Mở đầu: Cách mạng công nghiệp lần thử nhất bắt đầu vào cuối thế kỉ XVIII ở nước Anh khi con người phát triển các máy mới có khả năng thực hiện công gấp hàng trăm lần so với sức người. Ở giai đoạn đầu, năng lượng gió và năng lượng nước được khai thác. Nước dự trữ trong các đập ở trên cao (thế năng) được sử dụng dể làm quay các bánh xe lớn, nhờ đó làm quay các máy cơ (dộng năng). Ở thời kì tiếp theo. động cơ hơi nước được phát triển ở Vương quốc Anh sử dụng nhiên liệu hoá thạch như than đá. Động cơ hơi nước sử dụng năng lượng từ than đá làm tăng đáng kề công suất hoạt động của các máy bơm nước và các khung dệt lớn trong công xưởng sản xuất sợi. Động cơ hơi nước được sử dụng trong đầu máy xe lửa (hỉnh 1.1), tàu thuỷ hơi nước,... trở thành nền tảng cho Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất.
Năng lượng làm cho các máy tác dụng lực lớn bắt nguồn từ đâu? Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác bằng cách nào ?
Trả lời:
- Năng lượng làm cho máy tác dụng lực lớn bắt nguồn từ năng lượng dự trữ trong các vật chất dưới dạng liên kết hóa học. Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác bằng cách truyền nhiệt, thực hiện công,...
I. Liên hệ giữa gia tốc với lực và khối lượng
Câu hỏi 1: Kể tên các dạng năng lượng xung quanh chúng ta. Lấy ví dụ chứng tỏ năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác.
Trả lời:
Các dạng năng lượng có xung quanh chúng ta: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng thủy triều, năng lượng sinh khối, ....
Ví dụ chứng tỏ năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác:
+ Một viên bi đang đứng yên, dùng tay truyền cho viên bi năng lượng, viên bi chuyển động
+ Dùng tay kéo một chiếc xe đẩy, tay đã truyền cho xe một năng lượng giúp xe di chuyển.
1. Công
Câu hỏi 2: Tìm từ thích hợp với chỗ hỏi chấm trong các suy luận dưới đây.
- Lực tác dụng càng lớn thì sinh công càng ?
- Độ dịch chuyển theo phương của lực càng lớn thì công thực hiện càng ?
Trả lời:
- Lực tác dụng càng lớn thì sinh công càng lớn.
- Độ dịch chuyển theo phương của lực càng lớn thì công thực hiện được càng cao.
Luyện tập 1:
1, Tính công của trong lực làm hòn đá có khối lượng 5kg rơi từ độ cao 10m xuống mặt đất.
2, Tính công của trọng lực làm hòn đácó khối lượng 5kg lăn từ đỉnh dốc dài 100m cao 10m xuống dưới chân dốc. Bạn có nhận xét gì về kết quả tính công trong những trường hợp trên.
Lời giải:
1, Ta có A= F.d = m.g.d= 5.10.10= 500 ( J )
2,
Ta có:
+ Quãng đường hòn đá di chuyển: s = 100 m
+ Độ cao của dốc: h = 10 m
Hòn đá lăn từ đỉnh dốc, kết thúc ở chân dốc nên độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng là độ cao của dốc 10 m.
=> Công của trọng lực là: A = m.g.h = 5.10.10 = 500 (J)
=> Nhận xét: Công trong hai trường hợp bằng nhau.
Vận dụng 1: Bạn hãy phân tích lực tác dụng thành hai thành phần: thành phần vuông góc với phương dịch chuyển và thành phần trùng với phương dịch chuyển để lập luận rút ra biểu thức tính công (2).
Lời giải:
A1= P1. d= P. cos . S = 50. 3.cos 60o = 75 ( N)
A2 = P2 .d = P .0 / cos =0
=> Biểu thức tính công là A=F.S.cos
Câu hỏi 3: Từ biểu thức A = F.s.cosα, suy luận: Khi nào công sinh ra giá trị âm?
Trả lời:
A = F.s.cosα => Để A < 0 thì cosα <0
Mặt khác cosα ≥ -1 nên ta có: 90o < α ≤ 180o
2. Sự truyền năng lượng
Câu hỏi 4: Chỉ ra và phân tích ví dụ chứng tỏ năng lượng từ vật này sang vật khác bằng cách thực hiện công.
Trả lời:
- Để chuyển thóc từ ruộng lên xe tải, người nông dân phải nâng bao thóc từ mặt đất lên vai mình. Như vậy, người này đã truyền cho bao thóc năng lượng, làm thay đổi độ cao của nó so với mặt đất. Khi người nông dân tác dụng lực , truyền năng lượng cho bao thóc, ta nói lực tác dụng đang thực hiện công.
II. Công suất
1. Tốc độ thực hiện công
Câu hỏi 5: So sánh công của người và công của máy tời trong trường hợp ở hình 1.6. Người hay máy tời thực hiện công nhanh hơn?
Trả lời:
Cùng đưa một khối vật liệu có khối lượng 50 kg lên độ cao 10 m, người kéo mất 50 s, trong khi máy tời kéo chỉ mất 10 s.
=> Công của máy tời nhỏ hơn công của người kéo
Máy tời thực hiện công nhanh hơn người kéo.
Câu hỏi 6: So sánh công của người đạp xe và động cơ ô tô trong trường hợp ở hình 1.7. Người hay động cơ thực hiện công nhanh hơn ?
Trả lời:
- Động cơ ô tô thực hiện công lớn hơn người đạp xe thực hiện công vì quãng đường di chuyển của ô tô lớn hơn người đạp xe đạp trong cùng thời gian là 10s. Vì thời gian chuyển động đều là 10s nên thời gian thực hiện công của xe và người là như nhau.
2. Định nghĩa công suất
Câu hỏi 7: 1 W liên hệ với 1 J và 1 s như thế nào?
Trả lời:
- Từ biểu thức mối liên hệ giữa công, công suất và thời gian ta có:
Vận dụng 2: Vận dụng mối liên hệ công suất với lực và vận tốc (4) để đưa ra khuyến nghị cho người lái xe máy nên đi bằng số thấp hay số cao trong mỗi tình huống thực tế dưới đây để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành động cơ.
- Xe máy bắt đầu di chuyển.
- Xe máy đi trên đường ngoài đô thị, có ít phương tiện đi lại.
- Xe máy lên dốc
- Xe máy xuống dốc
- Xe máy vào cua( chuyển hướng đột ngột)
- xe máy đi trên đường trơn trượt
- Xe máy đi trên đường có nhiều ổ gà.
Lời giải:
- Xe máy bắt đầu di chuyển. => đi số 1
- Xe máy đi trên đường ngoài đô thị, có ít phương tiện đi lại. => đi số 3 hoặc 4
- Xe máy lên dốc => đi số 1 hoặc 2
- Xe máy xuống dốc => đi số 1 hoặc 2
- Xe máy vào cua( chuyển hướng đột ngột) => đi số 2
- Xe máy đi trên đường trơn trượt => đi số 2 hoặc 3
- Xe máy đi trên đường có nhiều ổ gà. => đi số 2