Lớp 10 Vật lý 10 - Kết nối tri thức

Lý thuyết Vật lý 10 bài 25 KNTT

Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 25: Động năng, thế năng được Khoahoc sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 10 sách Kết nối tri thức. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

1. Động năng

a) Khái niệm động năng

Xét một vật bắt đầu chuyển động với gia tốc \overrightarrow a dưới tác dụng của một lực \overrightarrow F = m.\overrightarrow a không đổi, vật dịch chuyển cùng hướng với vectơ lực. Sau một khoảng thời gian, tốc độ của vật là v. Công của lực thực hiện trên quãng đường này là A = F.s = \frac{1}{2}.m{v^2}.

Như vậy, sau khi lực tác dụng vào vật thực hiện một công thì vật chuyển từ trạng thái đứng yên sang chuyển động. Nghĩa là tác nhân sinh ra lực đã chuyển một phần năng lượng vào vật và làm cho vật tăng năng lượng. Ta gọi phần năng lượng đó là động năng.

Động năng của vật là năng lượng vật có được do chuyển động, có giá trị được tính theo công thức: 

{W_d} = \frac{1}{2}.m{v^2}

Với m là khối lượng của vật và v là tốc độ của vật tại thời điểm khảo sát.

Trong hệ SI, đơn vị của động năng là Joule (J).

Vi dụ: 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.

Hướng dẫn giải

Động năng của quả bóng được tính theo công thức:

{{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}m{v^2}

=> {{\rm{W}}_{\rm{d}}} = \frac{1}{2}.0,06.{\left( {196.1000.\frac{1}{{3600}}} \right)^2} \approx 89J

b) Đặc điểm của động năng

  • Động năng của vật phụ thuộc vào khối lượng của vật và tốc độ chuyển động của vật.
  • Động năng là một đại lượng vô hướng, không âm.
  • Động năng có giá trị phụ thuộc vào hệ quy chiếu.

c) 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 s, vật đạt tốc độ v thì: v^2 = 2.a.s

Vì a = \frac{F}{m}  nên {v^2} = \frac{{2.F.s}}{m}

=> \frac{1}{2}.m.{v^2} = F.s \to {{\rm{W}}_d} = A  

Kết luận: nếu ban đầu vật đứng yên thì động năng của vật có giá trị bằng công của lực tác dụng lên vật.

2. Thế năng

a. Khái niệm thế năng trọng trường

- Lực của máy thực hiện công di chuyển búa máy lên cao. Năng lượng từ máy đã chuyển thành năng lượng dự trữ ở búa máy, gọi là thế năng trọng trường.

- Công của trọng lực không phụ thuộc vào đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối, lực có tính chất như vậy gọi là lực bảo toán (lực thế).

Một vật có khối lượng m ở độ cao h so với một vị trí làm gốc dự trữ một dạng năng lượng được gọi là thế năng trọng trường.

W_t = P.h= m.g.h

- Đơn vị thế năng trọng trường là jun (J).

Nhận xét: Khi vật ở trên mặt đất (h=0) thì vật không có thế năng (W_t=0). Ta nói mặt đất được chọn là mốc thế năng (hay gốc) thế năng.

Lưu ý:

  • Để xác định thế năng, ta cần phải chọn gốc thế năng là vị trí mà tại đó thế năng bằng 0.
  • Khi chọn gốc tọa độ trùng gốc thế năng và chiều dương của trục Oz hướng lên thì vị trí phía trên gốc thế năng có giá trị h>0, vị trí phía dưới gốc thế năng có giá trị h<0.
  • Độ biến thiên thế năng giữa hai vị trí không phụ thuộc vào việc chọn gốc thế năng.

Ví dụ: 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/s^2.

Hướng dẫn giải

Thế năng của đầu búa được tính theo công thức:

W_t = 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 = W_t

Kết luận: Thế năng của vật ở độ cao h có độ lớn bằng công của lực dùng để nâng vật lên độ cao này.

Ví dụ: Khi nào động năng của vật:

a. Biến thiên? b. Tăng lên? c. Giảm đi?

Giải thích

- 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.

Ví dụ: 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

  • 81 lượt xem
Sắp xếp theo
🖼️
Xóa Gửi bình luận

Vật Lí 10 KNTT