Các định luật bảo toàn là nền tảng quan trọng trong vật lý lớp 10, giúp học sinh hiểu rõ hơn về sự biến đổi năng lượng và vật chất trong các hiện tượng tự nhiên. Bài tập tự luận về các định luật bảo toàn không chỉ kiểm tra kiến thức lý thuyết mà còn rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức vào giải quyết các bài toán thực tế.
Để giúp các bạn học sinh lớp 10 nắm vững kiến thức về các định luật bảo toàn, bài viết này sẽ cung cấp một số bài tập tự luận kèm theo lời giải chi tiết.
Các dạng bài tập tự luận về định luật bảo toàn cơ năng
Dạng 1: Vật chuyển động rơi tự do
Bài tập: Một vật có khối lượng m = 2kg được thả rơi tự do từ độ cao h = 10m so với mặt đất. Lấy g = 10m/s². Tính:
a) Cơ năng của vật khi ở độ cao h.
b) Vận tốc của vật khi chạm đất.
Lời giải:
a) Cơ năng của vật khi ở độ cao h chính bằng thế năng trọng trường của vật:
W = Wt = mgh = 2.10.10 = 200 (J)
b) Khi vật chạm đất, toàn bộ thế năng chuyển hóa thành động năng:
Wt = Wđ = 1/2mv²
=> v = √(2Wt/m) = √(2.200/2) = 20 (m/s)
Dạng 2: Vật trượt trên mặt phẳng nghiêng
Bài tập: Một vật có khối lượng m = 1kg trượt không vận tốc đầu từ đỉnh một mặt phẳng nghiêng dài l = 10m, góc nghiêng α = 30° so với phương ngang. Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng là k = 0.2. Lấy g = 10m/s². Tính:
a) Công của lực ma sát.
b) Vận tốc của vật khi đến chân mặt phẳng nghiêng.
Lời giải:
a) Độ lớn lực ma sát tác dụng lên vật:
Fms = kN = k.mg.cosα = 0.2.1.10.cos30° = √3 (N)
Công của lực ma sát:
Ams = Fms.l.cos180° = √3.10.(-1) = -10√3 (J)
b) Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng, ta có:
Wđ – Wt = Ams
=> 1/2mv² – mgh = Ams
=> v = √(2(Ams + mgh)/m) = √(2(-10√3 + 1.10.10sin30°)/1) = 7.75 (m/s)
Các dạng bài tập tự luận về định luật bảo toàn động lượng
Dạng 1: Va chạm mềm
Bài tập: Một viên đạn có khối lượng m1 = 10g bay với vận tốc v1 = 500m/s đến ghim vào một vật có khối lượng m2 = 990g đang đứng yên. Tính vận tốc của hệ sau va chạm.
Lời giải:
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng cho hệ hai vật:
m1v1 = (m1 + m2)v
=> v = m1v1 / (m1 + m2) = 0.01.500 / (0.01 + 0.99) = 5 (m/s)
Dạng 2: Va chạm đàn hồi xuyên tâm
Bài tập: Hai viên bi có khối lượng bằng nhau m = 1kg chuyển động ngược chiều nhau trên một đường thẳng. Viên bi thứ nhất có vận tốc v1 = 2m/s, viên bi thứ hai có vận tốc v2 = -3m/s. Coi va chạm giữa hai viên bi là đàn hồi xuyên tâm. Tính vận tốc của mỗi viên bi sau va chạm.
Lời giải:
Áp dụng định luật bảo toàn động lượng và động năng cho hệ hai viên bi:
m1v1 + m2v2 = m1v1′ + m2v2′
1/2m1v1² + 1/2m2v2² = 1/2m1v1’² + 1/2m2v2’²
Giải hệ phương trình trên, ta được:
v1′ = -3 m/s
v2′ = 2 m/s
Kết luận
Trên đây là một số bài tập tự luận về các định luật bảo toàn lớp 10, hy vọng sẽ giúp các bạn học sinh củng cố kiến thức và nâng cao kỹ năng giải bài tập.
Để được hỗ trợ thêm về các kiến thức Vật lý và các môn học khác, hãy liên hệ với chúng tôi:
Số Điện Thoại: 0936238633
Email: [email protected]
Địa chỉ: 408 An Tiêm, Hà Khẩu, Hạ Long, Quảng Ninh, Việt Nam.
