Tài liệu Bài giảng bài cơ năng vật lý 10 (2)

BÀI 27: CƠ NĂNG KIỂM TRA 1.Định nghĩa và viết biểu thức thế năng trọng trường? 2.Xét bài toán rơi tự do của một vật có khối lượng 2kg, thả vật ở độ cao z= 3m. Tính động năng và thế năng của vật tại vị trí: a) Lúc thả vật. b) Vật ở độ cao z= 2m. c) Lúc vật vừa chạm đất. 1.Thế năng trong Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. Khi một vật có khối lượng m đặt ở đọ cao z so vói mặt đất (trong trọng trường của Trái Đất) thì thế năng trọng trường của vật được định nghĩa bằng công thức: Wt =mgz 2.Chọn góc thế năng tại mặt đất. a)Lúc thả vật : Wđ = 0 (vì vA =0) WtA = mgzA = 2.10.3= 60 (J) z b) W  1 mv 2 A tB B 2 vật rơi tự do với vận tốc đầu bằng 0, B C ta có v 2  v 2  2 gs B 0  vB2  2 gs  2.10.1  20 1 1 2 WđB  mvB  .2.20  20 2 2 tB  mgz B  2.10.2  40 c) z A B WtC  mgzC  0( zC  0) 1 1 2 WđC  mvC  .2.60  60( J ) 2 2 vC2  v02  2 gs  2.10.3  60( J ) W A  WtA  WđA  60( J ) WB  WtB  WđB  60( J ) WC  WtC  WđC  60( J ) C I. CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 1. Định nghĩa Khi một vật chuyển động trong trọng trường thì tổng động năng và thế năng của vật được gọi là cơ năng của vật trong trọng trường. Biểu thức: 1 2 W  Wđ  Wt  mv  mgz 2 (27.1) I. CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng Xét một vật có khối lượng m chuyển động không ma sat trong trọng trường từ M đến N M oTrong quá trình chuyển động m của vật, lực nào thực hiện công? N oCông này liên hệ thế nào với độ biến thiên động năng và hiệu thế năng của vật? 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng Xét một vật có khối lượng m chuyển động trong trọng trường từ vị trí M đến N Trong quá trình chuyển động của M vật, công A của trọng lực được xác m định bởi hiệu thế năng tại M và N: AMN =Wt (M)- Wt (N) (27.2) Công của trọng lực được tính bằng N độ biến thiên động năng của vật từ M đến N: AMN =Wđ (N)-Wđ (N) (27.3) I. CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng -Nhận xét hiệu thế năng và độ biến thiên động năng giữa hai vị trí M và N? -So sánh giá trị cơ năng của vật tại hai vị trí M và N? I.CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng trong đó 1 2 Wđ (M)= mv1 2 1 2 mv2 Wđ (N)= 2 lần lượt là động năng đầu và động năng cuối của vật tại vị trí M và N. I.CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển đông trong trọng trƣờng ta có: Wt (M) - Wt (N) = Wđ (N) - Wđ (M) Wđ (M) +Wt(M) = Wđ (N) + Wt (N) W(M) = W(N) (27.4) Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là đại lượng bảo toàn. I.CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng Biểu thức: W =Wđ + Wt = hằng số (27.5) 1 2 hay mv  mgz= hằng số 2 *Hệ quả • Nếu động năng giảm thì thế năng 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. I.CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng Bài tập ví dụ: Con lắc đơn tạo bởi một vật nặng nhỏ gắn vào đầu một sợi dây mảnh không dãn, đầu kia can dây gắn cố định tại C (hình 27.2) I.CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng Bài tập ví dụ a) Chứng minh rằng A và B đối xứng nhau qua CO. b) Vị trí nào động năng cực đại? Cực tiểu? c) Trong quá trình nào động năng chuyển hóa thành thế năng và A ngược lại? B M I.CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng Bài tập ví dụ: a)WA = WB Tại A và B vật thay đổi chuyển động nên vật tốc tại hai vị trí này bằng 0 Do đó: Wđ(A) = Wđ(B) = 0 → Wt (A ) = Wt (B ) Vậy A và B cùng độ cao. I.CƠ NĂNG CỦA VẬT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TRỌNG TRƢỜNG 2.Sự bảo toàn cơ năng của vật chuyển động trong trọng trƣờng Bài tập ví dụ: b) Wđ (0 ) =Wđmax do Wt (0) = Wtmin =0 nên Wđ (A) =Wđ (B) =Wđmin c) Trong quá trình chuyển động, vật đi từ A đến 0 và từ B về 0 thì thế năng chuyển hóa thành động năng và ngược lại. II. CƠ NĂNG CỦA VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI Khi một vật chịu tác dụng can lực đàn hồi gây bởi sự biến dạng can lò xo đàn hồi thì trong quá trình chuyển động của vật, cơ năng được tính bằng tổng động năng và thế năng đàn hồi của vật là một đại lượng bảo toàn. Biểu thức: 1 1 2 W= mv  k( l)2 = hằng số 2 2 II. CƠ NĂNG CỦA VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI Bài tập ví dụ: Một vật có khối lượng A m, chuyển động không vận tốc đầu từ m độ cao h= 5m xuống chân mặt phẳng nghiêng vận tốc v = 6m/s. Cơ năng B của hệ có bảo toàn không? Tại sao? II. CƠ NĂNG CỦA VẬT CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC ĐÀN HỒI Bài tập ví dụ: Chọn gốc thế năng tại chân mặt phẳng nghiêng W(A) = Wt (A) = mgh= 49m 1 W(B) = Wđ (B) = mv 2B =18m 2 Afms = W =W(A) – W(B) =31m Định luật bảo toàn cơ năng chỉ nghiệm đúng khi vật chuyển động chỉ chịu tác dụng can trọng lực, lực đàn hồi, ngoài ra nếu vật chịu thêm tác dụng can lực ma sát thì cơ năng của vật sẽ biến đổi. Công của lực ma sát sẽ bằng độ biến thiên cơ năng.