Nội dung chính 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

1. ĐỘNG NĂNG

1.1 Mối liên hệ giữa động năng và công.

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

  (17.2)

Trong đó: m là khối lượng của vật, v là tốc độ của vật tại thời điểm khảo sát.

Động năng có đơn vị là : Jun (J)

*Mở rộng:

Nãy giờ là ta đang xét trường hợp vật bắt đầu chuyển động từ trạng thái đứng yên. Trong trường hợp vật đang chuyển động với tốc độ ban đầu , dưới tác dụng của lực , sau một khoảng thời gian, vật sẽ có vận tốc v. Khi đó:

.

=> Rút ra định lí động năng:

Độ biến thiên động năng của một vật trong khoảng thời gian  bằng công của lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó.

1.2. 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.

2. THẾ NĂNG

2.1. Thế năng trong trường trọng lực đều.

- Khi vật rơi tự do, công của trọng lực là: 

= m.g.h (17.3)

- Khi vật trượt không ma sát trên mặt phẳng nghiêng, công của trọng lực được xác định ;

m.g.h=  (17.4)

Nhận xét: Giá trị công của trọng lực cũng chính là phần năng lượng của vật bị chuyển hóa khi di chuyển theo phương thẳng đứng.

- Khái niệm: 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.

- Công thức tính:

(17.5)

- Đơn vị: jun (J)

2.2. Vận dụng công thức thế năng trọng trường.

- Các bước vận dụng công thức thế năng trọng trường:

B1: Chọn gốc thế năng.

B2: Chọn chiều dương cho hệ vật.

B3: Áp dụng công thức 17.5:

.

3. CƠ NĂNG

3.1. Quá trình chuyển hóa giữa động năng và thế năng.

Trong quá trình chuyển động, động năng và thế năng của vật có thể chuyển hóa qua lại với nhau.

3.2 Định luật bảo toàn cơ năng.

*Khái niệm cơ năng: Tổng động năng và thế năng của vật được gọi là cơ năng.

 (17.6)

Đơn vị cơ năng là jun (J).

Kết luận: Khi một vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực bảo toàn thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn.

* Hệ quả: Trong trưởng trọng lực, tại vị trí vật có động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.

*Kiến thức mở rộng:

Trong định luật bảo toàn cơ năng, ta chỉ xét đến tác động của lực bảo toàn (lực thế). Tuy nhiên, định luật bảo toàn cơ năng vẫn đúng trong một số trường hợp sau:

- Có sự tác dụng của lực không bảo toàn (lực không thế) nhưng lực này không sinh công (như trường hợp phản lực của mặt bàn tác dụng lên vật)

- Có sự tác dụng của nhiều lực không bảo toàn (lực không thế) nhưng các lực này triệt tiêu lẫn nhau.

3.3. Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng.

*Các bước vận dụng định luật bảo toàn cơ năng:

B1: Chọn được gốc thế năng.

B2: Xác định được những thời điểm quan trọng trong chuyển động của vật và tính được cơ năng tại từng thời điểm đó.

B3: Xác định được lực tác dụng lên vật có là lực bảo toàn hay 1 trong 2 trường hợp như phần mở rộng không để đảm bảo có thể áp dụng được định luật bảo toàn cơ năng.