Title BÀI 25. ĐỘNG NĂNG. THẾ NĂNG GV.pdf ✅

Trang 1 CHƯƠNG 4: NĂNG LƯỢNG, CÔNG, CÔNG SUẤT BÀI 25: ĐỘNG NĂNG – THẾ NĂNG ----------------------------------------- A – ĐỘNG NĂNG I. TÓM TẮT KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1. Khái niệm. - Động năng của một vật là năng lượng mà vật đó có được do chuyển động. - Một vật có khối lượng m đang chuyển động với tốc độ v thì động năng là . 2 d 1 W mv 2  Trong đó: v là tốc độ của vật trong quá trình chuyển động (m/s). m là khối lượng của vật (kg). Wđ là động năng của vật (J). - Động năng có đơn vị là Jun (J).   . 2 2 kg.m 1 J 1 s        2. Đặc điểm - Động năng của vật phụ thuộc vào khối lượng và tốc độ chuyển động của vật. - Động năng là đại lượng vô hướng, không âm. - Động năng có giá trị phụ thuộc vào hệ quy chiếu. 3. Mối liên hệ giữa động năng và công (định lí động năng) - Phát biểu: “Độ biến thiên động năng bằng công của các ngoại lực tác dụng vào vật”. - Công thức: 2 2 d 0 1 1 W A mv mv A 2 2      Trong đó: là động năng ban đầu của vật. 2 0 1 mv 2 là động năng lúc sau của vật. 1 2 mv 2 A là công của các ngoại lực tác dụng vào vật.  nếu ban đầu vật đứng yên thì hay . v0  0 1 2 mv A 2  Wd  A Lưu ý: + Vì giá trị của động năng phụ thuộc vào hệ quy chiếu nên khi tính động năng, vật ta phải chọn hệ quy chiếu + 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). 1. Định nghĩa: Thế năng trọng trường (gọi tắt là thế năng) được sinh ra khi một vật có khối lượng m đặt ở độ cao h so với mặt đất. Thế năng của một vật được xác định bởi công thức: . Wt  P.h  mgh Với: + P là trọng lượng của vật + m là khối lượng của vật + h là độ cao của vật so với vị trí gốc thế năng. + g là gia tốc trọng trường + Đơn vị thế năng là Jun (J). 2. Tính chất: − Thế năng có thể có giá trị dương, âm hoặc bằng không, phụ thuộc vào vị trí chọn làm gốc thế năng. − Hiệu thế năng giữa hai điểm chỉ phụ thuộc vào chênh lệch độ cao theo phương thẳng đứng mà không phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điểm. 3. Công của lực thế:
Trang 2 Thế năng của một vật ở độ cao h có giá trị bằng công của lực dùng để nâng đều vật lên độ cao này, công này gọi là công của lực thế. Công của lực thế không phụ thuộc vào quãng đường của vật đi mà phụ thuộc vào độ chênh lệch độ cao giữa vị trí đầu và vị trí cuối. . A F t1 t2 1 2  .s  W  W  mgh  mgh II. PHÂN LOẠI BÀI TẬP 1. DẠNG 1: BÀI TẬP VỀ CỦNG CỐ LÍ THUYẾT VÀ VẬN DỤNG CƠ BẢN 1.1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Vận dụng mối quan hệ giữa các đại lượng có trong công thức: 2 d 1 W mv 2  + Động năng tỉ lệ với khối lượng (Wđ  m) + Động năng tỉ lệ với bình phương tốc độ ( Wđ  v2 ) - Đổi được các đơn vị của các đại lượng có trong công thức: 2 d 1 W mv 2  hay gặp + 1 (kJ) = 1000 (J) + 10 1 36 km m h s              - Sự thay đổi động năng của vật Wd  Wd 2  Wd1 + Nếu W < 0 thì động năng của vật giảm + Nếu W > 0 thì động năng của vật tăng trong đó: Wđ2 là động năng của vật ở trạng thái sau; Wđ1 là động năng của vật ở trạng thái đầu 1.2. BÀI TẬP MINH HOẠ Bài 1: Một viên bi ve có khối lượng 1 g chuyển động trên sàn với tốc độ 1 m/s. Khi đó động năng của viên bi bằng bao nhiêu? Lời giải Áp dụng công thức: = 2 d 1 W mv 2  1 2 4 0,001.1 5.10 (J) 2   Bài 2: (SBT – KNTT) Ngày 11/7/1979, tàu vũ trụ Skylab quay trở lại bầu khí quyển của Trái Đất và bị nổ thành nhiều mảnh. Mảnh vỡ lớn nhất có khối lượng 1770 kg và nó va chạm vào bề mặt trái đất với tốc độ 120 m/s. Tính động năng của mảnh vỡ này. Lời giải Áp dụng công thức: = 2 d 1 W mv 2  1 2 6 .1170.120 12,744.10 (J) 2  Bài 3: Xét trong hệ quy chiếu gắn với mặt đất. Một vật có khối lượng tổng cộng là m, đang chuyển động với vận tốc v. a) Nếu giữ nguyên vận tốc và khối lượng của vật tăng lên 4 lần thì động năng của vật sẽ thay đổi như thế nào? b) Nếu giữ nguyên khối lượng của vật nhưng vận tốc giảm 2 lần thì động năng của vật sẽ thay đổi như thế nào? c) Nếu khối lượng của vật giảm đi 2 lần, còn vận tốc của vật tăng lên 4 lần thì động năng của vật sẽ thay đổi như thế nào? Lời giải Vận dụng công thức để biện luận 2 d 1 W mv 2  + Động năng tỉ lệ với khối lượng (Wđ  m) + Động năng tỉ lệ với bình phương tốc độ ( Wđ  v2 ) a) Khi m tăng 4 lần  Wđ tăng 4 lần. b) Khi v giảm 2 lần  Wđ giảm 4 lần c) Khi m giảm 2 lần và v tăng 4 lần. Vận dụng công thức  . Tổng hợp lại ta thấy Wđ tăng 8 lần. 2 d 1 W mv 2  2 W 2 4 W 16 d d m v          Bài 4: Một người điều khiển xe ô tô chạy trên đường thẳng (lực cản tác dụng lên xe không đáng kể). Biết xe có khối lượng 1200kg đang chuyển động với tốc độ 72km/h.
Trang 3 a) Tính động năng của ô tô lúc này. b) Người điều khiển hãm phanh để ô tô chuyển động với tốc độ 36km/h. b1) Hỏi động năng của ô tô lúc này bằng bao nhiêu? b2) Khi đó động năng của ô tô tăng hay giảm một lượng bằng bao nhiêu? c) Người này lại tiếp tục tăng tốc độ ô tô thì thấy động năng của xe tăng thêm 75 kJ. Hỏi lúc này ô tô đang chuyển động với tốc độ bằng bao nhiêu? Lời giải Đổi 72km/h = 20m/s. Áp dụng công thức 2 d 1 W mv 2  a) Trạng thái ban đầu (1) có v1 = 20m/s Động năng của xe là . 2 3 d1 1 W .1200.20 240.10 (J) 240(kJ) 2    b) Đổi 36km/h = 10m/s. trạng thái (2) có v2 = 10m/s b1) Động năng của xe lúc này là . 2 4 d2 1 W .1200.10 6.10 (J) 60(kJ) 2    b2) Động năng giảm một lượng . W 240 60 180( ) d     kJ c) Xe từ trạng thái (2) chuyển sang trạng thái (3) thì động năng tăng thêm 75 kJ Nên 3 Wd3 Wd2   75 135(kJ) 135.10 (J) Tốc độ xe lúc này là 3 3 3 2.W 2.135.10 15( / ) 1200 d v m s m    1.3. BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: (SBT_CTST) Một chiếc máy bay bắt đầu tăng tốc từ trạng thái nghỉ để đạt được tốc độ đủ lớn cho máy bay có thể cất cánh. Động năng máy bay thay đổi như thế nào trong quá trình này? Lời giải Máy bay đang ở trạng thái nghỉ (v = 0)  Wđ = 0 Máy bay tăng tốc (v)  Wđ Vậy động năng của máy bay tăng dần đến khi máy bay bắt đầu cất cánh. Bài 2: Một xe tải có khối lượng 8 tấn đang chạy với vận tốc 64,8 km/h. Tính động năng của xe tải? Lời giải Động năng của xe 2 W 1 3 10 3 8.10 64,8. 1296.10 ( ) 2 36 d J         Bài 3: Đầu đạn của súng AK47 có khối lượng xấp xỉ 7,97g. Khi bắn thì đầu đạn bay ra khỏi nòng súng có động năng ban đầu là 2019 (J). Tính vận tốc của đầu đạn khi bắt đầu rời khỏi nòng súng? Lời giải Vận tốc đầu đạn: 3 2 2.2019 711,8( / ) 7,97.10 Wd v m s m     Bài 4: Một vật có khối lượng m đang chuyển động với tốc độ v. Nếu khối lượng của vật tăng lên 9 lần và vận tốc của vật giảm 3 lần thì động năng của vật sẽ thay đổi như thế nào? Lời giải Ta có:  . Tổng hợp lại ta thấy Wđ không thay đổi. 2 d 1 W mv 2  9 W 9 3 W 9 d d m v          Bài 5: Có ba chiếc xe ô tô với khối lượng và vận tốc lần lượt là: Xe (1): m,v. Xe (2): . v 2m, 2 Xe (3): m , 2v. 2 a) Tính động năng của từng xe? b) Hãy sắp xếp động năng của các xe theo thứ tự tăng dần? Lời giải Xe (1): 2 d1 1 W mv 2 
Trang 4 Xe (2): 2 2 d2 1 v 1 1 W 2m . mv 2 2 2 2         Xe (3):   2 2 d3 1 m 1 W . 2v 2. mv 2 2 2   Thứ tự động năng tăng dần: (2)  (1)  (3) Bài 6: (SBT – KNTT) Một máy bay nhỏ có khối lượng 690 kg đang chạy trên đường băng để cất cánh với động năng 25.103 J. a) Tính tốc độ của máy bay. b) Khi bắt đầu cất cánh, tốc độ máy bay tăng gấp 3 lần giá trị trên. Tính động năng của máy bay khi đó. Lời giải a) Tốc độ của máy bay: 3 2 2.25.10 8,5( / ) 690 W v m s m    b) Ta thấy Wđ  v2 nên khi v tăng 3 lần  Wđ tăng 9 lần Suy ra Wđ2 = 9Wđ1 = 225.103 (J) Bài 7: Một chiếc xe có khối lượng 5000 kg được dùng để chở hàng thực phẩm quanh địa điểm thành phố Kon Tum. Người ta chất lên thùng xe kiện hàng 100kg. Xe bắt đầu chạy từ địa điểm (A) và kết thúc tại địa điểm (E) với lịch trình như sau + Xe bắt đầu chuyển động không vận tốc đầu từ (A) + Khi đến (B) xe có tốc độ 30km/h + Khi đến (C) thì tốc độ của xe tăng thêm 5km/h nhưng bị rơi mất kiện hàng 10kg. + Khi qua (D) tài xế giảm tốc độ còn 15km/h và lại rơi kiện hàng 5kg + Xe dừng tại (E) a) Tính động năng của xe (gồm xe và hàng hoá) tại các địa điểm (A), (B) và (C) ? b) Khi đi từ (B) đến (D) thì động năng của xe tăng hay giảm một lượng bằng bao nhiêu? c) Khi đi từ (C) đến (E) thì động năng của xe tăng hay giảm một lượng bằng bao nhiêu? Lời giải Chú ý: xét vật ở đây là hệ vật nên khối lượng của vật là tổng khối lượng xe và hàng a) Tại (A): Wđ(A) = 0, vì tốc độ của vật bằng 0. Tại (B): 2 ( ) 1 10 W .(5000 100). 30. 177083( ) 2 36 d B J          Tại (C): 2 ( ) 1 10 W .(5000 100 10). (30 5). 240557( ) 2 36 d C J            Tại (D): 2 ( ) 1 10 W .(5000 100 10 5). 15. 44141( ) 2 36 d D J            Tại (E): Wđ(E) = 0, vì tốc độ của vật bằng 0. b) Wd (BD)  Wd (D)  Wd (B)  44141177083  132942(J )  động năng của vật giảm c) Wd (CE)  Wd (E)  Wd (C)  240557(J )  động năng của vật giảm 2. DẠNG 2: BÀI TẬP ĐỘNG NĂNG 2.1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Sử dụng công thức tính công của lực: A  Fs.cos - Sử dụng công thức tính động năng: W 1 2 2 d  mv - Áp dụng định lý động năng (hay mối quan hệ giữa công của lực và động năng) 2 2 d 0 1 1 W A mv mv A 2 2      * Lưu ý khi sử dụng định lý động năng để tính toán ta cần xác định đúng tính chất chuyển động của vật + Nếu vật chuyển động thẳng đều thì .0 s v t v const a        