Đáp án Vật lí 10 chân trời sáng tạo Bài 17: Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng

BÀI 17 ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG.

ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG

Câu 1: Nhà máy thủy điện sản xuất điện năng từ dòng nước chảy từ trên cao xuống ( Hình 17.1). Trong đó có những dạng năng lượng cơ học nào xuất hiện? Chúng co thể chuyển hóa qua lại với nhau hay không? Trong những điều kiện nào thì tổng của các dạng năng lượng cơ học đó được bảo toàn ?

Trả lời: 

Trong quá trình đó có những dạng năng lượng cơ học: động năng, thế năng xuất hiện. Trong điều kiện không có lực ma sát, năng lượng không bị hao phí thành các dạng năng lượng khác thì tổng của các dạng năng lượng cơ học này được bảo toàn.

1. Động năng

Câu 1: Quan sát Hình 17.2, hãy tìm các điểm chung về dạng năng lượng trong các trường hợp trên. Năng lượng này phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Trả lời: 

Đặc điểm chung của các dạng năng lượng trên là đều có sự chuyển động. Năng lượng này phụ thuộc vào yếu tố vận tốc và khối lượng của vật.

Câu 2: Dựa vào phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều, rút ra biểu thức (17.1)

Trả lời: 

Công thức chuyển động biến đổi đều :S= a.t²/2   (1)
Công thức định luật II Niwton: F=m.a    (2)
Mà A=F.S  (3)

Thế (1), (2) vào (3) ta có
A= m.a².t²/2 (*)

Mặt khác v=a.t
=> a².t²=v² (**)

Thế (**) vào (*) => A= mv²/2

Câu 3: Em đang ngồi yên trên chiếc xe buýt chuyển động thẳng đều với tốc độ 50 km/h. Xác định động năng của em trong trường hợp:

a, Chọn hệ quy chiếu gần với xe buýt
b, Chọn hệ quy chiếu gắn với hàng cây bên đường

Trả lời: 

a, Động năng của em khi chọn hệ quy chiếu gắn với xe buýt là bằng 0 vì vận tốc của em so với xe buýt là bằng 0.
b, Với hệ quy chiếu với mốc là cây thì vận tốc của em bằng vận tốc của chiếc xe là 50km/h 
ví dụ em nặng 50kg 
Đổi 50km/s= 13,89 m/s
 => W_đ= 50.13,89²/2= 4823,3 N

Câu 4: Một ô tô cố khối lượng 1,5 tấn chuyển động thẳng với tốc độ không đổi là 80 km/h, sau đó giảm tốc độ đến 50km/h, cuối cùng thì dừng hẳn lại. 
- Tìm động năng của ô tô tại các thời điểm ứng với các giá trị tốc độ đã cho

- Phần động năng mất đi của ô tô đã chuyển hóa thành các dạng năng lượng nào ?

Trả lời: 

Đổi 1,5 tấn = 1500 kg

+ v= 80 km/h=22,22 m/s
W_đ= 1500.22,22²/2=370363 (N)
+v= 50km/h= 13,89 (m/s)
W_đ= 1500. 13,89²/2=1444699 (N)

Phần động năng mất đi của ô tô đã chuyển hóa thành nhiệt năng, năng lượng âm thanh, ..vv

Câu 5: Hãy tìm hiểu về " trục phá thành" dùng để phá cổng thành trong các cuộc chiến thời xưa (Hình 17.3). Giải thích tại sao " Trục phá thành" phải có khối lượng đủ lớn.

Trả lời: 

 " Trục phá thành" phải có khối lượng đủ lớn để năng lượng tác dụng vào cổng thành lớn và làm vỡ thành. Theo công thức Wđ = mv²/2 ta có m tỉ lệ thuận với W_đ

2. Thế năng

Câu 1: Quan sát Hình 17.5, chứng tỏ trong hai cách dịch chuyển quyển sách thì công của trọng lực là như nhau trong khi công của lực ma sát là khác nhau.

Trả lời: 

Ta có công thức tính công của trọng lực A= mgh
Tại 4 điểm A,B,C,D thì độ cao của quyển sách không thay đổi nên công của trọng lực không thay đổi.

Ta có công thức tính công của lực ma sát: A= F_ms.S
=> đoạn đường di chuyển từ (A) đến (D) trực tiếp ngắn hơn đoạn đường di chuyển từ (A) -> (B) -> (C)-> (D) nên công của lực ma sát trong trường hợp này là khác nhau.

Câu 2: Lập luận để rút ra độ biến thiên thế năng trọng trường bằng về độ lớn nhưng trái dấu với công của trọng lực.

Trả lời: 

Lập luận để rút ra độ biến thiên thế năng trọng trường bằng về độ lớn nhưng trái dấu với công của trọng lực.

Độ biến thiên của thế năng

  = mg ( h₂-h₁) = mg.S

Công của trọng lực A= F.S= P.S= mgS 

=> độ lớn của biến thiên thế năng bằng với công của trọng lực