sự CHUYÊN HOÁ VÀ BẢO TOẰN co NĂNG KIẾN THÚC TRỌNG TÂM Sự chuyển hoá của các dạng cơ năng : Động năng có thể chuyển hoá thành thê năng, ngược lại thê năng có thể chuyển hoá thành động năng. Ví dụ : Trong thí nghiệm 1 hình 17.1 SGK, khi quả bóng rơi xuống, độ cao của quả bóng giảm dần, vận tốc của quả bóng tăng dần. Như vậy thế năng của quả bóng giảm dần, còn động năng của nó tăng dần. Khi chạm đất, quả bóng nảy lên, ta có quá trình ngược lại. Trong thí nghiệm 2 hình 17.2 SGK, vận tốc của con lắc tăng khi con lắc đi từ A về B và giảm khi con lắc đi từ B lên c. ở vị trí cao nhất [A hoặc C] thì thế năng lớn nhất, còn động năng nhỏ nhất và bằng 0. Ở vị trí thấp nhất [B] thì động nàng lớn nhất, còn thế năng nhỏ nhất và bằng 0 [trong trường hợp này ta chọn mốc để tính thế năng tại B]. Như vậy, ta thấy khi trở về vị trí thấp nhất thì thế năng chuyển hoá thành động năng. Khi đi lên vị trí cao nhất thì động năng chuyền hoá hoàn toàn thành thế năng. Bảo toàn cơ năng : Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyển hoá lẫn nhau, nhưng cơ năng được bảo toàn. Lưu ỷ : Trong hai thí nghiệm như hình 17.1 và 17.2 SGK, ta thấy nếu bỏ qua ma sát thì độ cao lớn nhất của vật không thay đổi trong quá trình chuyển động, nghĩa là nếu không có ma sát thì cơ nãng được bảo toàn. Nếu kể đến ma sát thì cơ nãng của vật không bảo toàn mà bị giảm xuống, phần cơ nâng mất đi đã chuyển hoá thành một dạng năng lượng khác. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP TRONG SGK VÀ SBT Cl. [1] giảm, [2] tăng. C2. [1] giảm, [2] tăng dần. C3. [1] tãng, [2] giảm, [3] tăng, [4] giảm. C4. [1] A, [2] B, [3] B, [4] A. C5. a] Vận tốc tăng dần. b] Vận tốc giảm dần. C6. a] Con lắc đi từ A về B : Thế nãng chuyển hoá thành động năng, b] Con lắc đi từ B lên c : Động năng chuyển hoá thành thế nãng. C7. Ở các vị trí A và c, thế năng của con lắc là lớn nhất. Ở vị trí B, động năng của con lắc là lớn nhất. C8. Ở các vị tri A và c động năng nhỏ nhất [bằng 0]. Ở vị trí B, thế năng nhỏ nhất. C9. a] Thế năng của cánh cung chuyển hoá thành động năng của mũi tên. b] Thế năng chuyển hoá thành động năng. . c] Khi vật đi lên, động năng chuyển hoá thành thế năng. Khi vật rơi xuống thì thế năng chuyển hoá thành động năng. a] Câu c ; b] Câu A. Hai vật đang rơi, chúng đều có thế năng và động nãng. Hai vật có khối lượng như nhau. Như vậy, thế năng và động năng của chúng như nhau hay khác nhau tuỳ thuộc vào độ cao và vận tốc có khác nhau hay không. Ở cùng độ cao thì thế năng của hai vật là như nhau. Còn động năng của hai vật có thể như nhau, hoặc khác nhau tuỳ thuộc vân tốc của chúng ở độ cao ấy [ở đây không cho biết ban đầu hai vật có rơi ở cùng một độ cao không]. - Lúc vừa được ném lên, ở độ cao h, viên bi vừa có thế năng, v0 vừa có động năng [Hình. 17.1]. - Khi lên cao, động nãng viên bi giảm, thế năng của nó tăng. Đến khi viên bi lên độ cao cực đại [h + h'] thì vận tốc nó bằng không, động năng viên bi bằng không, thế năng cực đại. - Toàn bộ động nãng lúc ném của viên bi chuyển hoá thành phần tăng của thế năng so với lúc ném. Sau đó viên bi rơi xuống, thế năng giảm, động nãng tăng. Đến khi viên bi vừa chạm đất thì động năng viên bi cực đại, thế năng bằng không, toàn bộ thế năng của viên bi lúc vừa ném lên chuyển hoá thành phần tãng động năng so với lúc ném. - Trong quá trình chuyển động của viên bi ở vị trí bất kì, Hình 17.1 tổng động năng và thế năng của viên bi luôn không đổi. Gọi vị trí lúc đầu của m là vị trí cân bằng [VTCB] [Hình. 17.2]. VỊ trí cân bằng 0 Hình 17.2 Nén lò xo một đoạn I, nàng lượng hệ dự trữ dưới dạng thế năng. Khi vừa thả ra, cơ năng của hệ chỉ có thê' năng, động năng bằng không. - Sau đó vật chuyển động nhanh dần về phía VTCB. Trong giai đoạn này, lò xo bớt biến dạng, thế năng giảm, động năng tăng. Khi vật đến VTCB, thế năng bằng không, động năng cực đại [vận tốc lớn nhất]. Toàn bộ thế năng chuyển hoá hết thành động năng. Kế tiếp, vật tiếp tục chuyển động theo chiều cũ làm lò xo bị biến dạng [dãn ra so với lúc vật ở VTCB] nên thế năng tăng, động năng giảm, vật chuyển động chậm dần. Đến khi vật dừng lại [vận tốc bằng không], động năng bằng không. Toàn bộ động năng chuyển hoá hết thành thế năng. Do cơ năng được bảo toàn, lúc này lò xo dãn ra một đoạn là / so với VTCB của m. Sau đó, sự chuyển động lặp lại như cũ nhưng ngược chiều và cứ thế tiếp diễn. Như vậy vật m chuyển động qua lại quanh VTCB trên một đoạn thẳng có chiều dài 2/ [với VTCB là trung điểm]. Trong quá trình chuyển động, có sự chuyển hoá qua lại giữa động năng và thế nãng nhưng cơ năng được bảo toàn. Vật được ném theo phương nằm ngang từ một độ cao nào đó cách mặt đất. Vật vừa có thế năng vừa có động năng. Trong quá trình chuyển động, thế năng của vật giảm dần [độ cao giảm dần], động năng của vật tăng dần [vận tốc của vật tăng dần]. Cơ năng của vật gồm thế năng và động năng. Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì khi vật chạm đất, thế nãng của vật bằng không, động năng của vật đạt giá trị cực đại. Theo định luật bảo toàn cơ năng thì cơ năng của vật lúc chạm đất bằng cơ nãng của vật lúc được ném đi. c. 17.7. B. 17.8*. D. Gọi WA, Wg, wc, lần lượt là cơ năng của vật tại các vị trí A, B, c [Hình 17.5 SBT]. Với c là vị trí mà vật có động năng bằng thế năng. Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có : WA = WB = wc [1] Theo đế bài tại vị trí B WtB = 2WdB, do đó ta có : b] Ở độ cao h2 = 5 m vật có thế năng : Wt2 = mgh2 - 5mg = -^4 = Ễ22 = 150 J Vậy động năng của vật ở độ cao h2 = 5 m là : wd2 = wti - wt2 = 600 - 150 = 450 J a] Khi nước đổ từ thác xuống, thì thế năng hấp dẫn chuyển thành động năng. Khi ném một vật lên theo phương thẳng đứng, thì động năng chuyển thành thế năng hấp dẫn. Khi lên dây cót đồng hồ, thì thực hiện công biến đổi thế năng đàn hồi. Tuỳ học sinh, có thể gợi ý một số ví dụ sau : Một xe ôtô đang leo lên dốc [nếu chọn gốc thế năng ở chân dốc]. Một viên bi gắn ở đầu cái lồ xo sau khi bị kéo căng đang chuyển động về phía vị trí cân bằng. c. BÀI TẬP BỔ SUNG 17a. Người ta lợi dụng nước chảy từ trên cao xuống ở các thác nước để làm quay tua bin của nhà máy thuỷ điện. Hỏi nhà máy thuỷ điện đã dùng nguồn năng lượng nào ? Năng lượng này đã được chuyển hoá như thế nào khi nước đập vào tua bin ? 17b. Ném một quả bóng lên cao, hãy cho biết trong quá trình chuyển động, cơ năng đã được chuyển hoá như thế nào ?
Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Sách Bài Tập Vật Lí 8 – Bài 17: Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
a] Ở vị trí nào viên bi có động năng lớn nhất? hãy chọn câu trả lời đúng.
A. Vị trí C
B. Vị trí A
C. Vị trí B
D. Ngoài ba vị trí trên
b] Ở vị trí nào viên bi có thế năng nhỏ nhất? Hãy chọn câu trả lời đúng.
A. Vị trí B
B. Vị trí C
C. Vị trí A
D. Ngoài 3 vị trí trên
Lời giải:
a] Chọn C vì ở vị trí B viên bi có vận tốc lớn nhất nên tại đó động năng lớn nhất.
b] Chọn A vì ở vị trí B viên vi có độ cao thấp nhất so với mặt đất nên thế năng là nhỏ nhất.
Lời giải:
Hai vật có khối lượng như nhau thì thế năng và động năng của chúng giống nhau hay khác nhau tùy thuộc vào độ cao và vận tốc.
Ở cùng độ cao thì thế năng của hai vật là như nhau còn động năng tùy thuộc vào vận tốc của chúng ở độ cao ấy. Do vậy chưa thể kết luận về động năng vì chưa biết hai vật có cùng vận tốc hay không.
Lời giải:
– Lúc vừa được ném lên, ở độ cao h, viên bi vừa có thế năng, vừa có động năng.
– Khi lên cao, động năng của viên bi giảm, thế năng tăng dần. Khi viên bi đạt đến độ cao cực đại [ h + h’] thì vận tốc của nó bằng 0, động năng viên bi bằng 0, thế năng cực đại.
– Toàn bộ động năng lúc ném của viên bi chuyển hóa thành phần tăng của thế năng so với lúc ném. Sau đó viên bi rơi xuống, thế năng giảm, động năng tăng. Đến khi viên bi vừa chạm đất thì động năng viên bi cực đại, thế năng bằng 0, toàn bộ thế năng của viên bi lúc vừa ném lên chuyển hóa thành phần tăng của động năng so với lúc ném.
– Trong quá trình chuyển động của viên bi ở vị trí bất kì, tổng động năng và thế năng không thay đổi.
Lời giải:
Gọi vị trí lúc đầu của m là vị trí cân bằng [hình dưới]
Nén lò xo lại một đoạn a, năng lượng hệ dự trữ dưới dạng thế năng. Khi vừa thả ra, cơ năng của hệ chỉ có thế năng, còn động năng bằng 0. Sau đó vật chuyển động nhanh dần về vị trí cân bằng. Trong giai đoạn này, lò xo bớt biến dạng, thế năng giảm, động năng tăng. Khi vật đến vị trí cân bằng, thế năng bằng 0, động năng cực đại. Toàn bộ thế năng chuyến hóa thành động năng.
– Sau đó vật tiếp tục chuyển động theo chiều cũ làm lò xo bị biến dạng nên thế năng tăng, động năng giảm, vật chuyển động chậm dần. Đến khi vật dừng lại, động năng bằng 0, Toàn bộ động năng chuyển thành thế năng. Do cơ năng được bảo toàn, lúc này lò xo giãn ra một đoạn là a so với vị trí cân bằng của m.
– Dao động này được tiếp diễn liên tục theo hai chiều ngược nhau. Như vậy, vật m chuyển động qua lại vị trí cân bằng trên một đoạn thẳng có chiều dài 2a [ với vị trí cân bằng là trung điểm]. Trong quá trình chuyển động, có sự chuyển hóa qua lại giữa động năng và thế năng nhưng cơ năng được bảo toàn.
Lời giải:
– Thế năng giảm dần, động năng tăng dần.
– Nếu bỏ qua sức cản của không khí thì cơ năng của vật khi chạm đất bằng cơ năng của vật khi ném đi.
A. Con lắc chuyển động từ A về đến vị trí C động năng tăng dần, thế năng giảm dần.
B. Con lắc chuyển động từ C đến B, thế năng tăng dần, động năng giảm dần.
C. Cơ năng của con lắc ở vị trí C nhỏ hơn ở vị trí A.
D. Thế năng của con lắc ở vị trí A bằng ở vị trí B.
Lời giải:
Chọn C
Vì trong quá trình chuyển động con lắc có sự chuyển hóa liên tục các dạng cơ năng: thế năng chuyển hóa thành động năng và động năng chuyển hóa thành thế năng nhưng cơ năng luôn được bảo toàn.
A. Con lắc chuyển động từ A về đến vị trí C động năng tăng dần, thế năng giảm dần
B. Con lắc chuyển động từ C đến B,thế năng tăng dần, động năng giảm dần
C. Cơ năng của con lắc ở vị trí C nhỏ hơn ở vị trí A
D. Thế năng của con lắc ở vị trí A bằng ở vị trí B
Lời giải:
Chọn C. Vì cơ năng được bảo toàn
Thế năng của vật ở vị trí là:
A. 50 J
B. 100 J
C. 200 J
D. 600 J
Lời giải:
Chọn D.
Gọi động năng là: Wđ, thế năng là: Wt, cơ năng là: W.
Khi rơi đến vị trí B thì động năng của vật bằng 1/2 thế năng của nó tức là tại B ta có:
WđB = 1/2.WtB ⇒ 2WđB = WtB [1]
Gọi vị trí C là vị trí động năng tiếp tục tăng thêm một lượng là 100J. Vì cơ năng được bảo toàn nên khi động năng tăng 100J thì thế năng sẽ giảm 100J, và khi đó động năng bằng thế năng nên ta có:
WđC = WtC
↔ WđB + 100 = WtB – 100 [2]
Thay [1] vào [2] ta được: WđB + 100 = 2WđB – 100 ⇒ WđB = 200 J
WtB = 400 J
⇒ WB = WtB + WđB = 400 + 200 = 600 J
Tại vị trí A cao nhất nên động năng đã chuyển hóa thành thế năng nên ta có:
WB = WtA = 600 J.
A. có cơ năng bằng không
B. chỉ có thế năng hấp dẫn
C. chỉ có động năng
D. có cả động năng và thế năng hấp dẫn
Lời giải:
Chọn B.
Vì tại vị trí A và C động năng đã chuyển hóa thành thế năng hấp dẫn.
a] Xác định trọng lực tác dụng lên vật.
b] Khi cho vật rơi với vận tốc ban đầu bằng 0. Bỏ qua sức cản không khí. Hỏi khi rơi tới độ cao bằng 5m, động năng của vật có giá trị bằng bao nhiêu?
Tóm tắt:
h = 20m; W = 600 J
a] Độ lớn trọng lực P = ?
b] v0 = 0 m/s; h1 = 5m; Wđ1 = ?
Lời giải:
a] Trọng lực tác dụng lên vật:
b] Vì P = 10.m ⇒ m = P/10 = 3[kg].
Thế năng tại độ cao h1 = 5m là:
Wt1 = 10.m.h1 = 10.3.5 = 150 J.
Cơ năng bảo toàn nên ta có: Wđ1 + Wt1 = W = 600J
Suy ra động năng tại độ cao 5m:
Wđ = W – Wt = 600 -150 = 450J
a] Khi nước đổ từ thác xuống.
b] Khi ném một vật lên theo phương đứng thẳng.
c] Khi lên dây cót đồng hồ.
Lời giải:
a] Có sự biến đổi từ thế năng hấp dẫn sang động năng.
b] Có sự biến đổi từ động năng sang thế năng hấp dẫn.
c] Có sự thực hiện công biến đổi thế năng đàn hồi.
Lời giải:
Các ví dụ: Máy bay đang bay trên bầu trời; Chim đang bay trên bầu trời; Nước chảy từ trên cao xuống.