Nội dung chính vật lí 10 chân trời sáng tạo Bài 15: Năng lượng và công

BÀI 15. NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG

1. NĂNG LƯỢNG

1.1. Khái niệm năng lượng

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.

1.2. 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.

2. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG

2.1. Quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng.

*Phát biểu định luật bảo toàn năng lượng:

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.

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

a, Mô hình thủy điện:

- Mục đích nghiên cứu: năng lượng của nguồn nước có thể chuyển hóa thành năng lượng điện để thắp sáng bóng đèn.

- 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 từ bể chứa được đưa lên bình chứa, sau đó chảy từ trên cao xuống làm quay tuabin của máy phát điện và làm sáng bóng đèn.

b, Mô hình tháp quang năng.

- Mục đích nghiên cứu: sự chuyển động của dòng khí có thể tạo ra điện.

- 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 hoặc ánh sáng 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: 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.

3. CÔNG CỦA MỘT LỰC KHÔNG ĐỔI

3.1. Biểu thức tính công và đơn vị của công.

*Công thức tính công trong trường hợp tổng quát:

Về mặt toán học, công của một lực được đo bằng tích của 3 đại lượng: độ lớn lực tác dụng F; độ lớn độ dịch chuyển d và cosin góc hợp bởi vectơ lực tác dụng và vectơ độ dịch chuyển theo công thức:

A=F.d.cos  (15.1)

Lưu ý:

Khi vật chuyển động thẳng theo một chiều thì độ dịch chuyển d chính bằng quãng đường đi được s. Công được tính bằng công thức: A=F.s.cos

3.2. Các đặc điểm của công.

- Công là một đại lượng vô hướng.

- Khi  : công của lực có giá trị dương và được gọi là công phát động.

- Khi  : công của lực có giá trị âm và được gọi là công cản

- Khi: khi lực tác dụng vuông góc với độ dịch chuyển thì công bằng 0.

3.3. Vận dụng biểu thức tính công.

* Các bước vận dụng biểu thức tính công trong một số trường hợp đơn giản:

B1: Chọn trục tọa độ và chiều dương cho hệ vật.

B2: Xác định được các giai đoạn trạng thái của vật.

B3: Xác định được 3 đại lượng: độ lớn lực tác dụng lên vật, độ lớn độ dịch chuyển của vật và góc hợp bởi vectơ lực tác dụng và vectơ độ dịch chuyển.

B4: Áp dụng công thức tính công cho từng giai đoạn.