu có đóng góp hay thắc mắc gì về vật lý 10 Thế năng, hãy để lại comment dưới phần bình luận nhé!