Bài học hôm nay sẽ giúp chúng ta khảo sát về dạng bài chuyển động ném từ đơn giản đến phức tạp thông qua nội dung Bài 26: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng chương trình SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức.
Mời các em cùng nhau tìm hiểu nội dung được DapAnHay trình bày chi tiết bên dưới đây.
Chúng ta đã biết ở Trung học cơ sở:
- Cơ năng của một vật là tổng động năng và thế năng của nó. Khi vật chuyển động trong trường trọng lực thì cơ năng có dạng:
Wc = Wđ + Wt = \(\frac{1}{2}.m.{v^2}\) + m.g.h (26.1)
- Động năng và thế năng có thể chuyển hoá qua lại lẫn nhau.
- Như vậy động năng và thể năng có thể chuyển hoá qua lại lẫn nhau. Nếu thế năng chuyển thành động năng thì lực sẽ sinh công phát động, ngược lại, khi động năng chuyển thành thế năng thì lực sinh công cản.
Động năng và thế năng của vật có thể chuyển hoá qua lại lẫn nhau. |
---|
a. Thí nghiệm về con lắc đồng hồ
- Bây giờ ta hãy xét quá trình chuyển hoá giữa động năng và thể năng trong dao động của con lắc đồng hồ (Hình 26.2a).
- Mô hình đơn giản của con lắc đồng hồ gồm một thanh nhẹ, không dãn, một đầu được giữ cố định, đầu còn lại nối với một vật nặng (Hình 26.2b).
- Mô hình đơn giản của con lắc đồng hồ gồm một thanh nhẹ, không dãn, một đầu được giữ cố định, đầu còn lại nối với một vật nặng (Hình 26.2b). Đra vật nặng lên điểm A có độ cao xác định h so với điểm 0 rồi thả cho vật chuyển động tự do, Ta thấy vật chuyển động nhanh dần từ A xuống 0, tiếp tục chuyển động chậm dần từ 0 lên B, rồi lại chuyển động nhanh dần từ B xuống 0, chậm dần từ 0 lên A,..
Hình 26.2. Con lắc đồng hồ quả lắc
b. Định luật bảo toàn cơ năng
- Thí nghiệm trên cho thấy độ tăng/giảm của động năng bằng độ giảm/tăng của thế năng, nghĩa là cơ năng luôn không đổi. Từ đó, ta có thể phát biểu định luật bảo toàn cơ năng như sau:
- Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật được bảo toàn.
Bài tập ví dụ
Một con lắc đơn (Hình 26.4), biết độ dài dây treo là l = 0,6 m. Đưa vật lên vị trí A hợp với phương thẳng đứng OC một góc \({\alpha _o}\) = 30° rồi thả nhẹ nhàng, vật sẽ đi xuống O (vị trí thấp nhất) rồi đi đến B, sau đó quay lại và dao động cứ thế tiếp diễn. Bỏ qua tác dụng của các lực cản, lực ma sát, lấy g = 9,8 m/s2. Hãy tính độ lớn vận tốc của vật tại vị trí M khi dây treo hợp với OC góc a = 20°.
Hình 26.4
Giải
- Chọn mốc tính thế năng tại vị trí thấp nhất O.
- Gọi cơ năng tại vị trí A, M lần lượt là WA, và WM.
- Thế năng tại vị trí A và M là:
WtA= m.g.hA = m.g.l(1 - cos\({\alpha _o}\));
WtM = m.g.hM = m.g.l(1 - cos\({\alpha}\))
- Động năng tại vị trí A và M là:
WđA = 0; WđM = \(\frac{1}{2}.m.{v_M}^2\)
- Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có:
WA = WM ⇔ WtA + WđA = WtM + WđM
m.g.l.(1 - cos\({\alpha _o}\)) = m.g.l.(1 - cos\({\alpha _o}\)) + \(\frac{1}{2}.m.{v_M}^2\)
⇔ vM = \(\sqrt {2.g.l(\cos \alpha - \cos {\alpha _o})} \)
- Thay sổ ta có: vM = \(\sqrt {2.9,8.0,6(\cos {{20}^o} - \cos {{30}^o})} \approx 0,93m/s\)
Cơ năng của một vật là tổng của động năng và thế năng. Nếu vật chuyển động trong trong trường chỉ chịu tác dụng bởi trọng lực thi có năng của nó được bảo toàn. |
---|
Bài 1: Kỉ lục nhảy sào thế giới hiện nay là 6,17 m do vận động viên người Thụy Điển Amand Duplantis lập năm 2020, kỉ lục nhảy cao thế giới hiện nay là 2,45 m do vận động viên người Cuba Javier Sotomayor lập năm 1993. Tại sao vận động viên nhảy sào có thể nhảy cao hơn vận động viên nhảy cao nhiều đến thế?
Hướng dẫn giải
Do vận động viên nhảy sào dùng cây sào làm đòn bẩy, còn vận động viên nhảy cao dùng chân làm sức bật, cây sào có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với với dùng chân làm sức bật dẫn đến sự chênh lệch nhiều đến vậy.
Bài 2: Một hòn bi có khối lượng 20 g được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 4m/s từ độ cao 1,6 m so với mặt đất.
a. Tính trong hệ quy chiếu mặt đất các giá trị động năng, thế năng và cơ năng của hòn bi tại lúc ném vật.
b. Tìm độ cao cực đại mà bi đạt được.
c. Tìm vị trí hòn bi có thế năng bằng động năng.
d. Nếu có lực cản 5N tác dụng thì độ cao cực đại mà vật lên được là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải
a. Chọn gốc thế năng tại mặt đất.
Động năng tại lúc ném vật: Wđ = (1/2) mv2 = 0,16 J.
Thế năng tại lúc ném vật: Wt = mgh = 0,31 J.
Cơ năng của hòn bi tại lúc ném vật: W = Wđ + Wt = 0,47 J.
b. Gọi điểm B là điểm mà hòn bi đạt được.
Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: WA = WB ⇔ hmax = 2,42 m.
c. 2 Wt = W ⇔ h = 1,175 m.
d. Acản = W'- W ⇔ Fc ( h'- h )= mgh' ⇔ \(h' = \frac{{{F_c}h + {\rm{W}}}}{{{F_c} + mgh}} = 1,63m\)
Sau bài học này, học sinh có thể:
- Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường.
- Phát biểu được định luật bảo tòan cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường.
- Viết được công thức tính cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng lực đàn hồi của lò xo.
- Phát biểu được định luật bảo tòan cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng lực đàn hồi của lò xo.
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 26 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Một vật được thả rơi tự do từ độ cao 3 m. Độ cao vật khi động năng bằn hai lần thế năng là
Khi thả một vật trượt không vận tốc đầu trên mặt phẳng nghiêng có ma sát
Trong quá trình dao động của một con lắc đơn thì tại vị trí cân bằng
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 26để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Giải câu hỏi 1 trang 102 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 102 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 3 trang 102 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 4 trang 102 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 1 trang 103 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 103 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Hoạt động trang 105 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 1 trang 105 SGK Vật Lý 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải câu hỏi 2 trang 105 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 vật được thả rơi tự do từ độ cao 3 m. Độ cao vật khi động năng bằn hai lần thế năng là
Khi thả một vật trượt không vận tốc đầu trên mặt phẳng nghiêng có ma sát
Trong quá trình dao động của một con lắc đơn thì tại vị trí cân bằng
Một vận động viên trượt tuyết từ trên vách núi trượt xuống, tốc độ trượt mỗi lúc một tăng. Như vậy đối với vận động viên
Một vật được thả rơi tự do, trong quá trình rơi
Một con lắc lò xo gồm vật nặng khối lượng m = 250g, lò xo có độ cứng k, dao động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang với vận tốc của vật có giá trị cực đại là 80cm/s. Cơ năng của con lắc bằng
Một con lắc lò xo gồm vật nặng khối lượng m = 400g, lò xo có độ cứng k, dao động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang. Khi thế năng của lò xo bằng 3 lần động năng thì vật có vận tốc 50 cm/s. Cơ năng của con lắc bằng:
Một con lắc lò xo gồm vật nặng khối lượng m, lò xo có độ cứng k, dao động không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang với vận tốc cực đại bằng vmax = 60 cm/s. Khi động năng bằng \(\frac{1}{9}\) lần cơ năng thì vận tốc của vật có độ lớn bằng:
Một con lắc lò xo gồm vật nặng khối lượng m = 250g, lò xo có độ cứng k = 100N/m, dao động trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát với cơ năng bằng 260 mJ, khi lò xo bị biến dạng thì vận tốc của vật là v = 80cm/s. Giá trị của \(\Delta \ell \) bằng
Một con lắc lò xo gồm vật nặng khối lượng m = 100g, lò xo có độ cứng k = 50N/m, dao động trên mặt phẳng nằm ngang không ma sát, khi lò xo bị biến dạng = 4cm thì vận tốc của vật là v = 5m/s. Cơ năng của con lắc bằng:
Khi nước chảy từ thác nước xuống:
a) Lực nào làm cho nước chảy từ đỉnh thác xuống dưới?
b) Lực nào sinh công trong quá trình này?
c) Động năng và thế năng của nó thay đổi như thế nào?
d) Thế năng chuyển hóa được thành động năng là do đâu?
Từ một điểm ở độ cao h so với mặt đất, ném một vật có khối lượng m lên cao với vận tốc ban đầu v0
a) Khi vật đi lên có những lực nào tác dụng lên vật, lực đó sinh công cản hay công phát động?
b) Trong quá trình vật đi lên rồi rơi xuống thì dạng năng lượng nào tăng, dạng năng lượng nào giảm? Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng của động năng và độ giảm của thế năng.
Trên Hình 26.1 là một phần đường đi của tàu lượn siêu tốc. Em hãy phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của tàu lượn trên từng đoạn đường.
Trong các quá trình hoạt động của tàu lượn siêu tốc, ngoài động năng và thế năng còn có dạng năng lượng nào khác tham gia quá trình chuyển hóa?
Khi vật chuyển động trên cung AO thì:
1.
a) Những lực nào sinh công? Công nào là công phát động, công nào là công cản?
b) Động năng và thế năng của vật thay đổi như thế nào?
2. Trả lời những câu hỏi trên trong quá trình vật chuyển động trên cung OB.
3. Nếu bỏ qua ma sát thì A và B luôn nằm trên cùng một độ cao. Hiện tượng này chứng tỏ điều gì?
Hình 26.3 mô tả vận động viên tham gia trượt ván trong máng. Bỏ qua mọi ma sát, hãy phân tích sự bảo toàn cơ năng của vận động viên này
Chế tạo mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng
Dụng cụ: một viên bi, hai thanh kim loại nhẵn, hai giá đỡ có vít điều chỉnh độ cao.
Chế tạo: Dùng hai thanh kim loại uốn thành đường ray và gắn giá đỡ để tạo được mô hình như Hình 26.6.
Thí nghiệm:
- Thả viên bi từ điểm A trên đường ray.
- Viên bi có thể chuyển động tới điểm D không? Tại sao? Làm thí nghiệm kiểm tra.
Một vật được thả cho rơi tự do từ độ cao h = 10 m so với mặt đất. Bỏ qua mọi ma sát. Ở độ cao nào thì vật có động năng bằng thế năng?
Thả một vật có khối lượng m = 0,5 kg từ độ cao h1 = 0,8 m so với mặt đất. Xác định động năng và thế năng của vật ở độ cao h2 = 0,6 m. Lấy g = 9,8 m/s2 .
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 *