Khởi động trang 102 Vật Lí 10: Kỉ lục nhảy sào thế giới hiện nay là 6,17 m do vận động viên người Thụy Điển Amand Duplantis lập năm 2020, kỉ lục nhảy cao thế giới hiện nay là 2,45 m do vận động viên người Cuba Javier Sotomayor lập năm 1993. Tại sao vận động viên nhảy sào có thể nhảy cao hơn vận động viên nhảy cao nhiều đến thế?

Phương pháp giải:

Liên hệ thực tế

Trả lời:

Do vận động viên nhảy sào dùng cây sào làm đòn bẩy, còn vận động viên nhảy cao dùng chân làm sức bật, cây sào có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với với dùng chân làm sức bật dẫn đến sự chênh lệch nhiều đến vậy.

I. Sự chuyển hoá giữa động năng và thế năng

Câu hỏi 1 trang 102 Vật Lí 10: Khi nước chảy từ thác nước xuống:

a) Lực nào làm cho nước chảy từ đỉnh thác xuống dưới?

b) Lực nào sinh công trong quá trình này?

c) Động năng và thế năng của nó thay đổi như thế nào?

d) Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng động năng và độ giảm thế năng?

Phương pháp giải:

+ Công là lực được sinh ra khi có lực tác dụng vào vật làm cho vật dịch chuyển

+ Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

Trả lời:

a) Lực làm cho nước chảy từ đỉnh thác xuống dưới là trọng lực

b) Lực sinh công trong quá trình này là trọng lực

c) Tại đỉnh tháp thế năng cực đại, động năng bằng 0, càng xuống dưới thì thế năng giảm và động năng tăng

d) Độ tăng động năng bằng độ giảm thế năng.

a) Khi vật đi lên có những lực nào tác dụng lên vật, lực đó sinh công cản hay công phát động?

b) Trong quá trình vật đi lên rồi rơi xuống thì dạng năng lượng nào tăng, dạng năng lượng nào giảm? Hãy dự đoán về mối liên hệ giữa độ tăng của động năng và độ giảm của thế năng.

Phương pháp giải:

+ Công là lực được sinh ra khi có lực tác dụng vào vật làm cho vật dịch chuyển

+ Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

Trả lời:

a) Khi vật đi lên thì có lực cản của không khí tác dụng lên vật, lực đó sinh công cản

b) Trong quá trình đi lên, thế năng tăng và động năng giảm. Khi vật rơi xuống thì thế năng giảm và động năng tăng

Động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau nên độ tăng của động năng và độ giảm thế năng bằng nhau.

Câu hỏi 1 trang 102 Vật Lí 10: Trên Hình 26.1 là một phần đường đi của tàu lượn siêu tốc. Em hãy phân tích sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của tàu lượn trên từng đoạn đường.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học trong KHTN 6

Trả lời:

Chọn mốc tại mặt đất, chiều dương là chiều chuyển động của tàu

+ Từ A – B: Động năng giảm, thế năng tăng đến giá trị cực đại

+ Từ B – C: Động năng tăng, thế năng giảm

+ Từ C – D: Động năng giảm, thế năng tăng

+ Từ D – E: Động năng tăng, thế năng giảm

Câu hỏi 2 trang 102 Vật Lí 10: Trong các quá trình  hoạt động của tàu lượn siêu tốc, ngoài động năng và thế năng còn có dạng năng lượng nào khác tham gia quá trình chuyển hóa?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức đã học trong KHTN 6

Trả lời:

Trong quá trình hoạt động của tàu lượng siêu tốc, ngoài động năng và thế năng tham gia vào quá trình chuyển hóa thì còn có nhiệt năng.

Giải vật lí 10 trang 103 Tập 1 Kết nối tri thức

II. Định luật bảo toàn cơ năng

Câu hỏi 1 trang 103 Vật Lí 10: 1. Khi vật chuyển động trên cung AO thì:

a) Những lực nào sinh công? Công nào là công phát động, công nào là công cản?

b) Động năng và thế năng của vật thay đổi như thế nào?

2. Trả lời những câu hỏi trên trong quá trình vật chuyển động trên cung OB.

3. Nếu bỏ qua ma sát thì A và B luôn nằm trên cùng một độ cao. Hiện tượng này chứng tỏ điều gì?

Phương pháp giải:

Quan sát hình và vận dụng kiến thức đã học

Trả lời:

1.

a) Khi vật chuyển động trên cung AO thì lực sinh công là lực ma sát, lực kéo

Công phát động là công của lực đẩy, công cản là công của lực ma sát

b) Chọn mốc thế năng tại O

Từ A đến O, thế năng giảm dần và động năng tăng dần

2.

a) Khi vật chuyển động trên cung OB thì lực sinh công là lực ma sát, lực kéo

Công phát động là công của lực đẩy, công cản là công của lực ma sát

b) Chọn mốc thế năng tại O

Từ O đến B, thế năng tăng dần và động năng giảm dần

3.

Nếu bỏ qua ma sát thì A và B luôn nằm trên cùng một độ cao. Hiện tượng này chứng tỏ cơ năng luôn được bảo toàn, động năng và thế năng luôn chuyển hóa qua lại lẫn nhau.

Câu hỏi trang 103 Vật Lí 10: Hình 26.3 mô tả vận động viên tham gia trượt ván trong máng. Bỏ qua mọi ma sát, hãy phân tích sự bảo toàn cơ năng của vận động viên này

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức trong sách giáo khoa

Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2}m{v}^2$. Động năng tỉ lệ thuận với khối lượng và bình phương vận tốc

Biểu thức tính thế năng: $W_t=mgh$. Thế năng tỉ lệ thuận với khối lượng và độ cao của vật so với mốc

Trả lời:

Chọn mốc thế năng tại mặt đất

Khi vận động viên trượt từ đỉnh máng xuống chân máng, độ cao giảm và vận tốc tăng nên thế năng giảm và động năng tăng

Nhưng khi từ chân máng lên đến đỉnh máng thì độ cao tăng và vận tốc giảm nên thế năng tăng và động năng giảm

Khi bỏ qua mọi ma sát thì cơ năng của vận động này được bảo toàn

Giải vật lí 10 trang 105 Tập 1 Kết nối tri thức

Hoạt động trang 105 Vật Lí 10: Chế tạo mô hình minh họa định luật bảo toàn năng lượng

Dụng cụ: một viên bi, hai thanh kim loại nhẵn, hai giá đỡ có vít điều chỉnh độ cao.

Chế tạo: Dùng hai thanh kim loại uốn thành đường ray và gắn giá đỡ để tạo được mô hình như Hình 26.6.

Thí nghiệm:

- Thả viên bi từ điểm A trên đường ray.

- Viên bi có thể chuyển động tới điểm D không? Tại sao? Làm thí nghiệm kiểm tra.

Làm thí nghiệm để kiểm tra

Trả lời:

Nếu bỏ qua mọi ma sát, trong quá trình chuyển động của viên bi thì cơ năng được bảo toàn, viê bi có thể chuyển động tới điểm D

Nhưng thực tế vẫn có lực ma sát trong quá trình chuyển động của viên bi, vì vậy viên bi rất khó để lên được tới điểm D

Học sinh tự thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng

Câu hỏi 1 trang 105 Vật Lí 10: Một vật được thả cho rơi tự do từ độ cao h = 10 m so với mặt đất. Bỏ qua mọi ma sát. Ở độ cao nào thì vật có động năng bằng thế năng?

Phương pháp giải:

+ Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2}m{v}^2$

+ Biểu thức tính thế năng: $W_t=mgh$

+ Biểu thức định luật bảo toàn cơ năng: $W=W_d+W_t$

Trả lời:

Chọn mốc thế năng tại mặt đất. Gọi h1 là độ cao động năng bằng thế năng

Khi động năng bằng thế năng, ta có:

$\begin{array}{l}W=W_d+W_t=2W_t\\ \iff mgh=2mg{h}_1\iff h_1=\frac{h}{2}\\ \Rightarrow h_1=\frac{10}{2}=5(m)\end{array}$

Câu hỏi 2 trang 105 Vật Lí 10: Thả một vật có khối lượng m = 0,5 kg từ độ cao h1 = 0,8 m so với mặt đất. Xác định động năng và thế năng của vật ở độ cao h2 = 0,6 m. Lấy g = 9,8 m/s2 .

Phương pháp giải:

+ Biểu thức tính động năng: $W_d=\frac{1}{2}m{v}^2$

+ Biểu thức tính thế năng: $W_t=mgh$

+ Biểu thức định luật bảo toàn cơ năng: $W=W_d+W_t$

Trả lời:

Cơ năng của vật là: $W=mg{h}_1=0,5.9,8.0,8=3,92(J)$

Thế năng của vật ở độ cao h2 là: $W_t=mg{h}_2=0,\mathrm{5.9.8.0},6=2,94(J)$

Động năng của vật ở độ cao h2 là: $W_d=W-W_t=3,92-2,94=0,98(J)$

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 25: Động năng, thế năng

Bài 27: Hiệu suất

Bài 28: Động lượng

Bài 29: Định luật bảo toàn động lượng

Lý thuyết Cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng

I. Sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng

- Cơ năng của một vật là tổng động năng và thế năng của nó. Khi vật chuyển động trong trường trọng lực thì cơ năng có dạng

$\mathrm{W}={\mathrm{W}}_{\mathrm{t}}+{\mathrm{W}}_{\mathrm{d}}=\mathrm{mgh}+\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2$

- Khi vật chuyển động trong trường trọng lực thì động năng và thế năng có thể chuyển hóa qua lại cho nhau. Nếu thế năng chuyển thành động năng thì lực sẽ sinh công phát động, ngược lại, khi động năng chuyển thành thế năng thì lực sinh công cản.

Sự chuyển hóa giữa động năng và thế năng của quả bóng tennis

chuyển động trong trọng trường khi được ném thẳng lên cao

Động năng và thế năng chuyển hóa qua lại khi

quả bóng rơi từ trên xuống

II. Định luật bảo toàn cơ năng

- Xét quá trình chuyển hóa giữa động năng và thế năng trong dao động của con lắc đồng hồ.

Con lắc của đồng hồ quả lắc

- Mô hình đơn giản của con lắc đồng hồ gồm một thanh nhẹ, không dãn, một đầu được giữ cố định, đầu còn lại được nối với vật nặng.

- Đưa vật nặng lên điểm A có độ cao xác định h so với điểm O rồi thả cho vật chuyển động tự do. Ta thấy vật chuyển động nhanh dần từ A xuống O, tiếp tục chuyển động chậm dần từ O về B rồi lại chuyển động nhanh dần từ B xuống O, chậm dần từ O lên A

-> Thí nghiệm trên cho thấy độ tăng/ giảm của động năng bằng độ giảm/tăng của thế năng, nghĩa là cơ năng luôn không đổi.

Từ đó, ta có thể phát biểu định luật bảo toàn cơ năng như sau:

Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật được bảo toàn.