Giáo án điện tử vật lí 10 chân trời bài 15: Năng lượng và công

BÀI 15. NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG

1. KHỞI ĐỘNG

Năng lượng tồn tại ở khắp mọi nơi xung quanh ta. Việc đưa ra một định nghĩa hoàn thiện về năng lượng đã và đang là một thử thách cho các nhà khoa học. Trong cơ học, năng lượng được hiểu như thế nào trong một số trường hợp cụ thể? Khi được truyền từ vật này sang vật khác bằng cách tác dụng lực thì phần năng lượng này được đo như thế nào?

1. NỘI DUNG BÀI HỌC
2. Khái niệm năng lượng
3. Tính chất của năng lượng
4. Quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng
5. Minh họa sự chuyển hóa năng lượng và định luật bảo toàn năng lượng.
6. Biểu thức tính công, đơn vị của công và các đặc điểm của công.
7. Vận dụng biểu thức tính công.

1. PHẦN TRIỂN KHAI KIẾN THỨC
2. Khái niệm năng lượng

Hãy quan sát Hình 15.1 và trả lời câu hỏi Thảo luận 1 SGK trang 95

Thảo luận 1: Quan sát hình 15.1, hãy cho biết tên những dạng năng lượng liên quan mà em đã được học ở môn Khoa học tự nhiên.

Trả lời:

1. Năng lượng chuyển động – động năng; Năng lượng ánh sáng – quang năng.
2. Năng lượng chuyển động – động năng.
3. Năng lượng nhiệt – nhiệt năng; Năng lượng ánh sáng – quang năng.
4. Năng lượng ánh sáng – quang năng.
5. Năng lượng ánh sáng – quang năng; Năng lượng sinh học trong các quá trình sinh hóa của cây.
6. Năng lượng sinh học trong các quá trình sinh hóa của con người

Khái niệm năng lượng:

Tất cả mọi quá trình như: xe chuyển động trên đường, thuyền chuyển động trên nước, bánh được nướng trong lò, đèn chiếu sáng, sự phát triển của thực vật và động vật, sự tư duy của con người đều cần đến năng lượng.

2. Tính chất của năng lượng

Năng lượng của một hệ bất kì luôn có một số tính chất sau:

- Năng lượng là một đại lượng vô hướng.

- Năng lượng có thể tồn tại ở những dạng khác nhau.

- Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác, hoặc chuyển hóa qua lại giữa các dạng khác nhau và giữa các hệ, các thành phần của hệ.

- Trong hệ SI, năng lượng có đơn vị là Jun (J).

- Một đơn vị thông dụng khác của năng lượng là calo. Một calo là một năng lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ 1 g nước thêm

1 cal = 4,184J.

HS trả lời câu hỏi Thảo luận 2 SGK trang 95

Thảo luận 2: Một thỏi socola (Hình 15.2) có khối lượng 60 g chứa 280 cal năng lượng. Hãy tính lượng năng lượng của thỏi socola này theo đơn vị joule.

Trả lời:

Ta có: 1cal = 4,184J

Vậy năng lượng của thỏi socola chứa 280cal sẽ là:

280. 4,814= 1171,52J.

3. Quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng.

Thảo luận nhóm: hãy đọc và trả lời câu hỏi Thảo luận 3 SGK trang 95

Thảo luận 3: Quan sát hình 15.3, hãy cho biết cách thức truyền năng lượng và phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong từng trường hợp.

Trả lời:

1. Chuyển hóa quang năng thành nhiệt năng bằng cách sử dụng một dụng cụ quang học (kính lúp).
2. Truyền năng lượng bằng cách truyền nhiệt. Trong đó, nhiệt năng từ lửa được truyền cho hệ ấm và nước.
3. Truyền năng lượng bằng cách thực hiện công cơ học.
4. Chuyển hóa từ năng lượng điện từ thành năng lượng hóa học trong pin và điện năng của điện thoại. Ngoài ra còn có năng lượng nhiệt do điện thoại tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.

Kết luận:

Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác hoặc chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Như vậy năng lượng luôn được bảo toàn.

 Thảo luận nhóm đôi: hãy đọc nội dung và trả lời câu hỏi Luyện tập SGk trang 96

Hãy chỉ ra quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng trong một số trường hợp như Hình 15.4 và 15.5.

Trả lời:

- Hình 15.4: Năng lượng của xe được truyền từ người đẩy xe. Công của lực đẩy chuyển động năng của ngưởi đẩy xe thành động năng của chiếc xe.

- Hình 15.5:

+ a, Công của lực đẩy chuyển động năng của người đẩy thành động năng và thế năng của người ngồi và xích đu.

+ b, Công của lực nâng chuyển động năng của tay và bình nước thành thế năng của bình nước. 

+ c, Công của lực đẩy và ma sát chuyển động năng của tay và giấy nhám thành nhiệt năng.

4. Minh họa sự chuyển hóa năng lượng và định luật bảo toàn năng lượng.

Thảo luận nhóm:

+ Nhóm 1, 2: Tìm hiểu mô hình thủy điện.

+ Nhóm 3, 4: Tìm hiểu mô hình tháp quang năng.

1. a) Mô hình thủy điện:

- Mô hình gồm có: một bể nước, một bình chứa nước được đặt trên cao,  một máy phát điện có gắn tuabin, một bóng đèn được nối với máy phát điện bằng dây điện.

- Cách thức hoạt động: Nước được đưa lên bình chứa, sau đó chảy từ trên cao xuống làm quay tuabin của máy phát điện và làm sáng bóng đèn.

1. b) Mô hình tháp quang năng.

- Mô hình gồm có: tháp có hở đáy, tuabin được gắn vào đáy tháp.

- Cách thức hoạt động: Ánh sáng được chiếu từ nguồn sáng (đèn, Mặt Trời) đến chân tháp để làm nóng dòng khí đi vào chân tháp. Dòng khí nóng chuyển động lên trên làm cho cánh quạt đặt ở đỉnh tháp quay. Trên thực tế, sự chuyển động của các dòng khí này làm xoay các tuabin đặt ở chân tháp, từ đó tạo ra điện.

Kết luận:

Năng lượng có thể chuyển hóa qua lại giữa các thành phần của một hệ, dưới những dạng năng lượng khác nhau, nhưng tổng năng lượng của vũ trụ luôn không đổi.

Thảo luận nhóm: đọc và trả lời câu hỏi Thảo luận 4 SGk trang 97

Trả lời:

- Dụng cụ: một viên bi, máng cong, hai giá đỡ có vít điều chỉnh độ cao.

- Chế tạo: Dùng máng cong tạo thành đường ray và gắn lên giá đỡ để tạo được mô hình như hình dưới.

- Thực hiện thí nghiệm:

+ Thả viên bi từ điểm A trên đường ray.

+ Viên bi có thể chuyển động tới điểm D nếu như chúng ta bỏ qua mọi ma sát trong quá trình chuyển động (độ cao của A và D bằng nhau).

=> Kết luận: trong quá trình chuyển động, từ điểm A thì thế năng chuyển hóa dần thành động năng khi đi xuống điểm B, sau đó lại được chuyển hóa thành thế năng để đi lên điểm C và cứ như vậy, động năng và thế năng chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

Khi viên bi đến điểm D có độ cao bằng A (với điều kiện bỏ qua mọi ma sát) chứng tỏ năng lượng của viên bi được bảo toàn.

Thảo luận nhóm: đọc và trả lời câu hỏi Thảo luận 4 SGk trang 97

Thảo luận 4: Lời kêu gọi tiết kiệm điện (Hình 15.7) có thể hiểu là để bảo toàn năng lượng được hay không?

Trả lời:

Lời kêu gọi tiết kiệm điện (Hình 15.7) không thể hiểu là để bảo toàn năng lượng vì việc tiết kiệm điện hay không thì năng lượng vẫn được bảo toàn.

5. Biểu thức tính công, đơn vị của công và các đặc điểm của công.

Thảo luận nhóm: mỗi thành viên trong nhóm đưa ra 3 ý kiến tương ứng với 3 trường hợp trong hình trong thời gian 2 phút. (Kĩ thuật 432):

Hãy đọc và trả lời câu hỏi Thảo luận 6 SGk trang 97

Thảo luận 6: Quan sát Hình 15.8, thảo luận để phân tích mối quan hệ về hướng của lực tác dụng vào vật và độ dịch chuyển của vật. Từ đó, đưa ra dự đoán về sự thay đổi năng lượng của vật trong quá trình tác dụng lực.

Trả lời:

1. Lực tác dụng có xu hướng theo chiều chuyển động của vậthình chiếu của vật lên phương chuyển động cùng chiều chuyển động.

Khi này vật nặng tăng tốc độ, tức là động năng của vật tăng lên.

1. Lực tác dụng có xu hướng ngược chiều chuyển động của chú chó, hình chiếu của vật lên phương chuyển động ngược chiều chuyển động.

Khi này chú chó bị giảm tốc độ, tức là động năng của chú chó bị giảm đi.

1. Lực nâng của tay vuông góc với chiều chuyển động của thùng hàng trong quá trình chuyển hàng.

Khi này năng lượng của vật nặng (gồm thế năng và động năng) không thay đổi vì người khuôn hàng đang đi với tốc độ không đổi.

Câu hỏi: Hãy tính công trong trường hợp lực tác dụng lên vật có hướng cùng hướng dịch chuyển của vật.

Trả lời:

Cách tính công trong trường hợp lực tác dụng lên vật có hướng cùng với hướng dịch chuyển của vật: A= F.s

Trong đó: F là lực tác dụng vào vật, s là quãng đường vật dịch chuyển.