Khởi động
Câu hỏi khởi động SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 102): Kỉ lục nhảy sào thế giới hiện nay là 6,17 m do vận động viên người Thụy Điển Amand Duplantis lập năm 2020, kỉ lục nhảy cao thế giới hiện nay là 2,45 m do vận động viên người Cuba Javier Sotomayor lập năm 1993. Tại sao vận động viên nhảy sào có thể nhảy cao hơn vận động viên nhảy cao nhiều đến thế?
Trả lời:
– Lí do vận động viên nhảy sào có thể nhảy cao hơn vận động viên nhảy cao nhiều hơn là vì cây sào có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với với dùng chân làm sức bật dẫn đến sự chênh lệch. Nên vận động viên nhảy sào dùng cây sào làm đòn bẩy sẽ nhảy cao hơn vận động viên nhảy cao dùng chân làm sức bật
I. Sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng
Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 102): Khi nước chảy từ thác xuống :
a. Lực nào làm cho nước chảy từ đỉnh thác xuống dưới.
b. Lực nào sinh công trong quá trình này?
c. Động năng và thế năng của nó thay đổi như thế nào ?
d. Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng động năng và độ giảm thế năng.
Trả lời:
Khi nước chảy từ trên thác xuống:
a) Lực hấp dẫn của Trái Đất làm cho nước chảy từ đỉnh thác xuống dưới.
b) Lực sinh công trong quá trình này là lực hấp dẫn của Trái Đất.
c) Động năng của nước tăng dần, thế năng giảm dần.
d) Dự đoán: Độ tăng động năng bằng độ giảm thế năng.
Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 102): 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 v0.
a) Khi vật đi lên có những lực nào tác dụng vào vật, lực đó sinh công cản hay công phát động?
b) Trong quá trình vật đi lên rồi rơi xuống thì dạng năng lượng nào tăng, dạng năng lượng nào giảm? Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng của động năng và độ giảm của thế năng.
Trả lời:
a) Khi vật đi lên, sẽ có lực hút của Trái Đất, lực đẩy của tay, lực cản của không khí tác dụng vào vật.
– Lực hút của Trái Đất, lực cản của không khí sinh công cản.
– Lực đẩy của tay sinh công phát động.
b)
– Trong quá trình đi lên, thế năng tăng và động năng giảm. Khi vật rơi vật đi lên rồi rơi xuống thì động năng tăng dần, thế năng giảm dần.
+ Dự đoán: Độ tăng động năng bằng độ giảm thế năng.
=> Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau nên độ tăng của động năng và độ giảm thế năng bằng nhau.
Câu hỏi 3 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 102): Trên hình 26.1 là đường đi của tàu lượn siêu tốc. Hãy phân tích sự chuyển hoá giữa động năng và thế năng của tàu lượn trên từng đoạn đường.
Trả lời:
* Chọn mốc tại mặt đất, chiều dương là chiều chuyển động của tàu
– Khi tàu chuyển động từ A đến B: Động năng giảm, thế năng tăng đến giá trị cực đại
– Khi tàu chuyển động từ B đến C: Động năng tăng, thế năng giảm
– Khi tàu chuyển động từ C đến D: Động năng giảm, thế năng tăng
– Khi tàu chuyển động từ D đến E: Động năng tăng, thế năng giảm
Câu hỏi 4 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 102): Trong các quá trình hoạt động của tàu lượn siêu tốc, ngoài động năng và thế năng còn có dạng năng lượng nào khác tham gia quá trình chuyển hóa?
Trả lời:
– Trong quá trình hoạt động của tàu lượng siêu tốc, ngoài động năng và thế năng. Nhiệt năng, điện năng, và năng lượng âm thanh cũng tham gia vào quá trình chuyển hóa. Cụ thể:
+ Nhiệt năng, lực ma sát: (tàu ma sát với đường ray, với không khí).
+ Điện năng: (bộ phận điều khiển).
+ Năng lượng âm thanh (phát ra âm thanh khi chạy).
II. Định luật bảo toàn cơ năng
1. Thí nghiệm về con lắc đồng hồ
Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 103): Khi vật chuyển động trên cung AO thì:
a) Những lực nào sinh công? Công nào là công phát động, công nào là công cản?
b) Động năng và thế năng của vật thay đổi như thế nào?
Trả lời:
a) Khi vật chuyển động trên cung AO thì lực hút của Trái Đất và lực kéo của dây sinh công.
– Công do lực hút của Trái Đất sinh ra là công phát động.
– Công do lực cản của không khí là công cản.
b) Vật chuyển động nhanh dần từ A xuống O, do đó động năng của vật tăng, thế năng của vật giảm.
Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 103): Trả lời những câu hỏi trên cho quá trình vật chuyển động trên cung OB
Trả lời:
* Khi chuyển động cung OB.
a. Lực hút trái đất sinh ra công cản, lực kéo của dây sinh ra công phát động
b. Từ A đến O, thế năng giảm dần và động năng tăng dần
– Ở vị trí B. Động năng bằng cơ năng, thế năng = 0
– Ở vị trí O. Động năng bằng 0, cơ năng = thế năng.
Câu hỏi 3 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 103): Nếu bỏ qua ma sát thì A và B luôn nằm trên cùng một độ cao. Hiện tượng này chứng tỏ điều gì?
Trả lời:
– Nếu bỏ qua ma sát thì A và B luôn nằm trên cùng một độ cao. Hiện tượng này chứng tỏ cơ năng luôn được bảo toàn, dù động năng và thế năng thay đổi thì tổng động năng và thế năng tại mọi vị trí trong quá trình chuyển động của vật vẫn luôn không đổi.
2. Định luật bảo toàn cơ năng
Câu hỏi SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 103): Hình 26.3 mô tả vận động viên tham gia trượt ván trong máng. Bỏ qua mọi ma sát, hãy phân tích sự bảo toàn cơ năng của vận động viên này.
Trả lời:
– Chọn mốc thế năng tại mặt đất
+ Khi bắt đầu chuẩn bị trượt ván, vận động viên đứng ở điểm đầu máng, cơ năng bằng thế năng cực đại, lúc này động năng bằng 0.
+ Khi vận động viên trượt từ đỉnh máng xuống chân máng, độ cao giảm và vận tốc tăng nên thế năng giảm và động năng tăng (thế năng bằng 0, cơ năng bằng động năng cực đại)
+ Khi lên đến điểm cuối bên kia máng thì độ cao tăng và vận tốc giảm nên thế năng tăng và động năng giảm (động năng bằng 0, cơ năng bằng thế năng cực đại.)
=> Khi bỏ qua mọi ma sát thì cơ năng của vận động này được bảo toàn.
* Hoạt động SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 105): Chế tạo mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng.
Dụng cụ: một viên bi, hai thanh kim loại nhẵn, hai giá đỡ có vít điều chỉnh độ cao.
Chế tạo: Dùng hai thanh kim loại uốn thành đường ray và gắn lên giá đỡ để tạo được mô hình như Hình 26.6.
Thí nghiệm:
- Thả viên bi từ điểm A trên đường ray.
- Viên bi có thể chuyển động tới điểm D không? Tại sao? Làm thí nghiệm để kiểm tra.
Trả lời:
– Trong thí nghiệm trên, khi thả viên bi từ điểm A trên đường ray, ta thấy viên bi không thể chuyển động tới điểm D. Thực tế vì vật không chỉ chịu tác dụng của trọng lực mà còn có lực ma sát trong quá trình chuyển động của viên bi. Do đó, cơ năng của vật không được bảo toàn. Nếu bỏ qua mọi ma sát, trong quá trình chuyển động của viên bi thì cơ năng được bảo toàn, viên bi có thể chuyển động tới điểm D, khi đó cơ năng được bảo toàn.
Câu hỏi 1 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 105): Một vật được thả cho rơi tự do từ độ cao h = 10 m so với mặt đất. Bỏ qua mọi ma sát. Ở độ cao nào thì vật có động năng bằng thế năng?
Trả lời:
* Cách giải 1:
- Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Gọi h1 là độ cao động năng bằng thế năng
- Khi động năng bằng thế năng, ta có:
* Cách giải 2:
- Ở độ cao h = 10 m, động năng của vật bằng 0, thế năng của vật lớn nhất. Do đó cơ năng của vật là: W = Wt = mgh
- Gọi h1 là vị trí vật có động năng bằng thế năng, ta có:
W = Wt1 + Wđ1 = 2Wt1 = 2mgh1
- Do bỏ qua mọi ma sát nên cơ năng của vật được bảo toàn. Ta có:
* Cách giải 3:
Giả sử ở độ cao h1 thì vật có động năg bằng thế năng. Khi đó ta có : W= Wt1 + Wđ1 = 2 Wt1= 2.m.g. h1 (1)
Mặt khác ta có, khi vật ở độ cao h = 10m thì động năng của vật bằng 0, cơ năng bằng thế năng => W= m.g.h (2)
Từ (1) và (2) ta suy ra : 2.m.g. h1 = m.g.h => 2. h1 = h => h1 = h : 2 = 10 : 2=5 (m)
Câu hỏi 2 SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức Bài 26 (trang 105): Thả một vật có khối lượng m= 0.5kg từ độ cao h1= 0.8m so với mặt đất. Xác định động năng và thế năng của vật ở độ cao h2= 0.6m. Lấy g= 9.8 m/s2
Trả lời:
* Cách giải 1:
Ở độ cao h1 = 0,8 m, động năng của vật bằng 0, thế năng của vật lớn nhất. Do đó :
Cơ năng của vật là: W = Wt1=m.g.h1 = 0,5.9,8.0,8 = 3,92 J.
Thế năng của vật ở độ cao h2 = 0,6 m là: Wt2 = m.g.h2 = 0,5.9,8.0,6 = 2,94 J.
Do cơ năng của vật được bảo toàn nên động năng của vật ở độ cao h2 = 0,6 m là:
Wđ2 = W − Wt2 = 3,92 - 2,94 = 0,98 J.
* Cách giải 2:
Cơ năng của vật là:
Thế năng của vật ở độ cao h2 là:
Động năng của vật ở độ cao h2 là: