Bài IV.5, IV.6, IV.7, IV.8, IV.9 trang 64 SBT Vật lí 10

IV.5.

Để xác định vận tốc của đầu đạn người ta dùng con lắc thủ đạn, gồm một hộp đựng cát khối lượng M được treo vào một sợi dây l. Khi được bắn, đầu đạn khối lượng m bay theo phương nằm ngang, cắm vào cát và nâng hộp cát lên cao thêm một đoạn h so với vị trí cân bằng (H.IV.1). Vận tốc của đầu đạn là:

A. \(\dfrac{m}{{M + m}}\sqrt {2gh} \)

B. \(\dfrac{m}{{M - m}}\sqrt {2gh} \)

C. \(\dfrac{{M + m}}{m}\sqrt {2gh} \)

D. \(\dfrac{{M - m}}{m}\sqrt {2gh} \)

Phương pháp giải:

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng và định luật bảo toàn cơ năng:

\({m_1}\overrightarrow {{v_1}}  + {m_2}\overrightarrow {{v_2}}  = {m_1}\overrightarrow {v{'_1}}  + {m_2}\overrightarrow {v{'_2}} \)

\({\rm{W}} = {{\rm{W}}_d} + {{\rm{W}}_t} = \dfrac{1}{2}m{v^2} + mgh\)= hằng số

Lời giải chi tiết:

Khi viên đạn va chạm mềm vào hộp cát

\(mv = (M + m)u\)(1)

Khi viên đạn và hộp cát chuyển động lên cao

\(0 + (M + m)gh = \dfrac{1}{2}(M + m){u^2} + 0\)(2)

Từ (1) và (2) \( \to v = \dfrac{{M + m}}{m}\sqrt {2gh} \)

Chọn đáp án C

IV.6.

Một vật khối lượng 10 kg đang đứng yên chịu tác dụng một lực 5 N theo phương ngang. Xác định :

a) Công của lực trong giây thứ nhất, giây thứ hai và giây thứ ba.

b) Công suất tức thời của lực tại giây thứ tư. Cho biết công suất tức thời tính theo công thức : P = Fv, với F là lực tác dụng và v là vận tốc tức thời của vật.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức:

+ Định luật II Niu tơn \(F = m.a\)

+ Quãng đường \(S = \dfrac{1}{2}a{t^2}\)

+ Vận tốc \(v = a.t\)

+ Công \(A = F.S\)

+ Công suất \(P = \dfrac{A}{t}\)

Lời giải chi tiết:

a. Gia tốc của vật :  \(a = {F \over m} = {{5,0} \over {10}} = 0,5(m/{s^2})\)

Quãng đường vật dịch chuyển:  \(s = {{a{t^2}} \over 2} = {{0,5{t^2}} \over 2} = 0,25{t^2}\)

Công của lực thực hiện: A = Fs.

- Trong giây thứ nhất (từ 0 đến 1s):

\({s_1} = 0,25t_1^2 = 0,25\left( {{1^2} - 0} \right) = 0,25(m)\)

 Suy ra: A₁ = Fs₁ = 5.0,25 = 1,25 J.

- Trong giây thứ 2 (từ 1s đến 2s):

\({s_2} = 0,25\left( {t_2^2 - t_1^2} \right) = 0,25{\left( {{2^2} - {1^2}} \right)^2} = 0,75\left( m \right)\)

Suy ra: A₂ = Fs₂ = 5.0,75 = 3,75 J.

Trong giây thứ ba (từ 2s đến 3s):

\({s_3} = 0,25\left( {t_3^2 - t_2^2} \right) = 0,25\left( {{3^2} - {2^2}} \right) = 1,25(m)\)

Suy ra: A₃ = Fs₃ = 5.1,25 = 6,25 J.

b. Công suất tức thời của lực: P = Fv.

Tại giây thứ tư (t = 4s): v = at = 0,2.4 = 0,8 m/s

Suy ra: P = F.v = 5.0,8 = 4 W.

IV.7.

Một ô tô đang chạy với vận tốc 30 km/h trên đoạn đường phẳng ngang thì hãm phanh và tiếp tục chạy thêm được quãng đường dài 10 m. Coi lực ma sát giữa lốp ô tô và mặt đường khi hãm phanh là không đổi. Nếu trước khi hãm phanh, ô tô đang chạy với vận tốc 90 km/h thì ô tô sẽ tiếp tục chạy thêm được quãng đường dài bao nhiêu ?

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức độ biến thiên động năng \(A = \Delta {{\rm{W}}_d} = {{\rm{W}}_{d2}} - {{\rm{W}}_{d1}}\)

Lời giải chi tiết:

Áp dụng công thức về độ biến thiên động năng:

\({{m{v^2}} \over 2} - {{mv_0^2} \over 2} = A\)

Thay v = 0 và A = - F_mss, ta tìm được:  \(s = {{mv_0^2} \over {2{F_{ms}}}}\)

Vì F_ms và m không thay đổi, nên s tỉ lệ với v₀², tức là

\({{{s_2}} \over {{s_1}}} = {\left( {{{{v_{02}}} \over {{v_{01}}}}} \right)^2} = > {s_2} = 4.{\left( {{{90} \over {30}}} \right)^2} = 36(m)\)

IV.8.

Một vật khối lượng 500 kg móc ở đầu sợi dây cáp của một cần cẩu và được kéo thẳng đứng từ mặt đất lên phía trên với sức căng không đổi. Khi tới độ cao 4,5 m thì vật đạt được vận tốc 0,60 m/s.

a) Xác định lực căng của sợi dây cáp. Lấy g = 9,8 m/s².

b) Nếu sợi dây cáp chỉ chịu được lực căng tối đa là 6000 N, thì ở cùng độ cao nêu trên vật có thể đạt được vận tốc bằng bao nhiêu ?

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức độ biến thiên cơ năng \(A = \Delta {\rm{W = }}{{\rm{W}}_2} - {{\rm{W}}_1}\)

Lời giải chi tiết:

a) Vật nặng chịu lực căng \(\overrightarrow T \) (ngoại lực) tác dụng, chuyển động từ mặt đất lên tới độ cao h = 10 m và đạt được vận tốc v = 0,5 m. Trong trường hợp này, độ biến thiên cơ năng của vật có giá trị bằng công do ngoại lực thực hiện, nên ta có :

\({{m{v^2}} \over 2} + mgh = Th\)

suy ra lực căng của sợi dây cáp :

\(T = m\left( {{{{v^2}} \over {2h}} + g} \right) \approx 500\left( {{{0,{{60}^2}} \over {2.4,5}} + 9,8} \right) \\= 4920(N)\)

b) Nếu dây cáp chịu được lực căng tối đa T_max = 6000 N > 4920 N, thì ở cùng độ cao nêu trên vật có thể đạt được vận tốc tối đa v_max sao cho :

\({{mv_{\max }^2} \over 2} + mgh = {T_{\max }}h\)

Suy ra:  \({v_{\max }} = \sqrt {{{2h} \over m}\left( {{T_{\max }} - mg} \right)} \\= \sqrt {{{2.4,5} \over {500}}\left( {6000 - 500.9,8} \right)} \approx 14(m/s)\)

IV.9.

Hai vật nặng có khối lượng lần lượt là m₁ = 2 kg và m₂ = 1 kg được móc vào hai đầu của một sợi dây vắt ngang qua một ròng rọc : vật m₁ treo thẳng đứng, vật m₂ nằm trên mặt phẳng nghiêng một góc α = 30° như hình IV.l. Ban đầu hệ vật được giữ đứng yên, sau đó thả nhẹ cho hệ vật chuyển động. Bỏ qua lực ma sát, lực cản, khối lượng của ròng rọc và dây treo. Lấy g ≈ 10 m/s². Xác định động năng của hệ vật khi vật m₁ đi xuống phía dưới được một đoạn 50 cm.

Phương pháp giải:

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng 

Lời giải chi tiết:

Hệ hai vật m₁ và m₂ chuyển động trong trọng trường, chỉ chịu tác dụng của trọng lực, nên cơ năng của hệ vật bảo toàn.

Vật m₁, có trọng lượng P₁ = m₁g ≈ 20 N và vật m₂ có trọng lượng P₂ = m₂g ≈ 1.10 = 10 N. Vì sợi dây nối hai vật này không dãn và P₁ > P₂, nên vật m₁ chuyển động, thẳng đứng đi xuống và vật m₂ bị kéo trượt lên phía đỉnh mặt nghiêng với cùng đoạn đường đi và vận tốc. Như vậy, khi vật m₁ đi xuống một đoạn h thì thế năng của nó giảm một lượng W_t1 = m₁gh, đồng thời vật m₂ cũng trượt lên phía đỉnh mặt nghiêng một đoạn h nên độ cao của nó tăng thêm một lượng hsinα và thế năng cũng tăng một lượng W_t2 = m₂gh.

Theo định luật bảo toàn cơ năng, độ tăng động năng của hệ vật chuyển động trong trọng trường bằng độ giảm thế năng của hệ vật đó, tức là :

ΔW_đ = - ΔW_t

=>  \({1 \over 2}\left( {{m_1} + {m_2}} \right){v^2} = {m_1}gh - {m_2}gh\sin \alpha \)

Suy ra :  \({{\rm{W}}_d} = {1 \over 2}\left( {{m_1} + {m_2}} \right){v^2} = gh\left( {{m_1} - {m_2}\sin {{30}^0}} \right)\)

 Thay số, ta tìm được động năng của hệ vật khi vật m₁  đi xuống phía dưới một đoạn h = 50 cm :

W_đ = 10.50.10^-2.(2 - 1.0,5) = 7,5 J

Loigiaihay.com