Click để về mục lục
|
27 |
CƠ NĂNG |
|
|
|
1. Kiến thức - Viết được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. - Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. - Viết được công thức tính cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi của lò xo. - Phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi của lò xo. 2. Kỹ năng - Thiết lập được công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường. - Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường để giải một số bài toán đơn giản. 3. Thái độ - GDMT: Các ĐLBTNL : năng lượng chuyển từ ….khác, tổn hao (nhiệt, hiệu ứng nhà kính, chất độc hại – khí thảy). |
|
|
|
I - CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƯỜNG 1. Định nghĩa Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng động năng và thế năng của vật được gọi là cơ năng của vật trong trọng trường (gọi tắt là cơ năng của vật). Cơ năng của vật kí hiệu W, theo định nghĩa ta có thể viết:
(27.1) 2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường Xét một vật chuyển động trong trọng trường từ M đến N (Hình 27.1). Công của trọng lực từ M đến N bằng hiệu thế năng giữa hai vị trí M và N: AMN = WtM - WtN (27.2) Nếu trong quá trình trên, vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì công của trọng lực từ M đến N bằng độ biến thiên động năng của vật từ vị trí N đến vị trí M, theo công thức (25.4) ta có: AMN = WđN - WđM (27.3) Suy ra: WtM - WtN = WđN - WđM hay WđM + WtM = WđN + WtN Áp dụng công thức (27.1), ta được kết quả: WM = WN (27.4) Vì M và N là hai vị trí bất kì của vật trong quá trình chuyển động, nên từ hệ thức (27.4) có thể phát biểu định luật bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường: Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là đại lượng bảo toàn.
hay
|
Hình 27.1 Bài tập ví dụ 1. Một vật bắt đầu chuyển động trên một mắc dốc có hình dạng bất kỳ từ độ cao 1m so với mặt nằm ngang chọn làm mốc. Tìm vận tốc của vật khi nó tới chân dốc. Bỏ qua mọi ma sát. Giải: Vì chuyển động không
có ma sát nên phãn lực + Tại vị trí xuất phát: Wđ1 = 0 ; Wt1 = mgh + Tại chân dốc : Wđ2
= Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2
Û
mgh =  =
 =
4,4 m/s |
|
|
3. Hệ quả Trong quá trình vật chuyển động: - Nếu động năng giảm thì thế năng tăng (động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại. - Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu (bằng không) và ngược lại. |
Video 27.1. Trong quá trình dao động, cơ năng con lắc đơn bảo toàn (bỏ qua lực cản không khí)
Video 27.2. Trong quá trình chuyển động trên máng nghiêng, cơ năng hòn bi bảo toàn (ma sát lăn rất nhỏ có thể bỏ qua trong thời gian ngắn)
Hình 27.2
Bài tập ví dụ 2. Xét một con lắc đơn. Thả cho con lắc chuyển động tự do từ vị trí mà dây hợp so với phương thẳng đứng một góc a. Tìm vận tốc của con lắc ở điểm thấp nhất. Giải: Chọn O làm mốc để tính độ cao của vật. + Khi đó vật A có độ cao h với O là: HO = h = l(1 – cosa) Thế năng của vật là: Wt1 = mgl(1 – cosa) Động năng của vật : Wđ1 = 0 + Khi vật tới O: Thế năng của vật: Wt2 = 0 Động năng của
vật: Wđ1 = Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2
Û
 |
|
|
II - CƠ NĂNG CỦA VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI Khi vật chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của lò xo đàn hồi thì trong quá trình chuyển động của vật, cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là một đại lượng bảo toàn.
Chú ý quan trọng: Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi. Nếu vật chịu tác dụng của lực cản, lực ma sát,… thì cơ năng của vật biến đổi. Công của các lực cản, lực ma sát,… sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng. |
Bài tập ví dụ 3. Một vật có khối lượng m = 1 kg trượt với vận tốc ban đầu 2 m/s từ đỉnh một mặt phẳng dài 5 m và nghiêng một góc a = 300 so với phương nằm ngang. Hệ số ma sát m = 0,2. Tìm vận tốc v2 của vật ở cuối dốc. Giải: Ta chọn gốc thế năng tại vị trí chân mặt mặt phẳng nghiêng. + Cơ năng của vật tại vị trí đầu và cuối đường đi W1 =
mgh + W2 =
0 + + Công của lực ma sát: Ams = - fms.l = - mN.l = - mPlcosa Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng: W2 = W1 + Ams = 18,02 (J)
Þ
|
|
|
Câu 1. Trong những điều kiện nào thì nên áp đụng định luật: bảo toàn động lượng, bảo toàn động lượng theo phương, bảo toàn cơ năng.
Câu 2. Khi hai vật nhỏ va chạm nhau trên mặt phẳng nằm ngang có ma sát, có thể dùng định luật bảo toàn nào?
Câu 3. Khi vật chuyển động trên mặt dốc không ma sát thì đại lượng nào bảo toàn?
27.1.Cơ năng là một đại lượng
A. luôn luôn dương.
B. luôn luôn dương và hoặc bằng không.
C. Có thể dương, âm hoặc bằng không.
D. luôn luôn khác không.
27.2.Một vật nhỏ được ném lên từ một điểm M phía trên mặt đất; vật lên tới điểm N thì dừng và rơi xuống. Bỏ qua sức cản của không khí. Trong quá trình MN,
A. động năng tăng.
B. thế năng giảm.
C. cơ năng cực đại tại N.
D. cơ năng không đổi.
Chọn đáp án đúng.
27.3. Từ điểm M ( có độ cao so với mặt đất bằng 0,8 m) ném lên một vật với vận tốc đầu 2 m/s. Biết khối lượng của vật bằng 0,5 kg, lấy g = 10 m/s2. Cơ năng của vật bằng bao nhiêu?
A. 4 J.
B. 1 J.
C. 5 J.
D. 8 J.
NĂNG LƯỢNG - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG
Trong phần trên ta đã biết, cơ năng của một hệ thay đổi khi hệ trao đổi công với bên ngoài. Tuy nhiên, trong thực tế nhiều hệ không phải chỉ có cơ năng mà còn mang năng lượng ở những dạng khác. Thí dụ, một động cơ nhiệt có thể sinh công do mang năng lượng của hỗn hợp không khí và hơi xăng. Quá trình trao đổi năng lượng giữa các hệ không nhất thiết qua trao đổi công. Chẳng hạn có thể tăng năng lượng cho một lò nung bằng cách đun nóng lò nung ấy.
Qua những nhận xét đó, ta thấy phải hiểu khái niệm năng lượng và quá trình trao đổi năng lượng một cách tổng quát hơn như sau:
1) Mỗi hệ ở một trạng thái xác định thì mang một năng lượng xác định;
2) Khi một hệ biến đổi trạng thái có trao đổi năng lượng với bên ngoài thì năng lượng của hệ đó thay đổi.
3) Nếu một hệ gồm hai vật trao đổi năng lượng với nhau thì độ tăng năng lượng của vật này bằng độ giảm năng lượng của vật kia; nói cách khác tổng năng lượng của hai vật bảo loàn. Phát biểu lên đây là nội dung của một định luật cơ bản của thế giới tự nhiên: định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.
Định luật này thường được phát biểu như sau:
Năng lượng không tự sinh ra và không tự mất đi; năng lượng chỉ truyền từ vật này sang vật khác hoặc chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác.
NÀO
VUI CÙNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG!!!???
BÀI KIỂM TRA 15 PHÚT Lần 1 – HKII
ĐỀ SỐ 1
Câu 1(3điểm). Nêu định nghĩa và viết công thức động năng.
Câu 2(1điểm). Viết công thức cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường.
Câu 3(6điểm). Một vật có khối lượng 1kg rơi tự do từ độ cao cách mặt đất 20m. Cho biết gia tốc trọng trường g = 10(m/s2), chọn mốc thế năng tại mặt đất. Gọi M là vị trí thả vật, N là vị trí chạm đất, hãy tính:
a, Động năng, thế năng, cơ năng của vật tại M?
b, Động năng, thế năng, cơ năng của vật tại N?
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
ĐỀ SỐ 2
Câu 1(4điểm). Nêu định nghĩa và viết công thức thế năng trọng trường.
Câu 2(1điểm). Viết công thức cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường.
Câu 3(6điểm). Một vật có khối lượng 2kg rơi tự do từ độ cao cách mặt đất 20m. Cho biết gia tốc trọng trường g = 9,8(m/s2), chọn mốc thế năng tại mặt đất. Gọi M là vị trí thả vật, N là vị trí chạm đất, hãy tính:
a, Động năng, thế năng, cơ năng của vật tại M?
b, Động năng, thế năng, cơ năng của vật tại N?
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
(27.5)
(27.6)
