Bài 26. Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng trang 102, 103, 104, 105 Vật Lí 10 Kết nối tri thức26

Câu hỏi tr 102 MĐ

Kỉ lục nhảy sào thế giới hiện nay là 6,17 m do vận động viên người Thụy Điển Amand Duplantis lập năm 2020, kỉ lục nhảy cao thế giới hiện nay là 2,45 m do vận động viên người Cuba Javier Sotomayor lập năm 1993. Tại sao vận động viên nhảy sào có thể nhảy cao hơn vận động viên nhảy cao nhiều đến thế?

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Lời giải chi tiết:

Do vận động viên nhảy sào dùng cây sào làm đòn bẩy, còn vận động viên nhảy cao dùng chân làm sức bật, cây sào có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với với dùng chân làm sức bật dẫn đến sự chênh lệch nhiều đến vậy.

Câu hỏi tr 102 CH 1

1. Khi nước chảy từ thác nước xuống:

a) Lực nào làm cho nước chảy từ đỉnh thác xuống dưới?

b) Lực nào sinh công trong quá trình này?

c) Động năng và thế năng của nó thay đổi như thế nào?

d) Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng động năng và độ giảm thế năng?

2. Từ một điểm ở độ cao h so với mặt đất, ném một vật có khối lượng m lên cao với vận tốc ban đầu v₀

a) Khi vật đi lên có những lực nào tác dụng lên vật, lực đó sinh công cản hay công phát động?

b) Trong quá trình vật đi lên rồi rơi xuống thì dạng năng lượng nào tăng, dạng năng lượng nào giảm? Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng của động năng và độ giảm của thế năng.

Phương pháp giải:

+ Công là lực được sinh ra khi có lực tác dụng vào vật làm cho vật dịch chuyển

+ Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

Lời giải chi tiết:

1.

a) Lực làm cho nước chảy từ đỉnh thác xuống dưới là trọng lực

b) Lực sinh công trong quá trình này là trọng lực

c) Tại đỉnh tháp thế năng cực đại, động năng bằng 0, càng xuống dưới thì thế năng giảm và động năng tăng

d) Độ tăng động năng bằng độ giảm thế năng.

2.

a) Khi vật đi lên thì có lực cản của không khí tác dụng lên vật, lực đó sinh công cản

b) Trong quá trình đi lên, thế năng tăng và động năng giảm. Khi vật rơi xuống thì thế năng giảm và động năng tăng

Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau nên độ tăng của động năng và độ giảm thế năng bằng nhau.

Câu hỏi tr 102 CH 2

1. Trên Hình 26.1 là một phần đường đi của tàu lượn siêu tốc. Em hãy phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của tàu lượn trên từng đoạn đường.

2. Trong các quá trình hoạt động của tàu lượn siêu tốc, ngoài động năng và thế năng còn có dạng năng lượng nào khác tham gia quá trình chuyển hóa?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học trong KHTN 6

Lời giải chi tiết:

1.

Chọn mốc tại mặt đất, chiều dương là chiều chuyển động của tàu

+ Từ A – B: Động năng giảm, thế năng tăng đến giá trị cực đại

+ Từ B – C: Động năng tăng, thế năng giảm

+ Từ C – D: Động năng giảm, thế năng tăng

+ Từ D – E: Động năng tăng, thế năng giảm

2.

Trong quá trình hoạt động của tàu lượng siêu tốc, ngoài động năng và thế năng tham gia vào quá trình chuyển hóa thì còn có nhiệt năng.

Câu hỏi tr 103 CH 1

1. Khi vật chuyển động trên cung AO thì:

a) Những lực nào sinh công? Công nào là công phát động, công nào là công cản?

b) Động năng và thế năng của vật thay đổi như thế nào?

2. Trả lời những câu hỏi trên trong quá trình vật chuyển động trên cung OB.

3. Nếu bỏ qua ma sát thì A và B luôn nằm trên cùng một độ cao. Hiện tượng này chứng tỏ điều gì?

Phương pháp giải:

Quan sát hình và vận dụng kiến thức đã học

Lời giải chi tiết:

1.

a) Khi vật chuyển động trên cung AO thì lực sinh công là lực ma sát, lực kéo

Công phát động là công của lực đẩy, công cản là công của lực ma sát

b) Chọn mốc thế năng tại O

Từ A đến O, thế năng giảm dần và động năng tăng dần

2.

a) Khi vật chuyển động trên cung OB thì lực sinh công là lực ma sát, lực kéo

Công phát động là công của lực đẩy, công cản là công của lực ma sát

b) Chọn mốc thế năng tại O

Từ O đến B, thế năng tăng dần và động năng giảm dần

3.

Nếu bỏ qua ma sát thì A và B luôn nằm trên cùng một độ cao. Hiện tượng này chứng tỏ cơ năng luôn được bảo toàn, động năng và thế năng luôn chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

Câu hỏi tr 103 CH 2

Hình 26.3 mô tả vận động viên tham gia trượt ván trong máng. Bỏ qua mọi ma sát, hãy phân tích sự bảo toàn cơ năng của vận động viên này

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức trong sách giáo khoa

Biểu thức tính động năng: $W_{d} = \frac{1}{2} m v^{2}$ . Động năng tỉ lệ thuận với khối lượng và bình phương vận tốc

Biểu thức tính thế năng: $W_{t} = m g h$ . Thế năng tỉ lệ thuận với khối lượng và độ cao của vật so với mốc

Lời giải chi tiết:

Chọn mốc thế năng tại mặt đất

Khi vận động viên trượt từ đỉnh máng xuống chân máng, độ cao giảm và vận tốc tăng nên thế năng giảm và động năng tăng

Nhưng khi từ chân máng lên đến đỉnh máng thì độ cao tăng và vận tốc giảm nên thế năng tăng và động năng giảm

Khi bỏ qua mọi ma sát thì cơ năng của vận động này được bảo toàn

Câu hỏi tr 105 HĐ

Chế tạo mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng

Dụng cụ: một viên bi, hai thanh kim loại nhẵn, hai giá đỡ có vít điều chỉnh độ cao.

Chế tạo: Dùng hai thanh kim loại uốn thành đường ray và gắn giá đỡ để tạo được mô hình như Hình 26.6.

Thí nghiệm:

- Thả viên bi từ điểm A trên đường ray.

- Viên bi có thể chuyển động tới điểm D không? Tại sao? Làm thí nghiệm kiểm tra.

Phương pháp giải:

Làm thí nghiệm để kiểm tra

Lời giải chi tiết:

Nếu bỏ qua mọi ma sát, trong quá trình chuyển động của viên bi thì cơ năng được bảo toàn, viê bi có thể chuyển động tới điểm D

Nhưng thực tế vẫn có lực ma sát trong quá trình chuyển động của viên bi, vì vậy viên bi rất khó để lên được tới điểm D

Học sinh tự thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng

Câu hỏi tr 105 CH

1. Một vật được thả cho rơi tự do từ độ cao h = 10 m so với mặt đất. Bỏ qua mọi ma sát. Ở độ cao nào thì vật có động năng bằng thế năng?

2. Thả một vật có khối lượng m = 0,5 kg từ độ cao h₁= 0,8 m so với mặt đất. Xác định động năng và thế năng của vật ở độ cao h₂= 0,6 m. Lấy g = 9,8 m/s².

Phương pháp giải:

+ Biểu thức tính động năng: $W_{d} = \frac{1}{2} m v^{2}$

+ Biểu thức tính thế năng: $W_{t} = m g h$

+ Biểu thức định luật bảo toàn cơ năng: $W = W_{d} + W_{t}$

Lời giải chi tiết:

1.

Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Gọi h₁là độ cao động năng bằng thế năng

Khi động năng bằng thế năng, ta có:

$\begin{array}{l} W = W_{d} + W_{t} = 2 W_{t} \\ \Leftrightarrow m g h = 2 m g h_{1} \Leftrightarrow h_{1} = \frac{h}{2} \\ \Rightarrow h_{1} = \frac{10}{2} = 5 (m) \end{array}$

2.

Cơ năng của vật là: $W = m g h_{1} = 0, 5.9, 8.0, 8 = 3, 92 (J)$

Thế năng của vật ở độ cao h₂là: $W_{t} = m g h_{2} = 0, 5.9.8.0, 6 = 2, 94 (J)$

Động năng của vật ở độ cao h₂là: $W_{d} = W - W_{t} = 3, 92 - 2, 94 = 0, 98 (J)$

Lí thuyết

>> Xem chi tiết: Lí thuyết Bài 26. Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng - Vật lí 10