Title CĐ14. CƠ NĂNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG.pdf ✅

CHUYÊN ĐỀ HSGVL10: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 1 Chủ đề. CƠ NĂNG – ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG A. KIẾN THỨC CƠ BẢN I. NĂNG LƢỢNG - CÁC DẠNG NĂNG LƢỢNG CƠ HỌC 1. Năng lƣợng - Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của một vật hoặc một hệ vật. - Năng lượng của một vật (hoặc hệ vật) ở một trạng thái xác định có giá trị bằng công lớn nhất mà vật (hoặc hệ vật) thực hiện được. - Nói đến năng lượng là nói đến một trạng thái của vật, nói đến công là nói đến một quá trình từ trạng thái này đến trạng thái khác của vật. - Đơn vị: Trong hệ SI, đơn vị của năng lượng là J. Ngoài ra còn có các đơn vị khác như Wh (oát giờ) hoặc kWh (kilôoát giờ). 2. Các dạng năng lƣợng cơ học 2.1. Động năng - Động năng của một vật là năng lượng có được do vật chuyển động và có giá trị bằng: . - Động năng là đại lượng vô hướng và luôn dương. - Động năng có tính tương đối. Giá trị của nó phụ thuộc vào hệ quy chiếu được chọn. - Định lí động năng: Độ biến thiên động năng của vật bằng tổng các công của lực ngoài tác dụng vào vật. (W1đ, W2đ là động năng đầu (vị trí 1) và cuối (vị trí 2) của vật; A12 là tổng công của ngoại lực làm vật dịch chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2). - Đơn vị: Trong hệ SI, đơn vị của động năng là J (jun). 2.2. Thế năng - Thế năng của một hệ là năng lượng có được do tương tác giữa các vật (các phần) của hệ với nhau hoặc với trường lực ngoài. - Thế năng phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa các vật hoặc các phần của vật. - Thế năng là đại lượng vô hướng, có thể dương, âm hoặc bằng 0. - Thế năng có tính tương đối. Giá trị của nó phụ thuộc vào mốc tính thế năng. - Thế năng là dạng năng lượng gắn với lực thế. Các lực thế thường gặp là trọng lực, lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực tĩnh điện... - Hai loại thế năng: + Thế năng trọng trường: Wt = mgz (g là gia tốc trọng trường, z là độ cao của vật so với vị trí chọn làm mốc). + Thế năng đàn hồi: (x là độ biến dạng của vật đàn hồi). - Độ giảm thế năng và công của lực thế: Công của lực thế bằng độ giảm thế năng: - Đơn vị: Trong hệ SI, đơn vị của thế năng là J (jun).
CHUYÊN ĐỀ HSGVL10: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 2 II. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG 1. Cơ năng - Cơ năng là năng lượng cơ học, cơ năng của vật bao gồm động năng và thế năng: ( ) ( ) 2. Định luật bảo toàn cơ năng - Với hệ kín không có ma sát, cơ năng của hệ được bảo toàn: III. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƢỢNG 1. Định luật - Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi. Năng lượng chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác hoặc truyền từ vật này sang vật khác. 2. Các trƣờng hợp cụ thể - Hệ kín, không ma sát (chỉ có lực thế tác dụng): W1 = W2 - Hệ kín, có ma sát (có lực không phải lực thế tác dụng): W1 = W2 + |Ams| 3. Hiệu suất của máy: (Wr : năng lượng do máy thực hiện, Wv: năng lượng cung cấp cho máy). B. NHỮNG CHÚ Ý KHI GIẢI BÀI TẬP - Vì giá trị của động năng và thế năng phụ thuộc vào hệ quy chiếu nên khi tính động năng, thế năng của vật ta phải chọn hệ quy chiếu (động năng) hoặc mốc tính thế năng. - Khi dùng định lí động năng để tính công hoặc giải các bài toán cơ học khác cần xác định đầy đủ công của các ngoại lực tác dụng lên vật. Chú ý tổng công của các ngoại lực là tổng đại số (các công thành phần có thể có giá trị dương, âm hoặc bằng 0). - Để áp dụng định luật bảo toàn cơ năng thì hệ ta xét phải là hệ kín (các vật trong hệ không tương tác với các vật bên ngoài hệ) và không có ma sát. Với hệ kín một vật thì biểu thức tường minh của định luật là: + Trường hợp trọng lực: + Trường hợp lực đàn hồi: - Khi có sự chuyển hóa giữa cơ năng và các dạng năng lượng khác (nhiệt năng, điện năng,...), các lực không phải là lực thế (lực ma sát) đã thực hiện công Ams thì: . - Chú ý phân biệt các thuật ngữ: “độ biến thiên”, “độ giảm”, “độ tăng”. Cụ thể: + “Độ biến thiên” = “giá trị sau” - “giá trị đầu”: “độ biến thiên” có thể dương hoặc âm.
CHUYÊN ĐỀ HSGVL10: CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 3 + “Độ tăng” = “giá trị sau” - “giá trị đầu”: “độ tăng” luôn luôn dương. + ”Độ giảm” = “giá trị đầu” - “giá trị sau”: “độ giảm” luôn luôn dương. C. PHƢƠNG PHÁP GIẢI TOÁN 1. Đạng bài tập về động năng, định lí động năng - Sử dụng các công thức: + Động năng: 2 . 2 1 W m v đ  Trong đó v là vận tốc của vật trong hệ quy chiếu đang khảo sát. + Định lí động năng: 2 2 2 1 1 1 W mv mv A 2 2     Trong đó A là tổng công của các ngoại lực tác dụng lên vật. + Thế năng trọng trường: Wt = mgh . Wt > 0 khi vật ở vị trí cao hơn gốc thế năng (mặt phẳng thế năng). Wt < 0 khi vật ở vị trí thấp hơn gốc thế năng (mặt phẳng thế năng). + Thế năng đàn hồi: Wt = 1 2 kx2 (x là độ biến dạng từ vị trí lò xo có chiều dài tự nhiên). + Thế năng toàn phần:  t t  W W tp  + Với các lực thế (trọng lực, đàn hồi) thì: A = Wt1 – Wt2 = –  Wt . - Một số chú ý: + Giá trị của động năng phụ thuộc vào hệ quy chiếu ta chọn (có tính tương đối). + A12 là tổng đại số công của các ngoại lực làm vật dịch chuyển từ vị trí 1 đến vị trí 2. + Định lí động năng dùng để tính công các lực tác dụng lên vật hoặc dùng để giải các bài toán không thông qua các định luật Niu-tơn. + Khi dùng định lí động năng để tính công hoặc giải các bài toán cơ học khác cần xác định đầy đủ công của các ngoại lực tác dụng lên vật. Chú ý tổng công của các ngoại lực là tổng đại số (các công thành phần có thể có giá trị dương hoặc âm). 2. Dạng bài tập về thế năng, độ giảm thế năng - Sử dụng các công thức: + Thế năng trọng trường: Wt = mgz ; thế năng đàn hồi , (z là độ cao của vật so với mốc tính thế năng, x là độ biến dạng của vật đàn hồi). + Hệ thức giữa độ giảm thế năng và công của lực thế (trọng lực, lực đàn hồi): - Một số chú ý: + Giá trị của thế năng phụ thuộc vào mốc thế năng ta chọn. Thế năng trọng trường có thể dương, âm hoặc bằng 0. + Hệ thức giữa độ giảm thế năng và công của lực thế được áp dụng cho trường hợp hệ kín, không ma sát.