Title HSG LÝ 9 Chuyên đề Động năng - Thế năng - Cơ năng - P2.pdf ✅

Trang 1 CHỦ ĐỀ NĂNG LƢỢNG CƠ HỌC CHUYÊN ĐỀ: CƠ NĂNG A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ: 1. Lý thuyết về cơ năng. - Cơ năng của một vật là tổng động năng và thế năng trọng trường: + Động năng Ed  : Là năng lượng mà một vật có được nhờ chuyển động của nó. + Thế năng trọng trường Et là năng lượng mà một vật có được nhờ vị trí của nó trong trọng trường. 2. Công thức cơ bản - Động năng Ed  : 1 2 2 E mv d  Trong đó: m là khối lượng của vật kg v là vận tốc của vật m s/  - Thế năng trọng trường Et : E mgh t  Trong đó: m là khối lượng của vật kg g là gia tốc trọng trường   2 m s/ h là độ cao so với mốc tính m - Bảo toàn cơ năng: Trong trường hợp không có lực ma sát hoặc lực cản, tổng cơ năng của vật được bảo toàn. Điều này có nghĩa là tổng động năng và thế năng của vật giữ nguyên trong quá trình chuyển động: E E const d t   3. Công thức nâng cao và các định lý liên quan: a, Vật rơi tự do - Tính thế năng tại độ cao: E mgh t  - Tính động năng tại độ cao: E E mgh d t bandau   ( ) - Tính vận tốc khi chạm đất: v gh  2 b, Vật ném lên thẳng đứng
Trang 2 - Độ cao cực đại: 2 0 max 2 v h g  - Tính động năng tại độ cao cụ thể: 2 0 1 2 E mv mgh d   - Tính vận tốc khi vật trở lại mặt đất: 0 v v  c, Chuyển động trên mặt phẳng nghiêng - Tính thế năng tại các điểm khác nhau trên mặt phẳng nghiêng: E mgh t  - Tính động năng tại chân dốc: E mgh mgh d bandau conlai   - Tính vận tốc khi đến chân dốc: v gh  2 d, Công của lực ma sát (trong trường hợp có ma sát): W mgd masat   - Trong thực tế, ma sát luôn tồn tại và ảnh hưởng đến chuyển động của vật. Công của lực ma sát sẽ làm giảm cơ năng của hệ. Công của lực ma sát được tính bằng: W mgd masat   Trong đó: +  là hệ số ma sát + d là quãng đường đi ( m ) e, Cơ năng của hệ vật trong trường hợp có hệ thống ròng rọc hoặc dây nối: - Trong hệ thống dây ròng rọc lý tưởng (không ma sát, dây không dãn), cơ năng được bảo toàn. Đối với một hệ gồm nhiều vật, sự chuyển đổi giữa thế năng và động năng phụ thuộc vào sự chuyển động của từng vật và mối quan hệ giữa chúng. f, Con lắc đơn - Con lắc đơn là một hệ thống cơ năng đặc biệt. Cơ năng của con lắc đơn bao gồm động năng và thế năng trọng trường. Tại vị trí cao nhất, toàn bộ cơ năng là thế năng, và tại vị trí thấp nhất, toàn bộ cơ năng là động năng - Thế năng cực đại: E mgh t  - Động năng tại vị trí thấp nhất: 1 2 2 E mv d  - Tính vận tốc tại vị trí ân bằng: v gh  2 g, Chuyển động vòng tròn: - Đối với vật chuyển động trong vòng tròn, cơ năng có thể được phân tích thành động năng và thế năng theo các dạng khác nhau. Động năng của vật trong vòng tròn liên quan đến vận tốc của nó, và thế năng liên quan đến vị trí của nó so với vị trí cân bằng.
Trang 3  Lƣu ý: Khi tính toán cơ năng của các vật trong trọng trường, cần lưu ý rằng gia tốc trọng trường g có thể thay đổi tùy theo độ cao, tuy nhiên, trong nhiều bài toán cơ bản, gia tốc trọng trường được coi là không đổi gần bề mặt trái đất. B. CÁC DẠNG BÀI TẬP TỰ LUẬN Dạng 1: BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH VỀ CƠ NĂNG TRONG THỰC TẾ I. PHƢƠNG PHÁP - Động năng là dạng năng lƣợng của một vật có được do nó đang chuyển động. - Vật có khối lượng càng lớn chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn. - Động năng của một vật bằng một nửa tích của khối lượng và bình phương vận tốc của vật. - Thế năng trọng trường, hay gọi tắt là thế năng, là năng lượng vật có được khi ở trên cao so với mặt đất (hoặc so với một vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao). - Vật có khối lượng càng lớn ở độ cao càng cao thì thế năng càng lớn. - Giá trị của thế năng phụ thuộc vào mốc chọn để tính độ cao, hay còn gọi là gốc thế năng. - Thông thường, gốc thế năng được chọn tại mặt đẫt. - Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của trọng lực bằng tổng động năng và thế năng trọng trường của vật - Trong quá trình vật chuyển động, động năng và thế năng của vật có thê’ chuyển hoá qua lại lẫn nhau. - Nếu vật chuyển động không chịu tác dụng của lực cản thì cơ năng của vật được bảo toàn, có nghĩa là cơ năng không đổi tại mọi thời điểm. II. CÁC THÍ DỤ MINH HỌA Thí dụ 1: Nêu một trường hợp trong đó con người sử dụng cơ năng vào mục đích có ích. Phân tích sự chuyển hoá năng lượng trong trường hợp đó. Hƣớng dẫn giải Trường hợp trong đó con người sử dụng cơ năng vào mục đích có ích: + Sử dụng cơ năng để các phương tiện (xe đạp, ô tô, xe máy, ...) chuyển động được. Trong quá trình hoạt động của các phương tiện có sự chuyển hóa năng lượng từ điện năng, hóa năng thành động năng, thế năng, nhiệt năng, ... + Sử dụng cơ năng để tạo ra gió mát trong các thiết bị quạt (quạt trần, quạt cây, quạt treo tường, ...). Trong quá trình quạt hoạt động có sự chuyển hóa năng lượng từ điện năng thành động năng, nhiệt năng, ....
Trang 4 Thí dụ 2: Trong hình dưới đây, chậu cây nào có thế năng lớn nhất? Giải thích. Hƣớng dẫn giải Ta đã biết rằng vật có trọng lượng càng lớn và ở độ cao càng lớn thì thế năng càng lớn, mà trong 3 chậu trên thì chậu A là vật có trọng lượng lớn nhất (bằng chậu C ) khi kích thước hai chậu là như nhau và lớn hơn chậu B , bên cạnh đó chậu A có độ cao lớn nhất so với mặt đất nên chậu A có thế năng lớn nhất. Thí dụ 3: So sánh thế năng trọng trường của hai vật ở cùng một độ cao so với gốc thế năng, biết khối lượng của vật thứ nhất gấp 3 lần khối lượng của vật thứ hai. Hƣớng dẫn giải - Thế năng trọng trường của vật thứ nhất là W m gh m gh W t t 1 1 2 2    3 3 - Thế năng trọng trường của vật thứ hai là W m gh t 2 2  - Vậy thế năng trọng trường của vật thứ nhất lớn gấp 3 lần thế năng trọng trường của vật thứ hai. Thí dụ 4: Hãy chỉ ra sự chuyển hóa từ dạng cơ năng này sang dạng cơ năng khác trong các trường hợp sau: a. Mũi tên được bắn đi từ chiếc cung. b. Nước từ trên đập cao chảy xuống. c. Ném một vật lên cao theo phương thẳng đứng. Hƣớng dẫn giải a. Mũi tên được bắn đi từ chiếc cung: Thế năng của cánh cung chuyển hóa thành động năng của mũi tên.