Cùng DapAnHay tìm hiểu xem thế nào là động năng, thế năng là gì? Mối liên hệ cơ bản giữa thế năng và công của lực thế thông qua nội dung Bài 25: Động năng, thế năng môn Vật Lý 10 chương trình SGK Kết nối tri thức do ban biên tập biên soạn. Mời các em cùng tham khảo!
a. Khái niệm động năng
- Chúng ta đã biết động năng của một vật là năng lượng mà vật có được do chuyển động.
- Một vật có khối lượng m đang chuyển động với tốc độ v thì động năng là: \({{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}m{v^2}\) (25.1)
- Trong hệ đơn vị SI, đơn vị động năng là jun (J)
- Qua các ví dụ về năng lượng sóng, chuyển động của thiên thạch, chuyển động của mũi tên trong phần câu hỏi bên, ta thấy vật đang chuyển động có khả năng thực hiện công. Ta nói rằng vật đó mang năng lượng dưới dạng động năng.
Bài tập ví dụ 1
Một vận động viên quần vợt thực hiện cú giao bóng kỉ lục, quả bóng đạt tới tốc độ 196 km/h. Biết khối lượng quả bóng là 60 g. Tính động năng của quả bóng.
Giải
Động năng của quả bóng được tính theo công thức:
\({{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}m{v^2}\)
Thay số :
\({{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}.0,06.{\left( {196.1000.\frac{1}{{3600}}} \right)^2} \approx 89J\)
b. Liên hệ giữa động năng và công của lực
- Xét một vật khối lượng m chuyển động thẳng biến đổi đều với gia tốc a từ trạng thái đứng bên dưới tác dụng của lực không đổi F. Sau khi đi được quãng đường , vật đạt tốc độ v thì: v2 = 2.a.s.
- Vì \(a = \frac{F}{m}\) nên \({v^2} = \frac{{2.F.s}}{m}\) và \(\frac{1}{2}.m.{v^2} = F.s \to {{\rm{W}}_d} = A\) (25.2)
- Như vậy, nếu ban đầu vật đứng yên thì động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên vật.
Động năng là năng lượng mà vật có được do chuyển động: Wđ =\(\frac{1}{2}.m.{v^2}\) có giá trị bằng công của lực làm cho vật chuyển động từ trạng thái đứng yên đến khi đạt được vận tốc đó. |
---|
a. Khái niệm thế năng trong trường
- Chúng ta đã biết một vật đặt ở độ cao h so với mặt đất thì lưu trữ năng lượng dưới dạng thế năng. Vì thế năng này liên quan đến trọng lực nên được gọi là thế năng trọng trường (thường được gọi tắt là thế năng), với độ lớn được tính bằng công thức: Wt = Ph= m.g.h.
- Đơn vị thế năng trong trường là jun (J).
- Độ lớn của thế năng trong trường phụ thuộc vào việc chọn mốc tính độ cao. Thường người ta tính độ cao của các vật so với mặt đất được coi là có độ cao bằng 0.
Bài tập ví dụ 2
Máy đóng cọc có đầu búa nặng 0,5 tấn, được nâng lên độ cao 10 m so với mặt đất. Tính thế năng của đầu búa. Lấy g = 9,8 m/s2.
Giải
- Thế năng của đầu búa được tính theo công thức: Wt = m.g.h= 500.9,8.10 = 49 000 J = 49 kJ
- Vì độ cao h phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc liên thế năng cũng phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc.
- Trong trọng trường, hiệu thế năng giữa hai điểm chỉ phụ thuộc vào chênh lệch độ cao theo phương thẳng đứng mà không phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điểm.
b. Liên hệ giữa thế năng và công của lực thế
- Muốn đưa một vật có khối lượng m từ mặt đất lên một độ cao h, ta phải tác dụng vào vật lực nâng F có độ lớn bằng trọng lượng P của vật. Công mà lực nâng F thực hiện là: A = F.s = P.h = m.g.h = Wt
- Vậy thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao này.
Thế năng của vật trong trường trọng lực là năng lượng lưu trữ trong vật do độ cao của vật so với gốc thế năng: Wt = m.g.h, có giá trị bằng công của lực để đưa vật từ gốc thế năng đến độ cao đó. |
---|
Bài 1: Hãy mô tả hoạt động của tàu lượn. Tại sao khi tàu lượn ở vị trí cao nhất của đường ray thì tốc độ của nó lại chậm nhất và ngược lại?
Hướng dẫn giải
- Hoạt động của tàu lượn: Tàu bắt đầu chuyển động từ vị trí thấp nhất và tăng tốc dần dần, khi đi lên vị trí cao nhất thì vận tốc của tàu nhỏ nhất và khi đi từ vị trí cao nhất xuống dưới thì tàu lại tăng tốc.
- Khi ở vị trí cao nhất của đường ray thì tốc độ của tàu lại nhỏ nhất để tránh trường hợp tàu bị văng ra khỏi đường ray.
Bài 2: Khi nào động năng của vật
a. Biến thiên?
b. Tăng lên?
c. Giảm đi?
Hướng dẫn giải
- Khi lực tác dụng lên vật sinh công dương (A > 0) thì động năng của vật tăng lên (Wđ2 > Wđ1).
- Ngược lại khi lực tác dụng lên vật sinh công âm (A < 0) thì động năng của vật giảm đi (Wđ2< Wđ1).
- Nói chung, khi lực sinh công thì động năng của vật biến thiên.
Bài 3: Một máy bay vận tải đang bay với vận tốc 180 km/h thì ném ra phía sau một thùng hàng khối lượng 10 kg với vận tốc 5 m/s đối với máy bay. Động năng của thùng hàng ngay khi ném đối với người đứng trên mặt đất là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
Do thùng hàng được ném ra phía sau ngược chiều bay của máy bay nên theo công thức cộng vận tốc, vận tốc của thùng hàng đối với người đứng trên mặt đất bằng 50–5=45m/s
Do đó, động năng của thùng hàng đối với người đứng trên mặt đất là: \( {{\rm{W}}_d} = \frac{{{{10.45}^2}}}{2} = 10125J\)
Bài 4: Một buồng cáp treo chở người có khối lượng tổng cộng 800kg đi từ vị trí xuất phát cách mặt đất 10m tới một trạm dừng trên núi ở độ cao 550m sau đó lại tiếp tục tới một trạm khác ở độ cao 1300m. Lấy mốc thế năng tại tại chạm dừng thứ nhất, thế năng trọng trường của vật tại điểm xuất phát và tại các trạm dừng là?
Hướng dẫn giải
Chọn trạm dừng thứ nhất làm mức O.
\( {{\rm{W}}_t} = mgz = 800.9,8.z = 7840zJ\)
+ Tại vị trí xuất phát:
\(z_0'=-540m\to W_{t_0'}=-4233600J\)
+ Tại trạm dừng thứ nhất:
\(z_1'=0 \to W_{t_1'}=0J\)
+ Tại trạm dừng thứ hai:
\(z_2'=750m\to W_{t_2'}=5880000J\)
Sau bài học này, học sinh có thể:
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức của động năng (của một chất điểm hay một vật rắn chuyển động tịnh tiến).
- Phát biểu được định luật biến thiên động năng (cho một trường hợp đơn giản)
- Phát biểu được định nghĩa thế năng của một vật trong trọng trường
- Viết được công thức tính thế năng
- Nêu được đơn vị đo thế năng
- Viết được công thức tính thế năng đàn hồi
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 25 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Một súng lò xo có hệ số đàn hồi k=50 N/m được đặt nằm ngang, tác dụng một lực để lò xo bị nén một đoạn 2,5 cm. Khi được thả, lò xo bung ra tác dụng vào một mũi tên nhựa có khối lượng m = 5g làm mũi tên bị bắn ra. Bỏ qua lực cản, khối lượng của lò xo. Tính vận tốc của mũi tên được bắn đi.
Tìm câu sai.
Tìm câu sai. Động năng của một vật không đổi khi
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 25để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Giải câu hỏi 1 trang 99 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 99 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 3 trang 99 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 4 trang 99 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 1 trang 100 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 100 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 3 trang 100 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 1 trang 101 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 101 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 3 trang 101 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
Một súng lò xo có hệ số đàn hồi k=50 N/m được đặt nằm ngang, tác dụng một lực để lò xo bị nén một đoạn 2,5 cm. Khi được thả, lò xo bung ra tác dụng vào một mũi tên nhựa có khối lượng m = 5g làm mũi tên bị bắn ra. Bỏ qua lực cản, khối lượng của lò xo. Tính vận tốc của mũi tên được bắn đi.
Tìm câu sai.
Tìm câu sai. Động năng của một vật không đổi khi
Có hai vật m1 và m2 cùng khối lượng 2m, chuyển động thẳng đều cùng chiều, vận tốc m1 so với m2 có độ lớn bằng v, vận tốc của m2 so với người quan sát đứng yên trên mặt đất cũng có độ lớn bằng v. Kết luận nào sau đây là sai?
Một ô tô khối lượng 4 tấn chuyển động với vận tốc không đổi 54 km/h. Động năng của ô tô tải bằng
Bỏ qua sức cản không khí. Ở độ cao 180 m, người ta thả rơi một vật nặng không vận tốc ban đầu. . Xác định vận tốc của vật ở độ cao mà thế năng bằng động năng. Lấy g=10 m/s2.
Từ độ cao 180 m, người ta thả rơi một vật nặng không vận tốc ban đầu. Bỏ qua sức cản không khí. Lấy g=10 m/s2. Xác định độ cao mà ở đó thế năng bằng động năng là:
Một vật khối lượng 1,0 kg có thế năng 1,0 J đối với mặt đất. Lấy g = 9,8 m/s2. Khi đó , vật ở độ cao bằng bao nhiêu?
Một buồng cáp treo chở người có khối lượng tổng cộng 800kg đi từ vị trí xuất phát cách mặt đất (10m ) tới một trạm dừng trên núi ở độ cao 550m sau đó lại tiếp tục tới một trạm khác cao hơn. Lấy g = 10m/s2. Công do trọng lực thực hiện khi buồng cáp treo di chuyển từ vị trí xuất phát tới trạm dừng thứ nhất là:
Một thang máy có khối lượng 1,5 tấn chuyển động từ tầng cao nhất cách mặt đất 120m xuống tầng thứ 10 cách mặt đất 40m. Nếu chọn gốc thế năng tại tầng 10, lấy g = 9,8m/s2. Thế năng của thang máy ở tầng cao nhất là:
Năng lượng của các con sóng trong Hình 25.1 tồn tại dưới dạng nào?
- Tại sao sóng thần lại có sức tàn phá mạnh hơn rất nhiều so với sóng thông thường?
- Tại sao sóng thần chỉ gây ra sự tàn phá khi xô vào vật cản?
Khi đang bay, năng lượng của thiên thạch tồn tại dưới dạng nào?
- Tại sao năng lượng của thiên thạch lại rất lớn so với năng lượng của các vật thường gặp?
- Khi va vào Trái Đất (Hình 25.2), năng lượng của thiên thạch được chuyển hóa thành những dạng năng lượng nào?
Hướng dẫn giải
Vận dụng các kiến thức đã học về lực
Lời giải chi tiết
Khi vận động viên dang lướt ván, bao giờ bản thân cũng ngả về phía sau, hai chân chìa ra phía trước dùng sức đạp lên ván trượt, tạo thành một góc hẹp với mặt nước. Vận động viên dùng sức đạp tạo một lực nghiêng xuống dưới. Mặt khác, theo định luật III newton, ta có mặt nước ngược lại sẽ sinh ra phản lực nghiêng bên trên đối với vận động thông qua ván trượt. Chính phản lực này đã đỡ vận động viên không bị chìm xuống.
Một mũi tên nặng 48 g đang chuyển động với tốc độ 10 m/s. Tính động năng của mũi tên.
Thả một quả bóng từ độ cao h xuống sàn nhà. Động năng của quả bóng được chuyển hóa thành những dạng năng lượng nào ngay khi quả bóng chạm vào sàn nhà?
Một vật có khối lượng 10 kg đang chuyển động với tốc độ 5 km/h trên mặt bàn nằm ngang. Do có ma sát, vật chuyển động chậm dần đều và đi được 1 m thì dừng lại. Tính hệ số ma sát giữa vật và mặt bàn. Lấy gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2 .
Máy đóng cọc (Hình 25.3) hoạt động như sau: Búa máy được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi thả cho rơi xuống cọc cần đóng.
1. Khi búa đang ở một độ cao nhất định thì năng lượng của nó tồn tại dưới dạng nào? Năng lượng đó do đâu mà có?
2. Trong quá trình rơi, năng lượng của búa chuyển từ dạng nào sang dạng nào?
3. Khi chạm vào đầu cọc thì búa sinh công để làm gì?
Hình 25.5 mô tả một cuốn sách được đặt trên giá sách. Hãy so sánh thế năng của cuốn sách trong hai trường hợp: gốc thế năng là sàn nhà và gốc thế năng là mặt bàn
Một chiếc cần cẩu xây dựng cẩu một khối vật liệu nặng 500 kg từ vị trí A ở mặt đất đến vị trí B của một tòa nhà cao tầng với các thông số cho trên Hình 25.6. Lấy gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2 . Tính thế năng của khối vật liệu tại B và công mà cần cẩu đã thực hiện.
Hãy chứng minh có thể dùng một mặt phẳng nghiêng để đưa một vật lên cao với một lực nhỏ hơn trọng lượng của vật (Hình 25.7). Coi ma sát không đáng kể.
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 *