Lý thuyết và bài tập cơ năng

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Cơ năng:

Khi một vật có khả năng thực hiện công ta nói vật có cơ năng.
Vật có khả năng thực hiện công càng lớn thì cơ năng của vật càng lớn. Cơ năng được tính bằng đơn vị Jun.(J)

2. Thế năng:

2.1. Thế năng hấp dẫn

Ở vị trí càng cao so với mặt đất thì công mà nó có khả năng thực hiện được càng lớn nghĩa là thế năng của vật càng lớn.
Thế năng hấp dẫn là thế năng được xác định bỡi vị trí của vật so với mặt đất.
Vật nằm trên mặt đất thì thế năng hấp dẫn bằng 0 Vật có khối lượng càng lớn thì có thế năng càng lớn.
Thế năng hấp dẫn phụ thuộc vào: Độ cao so với vật mốc và khối lượng của vật

2.2. Thế năng đàn hồi

Thế năng đàn hồi là thế năng phụ thuộc vào độ biến dạng đàn hồi

3. Động năng

Cơ năng của vật do chuyển động mà có gọi là có động năng. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.
Động năng và thế năng là hai dạng của cơ năng. Cơ năng của một vật bằng tổng thế năng và động năng của vật đó.

Lưu ý:

Khi một vật có khả năng thực hiện công cơ học (chứ không cần vật đã thực hiện công cơ học) thì vật đó có cơ năng. Ví dụ: Một vật nặng đang được giữ yên ở độ cao h so với mặt đất, nghĩa là nó không thực hiện công, nhưng nó có khả năng thực hiện công (giả sử khi được buông ra) nên có cơ năng
Động năng của vật phụ thuộc vào các yếu tố:
- Vận tốc
- Khối lượng của vật

4.0Bài tập minh họa

Bài 1. Cho quả cầu A lăn trên máng nghiêng từ vị trí (2) cao hơn vị trí (1) tới đập vào miếng gỗ B. Độ lớn vận tốc của quả cầu thay đổi thế nào so với thí nghiệm ở câu 3? So sánh công của quả cầu A thực hiện lúc này với lúc trước. Từ đó suy ra động năng của quả cầu A phụ thuộc thế nào vào vận tốc của nó?

Hướng dẫn giải

Độ lớn vận tốc của quả cầu giảm đi so với vận tốc của nó trong thí nghiệm ở câu 3. - Công của quả cầu A thực hiện lớn hơn so với trước. Như vậy, khi vận tốc tăng thì động năng tăng. Các thí nghiệm chính xác cho thấy động năng tăng tỉ lệ với bình phương vận tốc.

Bài 2. Quả nặng A đứng yên trên mặt đất (hình a), không có khả năng sinh công. Nếu đưa quả nặng lên một độ cao nào đó (hình b) thì nó có cơ năng không? Tại sao?

Hướng dẫn giải

Nếu đưa quả nặng lên một độ cao nào đó (hình b) thì nó có cơ năng

Vì ta biết cơ năng thì bằng tổng động năng và thế năng

Ở hình b: động năng bằng không, nhưng thế năng khác không (Nếu đưa quả nặng lên một độ cao nào đó) nên vật có cơ năng

B. Giải bài tập trong sách giáo khoa

Giải bài tập 1 trang 55 SGK vật lý lớp 8: Quả nặng A đứng yên trên mặt đất (hình a), không có khả năng sinh công. Nếu đưa quả nặng lên một độ cao nào đó (hình b) thì nó có cơ năng không? Tại sao?

Hướng dẫn giải

Có. Nếu đưa quả nặng lên một độ cao nào đó rồi buông nhẹ thì vật A sẽ chuyển động xuống phía dưới làm sợi dây căng ra. Lực căng dây làm vật B chuyển động, như vậy vật A đã thực hiện công nên nó có cơ năng.

Giải bài tập 2 trang 56 SGK vật lý lớp 8: Có một lò xo được làm bằng bằng thép uốn thành vòng tròn (hình a). Lò xo bị nén lại nhờ buộc sợi dây, phía trên đặt một miếng gỗ (hình b). Lúc này lò xo có cơ năng. Bằng cách nào để biết được lò xo có cơ năng?

Hướng dẫn giải

Để biết được lò xo có cơ năng ta chỉ cần cắt hoặc đốt cháy sợi dây và quan sát thấy lò xo bung ra và miếng gỗ ở trên lò xo bị hất lên cao, như vậy lò xo đã thực hiện công tức là nó có cơ năng.

Giải bài tập 3 trang 56 SGK vật lý lớp 8: Cho quả cầu A bằng thép lăn từ vị trí (1) trên máng nghiêng xuông đập vào miếng gỗ B như hình vẽ bên. Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào?

Hướng dẫn giải

Quả cầu A lăn từ vị trí (1) trên máng nghiêng đập vào miếng gỗ B thì sẽ va chạm với miếng gỗ B và làm cho miếng gỗ B dịch chuyển.

Giải bài tập 4 trang 56 SGK vật lý lớp 8: Chứng minh rằng quả cầu A đang chuyển động có khả năng thực hiện công.

Hướng dẫn giải

Quả cầu đập vào miếng gỗ làm miếng gỗ chuyển động, như vậy quả cầu A có khả năng thực hiện công.

Giải bài tập 5 trang 56 SGK vật lý lớp 8: Từ kết quả thí nghiệm trên hãy tìm từ thích hợp cho vào chỗ trông của câu kết luận sau: Một vật chuyển động có khả năng............ tức là có cơ năng.

Hướng dẫn giải

Một vật chuyển động có khả năng sinh công tức là có cơ năng.

Giải bài tập 6 trang 57 SGK vật lý lớp 8: Cho quả cầu A lăn trên máng nghiêng từ vị trí (2) cao hơn vị trí (1) tới đập vào miếng gỗ B. Độ lớn vận tốc của quả cầu thay đổi thế nào so với thí nghiệm ở câu 3? So sánh công của quả cầu A thực hiện lúc này với lúc trước. Từ đó suy ra động năng của quả cầu A phụ thuộc thế nào vào vận tốc của nó?

Hướng dẫn giải

- Độ lớn vận tốc của quả cầu giảm đi so với vận tốc của nó trong thí nghiệm ở câu 3.

- Công của quả cầu A thực hiện lớn hơn so với trước. Như vậy, khi vận tốc tăng thì động năng tăng. Các thí nghiệm chính xác cho thấy động năng tăng tỉ lệ với bình phương vận tốc.

Giải bài tập 7 trang 57 SGK vật lý lớp 8: vẫn sử dụng thí nghiệm (câu 3). Thay quả cầu A bằng quả cầu A' có khối lượng lớn hơn và cho lăn trên máng nghiêng từ vị trí (2), đập vào miếng gỗ B. Hiện tượng xảy ra có gì khác so với thí nghiệm của câu hỏi 6? So sánh công thực hiện được của hai quả cầu A và A Từ đó suy ra động năng của quả cầu còn phụ thuộc như thế nào vào khối lượng của nó?

Hướng dẫn giải

- Khi thay bằng quả cầu A' có khối lượng lớn hơn thì miếng gỗ B bị đẩy ra xa hơn khi va chạm.

- Công thực hiện của quả cầu A' lớn hơn so với công do quả cầu A thực hiện.

- Động năng của vật phụ thuộc vào khối lượng của vật. Vật có khôi lượng càng lớn thì động năng của vật cũng càng lớn. Như vậy, động năng của vật tỉ lệ thuận với khôi lượng của vật.

Giải bài tập 8 trang 57 SGK vật lý lớp 8: Các thí nghiệm trên cho thấy động năng phụ thuộc những yếu tố gì và phụ thuộc như thế nào?

Hướng dẫn giải

Các thí nghiệm trên cho thấy động năng phụ thuộc vào hai yếu tố: khôi lượng của vật và vận tốc của vật:

- Khi khối lượng của vật không đổi, nếu vận tốc tăng thì động năng cũng tăng (động năng tỉ lệ với bình phương vận tốc).

– Khi vận tốc không đổi, động năng tỉ lệ thuận với khôi lượng

Giải bài tập 9 trang 57 SGK vật lý lớp 8: Nêu ví dụ vật có cả động nâng và thế năng.

Hướng dẫn giải

Một máy bay đang bay trôn cao, máy bay có độ cao nên có thế năng, đồng thời nó có vận tốc nên cũng có động năng.

Giải bài tập 10 trang 58 SGK vật lý lớp 8: Cơ năng của từng vật ở hình dưới đây thuộc dạng cơ năng nào?

Hướng dẫn giải

a) Chiếc cung đã giương: Thế năng đàn hồi.

b) Nước chảy từ trên cao xuông: Động năng và thế năng.

c) Nước bị ngăn trên đập cao: Thế năng hấp dẫn.

C. GIẢI BÀI TẬP

B1. 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.

Hướng dẫn giải

Chọn câu C: Hòn bi đang lăn trên mặt đất.

B2*. 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?

Hướng dẫn giải

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.

B3. 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?

Hướng dẫn giải

Nhờ năng lượng của cánh cung. Đó là thế năng.

B4. 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?

Hướng dẫn giải

Nhờ năng lượng của búa. Đó là động năng.

B5. 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?

Hướng dẫn giải

Nhờ năng lượng của dây cót.