Bài 6 cơ năng – sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng

CHƯƠNG 1: CƠ HỌC BÀI 6: CƠ NĂNG – SỰ CHUYỂN HĨA VÀ BẢO TỒN CƠ NĂNG Mục tiêu  Kiến thức + Nêu định nghĩa vật, vật có + Trình bày khái niệm động năng, đàn hồi, trọng trường + Phát biểu định luật bảo tồn chuyển hóa  Kĩ + Nhận biết dạng + Lấy ví dụ chuyển hóa, bảo tồn + Giải thích tượng thực tế liên quan tới chuyển hóa bảo tồn Trang I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Cơ Cơ dạng lượng Cơ Một bóng giữ độ cao h có Khi vật có khả sinh cơng, ta nói vật có có khả sinh cơng Khi ta thả tay ra, Đơn vị Jun bóng rơi xuống đất Cơ có hai dạng động Cơ Khi lực sinh công vật tổng động trọng lực tác dụng lên bóng Cơ Thế bóng phụ thuộc vào Cơ vật phụ thuộc vào độ cao vật so độ cao so với mặt với mặt đất, so với vị trí khác chọn đất nên ta nói bóng làm mốc để tính độ cao gọi trọng trọng trường trường Vật có khối lượng lớn cao trọng trường vật lớn Khi ta kéo căng cung, Cơ vật phụ thuộc vào độ biến dạng cánh cung bị biến dạng có vật gọi đàn hồi khả sinh cơng để đẩy mũi tên Ta nói cung đàn hồi Động Cơ vật chuyển động mà có gọi động Vật có khối lượng lớn chuyển động nhanh động lớn Sự chuyển hóa bảo tồn Trong q trình học, động chuyển hóa lẫn bảo tồn Nếu có lực ma sát tác dụng lên vật, vật khơng bảo tồn phần bị chuyển hóa dạng lượng khác mà học sau SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA Trang CƠ NĂNG = ĐỘNG NĂNG + THẾ NĂNG Đặc trưng cho khả sinh công vật Cơ bảo tồn (khơng có ma sát) Vận tốc ĐỘNG NĂNG THẾ NĂNG Vật chuyển động Khối có động lượn g Thế trọng trường Thế đàn hồi Phụ thuộc vào độ cao Phụ thuộc vào độ biến vật so với mặt đất dạng vật vị trí mốc II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Nhận biết tính động năng, năng, vật Phương pháp giải Ví dụ: Thế trọng trường vật Để nhận biết vật có năng, năng, động khơng khi: ta sử dụng đặc điểm sau:     A mốc tính độ cao chọn vị trí đặt vật Vật trọng trường vật độ B vật có vận tốc không cao định so với vật chọn làm mốc C vật chịu tác dụng hai lực cân (thường so với mặt đất) D vật khơng bị biến dạng Vật đàn hồi vật bị biến Hướng dẫn giải Thế trọng trường vật phụ thuộc vào độ dạng Vật có động vật chuyển động ( cao vật so với vị trí chọn làm mốc Khi chọn mốc tính độ cao chọn vị trí đặt vật v 0 ) Vật có vật có khả sinh độ cao so với vị trí mốc Do trọng trường vật công Chọn A Ví dụ mẫu Trang Ví dụ 1: Thế đàn hồi phụ thuộc vào A khối lượng B độ biến dạng vật đàn hồi C khối lượng chất làm vật D vận tốc vật Hướng dẫn giải Thế đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng vật Chọn B Ví dụ 2: Vật sau khơng có động năng? A Quả bóng lăn mặt sân cỏ B Hịn bi nằm yên sàn nhà C Viên đạn bay đến mục tiêu D Ơ tơ chuyển động đường Hướng dẫn giải Vật khơng có động đứng yên Chọn B Ví dụ 3: Một hành khách ngồi yên toa tàu chuyển động Nhận xét: Do vận tốc có đường ray Chọn câu đúng: tính tương đối nên động A So với toa tàu hành khách có động khơng có tính tương B So với người ngồi bên cạnh hành khách có động khác khơng đối So với vật C So với đường ray hành khách có động khơng D So với đất hành khách có động khơng Hướng dẫn giải Khi hành khách ngồi toa tàu chuyển động thì:  chọn làm mốc khác động vật khác So với toa tàu người ngồi bên cạnh hành khách đứng yên suy động không So với đường ray đất hành khách chuyển động suy Giải thích: Vật có khả hành khách có động khác khơng thực cơng nghĩa gì? Chọn A Khi ta nối vật với vật  Ví dụ 4: Một vật xem có vật A có khối lượng lớn B chịu tác dụng lực lớn C có trọng lượng lớn D có khả thực công lên vật khác Hướng dẫn giải khác cách thích hợp, vật có khả tác dụng lực làm cho vật khác dịch chuyển quãng đường s Ví dụ bắn cung, Một vật xem có vật có khả thực công lên cánh cung thực công vật khác (sinh công) làm dịch chuyển mũi tên Chọn D Ví dụ (16.10 Sách tập): Một vật có khối lượng m nâng lên độ cao h thả rơi a Tính cơng mà vật thực chạm mặt đất ? b Lập cơng thức tính vật độ cao h? Hướng dẫn giải Nhận xét: Vật độ cao h có khả sinh cơng có trọng lực tác dụng lên a Vật độ cao h bị rơi xuống tác dụng trọng lực P nên cơng vật ln có xu hướng “kéo” Trang mà vật thực công trọng lực P: A P.h 10 m.h vật quay trở lại mặt đất Do b Chọn mốc tính mặt đất Khi vật độ cao h vật có cơng mà vật thực trọng trường nên trọng trường vật công công mà vật thực rơi đến mặt đất: trọng lực vật Wt A P.h 10 m.h quãng đường h Ví dụ (16.9 Sách tập) : Một vật nặng móc vào đầu lị xo treo hình vẽ bên, cách mặt đất khoảng định Chọn mốc mặt đất Khi vật trạng thái cân hệ vật Chú ý: Khi xét vật có lị xo có dạng nào? trọng trường hay A Động trọng trường khơng, ta cần ý vị trí B Chỉ trọng trường chọn làm mốc Nếu đề C Chỉ đàn hồi D Có trọng trường đàn hồi Hướng dẫn giải  Vật trạng thái cân nên vận tốc vật Do vật khơng có động  Treo vật vào lị xo trọng lượng vật kéo lị xo dãn (lị xo bị khơng cho biết vị trí chọn làm mốc, ta mặc định chọn mốc trọng trường mặt đất biến dạng dãn) nên hệ vật đàn hồi  Hệ vật treo độ cao định so với mặt đất (mốc năng) nên hệ vật trọng trường Chọn D Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Ta nói vật có A vật có khả hút vật khác B vật có khả gây phản ứng hóa học C vật có khả sinh cơng D vật có khả phát sáng Câu 2: Thế trọng trường vật lớn A vật có khối lượng nhỏ B vật thấp C vật có khối lượng lớn cao D vật có kích thước lớn Câu 3: Động vật A vật chuyển động mà có B vật vật có khối lượng lớn mà có C vật vật có độ cao so với mặt đất mà có D vật vật bị biến dạng mà có Câu 4: Vật sau có động khác khơng : A Viên bi nằm yên mặt đất B Quyển sách nằm yên bàn C Viên bi lăn mặt đất Trang D Con mèo nằm ngủ sàn nhà Câu 5: Đại lượng sau đơn vị Jun (J)? A Cơng B Cơng suất C Động D Thế Câu 6: Trong trường hợp sau đây, vật vừa có động vừa năng: A Một tơ leo dốc B Ơ tơ chạy đường nằm ngang C Nước ngăn đập cao D Hòn đá nằm yên bên đường Câu 7: Trong vật sau vật đàn hồi : A Viên đạn bay B Lò xo để độ cao so với mặt đất C Hòn bi lăn mặt phẳng nằm ngang D Lò xo bị ép nằm mặt phẳng nằm ngang Câu 8: Từ độ cao h, người ta ném viên bi theo phương thẳng đứng với vận tốc ban đầu v0 Khi viên bi rời khỏi tay người ném, viên bi dạng A có động B động C trọng trường D động trọng trường Câu 9: Chọn mốc mặt đất Trường hợp sau động vật không đổi? A Pháo hoa bắn lên cao B Một vận động viên nhảy dù từ cao xuống C Tàu hỏa chuyển động thẳng đường ray nằm ngang D Tàu vũ trụ phóng lên Câu 10: Trong phát biểu sau Câu sai: A Thế đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng vật B Thế trọng trường phụ thuộc vào khối lượng vật C Khối lượng vật lớn đàn hồi lớn D Động năng vật có vật chuyển động Câu 11: Động vật phụ thuộc vào : A khối lượng vật B khối lượng độ cao vật C độ cao vật so với mặt đất D khối lượng vận tốc vật Câu 12: Động vật không A vật đứng yên so với vật làm mốc B độ cao vật so với mốc không C khoảng cách vật vật mốc không đổi D vật chuyển động Câu 13: Trong chuyển động học, vật phụ thuộc vào A khối lượng vật B độ cao vật so với mặt đất C vận tốc vật D khối lượng, vận tốc độ cao vật so với mặt đất Câu 14: Cơ vật lớn A động vật lớn B trọng trường vật lớn C đàn hồi vật lớn D khả sinh công vật lớn Câu 15: Chọn câu sai : Trang A Khối lượng lớn đàn hồi lớn B Thế trọng trường không phụ thuộc vào vận tốc vật C Động năng mà vật có chuyển động D Thế đàn hồi phụ thuộc vào độ biến dạng lò xo Câu 16: Thế trọng trường vật : A vật phụ thuộc vào vận tốc vật so với vật đứng yên B vật phụ thuộc vào độ cao vật so với mặt đất, so với vị trí khác chọn làm mốc để tính độ cao C vật phụ thuộc vào vận tốc vật so với vật chuyển động D lượng vật chuyển động mà có Câu 17: Thế đàn hồi A vật phụ thuộc vào độ biến dạng vật B vật phụ thuộc vào vận tốc vật C vật phụ thuộc vào khối lượng vật D vật phụ thuộc vào độ cao vật so với mặt đất Câu 18: Động vật lớn A vật có khối lượng nhỏ B vật chuyển động chậm C vật có khối lượng lớn chuyển động nhanh D vật cao so với vị trí chọn làm mốc Câu 19: Cơ vật xác định A tổng động vật B hiệu động vật C tích động vật D thương động vật Câu 20: Vật sau đàn hồi ? A lò xo nằm yên bàn B lò xo bị nén C lò xo bị dãn D Cả B C Dạng 2: Sự chuyển hóa bảo tồn Bài tốn 1: Xác định chuyển hóa động năng, Phương pháp giải Ví dụ: Một lắc đơn chuyển động khơng Để xác định chuyển hóa động năng, ma sát Hỏi vị trí động lắc có q trình chuyển động vật, ta dựa vào giá trị cực đại? đặc điểm phụ thuộc đại lượng vào A Ở vị trí cao đại lượng khác: B Ở vị trí thấp  Thế trọng trường vật lớn khối lượng vật lớn độ cao vật (so với vị trí chọn làm mốc) lớn  C Ở vị trí thấp vị trí cao D Tất sai Hướng dẫn giải Thế đàn hồi vật lớn vật Trang biến dạng nhiều  Động vật lớn khối lượng vật lớn vận tốc vật lớn Chú ý: Trong trình chuyển động khơng có ma sát, bảo tồn Trong q trình đó, động chuyển hóa qua lại lẫn Do vị trí động lớn nhỏ ngược lại Con lắc đơn chuyển động không ma sát trình học, bảo tồn nên vị trí có động lớn nhỏ Ở vị trí thấp độ cao h nhỏ nên trọng trường nhỏ suy động lớn Chọn B Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Hãy cho ví dụ chuyển hóa từ sang động ví dụ chuyển hóa từ động sang năng? Hướng dẫn giải  Hai ví dụ chuyển hóa từ sang động năng: Thả vật rơi từ độ cao h so với mặt đất, ta thấy động vật tăng dần trọng trường vật giảm dần (mốc chọn mặt đất) Trong trình dao động lắc đồng hồ, từ vị trí cao đến vị trí thấp động vật tăng dần trọng trường vật giảm dần (mốc tính chọn vị trí thấp nhất)  Hai ví dụ chuyển hóa từ động sang năng: Trang Một vật chuyển động với vận tốc v chuyển động từ chân mặt phẳng nghiêng lên đỉnh mặt phẳng nghiêng, ta thấy động vật giảm dần trọng trường vật tăng dần Khi ta bật nhảy lên cao, vận tốc giảm dần, độ cao tăng dần Do động chuyển hóa thành Ví dụ 2: Các nhà máy thủy điện dùng sức nước chảy từ cao xuống để làm quay tuabin phát điện Hãy chuyển hóa lượng nước trình vừa nêu trên? Hướng dẫn giải Nước dự trữ đập cao lớn Khi chảy xuống độ cao giảm dần (thế giảm dần) vận tốc dòng nước tăng dần (động tăng dần) Do q trình trên, nước chuyển hóa thành động Bài tốn 2: Tính tốn theo định luật bảo tồn Phương pháp giải Ví dụ: Một cầu sắt nặng kg thả rơi Bài tốn thường cho kiện để tính tốn từ độ cao 1,5 m xuống mặt đất Tìm động động tế vị trí yêu cầu tính cầu trước chạm đất động vị trí khác Ta làm theo Hướng dẫn giải bước sau: Bước 1: Chọn mốc mặt đất Bước 1: Chọn mốc Bước 2: Tại vị trí có độ cao 1,5 m, vật năng: Bước 2: Xác định động năng, vị trí thứ Wt1 10.m.h 15  J  từ tính vị trí thứ nhất: W1 Wd1  Wt1 Chú ý: Thế trọng trường vật độ cao h tính biểu thức: Wt 10m.h Bước 3: Xác định động (có thể Động vật vật thả rơi (vận tốc 0): Wd1 0  J  Cơ vật: W1 Wd1  Wt1 15  J  Bước 3: Ngay trước chạm đất, độ cao vật so Trang tính được) vị trí thứ hai từ tính với mặt đất nên 0: vị trí thứ hai Wt 0  J  W1 Wd  Wt Động vật đại lượng cần tìm: Wd2 Đại lượng chưa biết ta đặt ẩn Cơ vật: W2 Wd  Wt Wd Bước 4: Áp dụng định luật bảo toàn để tình Bước 4: Áp dụng định luật bảo tồn năng: đại lượng đề yêu cầu: W1 W2 W1 W2  Wd 15  J  Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Một vật nặng kg thả rơi từ độ cao 10 m so với mặt đất Tìm vị trí mà vật có động 150 J Hướng dẫn giải Chọn mốc mặt đất Ở vị trí thả rơi vật, động Cơ vật: W1 =Wt1 10.m.h 200J Ở vị trí vật có động Wd 150J , vật năng: Wt 10.m.h 20.h Cơ vật: W2 Wd  Wt 150  10.m.h Áp dụng định luật bảo toàn năng: W1 W2  200 150  20.h  h 2,5  m  Vậy độ cao 2,5 m so với mặt đất, vật có động 150 J Bài tập tự luyện dạng Câu 1: Trong chuyển động lắc có chuyển hóa liên tục dạng năng: A Chỉ chuyển hóa thành động B Chỉ có động chuyển hóa thành hấp dẫn C Thế hấp dẫn chuyển hóa thành động động chuyển hóa thành hấp dẫn D Chỉ có động chuyển hóa thành đàn hồi Câu 2: Sự chuyển hóa từ dạng sang dạng khác ném vật lên cao theo phương thẳng đứng là: A Động chuyển hóa thành hấp dẫn B Động chuyển hóa thành đàn hồi C Thế hấp dẫn chuyển hóa thành động D Thế đàn hồi chuyển hóa thành động Câu 3: Khi lắc đơn chuyển động Hỏi vị trí lắc có giá trị cực đại: A Ở vị trí cao B Ở vị trí thấp Trang 10 C Ở vị trí thấp vị trí cao D Tất sai Câu 4: Cơ vật bảo toàn trường hợp sau đây? A Vật chuyển động tác dụng trọng lực khơng có ma sát B Vật chuyển động mặt phẳng nghiêng có ma sát C Vật rơi chất lỏng nhớt D Vật chuyển động tác dụng lực kéo bên Câu 5: Định luật bảo tồn cho biết q trình học thì: A động ln khơng đổi B không đổi C động ln chuyển hóa lẫn khơng đổi D chuyển hóa thành động Câu 6: Một vật rơi thẳng đứng từ cao xuống Bỏ qua ma sát lực cản môi trường Thông tin sau sai? A Động vật tăng dần B Thế hấp dẫn vật giảm dần C Tổng động vật giảm dần D Cơ vật không thay đổi Câu 7: Một bóng bay thẳng đứng lên cao Bỏ qua ma sát lực cản môi trường Nhận định sau sai? A Cơ bóng tăng dần B Thế bóng tăng dần C Động bóng giảm tăng nhiêu D Động bóng giảm dần Câu 8: Trường hợp sau đây, động chuyển hóa thành năng: A Vật chuyển động mặt sàn nằm ngang B Vật ném từ lên cao C Vật rơi từ cao xuống thấp D Vật chuyển động chậm dần mặt phẳng nằm ngang Câu 9: Sự chuyển hóa từ dạng sang dạng khác mũi tên bắn từ cung là: A Động chuyển hóa thành hấp dẫn B Động chuyển hóa thành đàn hồi C Thế hấp dẫn chuyển hóa thành động D Thế đàn hồi chuyển hóa thành động Câu 10: Trong trình học đại lượng say bảo tồn : A Cơ B Động C Thế hấp dẫn D Thế đàn hồi Câu 11: Dùng búa để đóng đinh vào gỗ Khi búa nâng lên rơi xuống lượng thay đổi nào? Câu 12: Khi thả bóng cao su rơi xuống, bóng nảy lên khơng độ cao ban đầu Như có phần lượng Hãy giải thích tượng trên? Trang 11 Câu 13: Đưa vật có khối lượng m lên độ cao 20 m Ở độ cao vật 1000 J a Xác định trọng lực tác dụng lên vật? b Khi cho vật rơi với vận tốc ban đầu Bỏ qua sức cản không khí Hỏi rơi tới độ cao 10 m, động vật có giá trị bao nhiêu? ĐÁP ÁN Dạng 1: Nhận biết tính động năng, năng, vật 1-C 2-C 3-A 4-C 5-B 6-A 7-D 8-D 9-C 10-C 11-D 12-A 13-D 14-D 15-A 16-B 17-A 18-C 19-A 20-D 5-C 6-C 7-A 8-B 9-D 10-A Dạng 2: Sự chuyển hóa bảo tồn 1-C 2-A 3-A 4-A Câu 11: Khi búa nâng lên rơi xuống lượng chuyển hóa sau: hấp dẫn chuyển hóa thành động giúp đinh cắm sâu vào gỗ Câu 12: Quả bóng nảy lên khơng độ cao ban đầu, phần bóng biến thành nhiệt bóng đập vào đất, phần truyền cho khơng khí làm cho phần tử khơng khí chuyển động Câu 13: a Trọng lực tác dụng lên vật là: A P.h  P  A 1000  50  N  h 20 b Vì bỏ qua sức cản khơng khí nên vật bảo tồn Tại vị trí có độ cao 20 m, vật đạt giá trị cực đại Do đó, vật là: W 1000  J  Tại vị trí có độ cao 10 m vật vừa có động vừa Thế vật độ cao 10 m là: Wt P.h1 50.10 500  J  Suy ra, động vật vị trí là: W Wd  Wt  Wd W  Wt 1000  500 500  J  Trang 12