Title CHỦ ĐỀ 26 . CƠ NĂNG VÀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG - GV.docx ✅

Chủ đề 26 : CƠ NĂNG VÀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG • Yêu cầu cần đạt (Trích từ CTGDPT Vật lí 2018): - Phân tích được sự chuyển hoá động năng và thế năng của vật trong một số trường hợp đơn giản. - Nêu được khái niệm cơ năng; phát biểu được định luật bảo toàn cơ năng và vận dụng được định luật bảo toàn cơ năng trong một số trường hợp đơn giản. • Cấu trúc nội dung: I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT ………………………………………………………………… Lý thuyết chung của chủ đề + Phương pháp giải kèm ví dụ. II. BÀI TẬP PHÂN DẠNG THEO MỨC ĐỘ……………………………………………….. (Theo cấu trúc định dạng đề thi kỳ thi tốt nghiệp trung học phổ thông từ năm 2025 – Quyết định số 764/QĐ - BGDĐT) 1. Câu trắc nhiệm nhiều phương án lựa chọn 2. Câu trắc nghiệm đúng sai: 3. Câu trắc nghiệm trả lời ngắn : III. BÀI TẬP LUYỆN TẬP………………………………………………………………… (Theo cấu trúc định dạng đề thi kỳ thi tốt nghiệp trung học phổ thông từ năm 2025 – Quyết định số 764/QĐ - BGDĐT)
I . TÓM TẮT LÝ THUYẾT – PHƯƠNG PHÁP GIẢI 1. Sự chuyển hoá giữa động năng và thế năng Xung quanh ta có rất nhiều sự việc, tình huống mà ở đó có sự chuyển hoá giữa động năng và thế năng: - Nhà máy thuỷ điện sản xuất điện năng từ năng lượng của dòng nước chảy từ trên cao xuống. Trong quá trình nước chảy xuống, thế năng giảm, động năng tăng. - 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 là v: + Trong quá trình vật đi lên, thế năng tăng, động năng giảm. + Trong quá trình vật rơi xuống, thế năng giảm động năng lại tăng. Kết luận: Động năng và thế năng có thể chuyển hoá qua lại lẫn nhau. Nếu động năng giảm thì thế năng tăng dtWW động năng chuyển hóa thành thế năng. Nếu động năng tăng thì thế năng giảm dtWW thế năng chuyển hóa thành động năng. 2. Định luật bảo toàn cơ năng a. Cơ năng: Cơ năng của một vật là tổng động năng và thế năng của nó. - Khi vật chuyển động trong trường trọng lực (chịu tác dụng của trọng lực) thì cơ năng có dạng: Trong đó: m: khối lượng của vật (kg) v: tốc độ chuyển động của vật (m/s) g: gia tốc trọng trường (m/s 2 ) h: độ cao của vật so với mặt đất (hoặc vật được chọn làm mốc) (m) - Khi vật chuyển động chỉ dưới tác dụng của lực đàn hồi thì cơ năng của vật có dạng: Trong đó: k: độ cứng của lò xo (N/m) : Độ biến dạng của lò xo (m) b. Định luật bảo toàn cơ năng: - Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật được bảo toàn. Biểu thức: = const (hằng số) - Khi chỉ có tác dụng của lực đàn hồi gây ra bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi tác dụng lên vật, thì trong quá trình chuyển động, cơ năng được xác định bằng tổng thế năng và động năng đàn hồi của vật là một đại lượng bảo toàn. Biểu thức: = const (hằng số) 3. Định lí biên thiên cơ năng: Định luật bảo toàn cơ năng chỉ đúng khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi. Nếu vật còn chịu tác dụng của lực ma sát, lực cản, lực kéo… (gọi là lực không thế) thì cơ năng của vật sẽ biến đổi. Công của các lực cản, lực ma sát... sẽ bằng độ biến thiên của cơ năng. Công thức: A Lực không thế   = W 2  - W 1  = ∆W Trong đó: W 1  là cơ năng của vật tại vị trí đầu (J) W 2  là cơ năng của vật tại vị trí sau(J)
 ∆W là độ biến thiên cơ năng (J) PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP Bài toán 1: Tính cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường Ví dụ 1: Từ điểm M (có độ cao so với mặt đất bằng 0,8 m ) ném lên một vật với vận tốc đầu 2 m/s . Biết khối lượng của vật bằng 0,5 kg ; Bỏ qua sức cản của môi trường và lấy 2g10 m/s . Nếu chọn mốc thế năng tại mặt đất thì cơ năng của vật là bao nhiêu? Hướng dẫn Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Thế năng của vật tại điểm M là: tWmgh0,5.10.0,84 J . Động năng của vật tại điểm M là: 22 d 11 Wmv.0,5.21 J 22 . Cơ năng của vật là: tdWWW415 J Bài toán 2: Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng Bước 1: Xác định điều kiện áp dụng định luật bảo toàn cơ năng (chỉ chịu tác dụng của lực thế). Bước 2: Xác định cơ năng của hệ trước khi có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng 1W . Bước 3: Xác định cơ năng của hệ sau khi có sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng 2W . Bước 4: Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng rút ra đại lượng theo yêu cầu của bài toán: 12WW. Ví dụ 1: Từ mặt đất, một vật có khối lượng m200 g được ném lên theo phương thẳng đứng với vận tốc 30 m/s . Bỏ qua sức cản của môi trường và lấy 2g10 m/s . Tính tốc độ của vật tại vị trí vật có động năng bằng 3 lần thế năng? Hướng dẫn Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Cơ năng của vật lúc ném là: 2 10 1 Wmv 2 . Khi động năng bằng thế năng, ta có: dttd 1 W3WWW 3 . Cơ năng của vật là: 2dtddd 14 WWWWWW 33 . Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có: 2222 12000 141433 WWmv.mvvvvv.3026 m/s. 232322 Ví dụ 2: Một con lắc đơn có chiều dài 1 mℓ . Kéo cho dây làm với đường thẳng đứng một góc 45∘ rồi thả tự do. Bỏ qua sức cản của môi trường và lấy 2g9,8 m/s . Tính tốc độ của con lắc khi dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc 30∘ ? Hướng dẫn
Chọn mốc tính thế năng tại vị trí cân bằng của con lắc. Tại vị trí thả vật, cơ năng của con lắc là: 1t0WWmghmg1cos. ℓ Khi dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc  thì cơ năng của con lắc là: 22dt1WWWmvmg1cos 2ℓ Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có: 21201WWmvmg1cosmg1cos 2ℓℓ 2001mvmgcoscosv2 gcoscos 2ℓℓ Thay số ta có: v2.9,8.1cos30cos451,76 m/s∘∘ . Nhận xét: Ta có thể ghi nhớ công thức tính nhanh tốc độ con lắc ở vị trí bất kì 0v2 gcoscosℓ  Khi con lắc ở vị trí cân bằng: max00v2 g1cos∘ℓ . Bài toán 3: Vận dụng định lí biến thiên cơ năng Nhận diện bài toán: trạng thái chuyển động của vật thay đổi do tác dụng của lực ma sát, lực cản ... Bước 1: Xác định cơ năng của hệ trước khi có tác động của ngoại lực 1W . Bước 2: Xác định cơ năng của hệ sau khi có có tác động của ngoại lực 2W . Bước 3: Áp dụng định lí biến thiên cơ năng: W 2 - W 1 = A ngoại lực Ví dụ 1: Một vận động viên nặng 650 N nhảy với vận tốc ban đầu là 2 m/s từ cầu nhảy ở độ cao 10 m xuống nước theo hướng thẳng đứng xuống dưới. Bỏ qua sức cản của môi trường và lấy 2g10 m/s , sau khi chạm nước người đó chuyển động thêm một đoạn 3 m trong nước theo phương thẳng đứng thì dừng lại. Tính độ biến thiên cơ năng của người đó? Hướng dẫn Chọn mốc thế năng tại mặt nước. Cơ năng của người khi bắt đầu nhảy là: 22 111 11650 Wmghmv650.10..26630 J 2210 . Cơ năng của người khi ở dưới mặt nước 3 m là: 22Wmgh650.31950 J . Độ biến thiên cơ năng của người đó là: 21WW195066308580 J .