Bài giảng Vật lí 10 - Công và công suất - Động năng - Thế năng - Cơ năng

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 10 - Công và công suất - Động năng - Thế năng - Cơ năng

1. CHỦ ĐỀ: NĂNG LƯỢNG CÔNG VÀ CÔNG SUẤT - ĐỘNG NĂNG - THẾ NĂNG - CƠ NĂNG
2. A. CÔNG VÀ CÔNG SUẤT I. CÔNG VD: Trong trường hợp nào sau đây ta nói : “Có công cơ học” ? A. Công thành danh toại B. Ngày công của một lái xe là 100000 đồng C. Con ngựa đang kéo xe thực hiện công
3. 1. Khái niệm về công - Một lực sinh công khi nó tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực chuyển dời. - Khi điểm đặt của lực chuyển dời một đoạn s theo hướng của lực thì công do lực sinh ra là: A = F. s
4. 2. Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát Xét 1 máy kéo, kéo 1 khúc gỗ trượt trên đường bằng 1 sợi dây căng. y F1 F o F x 2
5. 2. Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát F1 F FFF=+12 F 2 M s N =>A = A1 + A2 A1 = F1.0 = 0 A2 = F2.MN = F2.s F2= F.cos ; [ = ( F , s )] A2 = F . s .cos Vậy: A = A1 + A2 = 0 + F.s.cos =A F. s .cos
6. 2. Định nghĩa công trong trường hợp tổng quát Khi lực F không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực một góc α thì công thực hiện bởi lực đó được tính theo công thức: A= F.s . c os
7. 3. Biện luận: A= F.s . c os M N M N N M 0 =00 00 900 =90 Cos = 1 A = F . s CAos 0 0 Cos =0 A= 0 (công phát động) F M N M N 9000 180 =1800 cos 0 A 0 Cos = − 1 A = − F . s (công cản)
8. 4. Đơn vị Khi F s , ta có: A = F.s Mét (m) Niuton (N) Jun (J) 1N.1m = 1J Jun là công do lực có độ lớn là 1N thực hiện khi điểm đặt của lực chuyển dời 1m theo hướng của lực (α = 0).
9. 5. Chú ý Các công thức tính công : A = F.s và A = F.s.cosα chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong quá trình chuyển dời. F 1 F F 2
10. 6. Vận dụng Một người kéo một hòm gỗ khối lượng 80kg trượt trên sàn nhà bằng một dây có phương hợp góc 30 0 so với phương nằm ngang. Lực tác dụng lên dây bằng 150N. Tính công của lực đó khi lực trượt đi được 20m. F M s N Áp dụng công thức: A = F.s.cosα =150.20.cos30 =2595J
11. Công của hổ sinh ra bằng với công của báo, nhưng thời gian sinh công của chúng khác khác nhau. Start Quan sát, so sánh công và thời gian sinh công của của hai con vật ?
12. II. CÔNG SUẤT 1. Khái niệm công suất Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian A P = t 2. Đơn vị công suất A Jun (J) 1 W = 1 J/s P = Giây (s) 1 kW = 1000 W t 1MW = 106 W J/s(W)
13. II. CÔNG SUẤT 2. Đơn vị công suất Công suất của động cơ còn được tính bằng đơn vị mã lực. Mã lực là công suất xấp xỉ bằng công suất một con ngựa: Ở Pháp: 1 mã lực = 1CV = 736W Ở Anh: 1 mã lực = 1HP = 746W * Chú ý: - Khái niệm công suất cũng được mở rộng cho các nguồn phát năng lượng không phải dưới dạng sinh công cơ học. Ví dụ: động cơ, đèn, trạm phát sóng - Cũng định nghĩa công suất tiêu thụ của một thiết bị tiêu thụ nămg lượng bằng năng lượng tiêu thụ của thiết bị đó trong một đơn vị thời gian: 1kWh = 3600 kJ
14. B. ĐỘNG NĂNG I. KHÁI NIỆM ĐỘNG NĂNG 1. Năng lượng - Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của vật hoặc hệ vật. - Mọi vật xung quanh ta đều mang năng lượng. Thực hiện công - Quá trình trao đổi năng lượng diễn ra Truyền nhiệt dưới 3 dang: Phát ra các tia nhiệt
15. Máy kéo Thực hiện công Cần cẩu Thực hiện công Lò nung Truyền nhiệt Mặt trời Phát ra các tia nhiệt Lũ quét Thực hiện công
16. 2. Động năng Ta xét các ví dụ sau đây
17. 2. Động năng Động năng là năng lượng mà vật có được khi nó đang chuyển động. Khi một vật có động năng thì vật đó có thể tác dụng lực lên vật khác và lực này sinh công.
18. II. CÔNG THỨC TÍNH ĐỘNG NĂNG 1. Công thức m v : động năng ( J ) Wd mv2 W = m : Khối lượng ( kg ) d 2 v : vận tốc ( m/s )
19. * Chú ý: - Động năng của vật là một đại lượng vô hướng và luôn luôn dương. - Động năng có tính tương đối. - Động năng phụ thuộc vào 2 yếu tố: Khối lượng (m) và vận tốc (v).
20. 2. Bài toán tính động năng của một vật • Bước 1: Đổi đơn vị nếu cần. • Bước 2: Tính khối lượng của vật P P= m. g → m = g • Bước 3: Tính vận tốc của vật s s= v. t → v = t • Bước 4: Thế m và v vào công thức động năng.
21. Ví dụ: Một viên đạn khối lượng 10g bay ra từ nòng súng với vận tốc 600 m/s và một vận động viên khối lượng 58 kg chạy với vận tốc 8 m/s. Hãy xác định động năng của viên đạn và của vận động viên? Giải Động năng của đạn: = =   = Động năng của vận động viên: 11 W=mv22 =  58  8 = 1856( J ) d 22
22. v1 v2 F F 1 s 2
23. III. Định lý biến thiên động năng 1. Định lý 1 2 Wd11= mv 2 WW−=A Từ dd21 =Wd A 1122 1 2 mv−= mv A W = mv 21 d 222 22 Định lí: Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật. A > 0: động năng tăng A < 0: động năng giảm
24. 2. Bài toán sử dụng định lí động năng tính công của ngoại lực • Bước 1: Đổi đơn vị nếu cần. • Bước 2: Tính động năng tại vị trí ban đầu. • Bước 3: Tính động năng tại vị trí sau của vật • Bước 4: Thế vào công thức của định lí động năng để tính công của ngoại lực.
25. Ví dụ: Tính công của lực hãm cần thực hiện để làm một xe có khối lượng m = 1tấn giảm vận tốc 108 km/h xuống đến 36 km /h ? Giải Áp dụng định lý biến thiên động năng: 11 A=− mv22 mv 2221 11 A = 1000  1022 −  1000  30 22 AJ=−400000( )
26. Z Haõy quan saùt vaø cho nhaän xeùt! Vaät naëng ñöôïc ñöa leân moät ñoä cao Z, vaät coù mang naêng löôïng khoâng? Vì sao?
27. Haõy quan saùt vaø cho nhaän xeùt! Moät loø xo ñang bò neùn, loø xo coù mang naêng löôïng khoâng? Vì sao?
28. C. THẾ NĂNG I. THEÁ NAÊNG TROÏNG TRÖÔØNG 1. Troïng tröôøng - Troïng tröôøng toàn taïi xung quanh traùi ñaát, taùc duïng troïng löïc leân caùc vaät coù khoái löôïng m ñaët trong troïng tröôøng. - Troïng löïc: P= mg F mg ag= = = Gọi là gia tốc trọng trường mm
29. 2. Theá naêng troïng tröôøng. (hay theá naêng haáp daãn) a, Ñònh nghóa: Theá naêng troïng tröôøngSo cuûa saùnh moättheá vaät laø daïng naêng löôïng coù ñöôïc do töông taùc giöõanaêng Traùicuûa Ñaátvaät vaø vaät; phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa vaät trong troïng tröôøng. ôû hai vò trí? Z Z
30. 2. Theá naêng troïng tröôøng. (hay theá naêng haáp daãn) b, Bieåu thöùc theá naêng troïng tröôøng Wt = mgz z: Ñoä cao cuûa vaät so vôùi goác theá naêng. Z m:Khoái löôïng cuûa vaät. g: Gia toác troïng tröôøng. * Chú ý: Thường chọn mốc (hay gốc) thế năng tại mặt đất và chiều dương của z hướng lên. O
31. 3. Lieân heä giöõa bieán thieân theá naêng vaø coâng cuûa troïng löïc (Ñoïc theâm) Vaät töø vò trí M ñeán vò trí N: AP(MN) = Wt(M) – Wt(N) Z * Kết luận: Khi một vật di chuyển M Z trong trọng trường từ vị trí M đến 1 vị trí N thì công của trọng lực của vật có giá trị bằng hiệu thế năng p trọng trường tại M và tại N. Z2 N - Khi vật giảm độ cao, thế năng của vật giảm thì trọng lực sinh công dương; - Khi vật tăng độ cao, thế năng của vật tăng thì trọng lực sinh công âm.
32. I. THEÁ NAÊNG TROÏNG TRÖÔØNG 4. Vận dụng VD1: Chọn gốc thế năng là mặt đất, thế năng của vật nặng 2kg ở dưới đáy 1 giếng sâu 10m, g = 10m/s2 là bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Wt = mgz = -200J VD2: Người ta tung quả cầu m = 250g từ độ cao 1,5m so với mặt đất. Hỏi khi vật đạt v = 23km/h thì vật đang ở độ cao bao nhiêu so với mặt đất. Chọn vị trí được tung làm gốc thế năng, g = 10m/s2. Hướng dẫn giải: A = ½ mv2= 5,12J A = Wt = mgz =zm2,048 h = h0 +z = 3,548m VD3: Một vật có m = 1,2kg đang ở độ cao 3,8m so với mặt đất. Thả cho rơi tự do, tìm công của trọng lực và vận tốc của vật khi vật rơi đến độ cao 1,5m. Hướng dẫn giải: A = mgz1 – mgz2 = 27J; A = ½ mv2 = 27 v = 3 5 m/s
33. II- THEÁ NAÊNG ÑAØN HOÀI. 1. Coâng cuûa löïc ñaøn hoài Khi lò xo bị biến dạng một đoạn l thì công của lực đàn hồi khi vật chuyển động từ vị trí đó về vị trí cân bằng là: Fdh l0 l ll0 + Tổng quát: khi đưa lò xo từ vị trí bị biến dạng l1 về vị trí bị biến dạng l2 thì công của lực đàn hồi thực hiện được xác định bằng công thức: 1122 A= k.( l) − k( l ) 2212
34. I. Công của lực 2. Thế năng đàn hồi đàn ồi: • Định nghĩa: Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu tác dụng của lực đàn hồi (khi bị biến dạng đàn hồi). • Biểu thức của thế năng đàn hồi: Chọn mốc thế năng tại vị trí lò xo không biến dạng. Thế năng đàn hồi khi vật bị biến dạng l được tính theo công thức: Wt: thế năng đàn hồi (J). 1 2 k: độ cứng của lò xo (N/m). Wt = k.( l) 2 l : độ biến dạng của lò xo (m).
35. 3. Liên hệ công của lực đàn hồi và thế năng đàn hồi Công của lực đàn khi đưa lò xo từ vị trí bị biến dạng l1 về vị trí bị biến dạng l2 bằng hiệu thế năng đàn hồi của lò xo tại vị trí đầu và tại vị trí cuối. 1122 A= k.( l) − k( l ) 2212 AWW=−t1 t2 Chú ý: Lực đàn hồi cũng là lực thế: công của lực đàn hồi không phụ thuộc hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối. 35
36. D. CƠ NĂNG Khi thác nước chảy từ trên cao xuống thì nó có những dạng năng lượng nào?
37. I. CƠ NĂNG CỦA MỘT VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƯỜNG 1. Định nghĩa Cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường bằng tổng động năng và thế năng trọng trường của vật. 1 W = W + W = mv2 + mgz đ t 2 Kí hiệu: w là cơ năng của vật, đơn vị là J
38. 2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường Bài toán: Một vật m chuyển động trong trọng trường từ M (độ cao zM) đến N (độ cao M zN). Biết vận tốc của vật tại M là v1 và tại N là v2. Tìm mối P z liên hệ giữa động năng và M N thế năng của vật trong quá trình vật chuyển động từ M zN P đến N. Mốc thế năng
39. 2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường M AMN = Wt(M) - Wt(N) (1) P AMN = W®(N) - W®(M) (2) z M N Tõ (1), (2) suy ra: zN W(M) = W(N) (3) P Mốc thế năng
40. 2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trường * Nội dung định luật: Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn * Biểu thức: W = W® + Wt = h»ng sè 1 W = mv2 + mgz = h»ng sè 2
41. C Ví dụ: A B O M 3. Hệ quả - Nếu Wđ giảm thì Wt tăng (động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại. - Tại vị trí nào động năng cực đại thì thế năng cực tiểu và ngược lại.
42. II. CƠ NĂNG CỦA MỘT VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI 1. Định nghĩa Cơ năng của vật chuyển động dưới tác dụng của lực đàn hồi bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật 1 1 W = W + W = mv2 + k(∆l)2 đ tđh 2 2
43. 2. Sự bảo toàn cơ năng của vật chịu tác dụng của lực đàn hồi * Nội dung định luật: Khi một vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng của một lò xo đàn hồi thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn. * Biểu thức: 1 1 W = W + W = mv2 + k(∆l)2 = hằng số đ tđh 2 2
44. 3. Chú ý - Một vật chuyển động chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực đàn hồi thì cơ năng của vật bảo toàn. - Nếu vật còn chịu thêm tác dụng của lực cản, lực ma sát thì cơ năng của vật không bảo toàn. Công của lực cản, lực ma sát sẽ bằng độ biến thiên cơ năng.