DapAnHay xin giới thiệu tới bạn đọc nội dung Bài 23: Năng lượng. Công cơ học môn Vật Lý 10 chương trình SGK Kết nối tri thức với phần tóm tắt lý thuyết và bài tập minh họa có đáp án chi tiết đi kèm sẽ là nguồn thông tin hữu ích để giúp các bạn học sinh học tập môn Lý 10 một cách tốt nhất.
Ở trường THCS các em đã biết:
- Mọi hiện trạng xảy ra trong tự nhiên đều cần có năng lượng dưới các dạng khác nhau như: cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, điện năng, năng lượng ánh sáng, năng lượng âm thanh, năng lượng nguyên tử.
- Năng lượng có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.
- Năng lượng không tự sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác.
Thí nghiệm của Joule về sự truyền, chuyển hoá và bảo toàn năng lượng
- Thí nghiệm mang tính lịch sử được James Joule thực hiện vào những năm 1844 - 1854 nhằm minh hoạ định luật bảo toàn năng lượng. Sơ đồ thí nghiệm được mô tả trong Hình 23.1. Khi cho vật nặng chuyển động đi xuống, dây nối sẽ làm cho trục quay và cánh quạt quay theo. Ma sát giữa cánh quạt và nước làm cho nước nóng lên.
- Ở đây có sự truyền năng lượng từ vật nặng sang nước, cụ thể là sự chuyển hoá từ cơ năng sang nhiệt năng.
- Thí nghiệm đã cho thấy cơ năng của vật nặng giảm đi bao nhiêu thì nhiệt của nước tăng lên bấy nhiêu. Điều đó chứng tỏ, trong quá trình năng lượng truyền từ vật này sang vật khác, chuyển hoá năng lượng từ dạng này sang dạng khác, năng lượng luôn được bảo toàn.
Hình 23.1. Sơ đồ thí nghiệm minh hoạ định luật bảo toàn năng lượng năng
(1) Vật nặng
(2) Dây nối
(3) Trục quay
(4) Cánh quạt
(5) Nhiệt kế
Năng lượng có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác và luôn được bảo toàn. |
---|
a. Thực hiện công
- Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác.
Ví dụ: Khi đẩy cuốn sách, ta tác dụng lực vào nó làm nó chuyển từ trạng thái đứng yên (y = 0; Wđ= 0) sang trạng thái chuyển động nhanh dần (vận tốc tăng, động năng tăng). Động năng của sách tăng là do sách đã nhận được năng lượng từ tay ta truyền sang (Hình 23,2).
Hình 23.2. Đẩy cuốn sách
- Việc truyền năng lượng cho vật bằng cách tác dụng lực lên vật làm vật thay đổi trạng thái chuyển động như trên được gọi là thực hiện công cơ học (gọi tắt là thực hiện công).
b. Công thức tính công
* Khi lực không đổi và cùng hướng với chuyển động
- Ở lớp 9, chúng ta đã học công thức tính công của lực khi lực không đổi và cùng hướng với chuyển động: A = F.s (23.1) trong đó A là công của lực \(\overrightarrow F \) có đơn vị cùng với đơn vị năng lượng làjun (0): 1J = 1N.1m; F là cường độ của lực tác dụng lên vật làm vật chuyển động, đơn vị là niuton (N), s là quãng đường đi được của vật, đơn vị là mét (m).
- Khi lực cùng hướng với chuyển động thì độ dịch chuyển \(\overrightarrow d \) có độ lớn bằng quãng đường đi được s, nên công thức tính công cũng có thể viết dưới dạng: A = F.d (23.2)
* Khi lực không đổi và không cùng phương với chuyển động
- Khi người đẩy xe hàng để nó chuyển động theo chiều dương của trục Ox, lực đẩy \(\overrightarrow F \) làm với hướng chuyển động một góc \(\alpha \) bất kì (Hình 23.4). Ta phân tích lực \(\overrightarrow F \) ra hai lực thành phần vuông góc với nhau: \(\overrightarrow Fs \) cùng hướng với chuyển động và \(\overrightarrow Fn \) vuông góc với \(\overrightarrow Fs \). (Hình 23.5).
- Trong trường hợp này chỉ có thành phần \(\overrightarrow Fs \) làm vật chuyển động, nên công thức tính công của lực trong trường hợp này là: A = Fs.s= (F.cos\(\alpha \)).s = F.s.cos\(\alpha \)
Hình 23.4. Lực không cùng phương với phương chuyển động
- Tuỳ thuộc vào góc cmà có thể xảy ra các trường hợp sau:
+ \(0{\rm{ }} \le {\rm{ }}\alpha {\rm{ }} < {\rm{ }}90^\circ \): thành phần \(\overrightarrow Fs \) của \(\overrightarrow F \) lên phương chuyển động cùng chiều với chiều chuyển động. Công của lực được gọi là công phát động (A > 0) (Hình 23.5a).
+ a = 90°: lực vuông góc với phương chuyển động, khi đó lực không sinh công (A = 0) (Hình 23.5b).
+ \(90^\circ {\rm{ < }}\alpha {\rm{ }} \le {\rm{ }}180^\circ \): thành phần \(\overrightarrow Fs \) của \(\overrightarrow F \) lên phương chuyển động ngược chiều với chiều chuyển động, lực làm cản trở chuyển động của vật. Công của lực được gọi là công cản (A < 0) (Hình 23.5c).
Hình 23.5
- Công là số đo phần năng lượng được truyền hoặc chuyển hoá trong quá trình thực hiện công. - Công có đơn vị là jun (J): 1) = 1 N.1 m. - Công thức tính công: A = F.d.cos\(\alpha \) |
---|
Bài tập ví dụ 1
Khi rửa gầm xe ô tô (Hình 23.6), người ta sử dụng máy nâng để nâng ô tô lên độ cao h= 160 cm so với mặt sàn. Cho biết khối lượng ô tô là m = 1,5 tấn và gia tốc trọng trường là g = 10 m/s2. Tính công tối thiểu mà máy nâng đã thực hiện.
Hình 23.6
Giải
Để nâng được ô tô lên thì máy nâng phải tác dụng vào ô tô một lực có độ lớn tối thiểu bằng trọng lượng của ô tô:
F = P=m.g= 1,5.103.10 = 1,5.104N.
Công tối thiểu mà máy nâng đã thực hiện là:
A= P.h=24 000J = 24 kl.
Bài tập ví dụ 2
Một bạn học sinh có khối lượng 50 kg đi lên một cầu thang gồm 20 bậc, mỗi bậc cao 15 cm, dài 20 cm (Hình 23.7). Tính công tối thiểu mà bạn ấy phải thực hiện. Coi lực mà học sinh tác dụng lên mỗi bậc thang là không đổi trong quá trình di chuyển. Lấy gia tốc là không đổi trong quá trình di chuyển. Lấy gia tốc trọng trường là g = 10 m/s2.
Hình 23.7
Giải
- Muốn lên cầu thang này bạn học sinh phải có lực nâng tối thiểu như Hình 23.8: \(\overrightarrow F \)min = - \(\overrightarrow P \) → Fmin = P = m.g
- Độ dịch chuyển của bạn học sinh là: \(\overrightarrow d \) = \(\overrightarrow AB \).
- Công tối thiểu mà bạn ấy phải thực hiện là:
Amin = Fmin.d.cos\(\alpha \) = Fmin.d.sin\(\beta \) = m.g.d.sin\(\beta \) =m.g.h = 50.10.20.0,15 = 1 500 J.
Nhận xét: Độ lớn của công dùng để đưa vật lên cao luôn là: A = P.h. Với h là độ cao vật được nâng lên không phụ thuộc vào việc được đưa lên cao theo đường thẳng đứng hay nằm nghiêng. |
---|
Bài 1: Trong các động tác nâng tạ từ vị trí (1) sang vị trí (2), từ vị trí (2) sang vị trí (3), từ vị trí (3) sang vị trí (4) ở hình trên:
- Có những quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng nào?
- Động tác nào có thực hiện công, không thực hiện công
Hướng dẫn giải
- Trong các động tác nâng tạ đã có sự truyền và chuyển hóa từ động năng sang thế năng
- Động tác nâng tạ là thực hiện công, động tác đứng lên của vận động viên không thực hiện công.
Bài 2: Một nhóm học sinh đẩy một xe chở đất từ A đến B trên đoạn đường nằm ngang, tới B đổ hết đất rồi đẩy xe không theo đường cũ trở về A. So sánh công sinh ra ở lượt đi và lượt về.
A. Công ở lượt đi bằng công trượt ở lượt về vì quãng đường đi được bằng nhau.
B. Công ở lượt đi lớn hơn vì lực đẩy lượt đi lớn hơn lượt về.
C. Công ở lượt về lớn hơn vì xe không thì đi nhanh hơn.
D. Công ở lượt đi nhỏ hơn vì kéo xe nặng nên đi chậm.
Hướng dẫn giải
Công cơ học được tính bởi công thức: A = F.s ⇒ Công cơ học tỉ lệ thuận với lực F.
Trong trường hợp trên, ta thấy khi đẩy xe đất từ A đến B có lực đẩy lớn hơn khi đẩy xe không từ B về đến A ⇒ Công ở lượt đi lớn hơn vì lực đẩy lượt đi lớn hơn lượt về.
⇒ Đáp án B
Bài 3: Người ta dùng một cần cẩu để nâng một thùng hàng có khối lượng 2500 kg lên độ cao 12 m. Tính công thực hiện được trong trường hợp này.
A. 300 kJ
B. 250 kJ
C. 2,08 kJ
D. 300 J
Hướng dẫn giải
Thùng hàng có khối lượng là 2500 kg nghĩa là nó có trọng lượng:
P = 2500.10 = 25000N.
Công thực hiện khi nâng thùng hàng lên độ cao 12 m là:
A = F.s = 25000.12 = 300000 J = 300 kJ
⇒ Đáp án A
Sau bài học này, học sinh có thể:
- Biết được dấu hiệu để có công cơ học.
- Nêu được các thí dụ trong thực tế để có công cơ học và không có công cơ học.
- Phát biểu và viết được công thức tính công cơ học. Hiểu ý nghĩa các đại lượng trong công thức.
- Vận dụng công thức tính công cơ học trong các trường hợp phương của lực trùng với phương chuyển dời của vật.
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 KNTT Bài 23 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Trường hợp nào sau đây có công cơ học? Chọn đáp án đúng nhất.
Trong các trường hợp dưới đây, trường hợp nào thực hiện công cơ học?
Công thức tính công cơ học khi lực F làm vật dịch chuyển một quãng đường s theo hướng của lực là:
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 KNTT Bài 23để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Giải câu hỏi 1 trang 91 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 91 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 3 trang 91 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 4 trang 91 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Hoạt động trang 92 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Hoạt động trang 93 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 1 trang 93 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 93 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 1 trang 95 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 95 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 10 DapAnHay
Trường hợp nào sau đây có công cơ học? Chọn đáp án đúng nhất.
Trong các trường hợp dưới đây, trường hợp nào thực hiện công cơ học?
Công thức tính công cơ học khi lực F làm vật dịch chuyển một quãng đường s theo hướng của lực là:
Trong những trường hợp dưới đây, trường hợp nào không có công cơ học?
Một nhóm học sinh đẩy một xe chở đất từ A đến B trên đoạn đường nằm ngang, tới B đổ hết đất rồi đẩy xe không theo đường cũ trở về A. So sánh công sinh ra ở lượt đi và lượt về.
Người ta dùng một cần cẩu để nâng một thùng hàng có khối lượng 2500 kg lên độ cao 12 m. Tính công thực hiện được trong trường hợp này.
Một đầu máy xe lửa kéo các toa xe bằng lực F = 7500 N. Công của lực kéo là bao nhiêu khi các toa xe chuyển động được quãng đường s = 8km.
Một đầu tàu kéo một đoàn tàu chuyển động từ ga A tới ga B trong 15 phút với vận tốc 30 km/h. Tại ga B đoàn tàu được mắc thêm toa và do đó chuyển động đều từ ga B đến C với vận tốc nhỏ hơn trước 10 km/h. Thời gian đi từ ga B đến ga C là 30 phút. Tính công của đầu tàu đã sinh ra biết rằng lực kéo của đàu tàu không đổi là 40000 N.
Một quả dừa có trọng lượng 25N rơi từ trên cây cách mặt đất 8m. Công của trọng lực là bao nhiêu?
Một quả bóng có trọng lượng 15N rơi từ trên cao xuống cách mặt đất 10m. Công của trọng lực là bao nhiêu?
Khi đun nước bằng ấm điện thì có những quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng nào xảy ra?
Khi xoa hai tay vào nhau cho nóng thì có những quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng nào xảy ra?
Một quả bóng cao su được ném từ độ cao h xuống đất cứng và bị nảy lên. Sau mỗi lần nảy lên, độ cao giảm dần, nghĩa là cơ năng giảm dần. Điều đó có trái với định luật bảo toàn năng lượng không? Tại sao? Hãy dự đoán xem còn có hiện tượng gì nữa xảy ra với quả bóng ngoài hiện tượng bị nảy lên và rơi xuống.
Có sự truyền và chuyển hóa năng lượng nào trong việc bắn pháo hoa?
Hãy thảo luận nhóm để tìm thêm ví dụ minh họa cho các quá trình chuyển hóa năng lượng sau đây:
a) Điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng.
b) Nhiệt năng chuyển hóa thành điện năng.
c) Quang năng chuyển hóa thành điện năng.
d) Quang năng chuyển hóa thành hóa năng.
Hãy trao đổi với bạn để chứng minh rằng trong các ví dụ mô tả ở Hình 23.3 có sự truyền năng lượng bằng cách thực hiện công.
Hãy trả lời câu hỏi ở phần khởi động?
Khi cho một miếng đồng tiếp xúc với ngọn lửa thì ngọn lửa truyền năng lượng cho miếng đồng làm cho nó nóng lên. Quá trình truyền năng lượng này có phải là thực hiện công hay không? Tại sao?
Trường hợp nào sau đây trọng lực tác dụng lên ô tô thực hiện công phát động, công cản và không thực hiện công?
a) Ô tô đang xuống dốc.
b) Ô tô đang lên dốc.
c) Ô tô chạy trên đường nằm ngang.
Một người kéo một thùng hàng khối lượng 80 kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc 300 so với phương nằm ngang. Biết lực tác dụng lên dây bằng 150 N. Tính công của lực đó khi hòm trượt đi được 29 m
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *