MỤC TIÊU
- Viết được biểu thức tính động năng của vật.
- Viết được biểu thức tính thế năng của vật ở gắn mặt đất.
- Nêu được cơ năng là tổng động năng và thế năng của vật.
- Vận dụng khái niệm cơ năng phân tích được sự chuyển hoá năng lượng trong một số trường hợp đơn giản.
TÓM TẮT KIẾN THỨC
Ở các nhà máy thuỷ điện, người ta xây dựng hồ chứa nước ở trên cao và sử dụng dòng nước chảy trong ống dẩn từ trên cao xuống để làm quay tuabin của máy phát điện. Trong trường hợp này, điện năng được tạo ra từ những dạng năng lượng nào?
Trong trường hợp trên, điện năng được tạo ra từ những dạng năng lượng:
- Thế năng dòng nước chuyển hóa thành động năng của dòng nước.
- Động năng dòng nước chuyển hóa thành động năng của tuabin, động năng của tuabin chuyển hóa thành điện năng.
1. Động năng và thế năng
1.1. Xác định biểu thức tính động năng
Thảo luận
Câu hỏi 1: Trong Hình 2.1, vật chuyển động nào có động năng lớn nhất? Giải thích.
Trong chương trình môn Khoa học tự nhiên lớp 6, ta đã biết rằng động năng là dạng năng lượng mà một vật có được do chuyển động. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn.
Vật có động năng lớn nhất là máy bay đang chuyển động trên bầu trời vì động năng phụ thuộc vào khối lượng và vận tốc. Trong ba vật, máy bay có khối lượng và vận tốc lớn nhất.
Ghi nhớ:
Động năng của một vật được xác định bởi biểu thức:
Trong đó:
- Wđ (J) là động năng của vật.
- m (kg) là khối lượng của vật.
- v (m/s) là tốc độ chuyển động của vật.
Củng cố kiến thức
Tính động năng của các vật sau:
a) Một quả bóng đá có khối lượng 0,42 kg đang chuyển động với tốc độ 15 m/s.
b) Một ô tô tải có khối lượng tổng cộng 2,5 tấn đang chạy trên đường với tốc độ 54 km/h.
c) Một viên bi sắt có khối lượng 420 g đang lăn trên mặt phẳng nằm ngang với tốc độ 50 cm/s.
1.2. Xác định biểu thức tính thế năng
Thảo luận
Câu hỏi 2: Trong hình dưới đây, chậu cây nào có thế năng lớn nhất? Giải thích.
Vật có trọng lượng càng lớn và độ cao càng lớn thì thế năng của vật đó càng lớn.
Trong ba chậu cây, chậu A và C trông lớn hơn chậu B nên trọng lượng của chậu A và C lớn hơn B. Mà chậu A ở vị trí cao hơn chậu C. Vì vậy, chậu cây A có thế năng lớn nhất.
Ghi nhớ
Thế năng của một vật ở gần mặt đất được xác định bởi biểu thức:
Wt = PhTrong đó:
- Wt (J) là thế năng của vật.
- P (N) là khối lượng của vật.
- h (m) là độ cao của vật so với mặt đất (hoặc vật được chọn làm mốc).
Củng cố kiến thức
Một quả dừa khối lượng 1,2 kg ở trên cây có độ cao 4 m so với mặt đất. Tính thế năng của quả dừa.
Trọng lượng của quả dừa là:
2. Cơ năng và sự chuyển hoá năng lượng
2.1. Định nghĩa cơ năng
Thảo luận
Câu hỏi 3:Nêu thêm một số ví dụ minh họa cho các vật vừa có động năng, vừa có thế năng.
Dựa vào kiến thức đã học về các đại lượng thế năng, động năng để tìm các ví dụ minh họa ngoài cuộc sống: Máy bay trên không trung, con diều đang chao đảo trên trời, quả bóng chuyển trong trận đấu, quả cầu lông khi đang chơi cầu lông…
Ghi nhớ
Tổng động năng và thế năng của vật được gọi là cơ năng.W = Wđ + WtTrong hệ SI, đơn vị đo cơ năng là jun (J).
2.2. Phân tích sự chuyển hoá năng lượng trong một số trường hợp đơn giản
Thảo luận
Câu hỏi 4: Trong chuyển động của con lắc (Hình 2.4), ở những vị trf nào vật nặng có:
a) thế năng lớn nhất?
b) động năng lớn nhất?
a. Vật có thế năng lớn nhất ở vị trí A và B vì điểm A và điểm B có độ cao bằng nhau và cao hơn vị trí O và M.
b. Vật có động năng lớn nhất ở vị trí O vì gốc thế năng chọn tại O, thế năng tại A chuyển hóa toàn bộ thành động năng tại O.
Củng cố kiến thức
Một em bé có khối lượng 25 kg bắt đầu trượt từ đỉnh cầu trượt có độ cao 1,6 m so với mặt đất với tốc độ ban đầu bằng không. Chọn gốc thế năng tại mặt đất.
a. Tính cơ năng của em bé tại đỉnh cầu trượt.
b. Động năng và thế năng của em bé thay đổi như thế nào trong quá trình trượt xuống?
a. Tại đỉnh cầu trượt, động năng của em bé là:
Câu 5: Mô tả sự biến đổi giữa động năng và thế năng trong chuyển động của quả bóng rơi (Hình 2.5a) và vận động viên giậm nhảy qua xà (Hình 2.5b).
a) Quả bóng rơi
- Tại vị trí A, quả bóng có thế năng lớn nhất, động năng bằng không.
- Từ vị trí A đến B và C, quả bóng có thế năng giảm dần, động năng tăng dần.
- Tại vị trí C trước khi chạm đất, quả bóng có động năng là lớn nhất, thế năng bằng không.
b) Vận động viên nhảy cao qua xà
- Từ vị trí A đến B, vận động viên có thế năng tăng dần, động năng giảm dần.
- Tại vị trí B, vận động viên có thế năng bằng không, động năng bằng không.
- Từ vị trí B đến C, quả bóng có thế năng giảm dần, động năng tăng dần.
- Tại vị trí C trước khi chạm đệm, vận động viên có động năng là lớn nhất, thế năng bằng không.
Ghi nhớ
Trong quá trình vật chuyển động, động năng và thế năng của vật có thể chuyển hoá qua lại lẫn nhau.
Củng cố kiến thức
Vẽ sơ đồ chuyển hóa năng lượng của nhà máy thủy điện đã nêu ở phần Mở đầu bài học.
Vận dụng kiến thức
Nêu một trường hợp trong đó con người sử dụng cơ năng vào mục đích có ích. Phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong trường hợp đó.
- Sử dụng cơ năng để các phương tiện (xe đạp, ô tô, xe máy,..) chuyển động được. Trong quá trình hoạt động của các phương tiện có sự chuyển hóa năng lượng từ điện năng, hóa năng thành động năng, thế năng, nhiệt năng,…
- Sử dụng cơ năng để tạo ra gió mát trong các thiết bị quạt (quạt trần, quạt cây, quạt treo tường, …). Trong quá trình quạt hoạt động có sự chuyển hóa năng lượng từ điện năng thành động năng, nhiệt năng,…
BÀI TẬP
Đang cập nhật
