CHỦ ĐỀ 15: CƠ NĂNG. SỰ CHUYỂN HÓA & BẢO TOÀN CƠ NĂNG.
A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
1/ Cơ năng là gì?
- Khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học, ta nói vật đó có cơ năng. Vật có khả năng thực hiện công càng lớn thì cơ năng của vật càng lớn.
- Đơn vị của cơ năng là Jun (J)
2/ Thế năng:
- Cơ năng của vật phụ thuộc vào vị trí của vật so với mặt đất, hoặc so với một vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao, gọi là thế năng hấp dẫn.
- Vật có khối lượng càng lớn và ở càng cao thì thế năng hấp dẫn càng lớn.
- Cơ năng của vật phụ thuộc vào độ biến dạng của vật gọi là thế năng đàn hồi.
Chú ý:
Khi vật nằm trên mặt đất thì thế năng hấp dẫn của vật bằng 0. (thường chọn mặt đất làm mốc).
3/ Động năng:
- Cơ năng của vật do chuyển động mà có gọi là động năng.
- Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.
- Nếu vật đứng yên thì động năng của vật bằng 0.
Chú ý:
+ Thế năng và động năng là 2 dạng của cơ năng.
+ Cơ năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của nó.
4/ Sự chuyển hoá của các dạng cơ năng:
Động năng có thể chuyển hoá thành thế năng, ngược lại thế năng có thể chuyển hoá thành động năng.
5/ Sự bảo toàn cơ năng:
Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyển hoá lẫn nhau, nhưng cơ năng được bảo toàn.
B/ BÀI TẬP MINH HỌA
Câu 1. Ngân và Hằng quan sát một khách ngồi trong một toa tàu đang chuyến động. Ngân nói: “Hành khách có động năng vì đang chuyển động”. Hằng phản đối: “Hành khách không có động năng vì đang ngồi yên trên tàu”. Hỏi ai đúng ai sai? Tại sao?
Trả lời
Ai đúng ai sai phải tùy thuộc vào vật làm mốc. Ngân nói đúng nếu lấy cây bên đường làm mốc chuyển động, còn Hằng nói đúng nếu lấy toa tàu làm mốc chuyến động.
Câu 2. Mũi tên được bắn đi từ cái cung là nhờ năng lượng của mũi tên hay của cánh cung? Đó là dạng năng lượng nào?
Trả lời
Nhờ năng lượng của cánh cung. Đó là thế năng.
Câu 3. Búa đập vào đinh làm đinh ngập sâu vào gỗ. Đinh ngập sâu vào gỗ là nhờ năng lượng nào? Đó là dạng năng lượng gì?
Trả lời
Nhờ năng lượng của búa. Đó là động năng.
Câu 4. Muốn đồng hồ chạy, hằng ngày ta phải lên dây cót cho nó. Đồng hồ hoạt động suốt một ngày nhờ dạng năng lượng nào?
Trả lời
Nhờ năng lượng của dây cót.
Câu 5: Hãy chỉ ra sự chuyển hóa từ dạng cơ năng này sang dạng cơ năng khác trong các trường hợp sau:
a) Mũi tên được bắn đi từ chiếc cung.
b) Nước từ trên đập cao chảy xuống.
c) Ném một vật lên cao theo phương thẳng đứng.
Trả lời
a) Mũi tên được bắn đi từ chiếc cung: Thế năng của cánh cung chuyển hóa thành động năng của mũi tên.
b) Nước từ trên đập cao chảy xuống: Thế năng chuyển hóa thành động năng.
c) Ném một vật lên cao theo phương chuyển hóa thành thế năng.
Câu 6: Hai vật đang rơi có khối lượng như nhau. Hỏi thế năng và động năng của chúng ở cùng một độ cao có như nhau không?
Trả lời
Hai vật có khôi lượng như nhau thì thế năng và động năng của chúng giông nhau hay khác nhau tùy thuộc vào độ cao và vận tốc. Ớ cùng độ cao thì thế năng của hai vật là như nhau còn động năng tùy thuộc vào vận tốc của chúng ở độ cao ấy. Do vậy chưa thể kết luận về động năng vì chưa biết hai vật có cùng vận tóc hay không.
Câu 7: Từ một độ cao h, người ta ném một viên bi lên theo phương thẳng đứng với vận tốc ban đầu là v0 Hãy mô tả chuyển động của viên bi và trình bày sự chuyến hóa qua lại giữa động năng và thế năng của viên bi trong quá trình chuyển động cho đến khi viên bi rơi xuống mặt đất.
Trả lời
Lúc vừa được ném lên, ở độ cao h, viên bi vừa có thế năng, vừa có động năng.
Khi lên cao, động năng của viên bi giảm, thế năng tăng dần. Khi viên bi đạt đến độ cao cực đại (h + h’) thì vận tốc của nó bằng 0, động năng viên bi bằng 0, thế năng cực đại.
Toàn bộ động năng lúc ném của viên bi chuyển hóa thành phần tăng của thê năng so với lúc ném. Sau đó viên bi rơi xuống, thế năng giảm, động năng tăng. Đến khi viên bi vừa chạm đất thì động năng viên bi cực đại, thế năng bằng 0, toàn bộ thế năng của viên bi lúc vừa ném lên chuyển hóa thành phần tăng của động năng so với lúc ném.
Trong quá trình chuyển động của viên bi ở vị trí bất kì, tổng động năng và thế năng không thay đổi.
Câu 8: Người ta dùng một máy bơm để bơm 20cm3 nước lên độ cao 5m. Tính công của máv bơm, biết hiệu suất của máy bơm là 80% và khối lượng riêng của nước là lkg/dm3.
Trả lời
Trọng lượng của 20m3 nước là: P = 10(N/dm3).20.103dm3 = 2.105N
Công thực hiện nâng 20m3 nước lên độ cao 5m là: A1 = 2.105N.5m = 106J
Hiệu suất của máy bơm là 80%, nghĩa là H = 80%.
Vậy công của máy bơm là: H = A1/A ⇒ A = A1/H = 106J/0,8 = 1.250.000 J
C/ BÀI TẬP VẬN DỤNG:
Câu 1 : Điều nào sau đây đúng khi nói về cơ năng ? Hãy chọn câu đúng nhất
A) Cơ năng phụ thuộc vào độ biến dạng của vật gọi là Thế năng đàn hồi
B) Cơ năng phụ thuộc vị trí của vật so với mặt đất gọi là thế năng hấp dẫn
C) cơ năng của vật do chuyển động mà có gọi là động năng
D) các câu A,B,C đều đúng
Câu 2 : Nếu chọn mặt đất làm mốc để tính thế năng thì trong các vật sau đây vật nào không có thế năng ?
A) Viên đạn đang bay
B) Lò xo để tự nhiên ở một độ cao so với mặt đất
C) Hòn bi đang lăn trên mặt đất
D) Lò xo bị ép đặt ngay trên mặt đất
Câu 3 : Trong các vật sau, vật nào không có động năng ?
A) Hòn bi nằm yên trên mặt sàn B) Hòn bi lăn trên sàn nhà
C) Máy bay đang bay D)Viên đạn đang bay
Câu 4 : Trong các vật sau, vật nào không có thế năng (so với mặt đất)?
A) Chiếc bàn đứng yên trên sàn nhà B) Chiếc lá đang rơi
C) Một người đứng trên tầng ba của tòa nhà D) Quả bóng đang bay trên cao
Câu 5 : Một lò xo làm bằng thép đang bị nén lại.Lúc này lò xo có cơ năng.Vì sao lò xo có cơ năng ? Hãy chọn câu đúng
A)Vì lò xo có nhiều vòng xoắn B) Vì lò xo có khả năng sinh công
C) Vì lò xo có khối lượng D) Vì lò xo làm bằng thép
Câu 6 : Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Chọn câu trả lời đầy đủ nhất
A) Khối lượng
B) Trọng lượng riêng
C) Khối lượng và vị trí của vật so với mặt đất
D) Khối lượng và vận tốc của vật
Câu 7: Thế năng đàn hồi phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Hãy chọn câu đúng
A) Khối lượng B) Độ biến dạng của vật đàn hồi
C) Khối lượng và chất làm vật D) Vận tốc của vật
Câu 8: Động năng của vật phụ thuộc vào những Yếu tố nào ? Chọn câu trả lời đầy đủ nhất
A) Khối lượng B) Vận tốc của vật
C) Khối lượng và chất làm vật D) Khối lượng và vận tốc của vật
Câu 9: Trong các trường hợp sau, trường hợp nào vật có cả động năng và thế năng ?
A) Một máy bay đang chuyển động trên đường băng của sân bay
B) Một ô tô đang đỗ trong bến xe
C) Một máy bay đang bay trên cao
D) Một ô tô đang chuyển động trên đường
Câu 10: Quan sát một hành khách ngồi trong một toa tàu đang chuyển động.Ý kiến nào sau đây là đúng ?
A) Người khách có động năng vì người đó đang chuyển động với toa tàu
B) Người khách không có thế năng vì người đó đang chuyển động trên mặt đất (toa tàu chuyển động trên đường ray)
C) Người khách có cơ năng
D) Các phát biểu A, B và C đều đúng
Câu 11: Mũi tên được bắn đi từ cái cung là nhờ năng lượng của mũi tên hay của cái cung ? Đó là dạng năng lượng nào ? Hãy chọn câu đúng
A) Nhờ năng lượng của cánh cung, dạng năng lượng đó là Thế năng đàn hồi
B) Nhờ năng lượng của cánh cung, dạng năng lượng đó là thế năng hấp dẫn
C) Nhờ năng lượng của mũi tên, dạng năng lượng đó là Thế năng đàn hồi
D) Nhờ năng lượng của mũi tên, dạng năng lượng đó là thế năng hấp dẫn
Câu 12: Trong các trường hợp sau đây, trường hợp nào cơ năng của các vật bằng nhau ? Chọn phương án đúng
A) Hai vật ở cùng một độ cao so với mặt đất
B) Hai vật ở các độ cao khác nhau so với mặt đất
C) Hai vật chuyển động cùng một vận tốc,cùng một độ cao và có cùng khối lượng
D) Hai vật chuyển động với các vận tốc khác nhau
Câu 13: Một lò xo treo vật m1 thì dãn một đoạn x1,cùng lò xo ấy khi treo vật m2 thì dãn đoạn x2.Biết khối lượng m1 < m2. Cơ năng của lò xo ở dạng nào ?
Sự so sánh cơ năng của lò xo ở hai trường hợp như thế nào là đúng trong các cách sau :
A) Cơ năng của lò xo ở dạng thế năng hấp dẫn.Hai trường hợp có cơ năng bằng nhau.
B) Cơ năng của lò xo ở dạng thế năng đàn hồi
C) Cơ năng của lò xo ở dạng thế năng đàn hồi.Hai trường hợp có cơ năng bằng nhau.
D) Cơ năng của lò xo ở dạng thế năng hấp dẫn.Trường hợp thứ nhất có cơ năng nhỏ hơn .
Sử dụng dữ kiện sau Trả lời câu hỏi 14 và 15
Một viên bi lăn từ đỉnh mặt phẳng nghiêng như hình vẽ.
Câu 14 : Ở tại vị trí nào hòn bi có thế năng lớn nhất ? Hãy chọn câu đúng
A) Tai A C) Tại C B) Tại B D) một vị trí khác
Câu 15 : Ở tại vị trí nào hòn bi có thế động năng lớn nhất ? Hãy chọn câu đúng
A) Tai A C) Tại C B) Tại B D) môt vị trí khác
|
1 – D |
4 – A |
7 – B |
10 – D |
13 – B |
|
2 – C |
5 – B |
8 – D |
11 – A |
14 – A |
|
3 – A |
6 – C |
9 – C |
12 – C |
15 – B |
