Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo Bài 15: Năng lượng và công

a. Khái niệm năng lượng

Tất cả mọi quá trình như: xe chuyển động trên đường, thuyền chuyển động trên nước, bánh được nướng trong lò, đèn chiếu sáng, sự phát triển của động vật và thực vật, sự tư duy của con người đều cần đến năng lượng.

Năng lượng trong đời sống hằng ngày:

a) xe chuyển động trên đường

b) thuyền chuyển động trên mặt nước

c) bánh được nướng trong lò

d) đèn chiếu sáng

e) cây bảy mầm và lớn lên

f) con người hoạt động tư duy

b. Tính chất của năng lượng

Năng lượng của một hệ bất kì luôn có một số tính chất sau:

- Năng lượng là một đại lượng vô hướng.

- Năng lượng có thể tồn tại ở những dạng khác nhau.

- Năng lượng có thể truyền từ vật này sang vật khác, hoặc chuyển hóa qua lại giữa các dạng khác nhau và giữa các hệ, các thành phần của hệ.

- Trong hệ SI, năng lượng có đơn vị là jun (J)

- Một đơn vị thông dụng khác của năng lượng là calo. Một calo là lượng năng lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ 1g nước lên thêm 1^oC

1 cal = 4,184 J

a. Quá trình truyền và chuyển hóa năng lượng

Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi mà chỉ truyền từ vật này sang vật khác hoặc chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Như vậy, năng lượng luôn được bảo toàn.

a) đốt vật bằng băng kính lúp

b) đun nước bằng bếp gas

c) cọ sát để tạo lửa

d) sạc điện thoại không dây

Năng lượng chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác

Năng lượng được truyền từ vật này sang vật khác

b. Minh họa sự chuyển hóa năng lượng và định luật bảo toàn năng lượng

- Mô hình 1: Mô hình thủy điện

Nước được đưa lên bình chứa, sau đó chảy từ trên cao xuống làm quay tuabin của máy phát điện và làm sáng bóng đèn.

Mô hình thủy điện

- Mô hình 2: Mô hình tháp quang năng

Ánh sáng được chiếu từ nguồn sáng (đèn, Mặt Trời) đến chân tháp để làm nóng dòng khí đi vào chân tháp. Dòng khí nóng chuyển động lên trên làm cho cánh quạt đặt ở đỉnh tháp quay. Trên thực tế, sự chuyển động của các đòng khí này làm xoay các tuabin đặt ở chân tháp, từ đó tạo ra điện.

Mô hình tháp quang năng

⇒ Năng lượng được truyền và chuyển hóa từ vật này sang vật khác, dạng này sang dạng khác.

a. Biểu thức tính công và đơn vị của công

Về mặt toán học, công của một lực được đo bằng tích của ba đại lượng: độ lớn lực tác dụng F, độ lớn độ dịch chuyển d và cosin góc hợp bởi vecto lực tác dụng và vecto độ dịch chuyển theo biểu thức: \(A = F.d.\cos \theta \)

- Ví dụ:

Lực tác dụng làm thùng hàng di chuyển

Lưu ý: Khi vật chuyển động thẳng theo một chiều thì độ dịch chuyển d chính bằng quãng đường đi được s và công được tính theo công thức: \(A = F.s.\cos \theta \)

- Công cơ học chính là số đo của phần năng lượng cơ học được chuyển hoá. Vì vậy, đơn vị của công chính là đơn vị của năng lượng.

- Đơn vị của công chính là đơn vị của năng lượng 1J = 1N.1m

b. Các đặc điểm của công

- Công là một đại lượng vô hướng

- Khi \({0^o} \le \theta  < {90^o}\): công của lực có giá trị dương và được gọi là công phát động

Vận động viên kéo vật nặng → Công phát động

- Khi \({90^o} < \theta  \le {180^o}\): công của lực có giá trị âm và được gọi là công cản

Dùng dây để kéo chú chó → Công cản

- Khi \(\theta  = {90^o}\): khi lực tác dụng vuông góc với độ dịch chuyển thì công bằng 0

Nhân viên khuân các thùng hàng đang đi đều → Công bằng 0

c. Vận dụng biểu thức tính công

Ví dụ: Trong nội dung cử đẩy, vận động viên cử tạ phải thực hiện ba giai đoạn: nâng tạ lên một độ cao nhất định, giữ tạ tại độ cao đó trong một khoảng thời gian quy định, hạ tạ xuống mặt đất (Hình 15.10). Vào năm 2020, một vận động - viên trẻ người Việt Nam đã tạo tiếng vang khi thực hiện thành công phần thi cử đẩy với khối lượng tạ là 136 kg. Hãy tính công tối thiểu do lực đẩy tạ của vận động viên này sinh ra ứng với giai đoạn nâng tạ và giữ tạ. Biết độ cao mà vận động viên này phải nâng tạ lên là khoảng 1,7 m.

Qúa trình nâng tạ của vận động viên cử tạ

Hướng dẫn giải:

Chọn trục toạ độ thẳng đứng có chiều dương hướng lên. Để nâng và hạ tạ, lực do vận động viên tác dụng vào tạ phải có độ lớn ít nhất bằng với trọng lượng của tạ:

\(F = {m_t}.g = 136.9,8 = 1332,8N\)

- Giai đoạn nâng tạ lên: Lực tác dụng của tay người đặt vào tạ và độ dịch chuyển của tạ cùng hướng và có giá trị dương do đó:

\(A = F.d.\cos {0^o} = 1332,8.1,7.1 = 2265,76J\)

- Giai đoạn giữ tạ: Tạ không có độ dịch chuyển, do đó:

A = 0J

Bài tập 1: Năng lượng có tính chất nào?

Hướng dẫn giải:

Năng lượng của một hệ bất kì luôn có một số tính chất sau:

- là một đại lượng vô hướng;

- có thể tồn tại ở những dạng khác nhau;

- có thể truyền từ vật này sang vật khác, hoặc chuyển hóa qua lại giữa các dạng khác nhau và giữa các hệ, các thành phần của hệ.

Bài tập 2: Một thang máy khối lượng m = 600 kg chuyển động thẳng đứng lên cao 10 m. Tính công của động cơ để kéo thang máy lên khi thang máy đi lên nhanh dần đều với gia tốc \(a = 1m/{s^2}\). Lấy \(g = 10m/{s^2}\). Chọn chiều dương hướng lên trên.

Hướng dẫn giải:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động.

Áp dụng định luật II Newton ta có: \(\overrightarrow {{F_k}}  + \overrightarrow P  = m.\overrightarrow a \)

Chiếu biểu thức định luật II Newton xuống chiều dương đã chọn.

\( \Rightarrow {F_k} - P = m.a \Rightarrow {F_k} = m\left( {a + g} \right)\)

Công của lực kéo là:

\(A = F.d.\cos \theta  = m\left( {a + g} \right).10.\cos {0^o} = 600.\left( {1 + 10} \right).10.1 = 66000(J)\)

Sau bài học này, học sinh sẽ nắm được:

- Định luật bảo toàn năng lượng

- Công

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo Chương 6 Bài 15 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo Chương 6 Bài 15 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 94 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Câu hỏi thảo luận 1 trang 95 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Câu hỏi thảo luận 2 trang 95 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Câu hỏi thảo luận 3 trang 95 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 96 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Vận dụng trang 96 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Câu hỏi thảo luận 4 trang 97 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Câu hỏi thảo luận 5 trang 97 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Câu hỏi thảo luận 6 trang 97 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Câu hỏi thảo luận 7 trang 98 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Luyện tập trang 99 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Vận dụng trang 99 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập 1 trang 99 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập 2 trang 99 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập 3 trang 99 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập trắc nghiệm 15.1 trang 47 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập trắc nghiệm 15.2 trang 48 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập trắc nghiệm 15.3 trang 48 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập trắc nghiệm 15.4 trang 48 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập trắc nghiệm 15.5 trang 48 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập trắc nghiệm 15.6 trang 48 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập trắc nghiệm 15.7 trang 49 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.1 trang 49 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.2 trang 49 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.3 trang 49 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.4 trang 50 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.5 trang 50 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.6 trang 50 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.7 trang 51 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.8 trang 51 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.9 trang 51 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Giải bài tập tự luận 15.10 trang 52 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!