Giải bài 17 Động năng và thế năng. Định luật bảo toàn cơ năng - Sách chân trời sáng tạo vật lí 10. Phần dưới sẽ hướng dẫn giải bài tập và trả lời các câu hỏi trong bài học. Cách làm chi tiết, dễ hiểu. Hi vọng các em học sinh nắm tốt kiến thức bài học..
Mở đầu: Nhà máy thủy điện sản xuất điện năng từ dòng nước chảy từ trên cao xuống ( Hình 17.1). Trong đó có những dạng năng lượng cơ học nào xuất hiện? Chúng co thể chuyển hóa qua lại với nhau hay không? Trong những điều kiện nào thì tổng của các dạng năng lượng cơ học đó được bảo toàn ?
Trả lời: Trong quá trình đó có những dạng năng lượng cơ học: động năng, thế năng xuất hiện. Trong điều kiện không có lực ma sát, năng lượng không bị hao phí thành các dạng năng lượng khác thì tổng của các dạng năng lượng cơ học này được bảo toàn.
1. Động năng
Câu hỏi 1: Quan sát Hình 17.2, hãy tìm các điểm chung về dạng năng lượng trong các trường hợp trên. Năng lượng này phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Trả lời: Đặc điểm chung của các dạng năng lượng trên là đều có sự chuyển động. Năng lượng này phụ thuộc vào yếu tố vận tốc và khối lượng của vật.
Câu hỏi 2: Dựa vào phương trình chuyển động thẳng biến đổi đều, rút ra biểu thức (17.1)
Trả lời:
Công thức chuyển động biến đổi đều :S= a.t2/2 (1)
Công thức định luật II Niwton: F=m.a (2)
Mà A=F.S (3)
Thế (1), (2) vào (3) ta có
A= m.a2.t2/2 (*)
Mặt khác v=a.t
=> a2.t2=v2 (**)
Thế (**) vào (*) => A= mv2/2
B. Bài tập và hướng dẫn giải
Câu hỏi 3: Em đang ngồi yên trên chiếc xe buýt chuyển động thẳng đều với tốc độ 50 km/h. Xác định động năng của em trong trường hợp:
a, Chọn hệ quy chiếu gần với xe buýt
b, Chọn hệ quy chiếu gắn với hàng cây bên đường
Luyện tập 1: Một ô tô cố khối lượng 1,5 tấn chuyển động thẳng với tốc độ không đổi là 80 km/h, sau đó giảm tốc độ đến 50km/h, cuối cùng thì dừng hẳn lại.
- Tìm động năng của ô tô tại các thời điểm ứng với các giá trị tốc độ đã cho
- Phần động năng mất đi của ô tô đã chuyển hóa thành các dạng năng lượng nào ?
Vận dụng 1: Hãy tìm hiểu về " trục phá thành" dùng để phá cổng thành trong các cuộc chiến thời xưa ( Hình 17.3). Giải thích tại sao " Trục phá thành" phải có khối lượng đủ lớn.
2. Thế năng
Câu hỏi 4: Quan sát Hình 17.5, chứng tỏ trong hai cách dịch chuyển quyển sách thì công của trọng lực là như nhau trong khi công của lực ma sát là khác nhau.
Câu hỏi 5: Lập luận để rút ra độ biến thiên thế năng trọng trường bằng về độ lớn nhưng trái dấu với công của trọng lực.
Luyện tập 2: Thả một viên bi sắt xuống một hố cát được làm phẳng, viên bi sẽ tạo nên trên hố cát một vết lõm rõ nét. Thảo luận để đưa ra dự đoán về bán kính tương ứng của vết lõm trên hố cát khi thả viên bi sắt ở những độ cao khác nhau. Giải thích dự đoán của em và tiến hành thí nghiệm.
3. Cơ năng
Câu hỏi 6: Quan sat hình 17.7 nhận xét về sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng của người khi trượt xuống đường trượt nước ( Hình 17,7a) và quả bóng rổ khi được ném lên cao(Hình 17.7b).
Luyện tập 3: Thảo luận và chỉ ra các dạng năng lượng của hai vận đông viên xiếc khi thực hiên trò chơi nhảy cầu ( Hình 17.8) vào lúc:
a, Người A chuẩn bị nhảy
b, Người A chạm vào đòn bẩy
c, Người B ở vị trí cao nhất
Câu hỏi 7: Phân tích lực tác dụng lên quả bóng và sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của quả bóng trong quá trình rơi ( Hình 17.9)
Luyện tập 4: Một con bọ chét có khối lượng 1 mg có thể bật nhảy thẳng đứng lên độ cao tối đa 0,2m từ mặt đất. Bỏ qua sức cản của không khí và lấy g=9,8 m/s2. Hãy xác định tốc độ của bọ chét ngay khi bật nhảy.
Vận dụng 2: Hãy chỉ ra vị trí đặt bồn nước ( Hình 17.10) phục vụ cho việc sinh hoạt trong gia đình sao cho nước chảy ra từ vòi nước sinh hoạt là mạnh nhất và giải thích tại sao.
Bài tập 1: Em có nhận xét gì về động năng, thế năng và cơ năng của cô gái đang chơi trượt ván ở các vị trí 1,2,3,4,5 ( Hình 17P.1). Bỏ qua mọi ma sát.
Bài tập 2: Một vật được thả từ đỉnh của một mặt phẳng nghiêng có độ cao h ( Hình 17P.2). Vậy động năng của vật tại chân của mặt phăng nghiêng có phụ thuộc vào góc nghiêng của mặt phẳng nghiêng hay không? Bỏ qua mọi ma sát.
Bài tập 3: Một người đi bộ lên các bậc thang như hình 17P.3. Các bậc thang có chiều cao 15cm, tổng cộng cố 25 bậc thang. Người đi bộ này có khối lượng là 55 kg, chuyển động lên với vận tốc xem như không đổi từ bậc thang đầu tiên cho đến bậc thang cuối cùng là 1,5 m/s.
a, Tính cơ năng của người này trước khi lên bậc thang đầu tiên.
b, Tính cơ năng của người này ở bậc thang trên cùng.
c, Phần năng lượng thay đổi ở hai vị trí này được cung cấp từ đâu ?
Bài tập 4: Trò chơi đệm nhún là một trò chơi vui vẻ dành cho các bạn nhỏ( Hình 17P.4). Hai bạn nhỏ có khối lượng lần lượt là 16kg và 13 kg, nhảy từ độ cao khoảng 70 cm xuống đệm nhún với tốc độ ban đầu theo phương thẳng đứng hooannf toàn giống nhau và bằng 1m/s.
a, Tính công trọng lực tác dụng lên hai bạn trong quá trình từ lức ban đầu nhảy đến thời điểm ngay trước khi chạm đệm nhún.
b, Tính tốc độ của cả 2 bạn khi sắp chạm đệm nhún.