Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng (cần nhớ) | Kiến thức Vật Lý 10

Trường Tiểu Học Đằng Lâm

Updated on:

Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng (cần nhớ) | Kiến thức Vật Lý 10
Bạn đang xem: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng (cần nhớ) | Kiến thức Vật Lý 10 tại Kênh Văn Hay

Cơ năng là một trong những khái niệm được nhắc đến nhiều nhất trong Vật lý 10. Vậy cơ năng là gì? Định luật bảo toàn cơ năng được phát biểu như thế nào? Kênh Văn Hay sẽ tổng hợp tất cả những kiến ​​thức cần thiết trong bài viết sau.

năng lượng cơ học là gì?

Cơ năng là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng sinh công của mọi vật. Cụ thể, một vật có cơ năng khi nó có khả năng thực hiện công cơ học. Trong vật lý, năng lượng cơ học là tổng của thế năng và động năng. Công mà vật thực hiện càng lớn thì cơ năng của vật càng lớn.

Ký hiệu cơ năng là W. Đơn vị: Jun (J)

Ví dụ: Đặt một viên gạch lên kính. Ban đầu, gạch không thể hoạt động trên kính. Tuy nhiên, khi nó được nâng lên độ cao h so với kính và rơi xuống, viên gạch có thể làm vỡ kính. Sau đó, chúng tôi nói viên gạch có khả năng làm việc. Vậy khi nâng viên gạch lên độ cao h thì viên gạch có thế năng.

Các dạng năng lượng cơ học là gì?

Có hai loại năng lượng cơ học chính: thế năng và động năng.

Cơ năng của vật đặt ở một độ cao nhất định gọi là thế năng. Thế năng hấp dẫn là năng lượng cơ học của một vật ở độ cao h so với mặt đất hoặc từ một vị trí khác được chọn làm tham chiếu. Khi vật ở trên mặt đất, khoảng cách từ vật đến mặt đất bằng không nên thế năng trọng trường bằng không. Vật càng bay lên cao và có khối lượng càng lớn thì thế năng trọng trường càng lớn.

Ngoài ra, thế năng đàn hồi còn được định nghĩa là một dạng năng lượng cơ học của vật, nó phụ thuộc vào độ biến dạng của lò xo. Để xác định xem một vật có thế năng đàn hồi hay không ta xét xem vật đó bị biến dạng hay đàn hồi.

Ví dụ: Khi kéo dây đàn hồi, ta đã làm thay đổi hình dạng của dây đàn, tức là ta đã truyền cho dây đàn hồi một thế năng đàn hồi.

Khi chúng ta kéo dây hợp âm, chúng ta cung cấp cho dây một thế năng đàn hồi.  (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Cơ năng của một vật do nó chuyển động gọi là động năng. Vật chuyển động càng nhanh và có khối lượng càng lớn thì động năng càng lớn. Nếu vật đứng yên thì động năng bằng 0.

Định luật bảo toàn cơ năng

Định luật bảo toàn cơ năng: Trong quá trình chuyển động, nếu một vật chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì thế năng có thể chuyển hóa thành động năng và ngược lại. Tuy nhiên, mặc dù hai dạng năng lượng này có thể chuyển hóa cho nhau nhưng tổng động năng và thế năng tức cơ năng của một vật luôn được bảo toàn (không đổi theo thời gian).

Ta có công thức tính cơ năng:

Hệ quả: Từ nội dung định luật bảo toàn cơ năng ta thấy khi một vật chuyển động trong trọng trường thì động năng của vật sẽ tăng nếu thế năng của vật giảm và ngược lại. tăng khi thế năng của vật giảm. Ngoài ra, tại vị trí mà thế năng cực tiểu thì động năng cực đại và ngược lại khi thế năng cực đại thì động năng sẽ cực tiểu.

Định luật bảo toàn cơ năng.  (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Chú ý: Định luật bảo toàn cơ năng áp dụng khi một vật đang chuyển động trong trọng trường và không chịu tác dụng của ma sát mà chỉ chịu tác dụng của trọng lực hoặc lực đàn hồi.

Cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường

Định nghĩa

Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng thế năng và động năng của vật đó gọi là cơ năng.

Công thức tính cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường

Công thức:

Bảo toàn cơ năng của một vật chuyển động trong trọng trường

Khi một vật chuyển động nhờ trọng lực và chỉ chịu tác dụng của trọng lực (bỏ qua ma sát, lực cản…) thì cơ năng của vật không đổi (là đại lượng bảo toàn).

Từ đó, chúng tôi nhận được:

Cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

Bảo toàn cơ năng của vật dưới tác dụng của lực đàn hồi

Khi chỉ có lực đàn hồi do sự biến dạng của lò xo đàn hồi tác dụng lên vật thì trong quá trình chuyển động, cơ năng xác định bằng tổng của thế năng đàn hồi và động năng của vật là một đại lượng bảo toàn.

Lưu ý: Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng khi vật chịu tác dụng của hai lực là trọng lực và lực đàn hồi, ngoài ra không chịu tác dụng của lực nào khác như lực cản, lực ma sát,…

Công thức tính cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi

Xem thêm: Động năng là gì? Biểu thức động năng & bài tập (Vật lý 10)

Bài tập cơ học (Vật lý 10)

Dưới đây là một số bài tập về chủ đề Cơ học có lời giải chi tiết giúp các bạn kiểm tra và đối chiếu kết quả sau khi làm xong.

Câu 1: Một vật nhỏ được ném từ một điểm M so với mặt đất; Khi đến điểm N thì vật dừng lại và rơi xuống. Bỏ qua sức cản của không khí. ở MN

A. Động năng tăng

B. Giảm thế năng

C. Cơ năng cực đại tại N

D. Cơ năng không đổi

Đáp án: Chọn D.

Giải thích: Bỏ qua lực cản không khí, cơ năng không đổi trong thời gian MN.

Câu 2: Từ điểm M (có độ cao 0,8m so với mặt đất) một vật được ném lên với vận tốc ban đầu 2m/s. Nếu khối lượng của vật là 0,5 kg, lấy g = 10m/s^2. Thế năng của vật là gì?

MỘT.4J

B. 1J

C. 5J

D. 8J

Trả lời: Chọn XUỐNG

Giải thích:

Chọn mốc của thế năng tại bề mặt trái đất. Tại điểm ném M ta được:

Vậy cơ năng của vật là 5J

Câu 3: Cơ năng của một vật khối lượng 2kg rơi từ độ cao 5 m xuống đất là:

A. 10 J

B. 100J

C. 5J

D. 50J

Trả lời: Chọn XÓA

Giải thích:

Vì cơ năng của hệ được bảo toàn nên cơ năng bằng thế năng ban đầu, hay:

W = W( t = 0 ) = Wđ + Wt = mgh = 100 (J).

Câu 4: Một vật được ném thẳng đứng lên cao với vận tốc 6 m/s. Lấy g = 10 m/s^2. Tính độ cao cực đại của nó.

A. h = 1,8m.

B. h = 3,6m.

ch = 2,4m

Đh = 6m

Đáp án: Chọn A

Giải thích:

Khi vật đạt độ cao cực đại thì v=0.

Định luật bảo toàn cơ năng cho 2 vị trí xuất phát và độ cao cực đại:

W1 = W2 ⇔ Wđ1 + Wt1 = Wđ2 + Wt2.

Câu 5: Một vật m trượt không vận tốc ban đầu từ đỉnh xuống chân một mặt phẳng nghiêng dài 5m và nghiêng một góc 30o so với phương ngang. Lực ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng bằng 1/4 trọng lượng của vật. Lấy g=10m/s^2. Vận tốc của vật tại chân mặt phẳng nghiêng là

A. 4,5m/s. B. 5m/s. C. 3,25m/s. D. 4m/s.

Trả lời: Chọn XÓA

Giải thích:

Áp dụng định lí biến đổi động năng vào 2 vị trí vật bắt đầu chuyển động và khi vật dừng lại, ta có:

Câu 6: Một vận động viên có trọng lượng 650N nhảy với vận tốc ban đầu v0 = 2 m/s từ người nhảy ở độ cao 10 m xuống nước theo phương thẳng đứng xuống dưới. Lấy g = 10 m/s^2, sau khi chạm mặt nước, người đó di chuyển trong nước một đoạn 3m theo phương thẳng đứng rồi dừng lại. Độ biến thiên cơ năng của người đó là:

A. – 8580 J

B. – 7850J

C. – 5850J

D. – 6850J

Đáp án: Chọn A

Giải thích:

Chọn gốc thế năng tại mặt phân cách giữa nước và không khí.

Động năng của người đó lúc bắt đầu nhảy là:

Tại vị trí dừng lại có tọa độ là h’ = -3 m.

Xác suất để người đó dừng lại là:

Wsau = – mgh’ = -1950 (J)

Độ biến thiên cơ năng: ΔW = Wsau – Wtrước = – 8580 (J).

Câu 7: Một vật được thả rơi tự do, đang trong quá trình rơi

A. Động năng của vật không thay đổi.

B. Thế năng của vật không thay đổi.

C. tổng động năng và thế năng của vật không thay đổi.

D. Tổng động năng và thế năng của vật luôn thay đổi.

Đáp án: Chọn C.

Giải thích: Một vật được thả rơi tự do, trong quá trình rơi, vận tốc và độ cao của vật thay đổi nên thế năng và động năng thay đổi, nhưng tổng thế năng và động năng của vật không thay đổi.

Câu 8: Một vận động viên trượt tuyết trượt xuống một vách núi, vận tốc trượt mỗi lúc một tăng. Các vận động viên cũng vậy

A. Động năng tăng, thế năng tăng.

B. Động năng tăng, thế năng giảm.

C. Động năng không đổi, thế năng giảm.

D. Động năng giảm, thế năng tăng.

Đáp án: Chọn B.

Giải thích: Một vận động viên trượt tuyết trượt xuống một vách đá, do đó độ cao giảm và vận tốc tăng. Vậy thế năng giảm, động năng tăng.

Câu 9: Trong quá trình dao động của con lắc đơn, tại vị trí cân bằng

A. động năng đạt giá trị cực đại.

B. thế năng đạt giá trị cực đại.

C. cơ năng bằng không.

D. thế năng bằng động năng.

Trả lời: Chọn A.

Giải thích: Trong quá trình dao động của con lắc đơn, tại vị trí cân bằng, con lắc đơn có tọa độ nhỏ nhất nên thế năng nhỏ nhất, động năng nhỏ nhất.

Câu 10: Khi thả rơi một vật không vận tốc ban đầu trên mặt phẳng nghiêng có ma sát

A. Cơ năng của một vật bằng giá trị cực đại của động năng.

B. độ biến thiên động năng bằng công của lực ma sát.

C. độ giảm thế năng bằng công của trọng trường.

D. độ giảm thế năng bằng độ tăng động năng.

Đáp án: Chọn C.

Giải thích: Khi thả rơi một vật không vận tốc ban đầu trên mặt phẳng nghiêng thì lực ma sát giảm đi do công của trọng lực thực hiện. Do đó, sự giảm thế năng bằng với công do trọng lực thực hiện.

Câu 11: Một vật được thả rơi tự do từ độ cao 3m. Độ cao của vật khi động năng bằng hai lần thế năng là

A. 1,5m.

B. 1,2m.

C. 2,4m.

D. 1,0m.

Trả lời: Chọn DỄ

Giải thích: Chọn mốc là thế năng ở bề mặt trái đất.

Vật rơi tự do nên cơ năng được bảo toàn: W1 = W2

⇒ W1 = Wd2 + Wt2 = 2.Wt2 + Wt2 ⇒ h2 = h/3 = 1 (m).

Câu 12: Một vật được ném thẳng đứng từ mặt đất với vận tốc ban đầu 4 m/s. Bỏ qua sức cản của không khí. Vận tốc của vật khi động năng bằng thế năng là

A. 2√2 m/s.

B. 2m/s.

C. √2 m/s.

D. 1m/s.

Đáp án: Chọn A

Giải thích: Chọn mốc là thế năng ở bề mặt trái đất.

Bỏ qua sức cản của không khí, cơ năng được bảo toàn: W1 = W2

Wd1+0 = Wd2+Wt2=2.Wd2

v2=v12=42=22 (m/s)

Kết thúc:

Hy vọng những thông tin về Cơ học và định luật bảo toàn cơ năng mà Kênh Văn Hay vừa cung cấp sẽ giúp ích cho các bạn trong quá trình học tập và giải bài tập Vật lý liên quan. Bên cạnh đó, các bạn cũng có thể tham khảo thêm nhiều bài viết bổ ích khác tại website monkey.edu.vn.

Bạn thấy bài viết Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng (cần nhớ) | Kiến thức Vật Lý 10 có khắc phục đươc vấn đề bạn tìm hiểu ko?, nếu ko hãy comment góp ý thêm về Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng (cần nhớ) | Kiến thức Vật Lý 10 bên dưới để Kênh Văn Hay có thể thay đổi & cải thiện nội dung tốt hơn cho các bạn nhé! Cám ơn bạn đã ghé thăm Website: kenhvanhay.edu.vn của Kênh Văn Hay
Nhớ để nguồn bài viết này: Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng (cần nhớ) | Kiến thức Vật Lý 10 của website kenhvanhay.edu.vn

Chuyên mục: Giáo dục

Xem thêm bài viết hay:  Công thức tính chu vi và diện tích tam giác [đầy đủ các loại tam giác]Công thức tính chu vi và diện tích tam giác [đầy đủ các loại tam giác]

Viết một bình luận