Giải SGK Vật Lí 10 (Cánh diều) Bài tập chủ đề 3 trang 94

Giải Vật Lí 10 Bài tập chủ đề 3 trang 94

Bài 1 trang 94 Vật Lí 10: Lực F đẩy ô tô khối lượng m lên dốc một đoạn đường s với tốc độ không đổi v. Dốc nghiêng góc α. Hiệu suất của quá trình này được xác định bằng biểu thức nào dưới đây?

A. $\frac{mgs\sin \alpha }{Fv}.$

B. $\frac{mv}{Fs}.$

C. $\frac{m{v}^2}{2Fs}.$

D. $\frac{mg\sin \alpha }{F}.$

Lời giải:

Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ

Công toàn phần: A_tp = F.v

Do xe chuyển động lên dốc với vận tốc không đổi v nên có thể coi như xe chuyển động thẳng đều.

Xe chịu tác dụng của các lực $\overrightarrow{N};\overrightarrow{F};\overrightarrow{P}$ theo định luật II Niuton có:

$\overrightarrow{N}+\overrightarrow{F}+\overrightarrow{P}=\overrightarrow{0}$

Chiếu biểu thức vectơ lên phương chuyển động, ta có:

$F-P\sin \alpha =0\Rightarrow F=mg\sin \alpha$

Công có ích: $A_{ci}=mgs\sin \alpha$

Hiệu suất: $H=\frac{A_{ci}}{A_{tp}}=\frac{mgs\sin \alpha }{F.v}$

Bài 2 trang 94 Vật Lí 10: Đồ thị hình 1 biểu diễn lực tác dụng của người công nhân thay đổi trong quá trình kéo bao tải trên mặt phẳng nghiêng và độ dịch chuyển tương ứng theo phương của lực. Tính công của người công nhân.

Lời giải:

Quá trình công nhân kéo bao tải được chia làm 6 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: độ dịch chuyển bằng 100 cm = 1 m và lực được giữ không đổi là 200 N nên công ở giai đoạn 1 là: A₁ = F₁.d₁ = 200.1 = 200 J

+ Giai đoạn 2: độ dịch chuyển bằng 0 (vì vật giữ nguyên vị trí) chỉ có lực tăng lên đến 300 N nên công ở giai đoạn 2 là: A₂ = 0 (do độ dịch chuyển d₂ = 0)

+ Giai đoạn 3: độ dịch chuyển bằng 50 cm = 0,5 m (vật di chuyển từ vị trí 100 cm đến 150 cm) và lực giữ nguyên không đổi là 300 N nên công ở giai đoạn 3 là: 

A₃ = F₃.d₃ = 300.0,5 = 150J

+ Giai đoạn 4: độ dịch chuyển bằng 0 (vì vật giữ nguyên vị trí) chỉ có lực giảm về 100 N nên công ở giai đoạn 4 là: A₄ = 0 (do độ dịch chuyển d₄ = 0)

+ Giai đoạn 5: độ dịch chuyển bằng 50 cm = 0,5 m (vật di chuyển từ vị trí 150 cm đến 200 cm) và lực giữ nguyên không đổi là 100 N nên công ở giai đoạn 5 là: 

A₅ = F₅.d₅ = 100.0,5 = 50J

+ Giai đoạn 6: độ dịch chuyển bằng 0 (vì vật giữ nguyên vị trí) chỉ có lực giảm về 0 N nên công ở giai đoạn 6 là: A₆ = 0 (do độ dịch chuyển d₆ = 0)

Tổng công thực hiện trong cả quá trình là: 

A = A₁ + A₂ + A₃ + A₄ + A₅ + A₆ = 400 J

Bài 3 trang 94 Vật Lí 10: Chế độ ăn hàng ngày cung cấp năng lượng khoảng 10000 J để một người hoạt động bình thường.

a) Ước tính công suất hoạt động trung bình của cơ thể.

b) Tính công suất hoạt động của người có trọng lượng 500 N chạy lên cầu thang cao 3 m trong 5 s. So sánh công suất tính được với công suất trung bình và rút ra nhận xét.

Lời giải:

a) Công suất hoạt động trung bình của cơ thể:

$\text{P}=\frac{A}{t}=\frac{10000}{24.3600}=0,12W$

b) Lực phát động F của người có độ lớn bằng với trọng lượng P, có hướng ngược lại với trọng lực.

Công của lực phát động của người là:

$A=F.s=P.s=500.3=1500J$

Công suất hoạt động của người là:

$\text{P}=\frac{A}{t}=\frac{1500}{5}=300W$

Nhận xét: công suất tính được lớn hơn công suất trung bình rất nhiều.

Bài 4 trang 94 Vật Lí 10: Thả quả bóng bàn rơi xuống sàn nhà cứng. Quan sát và mô tả chuyển động của quả bóng bàn cho đến khi nó nằm yên trên mặt sàn. Phân tích sự bảo toàn và chuyển hóa năng lượng trong suốt quá trình bạn quan sát được.

Lời giải:

- Quá trình quả bóng chuyển động cho đến khi nó nằm yên trên mặt sàn:

+ Giả sử quả bóng thử từ độ cao h so với mặt sàn, quả bóng có năng lượng dữ trữ là thế năng trọng trường.

+ Khi quả bóng rơi, độ cao giảm dần và quả bóng rơi nhanh dần, quả bóng ma sát với không khí, va chạm với mặt sàn và phát ra tiếng động. Trong quá trình rơi đó, thế năng của quả bóng đã chuyển hóa dần thành động năng của quả bóng và một phần thế năng đã chuyển hóa thành năng lượng âm thanh khi quả bóng chạm mặt đất và nhiệt năng làm quả bóng, mặt sàn và không khí xung quanh đều nóng lên.

+ Sau khi va chạm mặt sàn quả bóng nảy lên đến một độ cao thấp hơn độ cao h ban đầu được thả. Quá trình nảy lên và rơi xuống của quả bóng được lặp lại nhiều lần, với mỗi lần nảy lên đều với độ cao thấp hơn độ cao trước đó và cuối cùng thì dừng lại. Trong quá trình nảy lên, động năng của quả bóng chuyển hóa dần thành thế năng của quả bóng và một phần động năng đã chuyển hóa thành nhiệt năng làm quả bóng và không khí xung quanh nóng lên. Quả bóng dừng lại khi cơ năng của quả bóng đã biến đổi toàn bộ thành nhiệt năng và năng lượng âm.

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

Bài 1: Năng lượng và công

Bài 2: Bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Bài 1: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng

Bài 2: Động lượng và năng lượng trong va chạm

Bài tập chủ đề 4